Etude des mécanismes de la régulation transcriptionnelle et développement d'outils bioinformatiques pour le traitement des données de séquençage haut débit

A study of transcriptional regulation and development of bioinformatic tools for high-throughput sequencing technologies

• Auteur / Autrice : Romain Fenouil
• Direction : Jean-Christophe Andrau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique et bioinformatique
• Date : Soutenance le 10/12/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Naquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Simon Heath, Christian Muchardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Facteurs de transcription

ARN polymérase II

Épigénétique

Transcription génétique

Mots clés libres

Transcription

Épigénétique

ARN Polymérase II

Régulation transcriptionnelle

Facteurs de transcription

Bioinformatique

Séquençage haut débit

Transcription

Epigenetics

RNA Polymerase II

Transcriptional regulation

Transcription factors

Bioinformatics

High-throughput sequencing

Résumé

Les mécanismes de régulation de l’expression génétique sont essentiels pour l’adaptation du comportement cellulaire face à son environnement (différenciation, développement, réponse à un stimulus). Les études moléculaires décrivent une grande diversité de facteurs impliqués dans ce phénomène (TFs, marques épigénétiques, nucléosomes) et plusieurs niveaux de régulation (initiation, élongation, épissage, maturation) qui expliquent la complexité du transcriptome cellulaire. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux processus de régulation de la transcription en nous appuyant sur le modèle de la différenciation lymphocytaire murine. Nos études décrivent le recrutement des GTFs et une activité transcriptionnelle caractéristique aux promoteurs des gènes et sur les enhancers. Nous montrons également que les ilots CpG (CGIs) sont des éléments régulateurs majeurs chez les mammifères et qu’ils contribuent de manière transcription-indépendante à la déplétion nucléosomale observée aux promoteurs de certains gènes. Nos collaborations nous ont également permis d’aborder des sujets relatifs à l’élongation de la transcription, l’épissage alternatif, ou les combinatoires de PTMs que peuvent exhiber le CTD de l’ARN Pol II et les queues d’histones. Dans un contexte de transition de l’ère pré-génomique vers des approches expérimentales pangénomiques (s’appuyant notamment sur les technologies de séquençage haut débit), une proportion importante de ma période doctorale fut consacrée au développement d’outils bioinformatiques pour le traitement et les analyses de données expérimentales, issues de ChIP-on-chip puis de HTS (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq).

Mechanisms underlying the regulation of genetic expression are crucial for cell maintenance and adaptation to environment (differentiation, development...). Molecular approaches reveal a great diversity of factors involved in this process (TFs, epigenetics, nucleosomes) and several layers of regulation (transcription initiation, elongation, splicing, maturation) which contribute to the observed transcriptome complexity. During my thesis, we studied the mechanisms of transcription regulation in mammals during lymphocyte differentiation. Briefly, we described the recruitment of GTFs and the transcriptional activity occurring on promoters and enhancers. We also reveal that CpG islands (CGIs) are major regulator elements in mammals, which contribute to nucleosome depletion in a transcription-independent manner on a significant amount of promoters. Together with our collaborators, we also studied the mechanisms of transcription elongation, alternative splicing, or the complex combinatorial patterns of PTMs that can be set on the CTD of RNA Polymerase II and on histone tails. In the context of transition from pre-genomic studies to genome-wide experiments, an important part of my work consisted in the development of bioinformatics tools for the processing and analysis of experimental datasets from ChIP-on-chip, and HTS technologies (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq).