Cartographie et analyse de variations épigénomiques naturelles chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Mapping and analysis of natural epigenomic variations in the yeast Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Fabien Filleton
• Direction : Gaël Yvert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 27/11/2015
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Francesca Palladino
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaël Yvert, Francesca Palladino, François Roudier, Gilles Fischer, André Verdel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Roudier, Gilles Fischer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séquençage nucléotidique à haut débit

Analyse de séquence d'ARN

Saccharomyces cerevisiae

Immunoprécipitation de la chromatine

Évolution (biologie)

Histones

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Transcriptome

Écologie

Méthylation

Acétylation

Épigénétique

Mots clés libres

Épigénétique

Épigénome

Nucléosomes

Modifications d'histones

Acétylation

Méthylation

Levure

Évolution

Souches naturelles

Épi-polymorphisme

Épi-allèle

Écologie

Inter-individus

Transcriptome

ChIP-seq

RNA-seq

Epigenetics

Epigenomics

Nucleosome

Histone modification

Acetylation

Methylation

Yeast

Evolution

Natural strains

Epi-polymorphism

Epi-allele

Ecology

Inter-individuals

Transcriptome

ChIP-seq

RNA-seq

Résumé

L'épigénome est défini par l’ensemble de l’information chromatinienne autre que celle fournie par la séquence ADN. Au sein d'une même espèce et pour un type cellulaire donné, chaque individu présente des caractéristiques particulières de l'épigénome. Les épi-polymorphismes, définis comme étant les différences inter-individus de marques chromatiniennes, sont encore partiellement caractérisés et peuvent être liés aux phénotypes de chacun. La première partie de mon travail a été d'identifier et d'interpréter chez S.cerevisiae l'impact des épi-polymorphismes de modification des queues d'histones. Pour y parvenir, j'ai cartographié les épigénomes de cinq modifications différentes (3 acétylations et 2 méthylations) chez trois souches de levures issues de différents isolats naturels. Par une méthode de ChIP-seq et le développement d'un outil informatique, j'ai comparé les épigénomes de ces souches à l'échelle de nucléosomes individuels. L'étude des propriétés génomiques des épi-polymorphismes m'a alors permis de découvrir certaines caractéristiques encore inconnues et décrites dans ce manuscrit.Par ailleurs, j'ai voulu aborder le lien entre épi-polymorphismes et réponse transcriptionnelle à l'environnement. Pour cela, j'ai construit un jeu de souches mutantes dérivées de souches naturelles, où certains épi-polymorphismes ne peuvent plus être maintenus. J'ai analysé par RNA-seq les transcriptomes de certaines de ces souches avant et après un changement environnemental. Malheureusement, l'analyse des résultats a révélé que la qualité des données ne permettent pas d'établir le lien recherché mais les outils mis en place sont désormais disponibles.J'ai enfin étudié la dynamique d'évolution d'un épigénome en présence ou en l'absence de pression de sélection. Pour cela, j'ai suivi une modification d'histone (l'acétylation de la lysine 14 de l'histone H3) chez la levure pendant 1.000 générations dans deux conditions d'évolution expérimentale différentes : l'une sélective, l'autre neutre. J'ai mis en évidence des différences remarquables et inattendues entre ces deux régimes évolutifs. Des études mécanistiques détaillées restent à faire pour caractériser la nature et les propriétés de ces différences.

Epigenome is defined as the entire chromatin information other than the DNA sequence. Within a given species and for a given cell type, each indivual has specific epigenomic characteristics. Epigenomic differences between individuals (refered to as 'epi-polymorphisms') remain poorly characterized, although cases were reported where they could be linked to phenotypic differences. In my thesis, I used the model organism S. cerevisiae to identify histone modification epi-polymorphisms and study their biological impact. I profiled the epigenome of five different histone modifications (3 acetylations and 2 methylations) in three natural yeast strains. By ChIP-seq methods and software developments, I compared these strains at single-nucleosome resolution and discovered novel characteristics of these epi-polymorphisms which are described in this manuscript.Furthermore, I constructed a research framework to investigate the link between epi-polimorphisms and response to environmental cues. For this, I built a set of mutant strains derived from natural strains but where some epi-polymorphisms can no longer be maintained. I analyzed by RNA-seq the transcriptomes of some of these mutant strains before and after an environmental shift. Unfortunately, the quality of this initial data produced was not sufficient to link epi-polymorphisms to differntial responses, but the strain resources remain available for further investigations. Finally, I studied the evolutionary dynamics of epi-polymorphisms in the presence or absence of selection pressure. To do so, I followed the evolution of H3K14ac for 1.000 generations under two conditions of yeast experimental evolution ( selective or neutral). Marked differences were observed between the two regimes, revealing unexpected consequences of the presence of selection. Further mechanistic studies will be needed to elucidate the full properties of these differences.