Étude moléculaire des éléments cis-régulateurs et de l’organisation de la chromatine des origines de réplication chez les vertébrés

Molecular investigation of cis-regulatory elements and chromatin organisation of vertebrate replication origins

• Auteur / Autrice : Jérémy Poulet-Benedetti
• Direction : Marie-Noëlle Prioleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 15/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Kannouche, Philippe Pasero, Reiner A. Veitia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Gomez, Julian Sale

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléosomes

G-quadruplexes

Origine de réplication

ADN -- Réplication

Mots clés libres

Positionnement de nucléosomes

Nucleosome positioning

Résumé

La réplication de l’ADN est un mécanisme critique qui se déroule lors du cycle cellulaire. Sous contrôle d’un programme spatio-temporel, la réplication démarre aux niveaux des origines de réplication. L’identification de ces origines chez l’humain et la souris a mis en évidence des motifs G-quadruplexes (pG4). Des analyses génétiques ont montré leur rôle essentiel dans l’activité des origines de réplications. Cependant les G4s ne sont pas suffisant pour définir une origine de réplication, ils doivent être associés à d’autre éléments cis-régulateurs qui n’ont pas encore été identifiés. Afin de mettre en évidence de nouveaux éléments essentiels à l’activité origine, nous avons utilisé les origines modèles βA-globine et Med14. L’étude de ces origines a permis de mettre en avant la nécessité d’un second pG4, ainsi que la participation des boites CCAAT et TATA. Il est devenu alors possible d’obtenir une séquence minimale, de 90 pb, capable d’induire une initiation de la réplication très efficace. De plus, la boite TATA est essentielle au contrôle du moment de réplication. Cette origine constitue un outil moléculaire sans précédent qui permet l’étude mécanistique des origines de réplication chez les vertébrés. En effet, grâce à cette origine minimale, nous avons pu montrer que les deux pG4s présents dans la séquence devaient être situés sur le même brin afin d’aboutir à une activité origine. Une étude du positionnement des nucléosomes sur cette origine minimale a mis en évidence la présence d’une région dépourvue de nucléosomes au niveau des deux pG4s, séparée du site d’initiation par un nucléosome fortement positionné. Ces résultats sont en accord avec ceux déjà trouvés à l’échelle du génome, confirmant et validant notre analyse et notre origine minimale modèle. De plus, notre étude amène de nouveaux éléments quant à la définition des origines de réplications.

DNA replication is a critical mechanism that occur during the cell cycle. DNA replication is under the control of a spatiotemporal program that ensures the accurate duplication of the genome. Many genome-wide studies in vertebrates identified promoters containing G-quadruplex motifs (pG4s) as being strongly associated with efficient replication origins. Their necessity has been proven genetically. However, it was shown that one pG4 was not sufficient. We define here, a minimal 90 bp model origin containing two pG4s located on the same strand and associated with a CCAAT and a TATA-boxes. The TATA-box participates in the replication timing control of this minimal origin. The transfer of one pG4 on the other strand fully abolishes origin function but the distance between them is quite flexible. Analyses of nucleosome organisation over the minimal origin reveals a very specific organisation previously found genome-wide in vertebrates. The origin is inside a NDR and separated by the site of initiation by a strongly positioned nucleosome. In conclusion, our study provides a new paradigm for the genetic and nucleosome organisation of vertebrate origins.