Rôles du complexe répresseur Polycomb 2 (PRC2) dans la régulation des fonctions méristématiques chez la mousse Physcomitrium patens

Roles of the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) in the regulation of meristematic functions in the moss Physcomitrium

• Auteur / Autrice : Nicolas Dalle
• Direction : François Roudier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 27/10/2023
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Charlie Scutt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Roudier, Charlie Scutt, Christel Carles, Iva Mozgová, Fabien Nogué, Aurélie Vialette-Guiraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Carles, Iva Mozgová

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches

Méristèmes apicaux

Épigénétique

Mots clés libres

Épigénétique

Complexe Represseur Polycomb 2

Physcomitrium patens

Méristème

Cellule apicale

Cellules souches

Epigenetics

Polycomb Repressive Complex 2

Physcomitrium patens

Meristem

Apical Cell

Stem cells

Résumé

Les cellules d’un même organisme pluricellulaire possèdent un matériel génétique quasiment identique au sein de leurs noyaux, mais l’expriment différemment. Un des mécanismes de régulation de l’expression des gènes est lié à la dynamique des états chromatiniens, définis en partie par des modifications post-traductionnelles des extrémités des histones. La triméthylation de la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3) est catalysée par les complexes répressifs Polycomb de type 2 (PRC2) et est généralement associée à la répression transcriptionnelle de gènes associés au développement chez les organismes eucaryotes pluricellulaires. La mousse Physcomitrium patens se développe à partir d’un réseau de filaments, puis forme des gamétophores feuillés, à travers l’activité de structures méristématiques : la Cellule Apicale du Gamétophore (CAG). Pour identifier l’importance fonctionnelle de l’activité PRC2 dans le développement de la mousse P. patens, nous avons analysé les phénotypes d’une collection de mutants de la sous-unité catalytique de PRC2 aux échelles cellulaires et moléculaires. Ces analyses ont révélé que l’activité PRC2 n’est pas requise pour initier les premières étapes du développement du gamétophore, mais est essentielle dans les étapes suivantes, dont la mise en place de la CAG tétraédrique. La perte d’activité PRC2 se traduit macroscopiquement par plusieurs phénotypes développementaux distincts. De plus, les travaux menés ont révélé l’importance de PRC2 dans les mécanismes de régénération en réprimant l’identité des tissus parentaux. Pour élucider le lien moléculaire entre la régulation épigénétique des cibles de PRC2 et les défauts développementaux observés chez les mutants PRC2, nous avons identifié les cibles de PRC2 à différents stades développementaux, ainsi que les changements épigénétiques causés par la perte de l’activité PRC2 chez les mutants. Nous avons ainsi montré que, comme chez les autres espèces étudiées, PRC2 est impliqué dans la régulation de gènes liés au développement, mais aussi à l’immunité et au métabolisme. Les similitudes des changements d’état épigénétique de certains gènes suite à la perte de l’activité PRC2 chez les mutants présentant le même phénotype suggèrent que chaque phénotype est lié à la dérégulation de groupes de gènes communs. Afin d’identifier spécifiquement les cibles de PRC2 dans la CAG, nous avons mis en place d’une approche type-cellulaire spécifique. La combinaison des approches épigénomiques à différents niveaux avec les analyses développementales permettra ainsi de mieux comprendre les mécanismes de régulation épigénétique des fonctions méristématiques chez P. patens.

Cells in multicellular organisms share similar genetic information within their nuclei, but express it differently. Changes in chromatin states, which are in part determined by post-translational modification of histone tails, are one of the numerous mechanisms used to control the expression of genes. Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) catalyses the trimethylation of lysine 27 of histone 3 (H3K27me3), which is typically linked to the maintenance of the transcriptional repression of genes important for developmental processes in multicellular Eukaryotes. The moss Physcomitrium patens grows from a network of filaments, and then produces leafy gametophores through the activity of a merisematic structure called the Gametophore Apical Cell (GAC). In order to determine the functional role of PRC2 activity in the development of P. patens, we examined the phenotype of a collection of mutants in the catalytic subunit of PRC2 at both the molecular and cellular levels. These analyses showed that PRC2 activity is not required for the initial steps of gametophore development, but is essential in the following steps leading to the establishment of the tetrahedral GAC. The loss of PRC2 activity can be seen macroscopically, as they harbour several distinct developmental phenotypes. Furthermore, by investigating the source of the variability in the phenotypes associated with PRC2 loss, we discovered the importance of PRC2 in regeneration mechanisms via the repression of parental tissue identity. To elucidate the molecular link between epigenetic regulation of PRC2 targets and developmental defects, we identified PRC2 targets at different stages of development, as well as changes in epigenetic landscapes caused by the loss of PRC2 activity in mutants. This revealed that PRC2 is involved in the regulation of developmental processes, as well as immunity and metabolism, as shown in other species. The similarities in the changes in epigenetic states of some genes after PRC2 activity loss between mutants exhibiting the same phenotype suggest that each phenotype is associated with the misregulation of a common set of genes. A cell-type-specific approach has been initiated to specifically identify PRC2 target genes in the GAC. Combining epigenomic approaches at various levels with developmental analyses will allow for better understanding of the mechanisms involved in the regulation of P. patens meristematic functions.