Les foyers nucléaires de stress : conséquences structurales et fonctionnelles

Nuclear Stress bodies : structural and functional consequences on pericentric heterochromatin

• Auteur / Autrice : Jessica Penin
• Direction : Claire Vourc'h, Cécile Caron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 01/04/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble, Isère, France ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Johannes Geiselmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Mezger-Lallemand, Patrick Lomonte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aline Probst, Christian Muchardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hétérochromatine

Mots clés libres

Heterochromatine péricentrique

Heat-Shock

Hsf1

Hp1

LncRNA SATIII

Mitose

Pericentric Heterochromatin

Heat-Shock

Hsf1

Hp1

LncRNA SATIII

Mitosis

Résumé

Une réponse rapide et adaptée est nécessaire à la survie des cellules soumises à un stress. La réponse cellulaire au stress (HSR pour Heat-Shock response) médié par le facteur de transcription HSF1 est induite par les contextes environnementaux (chaleur, hypoxie, …) et les processus biologiques normaux et pathologiques (vieillissement, inflammation, …) associés à une accumulation de protéines endommagées (Morimoto, 1998). Ces protéines endommagées forment des agrégats toxiques aux conséquences létales pour les cellules.Conservé chez tous les eucaryotes, HSF1 orchestre les actions nécessaires à la survie et à la croissance des cellules malgré le stress. Ses cibles les mieux connues sont les gènes codants pour les Heat Shock Protein (HSP) qui font office de chaperon moléculaire. Une caractéristique de la HSR chez l’Homme est l’accumulation massive du facteur HSF1 en foyers nucléaires nommés Nuclear Stress Bodies (nSBs). Curieusement, ces foyers ciblent l’hétérochromatine péricentrique composée de séquences répétées en tandem de type Satellite III (SATIII), particulièrement au niveau du locus 9q12. HSF1 induit une forte transcription en ARN SATIII Sens (Jolly et al., 2004). Le rôle des nSBs est une des problématiques majeures de notre équipe cependant jusqu’à présent aucune fonction n’a été confirmée pour ces structures.Les nSBs, spécifiques aux cellules humaines, n’ont été décrits que dans des cellules en culture. Mon projet de thèse a consisté dans un premier temps à montrer la présence des nSBs in vivo chez l’Homme. Cette étude, réalisée sur du tissu testiculaire nous a également permis d’identifier une nouvelle cible SATIII majeure pour HSF1, la région Yq12. Dans les testicules, les nSBs sont associés à des processus méiotiques et post-méiotiques, suggérant un rôle dans le remodelage de l’hétérochromatine. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à mieux comprendre le rôle des nSBs lors de la HSR. Nous avons pu montrer que l’étape de transcription des SATIII induit une déstabilisation de l’hétérochromatine péricentrique caractérisée par une dissociation des facteurs HP1 (Heterochromatin Protein 1) alpha et beta et une perte de la marque répressive H3K9me3. Au cours de la période de récupération qui accompagne la reformation de l’hétérochromatine, une transcription séquentielle d’ARN SATIII Sens puis Anti-sens précède la restructuration des loci 9q12. Nous avons également pu montrer que la transcription des SATIII est associée à un blocage de la mitose. Nous montrons que dans les cellules stressées, une altération de ce point de contrôle par un Knock down des ARN sat III par des approches LNA conduisent à une l’instabilité génomique des cellules tumorales avec apparition de cellules polynucléées.

A rapid and well-adapted response is required for cell survival upon stress. The cellular stress response (HSR) is mediated by the transcription factor Heat Shock Factor 1 (HSF1) (Morimoto, 1998). It is activated by environmental stress (heat, hypoxia, ...) and by a series of patho-physiological contexts (aging, inflammation, ...) involving protein damages.The best-characterized targets of HSF1 are genes encoding for Heat Shock Protein (HSP) acting as molecular chaperone. A specific feature of the HSR in human cells is the presence of HSF1 nuclear foci named Nuclear Stress Bodies (NSBs). Surprisingly, nSBs target pericentric heterochromatin consisting in tandem repeats of type III Satellite (SATIII) sequences, primarily at the 9q12 locus. HSF1 triggers a strong transcriptional activation of this locus (Jolly et al., 2004). The role of nSBS is a major issue since no function related to these structures has been reported so far.So far, nSBs have been only identified in cells in culture. My thesis project has been to further explore whether these structures also existed in normal tissues. Indeed, we have been able to identify the presence of nSBs in testis where they were found to be associated to meiotic and post-meiotic stages, suggesting a role related to heterochromatin remodeling. Moreover, we have identified the Yq12 locus as a new target of nSBs in these tissues. Secondly, we have brought new evidence that sat III sequences triggers a transient dissociation of HP1 (heterochromatin Protein 1) α and β as well as a loss of the repressive epigenetic H3K9me3 histone mark at pericentric heterochromatin. Interestingly we have also found that, following stress, a sequential accumulation of SATIII RNA in a Sense and Antisense orientation occurs, suggesting that this specific pattern of expression plays an important role in heterochromatin reformation. Finally, we have found that the accumulation of SATIII RNA is associated with a slowdown of mitosis. Indeed we have found that in stressed cells, accumulation of sat III impcats the progression of mitosis and that a knock down of sat III RNA using LNA approaches releases this blockade, leading to genomic instability of tumor cells and to the appearance of poly nucleated cells.