Histone H3 variants and chaperones in Arabidopsis thaliana heterochromatin dynamics

par Matthias Benoit

Thèse de doctorat en Physiologie et Génétique Moléculaires

Sous la direction de Aline Probst.

Soutenue le 17-10-2014

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Génétique, Reproduction et Développement (équipe de recherche) et de (GRED) Génétique- reproduction et développement (laboratoire) .

Le président du jury était Chantal Vaury.

Le jury était composé de Aline Probst.

Les rapporteurs étaient Elaine Dunleavy, Ortrun Mittelsten Scheid, Cristel Carles.

  • Titre traduit

    Les variantes et chaperones de l'histone H3 dans la dynamique de l'hétérochromatine Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Afin d’étudier la prise en charge des histones H3 jusqu’à l’ADN et pour comprendre l’influence de leur dynamique dans l’organisation d’ordre supérieur de la chromatine, une analyse des chaperonnes d’histones a été menée. Nous avons identifié et caractérisé les sous-unités du complexe HIR, impliqué dans l’assemblage de la chromatine réplication-indépendante chez Arabidopsis. La perte d’AtHIRA, la sous-unité centrale du complexe, affecte le niveau d’histone soluble, l’occupation nucléosomale des régions euchromatiniennes et héterochromatiniennes ainsi que la mise sous silence transcriptionnel des séquences d’ADN répétées. Alors que le complexe HIR ne participe pas à l’organisation d’ordre supérieur de la chromatine, j’ai montré que CAF-1, impliqué dans l’assemblage de la chromatine au cours de la réplication, joue un rôle central dans la formation des chromocentres. Lors du développement post-germinatif des cotylédons, les séquences d’ADN répétées centromériques et péricentromériques se concentrent dans les chromocentres et s’enrichissent en histone H3.1 de manière CAF-1 dépendante. Cet enrichissement, associé à des modifications post-traductionnelles d’histones associées à un état répressif de la transcription, participe à la formation des chromocentres et met en évidence l’importance de l’assemblage de la chromatine par CAF-1 dans la structure et le maintien du génome. Alors que la perte individuelle de HIR ou de CAF-1 n’affecte pas la viabilité, l’absence des deux complexes altère fortement l’occupation nucléosomale et le développement des plantes. Ceci suggère que la compensation fonctionnelle entre ces complexes de chaperonnes ainsi que la plasticité des voies de dépôt des histones restent limitées.


  • Résumé

    To understand how histones H3 are handled and how histone dynamics impact higher-order chromatin organization such as chromocenter formation in Arabidopsis, a comprehensive analysis of the different histone chaperone complexes is required. We identified and characterized the different subunits of the Arabidopsis HIR complex. AtHIRA is the central subunit and its loss affects non-nucleosomal histone levels, reduces nucleosomal occupancy not only at euchromatic but also at heterochromatic targets and alleviates transcriptional gene silencing. While the HIR complex-mediated histone deposition is dispensable for higher-order organization of Arabidopsis heterochromatin, I show that CAF-1 plays a central role in chromocenter formation. During postgermination development in cotyledons when centromeric and pericentromeric repeats cluster progressively into chromocenter structures, these repetitive elements but not euchromatic loci become enriched in H3.1 in a CAF-1- dependent manner. This enrichment, together with the appropriate setting of repressive histone post-translational marks, contributes to chromocenter formation, identifying chromatin assembly by CAF-1 as driving force in formation and maintenance of genome structure. Finally, while absence of HIR or CAF-1 complexes sustains viability, only the simultaneous loss of both severely impairs nucleosomal occupancy and plant development, suggesting a limited functional compensation between the different histone chaperone complexes and plasticity in histone variant interaction and deposition in plants.

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