Décryptage des rôles des protéines contenant le domaine Jumonji chez Podospora anserina

Deciphering the roles of Jumonji domain containing proteins in Podospora anserina

• Auteur / Autrice : Mengyuan Li
• Direction : Fabienne Malagnac, Pierre Grognet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 15/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Bloyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Chapeland-Leclerc, Maxim Greenberg, Jessica Soyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Chapeland-Leclerc, Maxim Greenberg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie du développement

Podospora

Épigénétique

Mots clés libres

Déméthylase d'histone

Méthylation d'histone

Longévité

Reproduction sexuée

Histone demethylase

Histone methylation

Longevity

Sexual reproduction

Résumé

Chez les eucaryotes, les histones sont des protéines qui s'associent à l'ADN pour former la chromatine. Les modifications post-traductionnelles des histones affectent la condensation de la chromatine et l'expression des gènes. Les modifications d’histones sont régulées par plusieurs enzymes, dont les déméthylases d'histones qui contiennent souvent un domaine Jumonji C (JmjC). Chez les mammifères, il a été démontré que l’altération de l’activité des protéines JmjC entraîne divers défauts de développement, des troubles métaboliques et des cancers. Au cours de ma thèse, j’ai réalisé une analyse systématique de la fonction des protéines à domaine JmjC dans le champignon modèle Podospora anserina. Le génome de P. anserina contient 12 gènes codant des déméthylases potentielles (Kdm). L’expression de ces gènes est soit ubiquitaire soit régulée en fonction des différents stades du cycle de vie de P. anserina. Pour étudier la fonction de ces Kdms, j’ai inactivé les gènes correspondants. Mes résultats ont montré que chez P. anserina, les Kdms sont impliquées dans un large éventail de processus développementaux. PaKdm4 et PaDmm1 sont impliqués dans des voies de réponse au stress. L’absence de PaKdm1 et de PaKdm8_para1 conduit à accroitre la longévité de P. anserina. PaKdm5 et PaKdm8_para1 sont essentiels pour la reproduction sexuée. Afin de caractériser le rôle des Kdms sur la dynamique de certaines modifications d’histones, j’ai réalisé des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine. J’ai ainsi montré que l’absence de PaKdm1, contrairement à celle de PaKdm5, augmente significativement la présence de la modification H3K4me3 dans le génome de P. anserina. L’absence de PaKdm1 ou de PaKdm4 entraînent quant à elles un élargissement des domaines génomiques portant la modification H3K9me3. J’ai également réalisé des expériences de séquençage d’ARN à haut débit afin de caractériser le transcriptome de chacune des souches mutantes. J’ai ainsi constaté que l’absence des Kdms affecte l'expression des gènes. En particulier, j’ai montré que c’est l’inactivation du gène codant PaKdm5 qui a l’impact le plus important sur l'expression des gènes, tandis que la souche mutante PaKdm1 montre une reprogrammation transcriptionnelle limitée. Mon analyse montre également que PaKdm8 agit comme un régulateur positif de l'expression génique. En conclusion, mes résultats démontrent que chez l’organisme modèle P. anserina, les Kdm régulent épigénétiquement de multiples aspects du cycle de vie de P. anserina, y compris la sénescence, la reproduction sexuée et la défense du génome et fournissent de nouvelles perspectives sur le rôle des déméthylases d'histones dans la régulation transcriptionnelle des gènes.

In eukaryotes, histone proteins associate with DNA in the nucleus to form chromatin. Histone post-translational modifications affect chromatin condensation and gene expression. Histone PTMs are regulated by several enzymes including histone demethylases that often contain a Jumonji C (JmjC) domain. In mammals, JmjC proteins with impaired activity have been shown to cause various developmental defects, metabolic disorders and cancer. Here I present a systematic analysis of the function of the JmjC family of proteins in the model fungus Podospora anserina. The P. anserina genome contains 12 putative lysine demethylase enzymes (Kdm) with two expression patterns, ubiquitous or differentially expressed at different stages of the life cycle. To investigate the function of these Kdms, I generated deletion mutants. My results showed that the Kdms are involved in a wide range of developmental processes in P. anserina. PaKdm4 and PaDmm1 are associated with stress response pathways. Loss of PaKdm1 and PaKdm8-para1 leads to increased longevity of P. anserina. PaKdm5 and PaKdm8-para1 are essential for sexual reproduction. To characterize the consequences of the loss of Kdms on the distribution of H3K4me3, H3K9me3 and H3K36me2/3 histone modifications, I performed chromatin immunoprecipitation on the deleted strains. Loss of PaKdm1 significantly increases H3K4me3 modification, while loss of either PaKdm1 or PaKdm4 results in larger H3K9me3 domains. Performing RNA-seq experiments, I also characterized the transcriptome of the deleted strains. I was able to show that the lack of histone demethylases affects gene expression. Specifically, loss of PaKdm5 has the most significant effect on gene expression, whereas the PaKdm1 deleted strain exhibits limited transcriptional reprogramming. PaKdm8 acts as a positive regulator of gene expression. These findings demonstrate that Kdms epigenetically regulate multiple aspects of the P. anserina life cycle, including lifespan, sexual reproduction and genome defense, and provide new insights into the critical role of histone demethylases in the transcriptional gene regulation.