Dissertations / Theses on the topic 'Régulation de transposons'

L'étude de la répression de l'élément transposable P chez Drosophila melanogaster a été menée à l’aide d'un modèle transgénique appelé Trans-Silencing Effect (TSE). Au cours, du TSE un transgène P-lacZ télomérique réprime l'expression germinale d'un transgène homologue inséré en trans dans le génome. Le TSE présente un effet maternel et une transmission épigénétique sur plusieurs générations. Le TSE apparaît faire intervenir une boucle fonctionnelle positive entre formation d'hétérochromatine et répression par les piRNAs. Mon travail de thèse s’est articulé autour de trois axes. Le premier fut l’affinement de l’étude phénotypique et génétique du TSE. Des transgènes répresseurs ont été identifiés à tous les télomères, et qu’ils peuvent interagir fonctionnellement entre eux pour établir le TSE. De plus, plusieurs transgènes cibles peuvent être réprimés simultanément par un seul transgène répresseur. Le second a été de tester si le TSE est un phénomène cellulaire général pouvant fonctionner via des séquences différentes de l’élément P. Il y est montré qu’un transgène P-lacZ peut réprimer un transgène piggyBac-lacZ, l’unique homologie de séquence résidant dans les séquences lacZ. Le troisième axe a concerné l’analyse des propriétés épigénétiques fines du TSE ; cela a permis de montrer l’existence d’un premier cas de paramutation stable dans le monde animal. La paramutation chez la Drosophile correspond à l’émergence d’un locus producteur de piRNAs et, fournit ainsi un modèle unique pour étudier cette étape inexplorée de la voie du piRNA.

Les hélitrons sont des éléments transposables prédominants chez Arabidopsis. Nous avons développé un modèle syntaxique pour les détecter exhaustivement dans le génome. Nous avons ensuite démontré la relation autonome-nonautonome des hélitrons et découvert de nouvelles familles. L'observation de leur séquence interne montre une grande variabilité. Nous avons ainsi développé un nouvel outil DomainOrganizer qui permet de visualiser la modularité des éléments transposables non autonomes. Cette étude a permis de comprendre l'évolution d'une famille d'hélitrons. Enfin, nous avons commencé à appréhender le rôle régulateur des hélitrons
Helitrons are the main transposable element in Arabidopsis. We are developped a new syntactical model for detect them in genome. We have shown the relationship between autonomous and nonautonomous helitrons and discovered new families. Analysis of their internal sequence shows a strong variability. We have also created a new tool nammed DomainOrganizer which can visualize the modularity of nonautonomous transposable elements. This study have permit to understand the evolution of helitron family. Last, we have begin to understand the regulatory effect of helitrons

L'ARN interférence (ARNi) est un phénomène découvert en 1998 par lequel la présence d'ARN double brin au sein d'une cellule entraîne la dégradation d'ARN de séquence homologue. L'ARNi est effectué par un complexe ribonucléoprotéique contenant des petits ARN double brin et au moins une protéine de la famille Argonaute. Cette thèse a été consacrée à l'étude de l'ARNi chez le protozoaire Trypanosoma brucei. Nous avons d'abord défini les conditions d'utilisation de l'ARNi au niveau de la spécificité et de l'efficacité, paramètres qui ont servi à l'élaboration d'un logiciel permettant la sélection de l'ARN double brin pour les études fonctionnelles. Ensuite, nous avons recherché plusieurs gènes candidats codant pour des protéines participant à l'ARNi. Le meilleur d'entre eux, TbAGO1, appartient à la famille Argonaute et se caractérise par la présence d'un domaine supplémentaire, capable de lier les ARN. Il est essentiel pour l'ARNi chez le trypanosome. Sa délétion produit des défauts significatifs lors de la mitose et nous avons établi que l'ARNi contribue à la formation du fuseau mitotique et à la ségrégation des chromosomes. Un second phénotype observé en l'absence d'ARNi est la surexpression des ARN de deux types de rétroposons (rétrotransposons sans LTR), sans toutefois augmentation de leur activité de rétroposition. Les deux phénotypes sont indépendants l'un de l'autre. Nous avons ensuite démontré que la présence d'ARN double brin entraîne la destruction d'ARN cible de séquence homologue dans le cytoplasme mais peut aussi conduire à une extinction de la transcription du gène correspondant. Ce type de mécanisme pourrait non seulement contrôler l'expression des ARN des rétroposons, mais aussi celle des gènes dans lesquels ils sont insérés
RNA interference (RNAi) is a phenomenon discovered in 1998 in which the presence of double-stranded RNA (dsRNA) in a cell leads to degradation of RNA of homologous sequence. RNAi is mediated by a ribonucleoprotein complex that contains short double stranded RNA and a member of a the Argonaute protein family. This thesis is focusing on RNAi in the protist Trypanosoma brucei. We first defined the degree of specificity and efficiency of RNAi generated after expression of dsRNA, parameters that were instrumental in the design of a software allowing selection of dsRNA for silencing experiments. Next, we searched for candidate genes coding for proteins potentially involved in RNAi. The best candidate is TbAGO1, a member of the Argonaute protein family characterised by an extra domain possibly involved in RNA binding. This gene is essential for RNAi. Its deletion leads to significant mitosis defects, that we established were due to defects in spindle formation and chromosome migration. A second phenotype in the absence of RNAi is the overexpression of retroposon (retrotransposons without LTR) transcripts, without a concomitant increase in retroposition. Both phenotypes are independent. We next demonstrated that presence of dsRNA leads to destruction of homologous RNA in the cytoplasm but could also induce transcriptional silencing of the corresponding gene. This type of mechanism could control expression of retroposons but also of genes in which these retro-elements are inserted

Le facteur i est un retrotransposon de la drosophile dont l'expression est limitee a la lignee germinale femelle. Cet element codant pour un nombre limite de proteines, il est vraisemblable que des proteines de l'hote controlent son profil d'expression. Nous avons tente d'identifier ces trans-regulateurs potentiels en recherchant parmi les facteurs participant au bon deroulement de l'ovogenese, ceux capables de controler l'expression du facteur i. Une mutagenese a donc ete realisee dont le crible etait les mutations de sterilite femelle capables de dereguler l'expression d'une fusion constituee du facteur i marque par le gene lacz. 18 mutations affectant l'expression de cette fusion ont ete obtenues, renforcant l'hypothese d'une trans-regulation de cet element. L'une de ces mutations identifie un gene a effets maternels pleiotropes. Ce gene, que nous avons appele sesame, est necessaire au mouvement morphogenetique qu'est la fermeture dorsale de l'embryon. Cette mutation affecte l'elongation des cellules de l'epiderme, empechant ainsi la formation de l'epiderme dorsal. Ces modifications de morphologie cellulaire sont declenchees par l'activation dans les cellules les plus dorsales de l'epiderme, d'une voie de transduction de signaux utilisant la jun amino termale kinase (jnk). Cette activation permet l'accumulation dans ces cellules, de filaments d'actine et de myosine et l'activation de la voie decapentaplegic dans les cellules laterales. Chez le mutant, la reorganisation du cytosquelette est correcte, suggerant qu'une etape posterieure a la voie jnk est affectee. D'autre part, chez les embryons issus de femelles mutantes, l'expression de fusions transgeniques est reprimee. Cette repression, dont le mecanisme reste a determiner, est independante des sequences utilisees comme vecteur de transgenese et du gene marqueur present dans les constructions. L'analyse moleculaire de sesame permettra de mieux caracteriser les differentes fonctions de ce gene.

Le facteur I, rétrotransposon LINE de la Drosophile, est un très bon modèle pour étudier in vivo la régulation de la transposition. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que des ARN issus de séquences homologues au facteur I, défectives pour la transposition et présentes naturellement dans l’hétérochromatine péricentromérique, jouent un rôle dans la protection épigénétique naturelle du génome de la Drosophile contre le facteur I. Cette répression fait intervenir des mécanismes dépendant d’homologie, qui semblent être liés à l’«interférence ARN». La structure de la chromatine est impliquée dans la régulation de l’activité du facteur I, puisque des mutations affectant le gène codant la protéine HP1 diminuent l’activité de ce transposon. Nous montrons également l’existence de différentes formes de transcrits de facteurs I, dont certains sont actifs et d’autres sont inactifs pour la transposition. Les formes actives pourraient être produites par maturation des formes inactives, spécifiquement en contexte permissif.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d'ADN trouvées chez tous les organismes vivants, et capables de se déplacer d'un site chromosomique à un autre. Ils sont une source de mutations et doivent donc être finement contrôlés par leurs hôtes. Afin de parer à leur mobilisation, les génomes ont mis en place des mécanismes de régulation (RNAi) impliquant des petits ARNs dont les siRNAs en sont la composante la plus connue. Récemment il a été mis en évidence chez la drosophile deux nouvelles classes de petits ARNs appelés piRNAs et endo-siRNAs. Les piRNAs contrôlent spécifiquement les ET dans les tissus reproducteurs qui comprennent des cellules germinales et des cellules somatiques : les cellules folliculaires. Les endo-siRNAs quant à eux, contrôlent ces ET dans les tissus somatiques. Il a été montré au laboratoire qu'Idefix, un retrotransposon à LTR, était régulé par un mécanisme post-transcriptionnel (PTGS). Celui-ci implique la voie des piRNAs et sa composante majeure, la protéine PIWI, dans les tissus reproducteurs de drosophiles. En revanche dans le reste des tissus de drosophiles cette régulation ne dépend pas de la protéine PIWI. Durant ma thèse je me suis intéressé à savoir si en plus de ce contrôle de type PTGS, il existait une régulation de type transcriptionnelle (TGS) appliquée sur les ET de drosophile dans les différents tissus aussi bien somatiques que germinaux. En étudiant les régulations que subissent divers transgènes composés d'un gène rapporteur et de divers fragments d'ET, j'ai montré que seule une régulation de type post-transcriptionnelle permettait de réguler les éléments transposables dans la lignée germinale femelle de drosophile. Cette régulation ayant une faiblesse précoce dans le développement des ovaires pouvant entrainer une mobilisation des éléments transposables dans certaines conditions sensibilisées. En revanche dans les tissus somatiques j'ai montré qu'une régulation transcriptionnelle s'ajoutait à la répression de type PTGS pour réprimer les ET. Cependant cette régulation transcriptionnelle présente une spécificité tissulaire puisqu'elle est observée dans les tissus somatiques de larves de drosophiles et absente dans les cellules somatiques folliculaires de l'ovaire. En conclusion divers systèmes de régulation mettent sous silence les éléments transposables en fonctions de la balance bénéfice/problèmes qu'ils apportent pour un tissu donné
Transposable elements (TEs) are DNA sequences found in all living organisms, and able to move from one chromosomal site to another. They are source of mutations and therefore must be finely controlled by their hosts. To counteract their mobilization, genomes have developed regulatory mechanisms (RNAi) involving small RNAs including the best-known siRNAs. Recently two novel classes of small RNAs called piRNAs and endo-siRNAs have been reported in Drosophila. The piRNAs specifically trigger TE repression in reproductive tissues, composed by germ cells and somatic follicular cells. The endo-siRNAs control those in somatic tissues. It has been shown by our group that Idefix, a LTR retrotransposon, is regulated by a posttranscriptional mechanism (PTGS). It implicates the piRNAs pathway and its major component, the PIWI protein, in reproductive tissues of Drosophila. By contrast, in the other Drosophila tissues, the regulation does not depend on the PIWI protein. During my PhD, I was interested to know if in addition to this PTGS, a transcriptional control (TGS) was necessary to control Drosophila TE in both the somatic and germinal tissues. By studying theregulations of sensor-transgenes carrying a reporter gene (GFP) and various fragments of ET acting as a target of the silencing pathways, I have shown that the post-transcriptional silencing is the only regulatory pathway targeting transposable elements in the Drosophila female germline. This regulation has a weakness early in the development of the ovaries that can lead to a mobilization of transposable elements under certain sensitized conditions. In somatic tissues I have shown that a transcriptional regulation is coupled to the PTGS. However, this transcriptional regulation has tissue specificity because it is only observed in somatic tissues of Drosophila outside of the ovaries, a PTGS with no TGS targeting TE in the somatic cells of the ovarian follicle

L’élément mariner Mos1 est un élément transposable de classe II qui code une transposase, l’enzyme permettant aux transposons de se déplacer dans les génomes. Cette transposase possède un coeur catalytique DDE similaire à celui des intégrases rétrovirales. Mon travail de thèse a consisté en l’étude de la transposase de Mos1, sous différents aspects. Mes résultats complètent le modèle de transposition précédemment établi au laboratoire et apportent une nouvelle vision de la formation du complexe synaptique qui permet l’excision de transposon du site donneur. Mes travaux ont également permis d’identifier le domaine de liaison à l’ADN de la transposase comme un domaine de type CRO. L’étude de la régulation de l’activité de la transposase, qui est phosphorylée, m’a permis d’élargir le modèle de transposition de Mos1 au contexte cellulaire eucaryote, et des études d’ingénierie de la protéine posent la question de l’impact des facteurs d’hôtes lors de la transposition de Mos1. Enfin, des inhibiteurs de la transposase de Mos1 ont été identifiés et leur mode d’action caractérisé. Ces composés présentent également une activité sur l’intégrase du VIH-1 et une autre transposase à cœur catalytique DDE
The Mos1 mariner element is a Class II transposable element, encoding a transposase, which is the enzyme allowing them to move in the genomes. This transposase has a DDE catalytic core like the retroviral integrases. My work consisted in studying the Mos1 transposase, under different aspects. My results complete the model of transposition previously established in the laboratory and bring a new vision of the formation of synaptic complex, which allows excision of the transposon donor site. The DNA-binding of Mos1 transposase has also been identified as a CRO-like domain. Work on regulation of the activity of Mos1 transposase, which is phosphorylated, allowed me to expand the model of Mos1 transposition in a eukaryotic cell context. The engineering of the protein were also conducted and questions about the impact of host factors on Mos1 transposition. Inhibitors of Mos1 transposase have been identified and characterized. These compounds also inhibit HIV-1 integrase and an other DDE transposase

Au sein du noyau eucaryote, la transcription, première étape de l’expression génique, est régulée par de nombreux facteurs et modifications épigénétiques telles que la méthylation de l’ADN et les modifications chimiques des histones. Les modifications épigénétiques jouent aussi un rôle essentiel dans la répression des séquences d’ADN répétées tels que les éléments transposables (TEs) qui, de par leur nature, peuvent avoir des effets délétères sur l’intégrité de la cellule. Grâce à un crible génétique mené chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, la protéine MAINTENANCE OF MERISTEM (MAIN) a récemment été identifiée comme étant nécessaire pour la répression des TEs. MAIN appartient à la famille des Plant Mobile Domain (PMD) et possède trois proches paralogues : MAIN-LIKE1 (MAIL1), MAIL2 et MAIL3. Le but de ma thèse a été de comprendre les rôles et modes d’action de ces protéines dont les fonctions cellulaires restent mal connues. J’ai pu démontrer que MAIN et MAIL1 interagissent physiquement ensemble, mais aussi avec une phosphoprotéine phosphatase putative nommée PP7L. Grâce à des analyses de transcriptomiques, j’ai pu montrer que de nombreux gènes et TEs étaient communément dérégulés dans les fonds mutants main, mail1 et pp7l, ce qui est en accord avec l’identification d’un complexe protéique MAIN/MAIL1/PP7L. J’ai également initié des expériences de biochimie dans le but de déterminer le mode d’action des protéines MAIN et MAIL1, ainsi que des analyses de transcriptomiques de mutants mail2 et mail3 afin de mieux comprendre le rôle de ces protéines au sein de la cellule
Within the eukaryotic nucleus, transcription, the first step in gene expression, is regulated by numerous factors and epigenetic modifications such as DNA methylation and chemical modifications of histones. Epigenetic modifications also play an essential role in the répression of repeated DNA sequences such as transposable elements (TEs) which, by their nature, can have deleterious effects on cell integrity. Thanks to a genetic screen conducted in the model plant Arabidopsis thaliana, the MAINTENANCE OF MERISTEM (MAIN) protein has recently been identified as necessary for the repression of TEs. MAIN belongs to the Plant Mobile Domain (PMD) family and has three close paralogues: MAIN-LIKE1 (MAIL1), MAIL2 and MAIL3. The aim of my thesis was to understand the roles and modes of action of these proteins whose cellular functions remain poorly understood. I was able to demonstrate that MAIN and MAIL1 interact physically together, but also with a putative phosphoprotein phosphatase named PP7L. Through transcriptomic analyses, I was able to show that many genes and TEs were commonly deregulated in MAIN, MAIL1 and pp7L, which is consistent with the identification of a MAIN/MAIL1/PP7L protein complex. I have also initiated biochemical experiments to determine the mode of action of MAIN and MAIL1 proteins, as well as transcriptome analyses of mail2 and mail3 mutants to better understand the role of these proteins in the cell

Les éléments transposables sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer dans le génome. Ils peuvent modifier l’architecture et la régulation du génome, et sont ainsi impliqués dans de nombreux désordres pathologiques, congénitaux ou acquis. L’analyse bioinformatique des éléments transposables dans les données de séquençage est la méthode de choix pour comprendre leur biologie. Mon travail de thèse a été dédié à cette question en utilisant des données réelles et simulées. Dans un premier axe, en utilisant un système cellulaire modulant le niveau de méthylation, nous avons révélé que différentes modifications chromatiniennes répressives assurent la mise sous silence des éléments transposables lorsque la méthylation de l’ADN est perdue. Dans un second axe, à l'aide d'une stratégie de mutagenèse aléatoire, nous avons découvert une nouvelle ADN méthyltransférase, spécialisée dans la méthylation des transposons jeunes au cours de la spermatogenèse. De par la nature répétée des éléments transposables, l'analyse des transposons dans les données de séquençage reste cependant un véritable défi. Finalement, dans un troisième temps, j’ai eu recours à une stratégie de simulation pour comparer les différentes méthodes d’alignement et de quantification dans les génomes murin et humain. J'ai ainsi pu élaborer des recommandations pour l'étude des éléments transposables et révéler les limites de détection de certaines familles de transposons
Transposable elements are DNA sequences that have the ability to move in the genome. They can modify the architecture and the regulation of the genome, and be implicated in different pathological, congenital or acquired disorders. The transposon analysis with sequencing data is the first choice method to understand their biology. My thesis work was dedicated to this question using real and simulated data. In a first research axis, using a cellular system to modulate DNA methylation levels, we revealed that different repressive chromatin modifications ensure the silencing of transposable elements when DNA methylation is lost. In a second axis, using a random mutagenesis strategy, we discovered a new DNA methyltransferase, specialized in the methylation of young transposons during spermatogenesis. However, the analysis of transposons in sequencing datasets is a bioinformatic challenge because of the repeated nature of transposable elements. Eventually, in a third axis, using a simulation strategy applied to the mouse and the human genomes, I systematically compared different alignment and quantification tools. I was able to draw recommendations for the analysis of transposons and to reveal the limits in detecting specific transposons families

Une grande partie du génome des eucaryotes est constituée d’éléments transposables(ET). Ces séquences d’ADN répétées ont la capacité de se déplacer d’un site chromosomiqueà un autre et de multiplier le nombre de leurs copies, pouvant ainsi être la cause d’uneinstabilité génétique. Face à ce potentiel de mutagénèse, un certain nombre de systèmes ontété sélectionnés dans les génomes eucaryotes qui conduisent à une réduction de l’activité desET. Notamment, chez la drosophile, on a récemment mis en évidence des mécanismes derégulation impliquant les modifications d’histones, et une nouvelle classe de petits ARN,appelés piARN, qui contrôlent spécifiquement les éléments transposables dans les tissusreproducteurs.tirant est un rétrotransposon à LTR de la drosophile, de type Gypsy, isolé au sein dulaboratoire dans les populations naturelles de D. simulans, où le nombre de ses copies estvariable entre populations. Cet ET possède la même structure génomique que les rétrovirus.Dans la première partie de cette thèse, j’ai caractérisé un élément tirant actif dans lespopulations naturelles de D. simulans. Je me suis intéressé en particulier au gène de laprotéine d’enveloppe (env), qui confère le caractère infectieux du rétrovirus. La comparaisondes transcrits et de la protéine du gène env entre populations de D. simulans a montré quetirant est actif dans une population, et cette activation est associée à sa mobilisation, alors quedans les autres populations tirant est présent, mais régulé.Dans la deuxième partie de mon travail, je me suis intéressé à l’étude de l’influence detirant sur la structure de la chromatine au niveau de son site d’insertion et à son influence surl’expression des gènes voisins. J’ai étudié trois modifications d’histones dans troispopulations naturelles, dont une où tirant est inséré dans un intron du gène tkv. Les résultatsobtenus montrent que tirant est capable de modifier la structure de la chromatine au niveau deson site d’insertion, mais aussi en amont, par l’hétérochromatinisation d'un promoteur du gènetkv, en affectant ainsi son taux de transcription.Enfin, je me suis intéressé à la régulation post-transcriptionnelle de tirant par lespiARN. Par l’analyse de croisements intraspécifiques entre des souches contenant ou non descopies de tirant dans l’euchromatine, j’ai montré qu’une régulation post-transcriptionnelle parles piARN germinaux qui contrôle tirant dans les cellules folliculaires de l’ovaire. J’ai aussipu montrer une expression variable entre populations des gènes de la voie piARN
Eukaryotic genomes harbor a wide variety of repeated sequences, such as transposableelements (TE). These sequences are able to move from one chromosomal site to another, tomultiply their number of copies, and can be the cause of a genetic instability. Sophisticatedgenomic defenses have evolved to restrict their activity. In Drosophila, epigeneticmodification such as post-translational histone modifications and RNAi interference areinvolved in TE silencing in reproductive tissues. The silencing of an LTR like element, tirant,has been deeply analyzed in this work. Tirant is a Gypsy like element, isolated in ourlaboratory in natural populations of D. simulans, in which a high level of copy numbervariability is observed between strains.Here, I first describe an active tirant element in natural populations of D. simulans. Ihave focused on the envelope protein gene (env), which confers the infectious behavior to theretrovirus. By comparison of tirant transcripts level and protein localization between naturalpopulations of D.simulans, I showed that tirant is active in one population, and this activationis correlated with its mobilization.I then focused on the effects of TE insertions on chromatin structure and in its influenceon the expression of the nearby genes. I studied three histone modification marks in threenatural populations, in the locus in which tirant was inserted. I show that tirant is associatedwith repressive marks and active marks, which explains the activity of the element. We alsoshowed that tirant modifies the structure of the chromatin at the level of its site of insertion,but also upstream, by the heterochromatinization of the promoter of tkv gene, interfering withthe level of transcription of the gene.Finally, I was interested in the post-transcriptional regulation of tirant involving thepiRNA pathway. By crossing D.simulans strains which contains different copy numbers ofthe tirant element, I showed that tirant is regulated in the follicular cells by the germ linepiRNA pathway. I was also able to show a variable expression between populations of theproteins of the piRNA pathway

Les cellules, et tout particulièrement les cellules germinales, maintiennent l'intégrité de leur génome en prévenant d'éventuelles mutations comme celles dues à la mobilité des éléments transposables (ET). Dans la lignée germinale des animaux, une classe particulière de petits ARN régulateurs, les PIWI-interacting RNA (piRNA), sont les acteurs majeurs du contrôle des ET. Chez Drosophila melanogaster, il existe des souches dites réactives, dépourvues de copies actives de l'élément I, ET exprimé dans la lignée germinale femelle. Les femelles de ces souches voient leur capacité à réprimer l'invasion de leur génome par l'élément I augmenter avec l'âge. Des données antérieures ont montré qu'une fois acquise, la capacité à réprimer l'élément I est transmise maternellement au travers des générations. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que la transmission de la capacité à réprimer l'élément I n'est pas corrélée à des modifications de l'activité transcriptionnelle des loci producteurs de piRNA, mais semble uniquement véhiculée par les piRNA. En effet, les piRNA de l'élément I déposés dans l'embryon vont amorcer la production de piRNA complémentaires dans les ovaires de la descendance, ce qui induit une forte accumulation de piRNA antisens à l'élément I. Ainsi, les piRNA maternellement déposés assurent la transmission de la capacité à réprimer l'élément I, acquise suite au vieillissement des ascendants maternels. Mes résultats mettent en évidence le rôle des piRNA comme support moléculaire d'une composante non génétique de l'information héritable, indépendante de la chromatine et déterminante pour le maintien de l'intégrité du génome
Cells, especially germinal stem cells, maintain genomic integrity by averting the propagation of mutations, generated as a consequence of DNA damage. In particular, they must avoid the deleterious activity of transposable elements (TEs). In animal germlines, one of the key players of the TE repression involves a specific class of small regulatory RNAs, the PIWI-interacting RNAs (piRNAs). In Drosophila melanogaster, there are reactive strains that are devoid of functional copies of the I element, a TE specifically expressed in the female germ line. When they get older, females of these strains can acquire a strong capacity to repress the I element invasion. Anterior works have shown that once acquired, this capacity to repress the I element is maternally transmitted over generations. The results obtained during my thesis revealed that the transmission of the capacity to repress the I element is not correlated with increased transcriptional activity of piRNA producer loci but seems only mediated by the piRNAs. Indeed, I element piRNAs deposition in the embryo after aging treatment correlates with the production of complementary piRNAs in the ovaries of the progeny. This results in a strong accumulation of antisense I element piRNAs. The maternally deposited piRNAs ensure the transmission of the capacity to repress the I element acquired after ancestor aging. My results highlight the molecular support of a DNA- and chromatin-independant component of heritable information essential for the maintenance of genome integrity

Les éléments transposable (ET) sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer au sein des génomes. Pour contrebalancer les effets négatifs liés à l'activité des ET, il existe chez leurs hôtes des mécanismes régulant l'activité de transposition. Une fois qu'un ET est régulé, l'accumulation progressive de mutations dans sa séquence conduit fatalement à la perte définitive de son activité de transposition. J'ai cherché au cours de cette thèse à mieux comprendre le succès et le maintien de ces séquences répétées, avec d'une part l'étude des transferts horizontaux (TH) d'ET, un moyen d'échapper aux mécanismes de régulation , et d'autre part l'étude de leur régulation. Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'étude des TH entre deux espèces proches de drosophiles. Dans cette étude, j'ai développé une nouvelle méthode bioinformatique permettant la détection de séquences transférées horizontalement entre deux génomes eucaryotes qui m'a permis détecter de nombreux TH d'ET. Ce travail m'a aussi conduit à développé une nouvelle méthode de contrôle du taux de faux positifs moyen applicable aux tests multiples unilatéraux. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la régulation des ET par la voie des petits ARN, un mécanisme de l'ARN interférence. Dans cette étude, j'ai analysé des données de séquençage de petits ARN, ainsi que d'ARN totaux issues de différentes populations de D. simulans. Ce travail a conduit au développement d'un pipeline d'analyse permettant d'étudier des différences d'expression entre des séquences répétées ainsi que d'une nouvelle procédure de contrôle qualité de ce type de donnée
Transposable elements (TEs) are repeated DNA sequences that are able to move (transpose) within their host genome. To counteract the negative effects of their TEs, regulation mechanisms of the TE transposition are present in the host genome. Once a TE is regulated, the progressive accumulation of mutations in its sequence will inevitably lead to the definitive loss of its transposition capacity. My work during this thesis is was to better understand the succss and the maintaining of these peculiar repeated sequencest, with the study of horizontal transfers (HTs) of TEs enabling them to escape host regulation mechanisms, and the study of this regulation. The first part of my thesis concerns the study of HTs between two closely related drosophila species. I have developed a new bioinformatic method for the detection of HTs between two eukaryotic genomes. The development of this method brought me to work on the unilateral multiple testing problematic for which I have developed a new procedure to control the expected false discovery rate (FDR). The second part of my thesis focuses on the regulation of TEs by the small RNA pathway, an RNA interference mechanism. For this study, I have analyzed sequencing data of small RNAs and total RNAs. For this work, I have developed an analysis pipeline, to study differences of expression between repeated sequences. Some features of the small RNA dataset required the development of a new procedure to parse them. This procedure was extended and implemented in a software to be used for the quality control of next generation sequencing data

Les Eléments Transposables (ET) sont des parasites du génome caractérisés par leur capacité à se répliquer plus rapidement que les autres éléments génétiques du génome. La régulation par la voie des piARN joue un rôle essentiel pour limiter l’expansion des ET dans les lignées germinales des animaux.La première question posée est comment le génome répond face à une nouvelle invasion par un ET. Dans ce but, nous avons introduit le transposon de Classe II mariner (sous-famille mos1) chez D. melanogaster, qui ne contient naturellement pas l’élément. Nous avons montré, qu’après son amplification autonome dans le génome, l’élément avait atteint un équilibre en termes de nombre de copies, depuis qu’une régulation de novo par les piARN avait été acquise.Deuxièmement, nous avons étudié la mobilisation de l’élément mariner au cours du processus de colonisation des régions géographiques tempérées. A partir d’un large panel de populations naturelles nous avons trouvé que l’activité moyenne de mariner était remarquablement augmentée dans les populations non-Africaines en comparaison aux populations Africaines. Ces variations peuvent s’expliquer par un fort polymorphisme d’expression (transcriptionnel et traductionnel) des gènes de la voie des piARN.Le troisième chapitre soutient que la forte activité des ET dans la lignée germinale mâle est un phénomène global chez les drosophiles. Par ailleurs, le contenu en ET chez les espèces sœurs (D. melanogaster et D. simulans) a fortement divergé et, cela a affecté la réponse associée à la production des piARN. Chez D. melanogaster, de nombreux « burst » de transposition ont eut lieu récemment. Ces familles d’ET sont activement réprimées par les piARN dans l’ovaire et donc, se retrouvent massivement surexprimés dans les testicules. Chez D. simulans, nous pensons que la réponse par les piARN résulte principalement d’une régulation passée qui semble être la relique d’anciennes invasions d’ET.La voie des piARN est supposé être « garante de l’intégrité du génome » de par son rôle actif dans la défense contre les ET. Cependant, si la sélection naturelle purge les génomes de ces parasites délétères, il semble que les mécanismes de régulation de l’hôte contribuent au maintien de l’homéostasie du génome en limitant leur expansion, et quelque part en favoriser le maintien sur long terme. Ainsi, une autre interprétation pourrait être que la voie des piARN est « garante de la diversification du génome » de par son rôle à faciliter l’accumulation des ET
Transposable Elements (TEs) are genomic parasites characterized by their ability to replicate faster than any other genetic element in the genomes. The piRNA mediated silencing is of central importance to limit TE expansion in the germline of animal species. The present dissertation explores the relationship between TEs and piRNAs alongside their evolutionary dynamics.The first question raised here was to understand how the genome responds to a new TE invasion. For that purpose, we injected a mariner Class II transposon into D. melanogaster genome that does not naturally contain the element. We found that, after its self-replication into the genome, the element have reached a copy number equilibrium since a de novo piRNA mediated regulation have been acquired.Second, we studied the mariner rewiring activity during the colonization of geographical temperate regions. From a large sampling of D. simulans natural populations, we found the mean activity of mariner to be strikingly higher in non-African populations compared to the African ones. These findings support the idea that selection acting on piRNA effector proteins has been of central importance to explain TE lineages diversification during colonization process.The third chapter provides evidences to propose that, the strong TE activity in testes, is a general phenomenon in Drosophila. We also observed that TE landscape divergence between the two sister species, have affected the genomic response mediated by the piRNAs. As a response of their recent bursts of transposition, TEs overexpressed in testes are preferentially silenced by piRNAs in D. melanogaster ovaries. By contrast, we assumed the D. simulans piRNA response to be the relic of a past regulation that still persists mostly against inactive TEs.The piRNA silencing in the germline, is assumed to be the “vanguard of genome” defense and integrity due to its active role against TEs. However, while natural selection purifies the genome from its deleterious parasites, it seems that the host regulation contributes to genome homeostasis by limiting their expansion, and somehow, favors their longterm maintenance. Thus, another interpretation would have been that piRNA silencing is the “vanguard of genome” diversification due to its active role in facilitating TE accumulation

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d’ADN capables de catalyser son propre mouvement et d’entrer dans de nouvelles régions du génome. Dans la présente étude, nous avons étudié Helena, un élément LINE qui est à différents stades de son cycle évolutif et donc, il est un bon modèle pour l’étude de la dynamique évolutive des TE. À travers une analyse de bio-informatique dans les douze génomes séquencés de la drosophile nous avons étudié l’évolution de Helena, et nous proposons un scénario possible pour l’évolution de cet élément. Helena est à différents stades de son cycle de vie, allant d’un état complet (D. simulans et D. mojavensis) à très dégradé (D. yakuba, D.erecta, D. ananassae et D. virilis) ou absent (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. grimshawi et d. willistoni). L’analyse phylogénétique a montré que Helena était présent chez l’ancêtre commun du genre Drosophila et a été transmis verticalement dans des lignées dérivées. De plus, nous avons détectées des copies intactes uniquement chez D. mojavensis et nous avons étudié plus en détail sa région 5’ (extrémité). Nous avons utilisé un gène rapporteur et confirmé la présence du promoteur interne pour Pol II qui est associé à des modifications épigénétiques de l’histone : hétérochromatine permissive (H3K4me2) et répressive (H3K27me3). Ces « marques bivalents » indiquent que Helena peuvent être exprimés en réponse à un stimulus spécifique. Une étude de l’élément BS, un TE étroitement liée à Helena, a montré que la dynamique évolutive des deux ETs sont très similaires. Les résultats montrent que CET élément, comme Helena, se trouve à différents stades de son cycle évolutif
The transposable elements (TEs) are DNA sequences capable of catalyze its own movement and to enter into new regions of the genome. In the present study we studied Helena, a LINE element that is at different stages of its evolutionary cycle and therefore, it is a good model for studies of TEs evolutionary dynamics. Through bioinformatics analysis of 12 Drosophila species which have their genomes sequenced, we found Helena in different stages of its evolutionary cycle, that varies of at least one full active copy (D. mojavensis) an putatively complete copy, but inactive (D. simulans) to highly degenerate (D. yakuba, D. erecta, D. ananassae and D. virilis) or absent (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. willistoni and D. grimshawi) sequences. Phylogenetic analysis showed that Helena was present in the common ancestor of the Drosophila genus and has been vertically transmitted in derived lineages, but lost on some of them. Since a complete highly active copy was observed only in D. mojavensis, we studied in more detail its 5' end region. We used a reporter gene and verified the presence of internal promoter for Pol II that is associated with epigenetic histone modifications for permissive (H3K4me2) and repressive heterochromatin (H3K27me3). These “bivalent marks” indicate that Helena can be expressed in response to specific stimulus. A study of BS element, a TE closely related to Helena, showed that the evolutionary dynamics of both TEs are very similar. Bioinformatics analysis of the 12 Drosophila genomes revealed that BS is also widely variable in the species analyzed regarding to distribution, abundance, degree of degradation and also about their evolutionary cycle

La méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont desmodifications épigénétiques qui interviennent dans la régulation des éléments transposables(ET) chez de nombreuses espèces. La proportion des ET dans les génomes varie selon lesespèces considérées et pose la question des mécanismes de régulation de ces ET. Au sein del'espèce Drosophila simulans, les populations naturelles présentent un polymorphisme uniquedans le nombre de copies des ET, ce qui en fait un excellent modèle pour étudier cettequestion. L'étude de la méthylation d'ADN et des modifications post-traductionnelles deshistones associées au rétrotransposon à LTR tirant dans la lignée germinale des populationsnaturelles a permis de montrer l'influence d'une copie d'ET sur la structure de la chromatineau site d'insertion. Dans un second volet, nous avons cherché à caractériser la méthylation del'ADN chez la drosophile, chez laquelle la fonction est encore mal connue. Nous avons, pardes approches spécifiques et globales, mesuré l'abondance de cette marque épigénétique chezla drosophile. Nous concluons que les taux de méthylation de l'ADN sont très faibles maisvariables entre espèces. Notre travail n'a pas permis de mettre en évidence un rôle de laméthylation de l'ADN dans le contrôle des ET, toutefois, nous ne pouvons pas exclure cesystème de régulation.

Un nouveau facteur nucléaire humain, la protéine THAP1, a récemment été isolé et cloné par le laboratoire. Cette protéine contient un domaine de liaison à l'ADN dépendant du zinc, qu'elle partage avec la transposase de l'élement P, le facteur E2F6 chez le poisson-zèbre et plusieurs protéines de C. Elegans interagissant génétiquement avec la protéine du rétinoblastome, pRb. Mes travaux de thèse ont permis par une étude des relations structure/fonction du domaine THAP de THAP1 d'identifier des résidus critiques pour son interaction séquence-spécifique avec l'ADN. Nous avons également montré que THAP1 régule positivement la prolifération des cellules endothéliales et la progression dans le cycle cellulaire à la transition G1/S via la régulation coordonnée de plusieurs gènes impliqués dans le cycle cellulaire, cibles des complexes pRB/E2F. Parmi ceux-ci, nous avons pu identifier le gène RRM1, un gène requis pour la synthèse d'ADN en phase S, comme le premier gène cible direct de THAP1
A novel human nuclear factor designed THAP1 protein, was recently isolated and cloned in the laboratory. This protein contains a zinc dependent DNA-binding domain shared with drosophila P element transposase, zebrafish E2F6 and several nematode proteins interacting genetically with the retinoblastoma protein pRB. My thesis work, through a structure-function analysis of the THAP domain of THAP1, allowed the identification of a number of critical residues for its sequence-specific DNA binding activity. We also report that THAP1 is a positive regulator of endothelial cell proliferation and G1/S cell cycle progression through modulation of pRB/E2F cell-cycle target genes. These genes include RRM1, a gene required for S-phase DNA synthesis that we identified as the first direct transcriptional target of THAP1

Tn4371 est un transposon catabolique de 55 kpb qui a ete isole de ralstonia eutropha a5. Il porte, sur un region de 13 kpb situe au centre de l'element mobile, les genes responsables de la degradation du biphenyle (genes bph) dont l'expression est induite lorsque le biphenyle est present dans le milieu de croissance. L'implication du facteur sigma 54, suggeree dans une premier travail, sur l'utilisation du biphenyle par la bacterie, a ete etudiee. Le gene rpon de ralstonia eutropha ch34 a, pour cela, ete isole, et l'organisation du locus caracterisee. Une analyse transcriptionnelle de cette region, revele que le gene rpon est monocistronique. Un mutant rpon a donc pu etre construit ce qui a permis de montrer qu'il est defectueux dans le metabolisme de l'hydrogene, de l'uree et de la proline. En revanche, l'expression des genes bph ne depend pas du facteur sigma 54. Les genes cataboliques bph sont bordes de deux genes bphr et bphs codant potentiellement pour des regulateurs de la famille lysr et gntr respectivement. Une analyse transcriptionnelle a revele que les genes bphegfa1a2a3bc et d sont cotranscrits sur un arn messager de 10 kb dont la synthese est gouvernee par une promoteur de type sigma 70, pe, activee constitutivement par une region situee en amont du promoteur et reprimee par le produit du gene bphs. Deux intermediaires de la degradation du biphenyle, le dihydroxybiphenyle et le hopda sont proposes comme candidats de molecules inducteurs, agissant vraisemblablement sur la proteine bphs afin de lever la repression exercee sur l'expression de l'operon bph. En depit de la similitude avec des genes regulateurs de la famille lysr, le produit du gene bphr n'est pas implique dans l'expression des genes bph.

L'ARN interférence (ARNi) est un phénomène découvert en 1998 par lequel la présence d'ARN double brin au sein d'une cellule entraîne la dégradation d'ARN de séquence homologue. L'ARNi est effectué par un complexe ribonucléoprotéique contenant des petits ARN double brin et au moins une protéine de la famille Argonaute. Cette thèse a été consacrée à l'étude de l'ARNi chez le protozoaire Trypanosoma brucei. Nous avons d'abord défini les conditions d'utilisation de l'ARNi au niveau de la spécificité et de l'efficacité, paramètres qui ont servi à l'élaboration d'un logiciel permettant la sélection de l'ARN double brin pour les études fonctionnelles. Ensuite, nous avons recherché plusieurs gènes candidats codant pour des protéines participant à l'ARNi. Le meilleur d'entre eux, TbAGO1, appartient à la famille Argonaute et se caractérise par la présence d'un domaine supplémentaire, capable de lier les ARN. Il est essentiel pour l'ARNi chez le trypanosome. Sa délétion produit des défauts significatifs lors de la mitose et nous avons établi que l'ARNi contribue à la formation du fuseau mitotique et à la ségrégation des chromosomes. Un second phénotype observé en l'absence d'ARNi est la surexpression des ARN de deux types de rétroposons (rétrotransposons sans LTR), sans toutefois augmentation de leur activité de rétroposition. Les deux phénotypes sont indépendants l'un de l'autre. Nous avons ensuite démontré que la présence d'ARN double brin entraîne la destruction d'ARN cible de séquence homologue dans le cytoplasme mais peut aussi conduire à une extinction de la transcription du gène correspondant. Ce type de mécanisme pourrait non seulement contrôler l'expression des ARN des rétroposons, mais aussi celle des gènes dans lesquels ils sont insérés.

L'abondance d'éléments génétiques mobiles dans le génome humain a un impact critique sur son évolution et son fonctionnement. Même si la plupart des éléments transposables sont inactifs en raison de l'accumulation de mutations, le rétrotransposon LINE-1 (Long Interspersed Element-1 ; ou L1) continue de se mobiliser et d'influer sur notre génome. Il a ainsi contribué à l'évolution de l'homme moderne, mais aussi à l'apparition de maladies génétiques. Les séquences du rétrotransposon L1 correspondent à 17% de la masse totale de l’ADN humain. Une copie active de L1 est capable de se mobiliser de manière autonome par un mécanisme de type «copier-coller» qui met en jeu un intermédiaire ARN et une étape de transcription inverse. Cependant, peu de choses sont connues sur les voies cellulaires impliquées dans la mobilité de L1. Notre laboratoire a découvert, par des cribles double-hybride, une interaction entre la protéine ORF2p de L1 et le récepteur α associé aux œstrogènes (ERRα), un membre de la famille des récepteurs nucléaires. Ici, nous avons confirmé et étendu cette observation à plusieurs autres membres de la superfamille des récepteurs de stéroïdes en utilisant un test de double-hybride fluorescent (F2H) en culture cellulaire. Pour mieux comprendre le rôle potentiel d’ERRα dans le cycle de rétrotransposition de L1, nous avons effectué des expériences de suppression et de surexpression qui suggèrent qu’ERRα est un régulateur positif de la rétrotransposition. Collectivement, ces données relient les voies de signalisation des stéroïdes avec la régulation post-traductionnelle de la rétrotransposition de L1, ce qui suggère un modèle par lequel ERRα et probablement autres récepteurs nucléaires peuvent recruter le RNP L1 vers des emplacements chromosomiques spécifiques
The abundance of genetic mobile elements in our DNA has a critical impact on the evolution and function of the human genome. Even if most transposable elements are inactive due to the accumulation of mutational events, the Long INterspersed Element-1 (LINE-1 or L1) retrotransposon continues to diversify and impact our genome, being involved in the evolution of modern humans and in the appearance of genetic diseases or in tumorigenesis. L1 forms 17% of human DNA. It is autonomously active being replicated through an RNA-mediated ‘copy-and-paste’ mechanism. The L1 element encodes two proteins, ORF1p and ORF2p, which associate with the L1 mRNA to form L1 ribonucleoprotein particles, the core of the retrotransposition machinery. However, little is known about the cellular pathways involved in L1 replication. Our laboratory has discovered by yeast 2-hybrid screens an interaction between L1 ORF2p and the estrogen-related receptor α (ERRα), a member of the nuclear receptor family. Here, we confirmed and extended this observation to several other members of the steroid receptor superfamily using a fluorescent two-hybrid assay (F2H) in human cultured cells. To get further insight into the potential role of ERR in L1 replication cycle, we performed ERR siRNA-mediated knock-down and overexpression experiments, which suggest that ERR is a positive regulator of retrotransposition. Moreover, the artificial tethering and concentration of ERR to a large and repetitive genomic array inhibits retrotransposition. Collectively, these data link steroid signaling pathways with the post-translational regulation of L1 retrotransposition, suggesting a model by which ERRα, and probably several other nuclear receptors, can recruit the L1 RNP to specific chromosomal locations, acting as tethering factors