Le rôle des Epromoters dans la régulation des gènes de réponse aux stress.

The role of Epromoter in the regulation of stress response genes

• Auteur / Autrice : Juliette Malfait
• Direction : Salvatore Spicuglia
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Bioinformatique et Génomique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : TAGC - Theories and Approaches of Genomic Complexity
• Jury : Président / Présidente : Christophe Chevillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salvatore Spicuglia, Guillermo Barreto, Aleksandra PęKOWSKA, Cyril Esnault, Sandrine Marquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillermo Barreto, Aleksandra PęKOWSKA

Mots clés

Mots clés libres

Epromoter

Régulation génique

Réponse au stress

Élément cis-régulateur

Transcription

Epromoter

Gene regulation

Stress response

Cis-regulatory element

Transcription

Résumé

La définition classique des enhancers implique leur propriété d’activer l’expression de gènes distaux, tandis que celle des promoteurs implique leur propriété d’initier l’expression de gènes à proximité. Cette dichotomie de base est remise en question par de grandes similitudes entre les promoteurs et enhancers, notamment avec l’existence des Epromoters, un nouvel élément régulateur possédant les deux activités. Notre équipe a précédemment montré que les gènes induits par l'interféron se trouvent généralement en clusters et sont associés à au moins un Epromoteur induit. De manière surprenante, les principaux facteurs de réponse à l'interféron étaient sélectivement liés aux Epromoteurs induits par l'interféron, mais pas aux autres promoteurs au sein du cluster. Ces résultats suggéraient un lien entre la fonction des Epromoteurs et les réponses au stress. Notre hypothèse de travail est que les Epromoteurs régulent les gènes co-induits à proximité en recrutant des facteurs de transcription spécifiques afin d'obtenir une réponse rapide et coordonnée au stress. Sur la base de ces découvertes, nous avons développé un pipeline bioinformatique pour prédire les Epromoteurs impliqués dans différentes conditions de stimulation ou de stress, telles que le choc thermique, la réponse au sérum, la stimulation par LPS ou la stimulation par TNF. En intégrant des ressources sur d'expression génique et de liaison des facteurs de transcription, le pipeline identifie des clusters de gènes induits où seul l'un des promoteurs recrute les facteurs de transcription clés. J'ai ensuite évalué l'efficacité du pipeline à prédire les clusters régulés par Epromoteurs, à travers des essais de gène rapporteur et des manipulations génomiques par CRISPR-Cas9 dans différentes réponses au stress. Nous proposons que les Epromoteurs fonctionnent comme un hub local pour recruter les facteurs de transcription clés nécessaires à la régulation des gènes co-induits à proximité en réponse à diverses conditions inflammatoires et de stress. Par ailleurs, pour comprendre les bases mécaniques de la régulation proximale versus distale, j'ai développé et validé un essai de double gènes rapporteur permettant de mesurer simultanément l'activité de promoteur et d'enhancer d'un Epromoteur donné et ainsi, à l'avenir, de décrypter les bases moléculaires de chaque activité.

The classical definition of enhancers implies the property to activate gene expression at a distance, while promoters induce local gene expression. This basic dichotomy has been challenged by broad similarities between promoters and enhancers, in particular with the existence of Epromoters, a new type of regulatory element with both activities. Our team previously showed that interferon-induced genes are generally found in clusters and associated with at least one induced Epromoter. Surprisingly, the key interferon response factors were selectively bound at the interferon-induced Epromoters, but not at the other promoters within the cluster. These results suggested a link between Epromoter function and stress responses. Our work hypothesis is that Epromoters regulate co-induced genes nearby by recruiting specific transcription factors in order to obtain a fast and coordinated response to stress. Based on these findings, we developed a bioinformatic pipeline to predict the Epromoters at play in different stimulatory or stress conditions, such as heat shock, serum response, LPS stimulation, or TNF stimulation. By integrating gene expression and transcription factor binding resources, the pipeline identifies clusters of induced genes where only one of the promoters recruits the key transcription factors. I subsequently assessed the efficiency of the pipeline to predict the Epromoter-regulated cluster through reporter assay and CRISPR-Cas9 genomic manipulation in different stress responses. We propose that Epromoters function as a local hub to recruit key transcription factors required for the regulation of nearby co-induced genes in response to various inflammatory and stress conditions. Besides, to understand the mechanistic bases of the proximal versus distal regulation, I developed and validated a dual reporter assay allowing to simultaneously measure the promoter and enhancer activity of a given Epromoter and thus, in the future, decipher the molecular bases of each activity