Rôle de l'histone déméthylase JMJD2A dans la régulation transcriptionnelle au cours de la différentiation musculaire

par Laure Verrier

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire

Sous la direction de Marie Vandromme.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La chromatine est une structure dynamique, qui peut être modulée par divers mécanismes, dont la méthylation des histones. L'état plus ou moins compacté de la chromatine est une composante importante de la régulation de la transcription des gènes. L'objectif de ma thèse a été de déterminer le rôle de l'histone déméthylase JMJD2A dans le contrôle de l'expression des gènes dont l'activation est associée à une déméthylation de la lysine 9 de l'histone H3 (H3K9). La différenciation musculaire est caractérisée par une sortie du cycle cellulaire (associée à la répression des gènes cibles de E2F) suivie de l'induction de gènes spécifiques du muscle. Dans ce cadre, j'ai mis en évidence l'existence d'une nouvelle isoforme de JMJD2A induite lors de la différenciation musculaire et essentielle à ce processus. Ce nouveau variant, appelé DN-JMJD2A, est une forme tronquée en N-terminal de la protéine pleine taille produite à partir d'un ARNm interne au gène JMJD2A. Une approche par perte de fonction (siRNA) et puces d'expression a montré que cette petite isoforme est nécessaire à l'expression des gènes musculaires ainsi qu'au bon déroulement du processus global de différenciation musculaire, alors que la forme pleine taille n'est pas requise. DN-JMJD2A est recrutée sur le promoteur de la myogénine (facteur de transcription essentiel à la différenciation) et participe à la déméthylation locale de H3K9 lors de l'induction transcriptionnelle de ce gène. Des analyses à grande échelle (ChIP on chips) menées dans des cellules prolifératives ou différenciées ont également permis d'identifier les gènes cibles de JMJD2A dans ce modèle. D'autre part, DN-JMJD2A est aussi impliquée dans le contrôle du cycle cellulaire. En effet, la déplétion des deux isoformes de JMJD2A (par siRNA) induit une inhibition de la prolifération caractérisée par un arrêt à la transition G1/S, tandis que la déplétion de la protéine pleine taille seule n'a pas d'effet. De plus, seule la surexpression de DN-JMJD2A (et pas de la forme pleine taille) confère aux cellules un avantage prolifératif. Des expériences d'immunoprécipitation de chromatine (ChIP) montrent que JMJD2A est recrutée au niveau des promoteurs des gènes cibles de E2F en corrélation l'induction de leur expression, suggérant que le rôle de DN-JMJD2A dans le contrôle du cycle cellulaire passe par la régulation des gènes cibles de E2F, impliqué dans l'entrée et l'avancée des cellules en phase S. Dans leur ensemble, les résultats obtenus au cours de ma thèse mettent en évidence le rôle crucial de DN-JMJD2A à la fois dans le contrôle de la différenciation musculaire et de la prolifération cellulaire, soulignant l'importance des variants d'enzymes de modification sans activité catalytique dans la régulation de l'expression des gènes.

  • Titre traduit

    Function of the histone demethylase JMJD2A in transcriptional regulation during muscle differentiation


  • Résumé

    Chromatin modifications, such as histone methylation, are key components in the transcriptional control of gene expression. During my PhD, I investigated the function of the JMJD2A histone demethylase in the regulation of gene expression. During skeletal muscle differentiation, determined cells exit from the cell cycle and the expression of tissue-specific genes is induced. In this context, I described for the first time the existence of a second variant of the histone demethylase JMJD2A and its essential role in the regulation of muscle specific genes transcription. Indeed, I showed that a short isoform of JMJD2A truncated for the N-terminal demethylase domain is induced during differentiation. This isoform, called DN-JMJD2A, is necessary for the differentiation process through regulation of muscle specific genes expression, at a step earlier than myogenin induction. Although JMJD2A short isoform does not contain a demethylase domain, its role on muscle gene expression is direct, being recruited on myogenin promoter at the onset of differentiation to demethylate H3K9, suggesting that it recruits another demethylase specific of H3K9. Genome wide targets of JMJD2A were also identified in proliferative and differentiated cells by ChIP on chip. In addition, other results show that DN-JMJD2A regulates cell proliferation. Indeed, the depletion of both isoforms of JMJD2A leads to proliferation defects, characterized by an accumulation of the cells in G1 phase, whereas the depletion of JMJD2A full length only does not. Moreover, cells that overexpress DN-JMJD2A grow faster than control cells or cells expressing JMJD2A full length. ChIP experiments showed that JMJD2A is recruited on some E2F-target genes in correlation with the induction of their expression, suggesting that it can participate to their regulation during the cell cycle. Globally, this work uncovers the existence of a new isoform of JMJD2A, DN-JMJD2A, and highlights its role in the control of muscle differentiation and cell proliferation. It also underlines the importance of catalytic variants of histone modifying enzymes in transcriptional regulation.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (401 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 103-120

Où se trouve cette thèse ?