Impact fonctionnel des histones de liaison sur l'organisation de l'épigénome d'Arabidopsis

Functional impact of linker histones on Arabidopsis epigenome organization

• Auteur / Autrice : Ivona Biocanin
• Direction : Fredy Barneche
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du Développement
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Arabidopsis

Chromatine

Organisation nucléaire

Linker histone

Polycomb

Epigenome

Arabidopsis

Chromatin

Nuclear organisation

Linker histone

Polycomb

Epigenome

Résumé

La découverte de l'influence des mécanismes épigénétiques sur l'expression des gènes a révolutionné la biologie du développement et de l'évolution. Cependant nous ignorons encore largement comment l'intégration de mécanismes chromatiniens opérant à différentes échelles génomiques permet une régulation concertée de l'épigénome et de l'organisation nucléaire. Des études récentes ont mis en lumière les motifs télomériques comme un système idéal pour aborder cette question émergente. Ces motifs de 7 pb se retrouvent aux télomères, mais également en copies uniques au sein de gènes où ils recrutent l'activité Polycomb et enfin au niveau de grandes régions interstitielles dites 'ITR' contenant plusieurs milliers de ces motifs. Dans l'écotype de référence Col-0, les télomères (~20 kb) et les ITRs (~500 kb) d'A. thaliana constituent un énorme réservoir de cibles Polycomb. Nous avons identifié un mécanisme prévenant l'agrégation locale de l'activité Polycomb par l'histone de liaison H1 agissant en compétition avec des protéines structurellement apparentées à domaine 'H1 Globulaire' (HMGAs, TRBs). Ce mécanisme préserve l'organisation nucléaire de fortes perturbations telles que la formation de boucles chromatiniennes entre télomères et ITRs péricentromériques. Nous proposons de caractériser les associations entre ce trio de protéines de liaison et leur impact sur l'activité Polycomb en cis et le long du génome. L'étudiant.e exploitera également les variations du contenu génomique en ITRs dans une sélection d'écotypes d'A. thaliana, et les modifierons par transgénèse afin d'explorer comment l'agrégation de Polycomb sur de longs éléments structuraux peut impacter la régulation des gènes et plus largement l'homéostasie de l'épigénome et la topologie des chromosomes. Par des méthodes moléculaires, épigénomiques, transcriptomiques et cytologiques, l'étudiant.e appréhendera le rôle structural et fonctionnel des grands domaines chromatiniens des génomes de plantes.

Uncovering how epigenetic mechanisms influence gene expression has revolutionized former views in plant developmental and evolutionary biology, yet we lack molecular understanding on how chromatin regulatory events operated at different genomic scales interplay to allow a concerted organization of the epigenome and of chromosome topology. Recent studies shed light on telomeric sequences as an ideal system to tackle this emerging question. The 7-bp telomeric motifs occur at telomeres protecting chromosome ends, at Interstitial Telomeric Regions (ITRs) bearing thousands of such motifs, and as single copy Polycomb-response elements in gene promoters. In the reference ecotype Col-0, we unveiled that A. thaliana telomeres (~20 kb) and ITRs (~500 kb) form enormous reservoirs of Polycomb target loci where its activity is selectively prevented by histone linker H1 acting in competition with two H1-related protein families: HMGAs and TRBs. Aggregation of Polycomb activity at telomeres and pericentromeric ITRs enhances chromatin long-range interactions between these distal regions, hence interplays between linker proteins serve as a safeguarding mechanism of nuclear organization. We first propose to characterize the physical relationships among this trio of GH1 linker proteins and their impact on Polycomb activity in cis and along the genome. In collaboration with the team of Leandro Quadrana (IPS2), the PhD candidate will exploit natural and artificial variation in ITR genome content in selected A. thaliana ecotypes to determine how nucleation of Polycomb at large chromatin stretches impact the epigenome landscape elsewhere (i.e., at genes) and chromosome 3D organization. Last, the PhD candidate will explore the role of linker proteins in Polycomb-mediated transcriptional regulation. This framework should allow assessing mechanistically how large chromatin structures act as scaffolding components of chromosome topology in plants and explore their capacity to operate as rheostats of epigenome homeostasis.