Analyse de la base transcriptionnelle de la transdifférenciation naturelle chez Caenorhabditis elegans

Analysis of the transcriptional basis of natural transdifferentiation initiation in Y cell using Caenorhabditis elegans as a model organism

• Auteur / Autrice : Jaime Osuna Luque
• Direction : Sophie Jarriault, Peter Meister
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 13/05/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Université de Berne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Zuber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Jarriault, Peter Meister, Benoît Zuber, Peter Askjaer, Francesca Palladino, Laszlo Tora
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Peter Askjaer, Francesca Palladino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

Génie génétique

Différenciation cellulaire

Caenorhabditis elegans

Mots clés libres

Caenorhabditis elegans

DamID

Y-to-PDA

Transdifférenciation

Résumé

Au cours de ce projet de doctorat, j'ai étudié un événement de transdifférenciation naturelle se produisant naturellement in vivo dans une seule cellule en utilisant le ver nématode Caenorhabditis elegans comme organisme modèle. Cette cellule, appelée Y, se différencie d'une identité rectale en une identité moto-neurone appelée PDA. Ce système a fourni des informations clés sur la transition et les étapes cellulaires impliquées dans la transdifférenciation et l'identification des facteurs nucléaires conservés cruciaux pour le démarrage du processus, ou sur l'importance relative et les rôles des facteurs de transcription par rapport aux facteurs de modification des histones pour la dynamique et la robustesse du conversion. Ces preuves suggèrent que de nombreux gènes sont activés ou désactivés. Cependant, la dynamique transcriptionnelle de la transition reste inconnue. Cet événement de transdifférenciation ne peut pas être étudié in vitro. J'ai donc besoin d'utiliser des animaux entiers pour comprendre comment ce processus fonctionne, dans une seule cellule. Pendant le développement de mon travail de thèse, j'ai mis en place de nouvelles façons d'utiliser une méthodologie appelée DamID, que j'ai implémentée sur des animaux entiers. L'identification de l'ADN adénine méthyltransférase (DamID) utilise une fusion entre une protéine d'intérêt, dans notre cas une sous-unité d'ARN polymérase et une adénine méthyltransférase bactérienne (Dam). La liaison de l'ARN polymérase aux gènes transcrits conduit à la méthylation de l'ADN de leur locus génomique, qui peut ensuite être identifié à l'aide de techniques moléculaires. Afin de limiter l'expression des dam ::fusion à la cellule transdifférenciante, j'ai utilisé différentes méthodologies, y compris les systèmes de recombinaison in vivo et le tri cellulaire activé par fluorescence. Ce travail de thèse a produit une collection de gènes spécifiques Y qui peuvent aider à mieux comprendre comment les initiations de la transdifférenciation Y-PDA et quels acteurs clés moléculaires régulent le début de cet événement de transdifférenciation naturelle chez Caenorhabditis elegans. Ce travail de doctorat a également généré un nouveau pipeline DamID utilisant les technologies Oxford Nanopore qui sera extrêmement utile pour mener des études de biologie moléculaire en utilisant ce nématode ou d'autres organismes modèles.

During this PhD project, I studied a natural transdifferentiation event naturally occurring in vivo in a single cell using the nematode worm Caenorhabditis elegans as a model organism. This cell, called Y, transdifferentiates from a rectal identity into a moto-neuron identity called PDA. This system has contributed key insights on the transition and cellular steps involved in transdifferentiation and the identification of conserved nuclear factors crucial to the initiation of the process, or the relative importance and roles of transcription factors versus histone modifying factors for the dynamics and robustness of the conversion. Those evidences suggest that many genes are switched ON or OFF. However, the transcriptional dynamics of the transition remains unknown. This transdifferentiation event cannot be studied in vitro. I therefore need to use entire animals to understand how this process functions, in a single cell. During the development of my PhD work, I setup new ways to use a methodology called DamID, which I implemented on whole animals. DNA adenine methyltransferase identification (DamID) uses a fusion between a protein of interest, in our case an RNA polymerase subunit and a bacterial adenine methyltransferases (Dam). Binding of the RNA polymerase to transcribed genes leads to DNA methylation of their genomic locus, which can be subsequently identified using molecular techniques. In order to restrict expression of the dam::fusions to the transdifferentiating cell, I used different methodologies including in vivo recombination systems and fluorescence activated cell sorting. This PhD work have produced a collection of Y specific genes that can help to get a better understanding of how Y-to-PDA transdifferentiation initiates and what molecular key players are regulating the beginning of this natural transdifferentiation event in the Caenorhabditis elegans. This PhD work also generated a new DamID pipeline using Oxford Nanopore Technologies that will be extremely useful to carry molecular biology studies using this nematode or other model organisms