Caractérisation du facteur de transcription Shavenbaby par approches génomiques chez la drosophile

Characterization of Shavenbaby transcription factor by genomic approaches on Drosophila

• Auteur / Autrice : Alexandra Mancheno-Ferris
• Direction : Cédric Polesello, François Payre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-informatique, Génomique et Biologie des systèmes
• Date : Soutenance le 22/10/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie moléculaire, cellulaire et du développement (Toulouse ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Kerstin Bystricky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Polesello, François Payre, Kerstin Bystricky, Krzysztof Jagla, Mounia Lagha, Frédéric Bantignies, Julie Caramel, Benoît Thomas Marc Ballester
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Krzysztof Jagla, Mounia Lagha, Frédéric Bantignies

Mots clés

Mots clés contrôlés

Drosophiles

Expression génique

Facteurs de transcription

Mots clés libres

Génomique

Bio-informatique

Drosophile

ChIP-seq

RNA-seq

Intégration de données

Facteur de transcription

Shavenbaby

Histones

Genomic

Bioninformatic

Drosophila

ChIP-seq

RNA-seq

Data integration

Transcription facteur

Shavenbaby

Histone

Résumé

Les facteurs de transcription à doigt de zinc de la famille OvoL, au nombre de trois chez les mammifères (OvoL1, 2 et 3), sont des acteurs majeurs de la régulation épithéliale durant le développement des vertébrés. Chez l'adulte, ils participent à la fois à la différenciation terminale des cellules épithéliales et au maintien de ce caractère pour l'homéostasie tissulaire. Pour ce faire, les facteurs OvoL inhibent l'action des facteurs pro-EMT (Transition Epithélio-Mésenchymateuse) ZEB et TWIST qui eux poussent vers l'état mésenchymateux. Ainsi, lors de cancer humain, OvoL1 empêche la transformation des cellules tumorales épithéliales en cellules invasives mésenchymateuses métastatiques. De plus, des maladies héréditaires, dont des pathologies sévères des yeux et de la peau, ont été associées à la dérégulation des gènes OvoL. A ce jour et malgré des intérêts biomédicaux potentiels, les mécanismes moléculaires qui soutiennent l'action des facteurs OvoL et notamment leurs gènes cibles spécifiques restent mal compris. Il est possible que la redondance fonctionnelle des facteurs OvoL chez les vertébrés complique l'accès à leur fonction. Chez la Drosophile (Drosophila melanogaster) les facteurs OvoL, fortement conservés au sein du règne animal, sont seulement représentés par le gène ovo/shavenbaby (ovo/svb), membre fondateur de cette famille. Les deux formes germinales, OvoA et OvoB soutiennent l'ovogenèse alors que la forme somatique, Svb, contrôle le remodelage tridimensionnel des cellules épithéliales. Svb est également nécessaire pour le maintien, la prolifération, mais également la différenciation des cellules souches digestives adultes. Svb est synthétisée sous une forme longue, appelée SvbREP qui, sous l'action conjuguée des petits peptides Polished-rice (Pri) et de l'Ubiquitine-E3-ligase Ubr3, est clivée par le protéasome pour obtenir une forme plus courte, SvbACT, transcriptionellement active. Pour comprendre le mode d'action individuel de chacune des deux formes de Svb, nous avons développé un modèle cellulaire (S2) permettant l'expression de l'une ou l'autre des deux formes. Nous avons effectué des expériences de génomique pour déterminer de façon globale le comportement de SvbAct et SvbRep. Pour cela, nous avons analysé leur profil de fixation à l'ADN (ChIP-seq) d'une part, et identifié les gènes cibles (RNA-seq) pour chaque forme d'autre part. L'intégration de ces données a permis de mettre en évidence que SvbREP et ACT se fixent sur les mêmes régions génomiques cis-régulatrices (enhancers) pour contrôler de manière antagoniste l'expression d'environ 250 gènes cibles directs. Nous avons également montré que Svb régule des groupes de gènes différents en fonction du type cellulaire au sein duquel il évolue et mis en évidence que l'environnement chromatinien contraint son activité. Mes travaux ont non seulement permis de mieux appréhender le mode de fixation de facteurs OvoL sur le génome, mais apportent une nouvelle perspective sur la nature de leurs gènes cibles impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et/ou l'adhésion cellulaire.

The OvoL family of zinc finger transcription factors, three in number in mammals (OvoL1, 2 and 3) are major players in epithelial regulation during vertebrate development. In the adult, they participate in both the terminal differentiation of epithelial cells and the maintenance of this character for tissue homeostasis. To do this, OvoL factors inhibit the action of the pro-EMT (Epithelial-Mesenchymal Transition) factors ZEB and TWIST, which push towards the mesenchymal state. Thus, in human cancer, OvoL1 prevents the transformation of epithelial tumour cells into invasive metastatic mesenchymal cells. In addition, hereditary diseases, including severe eye and skin diseases, have been associated with the deregulation of OvoL genes. Currently, despite potential biomedical interests, the molecular mechanisms that underpin the action of OvoL factors, including their specific target genes, remain poorly understood. It is possible that the functional redundancy of OvoL factors in vertebrates complicates access to their function. In Drosophila (Drosophila melanogaster), OvoL factors are highly conserved in the animal kingdom and are represented only by the ovo/shavenbaby (ovo/svb) gene, a founding member of this family. The two germline forms, OvoA and OvoB, support oogenesis while the somatic form, Svb, controls three-dimensional epithelial cell remodelling. Svb is also required for the maintenance, proliferation and differentiation of adult digestive stem cells. Svb is synthesised in a long form, called SvbREP, which, under the combined action of the small Polished-rice peptides (Pri) and the Ubiquitin-E3 ligase Ubr3, is cleaved by the proteasome to obtain a shorter, transcriptionally active form, SvbACT. To understand the individual mode of action of each of the two forms of Svb, we developed a cell model (S2) that allows the expression of either form. We performed genomic experiments to determine the overall behaviour of SvbAct and SvbRep. To do this, we analysed their DNA binding profile (ChIP-seq) on the one hand, and identified the target genes (RNA-seq) for each form on the other. Integration of these data revealed that SvbREP and ACT bind to the same cis-regulatory genomic regions (enhancers) to antagonistically control the expression of approximately 250 direct target genes. We have also shown that Svb regulates different groups of genes depending on the cell type in which it evolves and that the chromatin environment constrains its activity. My work has not only provided a better understanding of how OvoL factors bind to the genome, but also provides a new perspective on the nature of their target genes involved in cell cycle control and/or cell adhesion.