Quantitative and functional analysis of chromosome dynamics : influence of the nucleolus on the regulation of gene expression

par Axel Bernhard Berger

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Olivier Gadal et de Herbert Tschochner.

Soutenue en 2008

à l'Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) en cotutelle avec l'Universität Regensburg, Naturwissenchaftliche Fakultät III .

  • Titre traduit

    Analyse quantitative et fonctionnelle de la dynamique chromosomique : influence du nucléole sur la régulation de l'expression des genes


  • Résumé

    Chromatin is distributed non-randomly within the cell nucleus. Its spatial organization has been demonstrated to be important for nuclear metabolism such as, DNA replication, reparation or transcription. I studied the budding yeast HMG-box protein Hmo1. A screen demonstrated that this chromatin-associated protein is genetically linked to the RNA polymerase (Pol) I, to genes coding for ribosomal proteins (RPGs) as well as to genes implicated in stress response. I could show that Hmo1 physically interacts with the rRNA coding gene transcribed by Pol I and with a subset of RPG promoters. Global expression analyses showed a clear dependence on Hmo1 for the expression of a sub-set of RPGs. An hmo1 deletion strain is also largely alleviated in repressing RPG transcription after TOR complex 1 inhibition. These results suggested that Hmo1 is implicated in Pol I transcription as well as RPG regulation. Since Hmo1 is a bona fide nucleolar factor, we wanted to test if Pol II transcribed RPGs associated with Hmo1 are localized in the proximity of the nucleolus. We first developed a new method allowing determination of gene localization probabilities with very high accuracy and with respect to the nucleolus. We could demonstrate by analyzing thousands of cells, that genes are confined into sub-nuclear volumes. These ‘gene territories’ show a locus specific size and can be remodeled upon transcriptional activation. Applying this new method to Pol II transcribed genes required for ribosome biogenesis, such as the RPGs, indicates that the localization of the gene on the chromatin fiber has important implications for its three dimensional positioning.


  • Résumé

    Au sein du noyau des cellules eucaryotes, la chromatine, support de l’information génétique, n’est pas distribuée de façon aléatoire. Son organisation spatiale est étroitement liée aux métabolismes nucléaires, tels que la réplication de l’ADN, la réparation ou la transcription. J’ai étudié la protéine Hmo1, une protéine à boîte HMG de la levure. Grâce à un crible génétique, nous avons pu mettre en évidence que Hmo1 est connecté à l’ARN polymérase (Pol) I, aux gènes codant pour des protéines ribosomiques (RPG), ainsi que aux gènes impliqués dans la réponse aux stress. J’ai pu montrer que Hmo1 interagit physiquement avec la région transcrite de l’ADN ribosomique et avec des promoteurs de RPG. De plus, un mutant hmo1-delta perd la capacité de répression de la transcription des RPG après une inhibition de la voie TORC1. Ca indique que Hmo1 est impliquée dans la régulation de la transcription par la Pol I, ainsi que la régulation de l’expression des RPG par des voies de transduction du signal comme la voie TORC1. Hmo1 étant une protéine nucléolaire, nous avons émis l’hypothèse d’une transcription péri-nucléolaire des RPG chez la levure. Après analyse de plusieurs milliers de cellules, nous avons pu démontrer que, au sein d’une population cellulaire, les gènes sont confinés dans des sous-volumes nucléaires appelés ‘territoires géniques’. Ces derniers ne sont pas distribués de façon aléatoire, pour certains gènes au moins, peuvent être remodelés en fonction de l’activité transcriptionnelle. La localisation de gènes nécessaires à la biogenèse du ribosome, tels que les RPG, semble influencée par leur distance génétique au centromère.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (211 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-211

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : ORSAY(2008)226
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