Rôle de la régulation chromatinienne par PRC2 dans le contrôle du développement racinaire chez Arabidopsis thaliana

Role of PRC2-mediated chromatin regulation in fine tuning Arabidopsis root development

• Auteur / Autrice : Chean Sern Jacobs
• Direction : François Roudier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Biologie végétale
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (Lyon ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Aline Probst
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Roudier, Aline Probst, Justin Goodrich, Cécile Raynaud, Fabrice Besnard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Justin Goodrich, Cécile Raynaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Différenciation cellulaire

Chromatine

Arabidopsis

Mots clés libres

Complexe répresseur Polycomb-2

Chromatine

Différenciation cellulaire

Arabidopsis

Polycomb Repressive complex 2

Chromatin

Cell differentiation

Arabidopsis

Résumé

La régulation de l’expression des gènes par la voie des mécanismes chromatiniennes sont critiques dans la modulation et la stabilisation de l’expression des programmes génétiques, essentielles pour l’organogenèse et le développement. Le complexe répresseur Polycomb 2 (PRC2) catalyse le triple méthylation de la lysine 27 de l’histone H3 auprès des gènes cibles. Ceci est un régulateur des programmes du développement, globalement conservé chez les eucaryotes multicellulaires. Afin de déterminer l’implication de PRC2 au cours des transitions de l’identité cellulaire, j’ai caractérisé le paysage chromatinien d’un type cellulaire unique de la niche des cellules souches racinaire. L’intégration quantitative des données épigénomique a révélé trois types chromatiniens qui corrèlent avec des niveaux d’activité transcriptionnelle, ainsi que des profils d’expression bien distincts, au cours de la différentiation cellulaire. Ces données suggèrent que la régulation par PRC2 est importante pour maintenir le contrôle temporel des gènes pendant l’avancé de la différentiation cellulaire. De plus, j’ai effectué des études fonctionnelles sur deux homologues de la sous unité catalytique de PRC2 qui indique que au moins deux complexes PRC2 de composition diffèrent peuvent coopérer afin de moduler finement la régulation des gènes clés du développement. En conclusion, le travail mené souligne l’importance de PRC2 dans le contrôle précis des profils d’expression des gènes, et aussi la capacité des données épigénétique d’un état précoce de différentiation de prédire l’activité transcriptionnelle dans les étapes plus tardives.

Chromatin-based mechanisms are pivotal regulators of transcriptional patterns that are central to cell fate determination, organogenesis and development in multicellular organisms. The activity of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is involved in the maintenance of transcriptional gene repression by catalysing the trimethylation of histone H3 on lysine 27 at specific loci, and is a conserved modulator of developmental programs.To reveal the extent to which PRC2 shapes transcriptional decisions during cell fate specification, I have characterized the epigenome organization of a single cell type from the root stem cell niche (SCN). Quantitative integration of (epi)-genomic data revealed three main chromatin states that correlate with distinct gene expression levels as well as patterns along the differentiation gradient. These results indicate that PRC2 activity over specific genes within the SCN regulates their timing of expression in daughter cells, at successive differentiation stages.In addition, functional studies of PRC2 catalytic subunit homologues support the notion that distinct PRC2 complexes with different compositions cooperate to fine-tune the transcriptional regulation of key regulatory genes during root development. Taken together, this work highlights the importance of PRC2-regulated chromatin states in shaping expression patterns along a differentiation gradient. They also pinpoint the potential of such epigenetic studies in predicting, from an initial chromatin state, the timing of gene transcriptional activation in subsequent differentiation stages.