Evolution of the human & mouse X-chromosome inactivation regulatory network

par Olga Rosspopoff

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes, populations, interactions. Génomes épigénomes, destin cellulaire

Sous la direction de Claire Rougeulle.

Soutenue le 28-09-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Épigénétique et destin cellulaire (Paris) (laboratoire) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) (établissement de préparation) .

  • Titre traduit

    Évolution du réseau de régulation de l’inactivation du chromosome X chez l’homme et la souris


  • Résumé

    L’émergence des nouvelles techniques de séquençage à haut débit a permis d’appréhender la complexité du transcriptome des eucaryotes supérieurs. La majeure partie du génome des mammifères est transcrite, et les longs ARN non codants (lARNnc) en occupe une place prépondérante, dont la fonction est encore largement énigmatique. L’étude d’une minorité d’entre eux a révélé que leur fonction peut être médiée par diverses entités telles que le transcript, l'acte de leur transcription ou les éléments régulateurs compris au sein du locus. Une caractéristique de ces lARNnc est leur faible conservation au cours de l’évolution, ce qui pose la question de leur contribution à des mécanismes de régulation spécifique à chaque espèce. L'inactivation du chromosome X (ICX) est un paradigme des processus épigénétiques médiés par les gènes des lARNnc et un puissant modèle pour explorer leurs aspects fonctionnels, mécanistiques et évolutifs. L’ICX se met en place précocement au cours du développement embryonnaire et assure la compensation de dose des gènes du chromosome X entre les individus mâles et femelles chez les mammifères. Chez la souris, l’ICX résulte de l'action combinée de multiples gènes produisant des lARNnc, parmi lesquels Xist est l’acteur majeur de l’inactivation. L’accumulation de Xist sur le chromosome à partir duquel il est transcript permet de déclencher la répression transcriptionnelle du chromosome X. Xist se situe au coeur d’une région génomique, le centre d'inactivation du chromosome X, qui comprend de nombreux autres lARNnc tantôt activateurs ou répresseurs, dont la fonction dans l’ICX dans d’autres espèces est largement méconnue. Dans cette étude, nous avons étudié la conservation fonctionnelle de deux lARNnc JPX et FTX, et leur contribution à la régulation XIST chez l'homme et la souris.Chez la souris, nous avons montré que l'ARN Jpx est nécessaire à la régulation post-transcriptionnelle de Xist, probablement en affectant son accumulation ou sa stabilité. Chez l'homme, c'est la transcription de JPX, mais pas le transcrit lui-même, qui contrôle le recrutement de l’ARN polymérase II au niveau de la région promotrice de XIST. En conséquence, alors que la fonction de JPX/Jpx dans la régulation de l'accumulation XIST/Xist est conservée chez l'humain et la souris, les mécanismes sous-jacents divergent nettement. D'autre part, les résultats préliminaires sur la fonction FTX chez l'homme suggèrent qu'il pourrait être impliqué dans la maintenance de XCI chez l'homme dans des contextes cellulaires spécifiques. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur l'évolution fonctionnelle du réseau de régulation XIST/Xist entre la souris et l'homme, qui pourrait être spécifiquement adaptée aux exigences de l’ICX dans chaque espèce. Ce travail met en évidence la plasticité fonctionnelle des lARNnc dans l'évolution et la façon dont il pourrait jouer un rôle important dans le mécanisme de régulation des gènes spécifique d’une espèce à l’autre.


  • Résumé

    Long non-coding RNAs (lncRNAs) have emerged as the major output of mammalian transcriptomes. As of today, the function of the majority of lncRNAs remains largely enigmatic and importantly may be mediated by various entities such as the transcript itself, the act of transcription or key regulatory elements within the locus. A remarkable characteristic of lncRNAs is their poor evolutionary conservation, which raises the question of their contribution to species-specific regulatory mechanisms.X chromosome inactivation (XCI) is a paradigm for epigenetic processes mediated by lncRNA genes (LRGs) and a powerful model to explore their functional, mechanistic and evolutionary aspects. XCI is a process initiated early during embryonic development, which ensures the dosage compensation of X-linked genes between male and female in mammals. In the mouse, XCI is triggered by the combined action of several LRGs, among which Xist is the key regulator of the process. Xist is produced from a genomic region, the X-chromosome inactivation center (Xic), that is enriched for LRGs described either as positive or negative XCI regulators. In the present study, we investigated the evolutionary conservation of two candidate LRGs, JPX and FTX, and their contribution to XIST regulation in both human and mouse.In the mouse, we demonstrated that the Jpx RNA is required for proper Xist expression and acts as a post-transcriptional regulator of Xist, most likely by affecting its accumulation or stability. In striking contrast, in human, it is JPX transcription, but not the transcript itself, that controls the RNA Polymerase II (RNAPII) recruitment at XIST promoter. Accordingly, the two genes are interacting through local chromosome conformation, emphasized by RNAPII bridges in between the two loci. While the function of JPX/Jpx in promoting XIST/Xist accumulation is conserved between human and mouse, the underlying mechanisms diverge markedly. On the other hand, preliminary results on FTX function in human, suggest that it might be involved in XCI maintenance in human in very specific cellular contexts. Altogether, these results shed a new light on the functional evolution of XIST regulatory network between mouse and human that might be specifically adapted to XCI requirements in each species. This work highlights the functional plasticity of lncRNAs in evolution and how it might play important roles in species-specific mechanism of gene regulation.

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