PRC1, PRC2 et BAP1 : Trois modificateurs de la chromatine étroitement liés qui sont impliqués dans la régulation transcriptionnelle

PRC1, PRC2 and BAP1 : Three tightly-linked chromatin modifiers involved in transcriptional regulation

• Auteur / Autrice : Ming-Kang Lee
• Direction : Raphaël Margueron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 20/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et biologie du développement (Paris ; 2009-....) - Génétique et Biologie du Développement
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Robert Schneider
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Margueron, Robert Schneider, Jean-Christophe Andrau, Sophie Postel-Vinay, Ines Anna Drinnenberg
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Christophe Andrau, Sophie Postel-Vinay

Mots clés

Mots clés libres

Régulation transcriptionnelle

Machinerie Polycomb

BAP1

Ubiquitinylation

Enhancers

Transcriptional regulation

Polycomb machinery

BAP1

Ubiquitination

Enhancers

Résumé

Chez les eucaryotes, la maintenance de l’identité cellulaire implique le contrôle précis de l’expression des gènes. Ceci résulte de l’action concertée des facteurs de transcription et des facteurs contrôlant la structure de la chromatine. Les complexes répresseurs Polycomb (PRC1 et PRC2) sont des modificateurs de la chromatine qui orchestrent la répression transcriptionnelle en catalysant respectivement l’ubiquitinylation de H2A (H2Aub) et la méthylation de H3K27. A l’inverse, BAP1 (BRCA1-Associated Protein 1) favorise la transcription en retirant H2Aub, agissant donc comme un antagoniste de PRC1. Toutefois, les détails du mécanisme par lequel BAP1 régule la transcription reste mal compris. L’interaction entre PRC1 et PRC2 est également un sujet encore débattu. Mon projet de thèse visait à étudier ces deux importantes questions.(1) La protéine BAP1 est localisée à une fraction des enhancers où elle stabilise le recrutement de BRD4.Dans ces études, nous avons montré que BAP1 favorise la transcription en s’opposant au complexe PRC1 et que BAP1 est inerte en son absence. Des analyses à l’échelle du génome entier ont révélé que la protéine BAP1 est recrutée à une fraction des enhancers. Par ailleurs, l’inactivation de BAP1 amène à l’accumulation de H2Aub et à l’altération du recrutement de BRD4. En accord avec ces résultats, des expériences de microscopie à super résolution indiquent une réduction des condensées de BRD4 et de MED1 dans les cellules knockout pour BAP1. Cela suggère que BAP1 a un rôle crucial pour l’intégrité de certains enhancers. De façon importante, en traitant des cellules isogèniques avec des inhibiteurs de BET, nous avons montré que les cellules mutantes pour BAP1 montrent une sensibilité particulière à l’inhibition de la prolifération. Ce résultat suggère que promouvoir les perturbations des enhancers pourrait constituer une stratégie thérapeutique dans les pathologies où le gène BAP1 est muté.(2) PRC2 réprime la transcription indépendamment de PRC1PRC1 et PRC2 ont été considérés depuis longtemps comme agissant de concert pour maintenir la répression. Toutefois, en analysant les profiles transcriptomiques de cellules où soit PRC1, soit PRC2, soit les deux sont inactivés, nous avons démontré que PRC1 et PRC2 peuvent agir de façon autonome pour réprimer la transcription. Au travers d’approches non-biaisées et d’approches basées sur une sélection de gènes candidats, nous essayons d’identifier les effecteurs de cette répression dépendant exclusivement de PRC2. Cela implique l’étude de protéines préalablement proposées comme interagissant avec H3K27me3. Cette étude est en cours mais il est probable qu’elle va révéler de nouveaux acteurs de la répression dépendant de PRC2.

In eukaryotes, the maintenance of cell identity entails the precise control of gene expression, which results from the concerted actions of transcription factors and factors controlling chromatin structure. Polycomb repressive complex 1 and 2 (PRC1 and PRC2) are chromatin modifiers that orchestrate transcriptional repression by catalyzing H2Aub and H3K27me3, respectively. By contrast, BRCA1-associated protein 1 (BAP1) promotes transcription by removing H2Aub, acting as an antagonist of PRC1. However, the detailed mechanism of how BAP1 regulates transcription remains largely elusive. The interplay between PRC1 and PRC2 is also far from being fully understood. My PhD study aimed at investigating the underlying mechanisms for these two important questions.(1) BAP1 is recruited to a subset of active enhancers where it stabilizes BRD4 occupancy.In these studies, we showed that BAP1 promotes transcription by opposing PRC1 activity, and that BAP1 is mostly inert in its absence. Genome-wide analysis revealed that BAP1 is recruited to a subset of active enhancers. Besides, inactivation of BAP1 led to accumulation of H2Aub and impaired BRD4 recruitment. Consistently, super-resolution microscopy demonstrated reduced condensates of BRD4 and MED1 in BAP1-KO cells. This suggests that BAP1 has a crucial function for the integrity of a subset of enhancers. Importantly, by treating isogenic cells with BET inhibitors, we showed that cells mutant for BAP1 display a more pronounced proliferative response. This result suggests that further perturbation of enhancers function could be a therapeutic strategy for BAP1-null malignancies.(2) PRC2 represses transcription independently of PRC1PRC1 and PRC2 are long considered cooperating to maintain gene repression. However, analyzing transcriptomic profiles of PRC1-null, PRC2-null and PRC1/2-null cells, we demonstrated that both PRC1 and PRC2 can autonomously repress transcription. Through both unbiased and candidate-based approaches, we focus on identifying downstream effectors of PRC2-mediated silencing in the absence of PRC1. This includes investigating the roles of previously proposed H3K27me3 readers. While this study is still ongoing, it is likely that it will reveal new actor for PRC2-mediated repression.