Academic literature on the topic 'ADN-Z'

La méthylation de l'ADN est l’une des marques épigénétiques les plus étudiées et est largement conservée. Mes travaux de thèse présentent le premier méthylome d'une diatomée marine P. tricornutum qui appartient à la famille des Stramenopiles. P. tricornutum présente une méthylation d’environ 6% qui est présente en mosaïque sur l’ensemble du génome. Une méthylation importante a été retrouvé chez les éléments transposables, en particulier les éléments amplifiés récemment de type Copia. L’analyse met en évidence plus de 320 gènes méthylés dans trois contextes génomiques différents : à proximité des éléments transposables, en grappes de gènes méthylés, et dans des gènes uniques. En outre, les gènes largement et complètement méthylés ont été trouvé fortement corrélés avec le silencing transcriptionnel et l'expression différentielle dans des conditions spécifiques. Enfin, il a été constaté que les gènes susceptibles d’avoir été acquis par transfert horizontal de gènes bactériens étaient préférentiellement insérés dans des régions riches en éléments transposables, ce qui suggère un mécanisme par lequel l'expression de gènes étrangers peut être tamponnée à la suite de leur insertion dans le génome. En résumé, P. tricornutum a une faible méthylation de l'ADN et une methylation relativement importante des éléments transposables et seulement quelques gènes méthylés. Ce premier méthylome d’une diatomée Stramenopile ajoute de manière significative à notre compréhension de l'évolution de la méthylation de l'ADN chez les eucaryotes. En ce qui concerne les modifications des histones, la distribution des marques H3K4me2, H3K9me2 et H3K27me3 a été examinée chez P. tricornutum. H3K4me2 est principalement associée à des gènes alors que les deux marques H3K9me2 et H3K27me3 ciblent principalement des éléments transposables. La répartition de H3K27me3 est inhabituelle et différente de ce qui a été observé chez les espèces modèles étudiées à ce jour. Les gènes marqués par H3K27me3 ont tendance à être faiblement exprimés et de façon différentielle. H3K27me3 et H3K9me2 ont tendance à co-marquer non seulement les éléments transposables méthylés, mais aussi des gènes fortement méthylés, ce qui semble être important pour le maintien du silencing des gènes différentiellement exprimés. L'analyse combinatoire de différentes marques d’histones et la méthylation de l'ADN nous a donné un aperçu du paysage de la chromatine chez les diatomées, et aidera à définir les caractéristiques structurales et fonctionnelles conservées<br>DNA methylation is the most extensively studied and widely conserved epigenetic mark. Here the first whole genome methylome from a stramenopile, the marine model diatom P. tricornutum is reported. In P. tricornutum, around 6% of the genome was methylated in a mosaic landscape. Extensive methylation in transposable elements (TEs), especially in recently amplified Copia-like elements was found. Over 320 genes were found methylated occurring in three different genomic contexts: in the proximity of TEs, in clusters of methylated genes, and in single genes. Furthermore, genes extensively and completely methylated correlated strongly with transcriptional silencing and differential expression under specific conditions. Finally, it was found that genes likely acquired by horizontal gene transfer from bacteria were preferentially inserted within TE-rich regions, suggesting a mechanism whereby the expression of foreign genes can be buffered following their insertion in the genome. In general, P. tricornutum has low DNA methylation with relatively extensive DNA methylation on TEs and a few methylated genes. This first Stramenopile methylome adds significantly to our understanding of the evolution of DNA methylation in eukaryotes. As for the histone modifications, genome wide distribution of H3K4me2, H3K9me2 and H3K27me3 were examined in P. tricornutum. H3K4me2 is mainly associated with genes while both H3K9me2 and H3K27me3 marks target mainly transposable elements (TEs). The distribution of H3K27me3 is unusual and different from what have been profiled in model species so far. The genes marked by H3K27me3 tend to be lowly and differentially expressed. H3K27me3 and H3K9me2 tend to co-mark not only methylated TEs but also heavily methylated genes, which appears to be important for maintaining the silencing of differentially expressed genes. The combinatorial analysis of different histone marks and DNA methylation gave us an overview of diatom chromatin landscapes, and will help to define conserved structural and functional features

Le but de cette thèse est de décrire le chemin métabolique permettant de remplacer l’adénine (A) par la 2-aminoadénine (Z) dans le génome de bactériophages Siphoviridae. La 2-aminoadénine et la thymine (T) forment la paire Z:T, liée par trois liaisons hydrogène. Avec la paire G:C classique, ils forment un ADN « ZTGC » qui est résistant aux enzymes de réstriction de l’hôte. En premier lieu, mes travaux se sont focalisés sur le cyanophage S-2L, décrit comme porteur de 2-aminoadénine. J’ai d’abord étudié la primase-polymérase, PrimPol, responsable de la réplication de l’ADN chez ces phages, et qui possède la capacité surprenante d’incorporer à la fois le dATP et le dZTP. J’ai ensuite caractérisé une triphosphatase dATP-spécifique, appelée DatZ, conservée chez tous les bactériophages Siphoviridae, responsable de la dégradation spécifique du dATP. J’ai également mis en évidence que PurZ, l’enzyme-clé pour la production de la diaminopurine est non seulement une ATPase mais aussi une dATPase. J’ai identifié une nucléotide pyrophosphatase, appelée MazZ, composant essentiel du chemin de biosynthèse de Z, qui convertit dGTP en dGMP, en générant ainsi un des substrats de PurZ. Structures cristallographiques de haute résolution de tous les 4 enzymes avec leurs ligands respectifs expliquent les spécificités observées dans les tests catalytiques – ou leur absence. Enfin, j’ai caractérisé une structure d’une ADN polymérase Z-spécifique de famille A, PolZ, trouvée dans le vibriophage φVC8, mais absente dans S-2L. J’ai résolu sa structure cristallographique en modes polymérase et exonuléase « couplé-ouvert » et « couplé-fermé », permettant de decrire son activité au niveau atomique<br>The subject for this thesis is to dissect the enzymatic pathway allowing a non-canonical base 2-aminoadenine, or diaminopurine (Z) to replace adenine (A) in the genomes of a number of Siphoviridae bacteriophages. 2-aminoadenine and thymine (T) form the Z:T pair bound by fully saturated triple hydrogen bond. Together with the standard G:C pair they form ZTGC-DNA which is resistant to host’s restriction enzymes. I first focus on cyanophage S-2L, the originally-described bearer of 2-aminoadenine. I identify a DNA primase-polymerase, PrimPol, responsible for its replication, with surprisingly similar activity towards dATP and dZTP. This prompted the characterization of a dATP-specific triphosphatase, DatZ. Its activity and conservation between the phages of interest explains the mechanism behind adenine removal. Secondly, I find that PurZ of phage S-2L’s, a key enzyme in diaminopurine production, is not only an ATPase but also a dATPase. I identify a nucleotide pyrophosphatase, MazZ, as an essential component of the conserved Z biosynthetic pathway, that converts dGTP into dGMP, thus generating one of the substrates of PurZ. High resolution crystallographic structures of all 4 enzymes with their respective ligands explain the specificities observed in catalytic tests - or lack thereof. Finally, I characterized the structure of a Z-specific family A DNA polymerase, PolZ, found in a related vibriophage φVC8 but absent in S-2L. Its crystallographic structure in polymerase-exonuclease “coupled-open” and “coupled-close” states offers an explanation for the observed specificity

Le développement d'un organisme complexe repose sur une séquence de décisions cellulaires conduisant à l'émergence de centaines de types cellulaires différents avec des fonctions spécifiques. Cette progression est marquée par une perte graduelle de la potence cellulaire, des changements significatifs du transcriptome et un remodelage étendu de la chromatine. Les embryons totipotents à 2 cellules (2C) se caractérisent par une signature transcriptionnelle unique et une organisation de la chromatine relâchée (hypométhylation globale, faible compaction de la chromatine, accessibilité accrue de la chromatine). Cependant, comment les embryons 2C préservent leur identité cellulaire stricte dans une conformation de chromatine permissive reste mal compris.La conversion spontanée des cellules souches embryonnaires de souris (mESCs) à un état semblable à celui des embryons 2C, appelé cellules 2C-like (2CLCs), fournit un modèle in vitro idéal pour étudier les caractéristiques de la totipotence, dont elles partagent plusieurs traits avec les embryons 2C. Pour étudier les interactions de la chromatine à l'échelle du génome, des expériences de capture de conformation des chromosomes (Hi-C) ont été menées dans les mESCs et les 2CLCs. Bien que l'architecture globale des chromosomes soit restée globalement stable entre les deux populations cellulaires, nous avons identifié de nouvelles larges régions d'interaction spécifiques aux 2CLCs, principalement situées vers une extrémité de nombreux chromosomes. Des expériences de ADN-FISH ont montré que ces interactions se localisent à la périphérie nucléaire des 2CLCs, associées à un changement de marque d'histone, passant d'actif dans les ESCs à répressif dans les 2CLCs, empêchant l'activation transcriptionnelle dans ces régions. La formation de ces interactions de la chromatine dépend des protéines de la famille Zscan4, un facteur de la chromatine exprimé spécifiquement au stade 2C. De manière intrigante, il a été démontré que Zscan4 se lie à des motifs prédisposés à adopter une conformation en Z-ADN, caractérisée par une double hélice gauche. Nous avons détecté la présence de Z-ADN dans les 2CLCs, et leur induction a significativement augmenté la proportion de 2CLCs affichant des conformations de chromatine similaires à celles des 2CLCs spontanés.En résumé, nous proposons un mécanisme en deux étapes dans lequel la formation de Z-ADN induit l'émergence de 2CLCs, suivie de leurs relocalisations à l'enveloppe nucléaire formant de grands domaines d'interactions dépendants de Zscan4, qui pourraient être cruciaux pour préserver la totipotence dans un environnement de chromatine globalement permissif<br>Mammalian development is characterized by a sequence of cell fate decisionsalong an irreversible pathway of restricted developmental potential and increasingcell specialization. With progressing development, a gradual restriction inpotency is accompanied by significant transcriptome modulation and drasticchromatin reprogramming. Totipotent 2-cell (2C) embryos are defined by aunique transcriptional signature and a relaxed chromatin organization (globalhypomethylation, poor chromatin organization and increased chromatinaccessibility). However, how 2C embryos safeguard their strict cell identity in arelaxed chromatin conformation remains poorly understood.The spontaneous conversion of mouse embryonic stem cells (mESCs) to a 2C-like state, called 2C like cells (2CLCs), provides a convenient in vitro modelsystem to study totipotent-like characteristics as they share several features with2C embryos. To investigate genome-wide chromatin interactions, chromosomeconformation capture experiments (Hi-C) were conducted in both mESCs and2CLCs. While the global chromosome architecture remained stable between thetwo cell populations, we identified new large interacting regions specific to2CLCs, located towards one end of numerous chromosomes. The formation ofthese chromatin interactions depends on Zscan4, a transcription factor expressedspecifically at the 2C stage. Intriguingly, Zscan4 binds to motifs predisposed toadopt a Z-DNA conformation, characterized by a left-handed double helix. Wedetected the presence of Z-DNA in 2CLCs, and inducing it significantly increasedthe proportion of 2CLCs displaying chromatin conformation akin to spontaneous2CLCs. Mechanistically, we propose that Z-DNA formation plays a role inaltering DNA replication timing, a process known to promote cell transitions.In summary, we propose a novel role for Zscan4 in forming 3D genomeinteraction, a process that may be critical in establishing and maintainingtotipotency