Étude du repliement de la chromatine à l'aide d'approches de biologie synthétique

Studying chromatin folding using synthetic biology approaches

• Auteur / Autrice : Léa Meneu
• Direction : Romain Koszul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 07/11/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Génétique des génomes
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Devaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gwenaël Badis-Bréard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Lengronne, Gianni Liti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Chromosome bactérien

Chromatine

Génome

Mots clés libres

HiC

Saccaromyces cerevisiae

Organisation de la chromatine

ADN exogène

Génomique

HiC

Saccaromyces cerevisiae

Chromosome organization

Exogenous DNA

Résumé

L'ADN, support de l'information génétique, voit sa composition réguler plusieurs niveaux de l'organisation spatiale des chromosomes, ainsi que des processus métaboliques essentiels tels que l'expression génique, la réplication, la réparation et la ségrégation de l'ADN. La coévolution des activités et du repliement des séquences chromatiniennes sur des millions d'années rend complexe la distinction des liens de causalité entre composition de la séquence, structure chromatinienne et activité chromosomique. De ce fait, les séquences d'ADN exogènes et aléatoires insérées dans des génomes hôtes sont de plus en plus exploitées pour déchiffrer les mécanismes évolutifs et les déterminants séquentiels influençant le repliement et l'activité de la chromatine. J'ai d'abord exploré comment des chromosomes bactériens exogènes intégrés dans le génome de Saccharomyces cerevisiae adoptent des compositions et des activités chromatiniennes distinctes en fonction de leur contenu en GC. Remarquablement, le Hi-C et la microscopie révèlent la formation spontanée de compartiments chromosomiques actifs et inactifs rappelant les archétypes de l'euchromatine et l'hétérochromatine. Ensuite, dans un second projet, nous avons intégré une séquence synthétique aléatoire de 100 kilobases (kb) dans un chromosome de levure. La caractérisation de la chromatine, du transcriptome et de l'organisation 3D de cette région révèle que ces éléments varient selon la source de carbone impactant directement l'organisation 3D. L'ingénierie de cette séquence mène à la mise en place de boucles cohésines dépendantes stables et reproductibles. Ces travaux soulignent l'importance de l'exploitation de séquences exogènes dans le repliement et la régulation de la chromatine chez les eucaryotes. Ils représentent une avancée dans la compréhension de l'interprétation des séquences étrangères par la machinerie nucléaire de l'hôte, lors des transferts de gènes horizontaux, ainsi que dans les projets de génomique synthétique.

DNA, the carrier of genetic information, plays a crucial role in regulating multiple levels of chromosomal spatial organization, as well as essential metabolic processes such as gene expression, replication, repair, and segregation of DNA. The co-evolution of activities and the folding of chromatin sequences over millions of years makes it challenging to distinguish causal links between sequence composition, chromatin structure, and chromosomal activity. Consequently, exogenous and random DNA sequences inserted into host genomes are increasingly being exploited to decipher the evolutionary mechanisms and sequential determinants influencing chromatin folding and activity. I first explored how exogenous bacterial chromosomes integrated into the genome of Saccharomyces cerevisiae adopt distinct chromatin compositions and activities depending on their GC content. Remarkably, Hi-C and microscopy reveal the spontaneous formation of active and inactive chromosomal compartments reminiscent of euchromatin and heterochromatin archetypes. In a second project, we integrated a synthetic random sequence of 100 kb into a yeast chromosome. The characterization of the chromatin, transcriptome, and 3D organization of this region reveals that these elements vary depending on the carbon source, directly impacting the 3D organization. Engineering this sequence led to the establishment of stable and reproducible cohesin-dependent loops. These studies highlight the importance of using exogenous sequences in chromatin folding and regulation in eukaryotes. They represent an advancement in understanding how host nuclear machinery interprets foreign sequences during horizontal gene transfers, as well as in synthetic genomics projects.