Etude du rôle et des modes d’action de l’enzyme épigénétique TET chez la drosophile

Investigation of TET epigenetic enzyme role and mode of action in Drosophila

• Auteur / Autrice : Manon Boulet
• Direction : Lucas Waltzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génétique, Reproduction et Développement (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Emilie Brasset
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Odile Fauvarque, Eric Soler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hématopoïèse

Drosophiles

Épigénétique

Mots clés libres

Tet

Epigénétique

6mA

Hématopoïèse

Drosophile

Tet

Epigenetic

6mA

Hematopoiesis

Drosophila

Résumé

Chez les mammifères, la famille des enzymes TET a fait l’objet de nombreuses études qui ont mis en évidence leur rôle dans la régulation de l’expression des gènes notamment grâce à leur capacité d’oxydation des cytosines méthylées (5mC), initiant ainsi un processus actif de déméthylation de l’ADN, mais aussi via des fonctions indépendantes de leurs activités catalytiques qui sont moins bien décrites. Le génome de la Drosophile ne contenant pas ou peu de 5mC mais possédant un gène Tet, fait de cet organisme un modèle de choix pour étudier les fonctions non canoniques de ces enzymes. Par ailleurs, de récentes études, ont montré la présence de 6-méthylAdénine (6mA) chez différents métazoaires dont la souris, l’homme et la drosophile. Il a été montré que chez cette dernière, les 6mA seraient déméthylées par TET ce qui participerait au contrôle de l’expression du génome. Ainsi, au cours de ma thèse, j’ai principalement étudié les fonctions et les mécanismes moléculaires de TET chez la drosophile. Dans un premier temps, nous avons caractérisé le profil d’expression de Tet et de ces isoformes à différents stades développementaux et dans plusieurs tissus. Grâce à des analyses de transcriptome entre une lignée sauvage et une lignée mutante pour Tet, nous avons mis en évidence que Tet agit essentiellement comme un régulateur tissu-spécifique de l’expression des gènes et qu’il est requis pour le développement du cerveau, des disques d’ailes et de la glande lymphatique. L’étude de cet organe hématopoïétique larvaire montre que Tet est impliqué dans la régulation de la balance entre la maintenance et la différenciation des progéniteurs sanguins, mais aussi dans le contrôle du nombre de cellules du PSC (Posterior Signalling Center), une niche hématopoïétique. La combinaison d’approches de séquençage de troisième génération et de spectrométrie de masse nous a permis de montrer la présence d’un faible niveau de 6mA dans les cerveaux larvaires de drosophile, notamment au sein de motifs GAG, une caractéristique qui semble conservée chez les métazoaires. Cependant, contrairement à ce que l’on pouvait attendre, nos résultats indiquent que TET n’est pas impliquée dans la déméthylation des 6mA dans le cerveau larvaire. Par ailleurs, dans cet organe, la présence de 6mA sur les gènes n’est pas corrélée à leur niveau d’expression. En parallèle, j’ai participé à la caractérisation des cellules sanguines de la drosophile adulte, ce qui nous a notablement permis de mettre en évidence qu’une petite population de cellules originaires du PSC larvaire maintient un faible potentiel hématopoïétique chez l’imago, une partie de ces cellules étant capable de proliférer et de se différencier en réponse à une infection bactérienne.

Enzymes of the TET family have been extensively studied in mammals and have been shown to play a role in regulation of gene expression through their ability to oxidize methylated cytosines (5mC) and thus initiate an active DNA demethylation process, but also through catalytic-independent functions that have been less described. The Drosophila genome contains little or no 5mC but encodes a Tet gene, which makes this organism a model of choice to study the non-canonical functions of this family. In addition, recent studies have reported the presence of 6-methyladenine (6mA) in different metazoans including mouse, human and drosophila in which this modification seems to be removed by TET and to influence gene expression. Thus, during my thesis, I mainly studied the functions and molecular mechanisms of action of TET in drosophila. First, we characterized the expression profile of Tet and its isoforms in different developmental stages and tissues. Our experiments highlighted the function of Tet as a tissue-specific regulator of gene expression and its involvement in the development of the brain, wing discs and lymph glands. The study of this larval hematopoietic organ showed that Tet is involved in the regulation of the balance between maintenance and differentiation of blood progenitors, but also in the control of cell number in the PSC, an hematopoietic niche. Using a combination of third generation sequencing and mass spectrometry, we also have shown that drosophila larval brain DNA contains low levels of 6mA, especially within the GAG motif, a characteristic that seems conserved in metazoans. However, in contrast with previous publications, our data show that TET is not involved in the demethylation of 6mA in the larval brain. Moreover, in this organ, the presence of 6mA on the genes does not correlate with their expression level. In parallel, I participated in the characterization of the blood cells of the adult drosophila. We notably discovered that a small population of cells originating from the larval PSC maintains a limited hematopoietic potential in the imago, as some of these cells are able to proliferate and to differentiate in response to bacterial infection.