Mécanisme d'action et cartographie des sites de liaison des récepteurs aux hormones thyroïdiennes lors de la métamorphose de Xenopus tropicalis

• Auteur / Autrice : Patrice Bilesimo
• Direction : Laurent Sachs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire. Endocrinologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Debey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Odile Bronchain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Flamant, Slimane Ait-Si-Ali

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hormones thyroïdiennes

Afrique

Xénopes

Résumé

Les hormones thyroïdiennes (HT) sont connues pour avoir de nombreuses fonctions tant dans le développement que dans l'homéostasie. Au niveau cellulaire, les processus qu'elles peuvent induire sont divers voire opposés: apoptose, différenciation, prolifération. Leur principal mode d'action fait intervenir un récepteur nucléaire (TR) qui régule l'activité transcriptionnelle des gènes-cibles directs des HT. Le modèle classique actuellement admis ne permet pas d'expliquer comment un seul signal, la T3 (forme biologiquement active des HT), peut aboutir à la variété des effets observés. Nous avons choisi comme modèle la métamorphose d'un Amphibien anoure, Xenopus tropicalis. Ce processus est sous le strict contrôle des HT. Dans ce modèle in vivo, nous avons étudié le mécanisme d'action de deux gènes cibles directs des HT (TRβ et TH/bZIP) avec et sans HT et dans des tissus qui s'engagent dans des processus différents en réponse aux HT. Nous mettons en évidence des différences dans leurs cinétiques d'expression. Il apparaît que le mécanisme d'action des HT varie selon les gènes et les tissus. Ces différences se caractérisent par des variations dans la dynamique chromatinienne notamment la méthylation de la lysine 4 de l'histone H3 et dans la liaison de TR au niveau des T3RE en absence d'hormone. Or, nous avons pu établir un lien entre ces deux observations. En parallèle, un ambitieux projet à l'échelle du génome a été initié utilisant les dernières technologies dérivées de la technique d'immunoprécipiation de la chromatine et de séquençage massif (ChIA-PET) couplé à une analyse la plus complète possible du transcriptome. Il a pour objectif la cartographie de l'ensemble des T3RE et la détermination des gènes-cibles directs et indirects des HT. Réalisé in vivo sur des tissus aux devenirs opposés en réponse aux HT, cela devrait permettre in fine d'établir et de comparer les réseaux de gènes régulés par les HT dans différentes conditions physiologiques. Cette technologie permettra également de mettre en évidence les interactions longues distances entre les sites de présence des TR et ainsi de définir le rôle de la structure tridimensionnelle de la chromatine dans la régulation des gènes cibles des HT. Bien que l'analyse des données à l'échelle du génome n'est pas encore terminée, le travail de validation du ChIA-PET sur l'épiderme caudal en présence et en absence de T3 nous a conduit à mettre en évidence que de nombreux régulateurs de l'état de la chromatine sont des gènes-cibles directs des HT. Parmi ceux que nous avons pu valider: Lsd1, Jmjd3, Ezh2, Dnmt3a, et Jarid2 sont connus pour leurs rôles dans le contrôle de l'activité transcriptionnelle, du devenir cellulaire et de l'épigénétisme.

It's well known that Thyroid Hormones (TH) have numerous functions both in development and homeostasis. At the cellular level, TH can lead to apparently opposite processes: apoptosis, differentiation and proliferation. The main mechanism of their action involves a nuclear receptor (TR) which regulates the transcriptional activity of TH direct target genes. The current model of TR action fails to explain how a single signal, T3 (biologically active form of TH), induces such a variety of effects. We chose the metamorphosis of an Anura Amphibia, Xenopus tropicalis, as a model. In this in vivo model, we studied the mechanism of action of two TH direct target genes (TRβ and TH/bZIP) with and without T3 and in different tissues that are engaged in different responses to TH. We highlighted striking differences in their expression kinetics and in the mechanism of action of TH, which varies strongly according to genes and tissues. These differences are characterized by variations in chromatin dynamics, in particular the Lysine 4 methylation of histone H3, and the TR recruitment on T3RE in absence of hormone. We also show a functional link between these two features. In parallel, an ambitious genome-scale project has been initiated using the last technology derived from the chromatin immunoprecipitation and massive genome sequencing technologies (ChIA-PET). It has been coupled with transcriptome analysis. The cartography of all the TR binding sites and the determination of both direct and indirect TH target genes constitute the main objective of this work. Realized in vivo on tissues with distinct responses to TH, it should allow in fine to draw up and to compare the gene networks regulated by the TH in different physiological conditions. The ChIA-PET will also highlight the long distance interactions between TR recruitment sites and therefore will define the function of the threedimensional chromatin structures in the regulation of TH target genes. Although the genomescale data analysis had not been finished yet, the validation of first data provided for tail fin lead us to show that numerous regulators of the chromatin state are TH direct target genes. Regulators that also control transcriptional activity, the cell fate decision and epigenetic pathways.