Héritage épigénétique transgénérationnel d’états chromatiniens alternatifs chez Drosophila melanogaster

Stable transgenerational inheritance of alternative chromatin states in Drosophila melanogaster

• Auteur / Autrice : Filippo Ciabrelli
• Direction : Giacomo Cavalli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 16/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UPR 1142-Institut de Génétique humaine-IGH (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giacomo Cavalli, Stéphane Ronsseray, Minoo Rassoulzadegan, Thierry Forne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Ronsseray, Minoo Rassoulzadegan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hérédité

Épigénétique

Drosophila melanogaster

Chromatine

Protéines Polycomb

Mots clés libres

Polycomb

Chromatine

Drosophila

Transgénérationelle

Epigénétique

Hérédité

Polycomb

Chromatin

Drosophila

Transgenerational

Epigenetic

Inheritance

Résumé

L’héritage épigénétique transgénérationnelle est un phénomène très controversé, selon lequel un phénotype non-génétiquement déterminé peut être transmis à la génération suivante. Jusqu'à présent, ce mode de transmission a été décrit dans quelques cas et il a été suggéré que les composants de la chromatine peuvent être impliqués, y compris des protéines du groupe Polycomb, qui agissent comme des répresseurs de gènes clés du développement et coordonnent la différenciation cellulaire et la prolifération. Les mécanismes moléculaires à la base du rôle de la répression génique Polycomb-dépendante à hérédité épigénétique transgénérationnelle sont loin d'être compris. Par conséquent, j’ai développé un système expérimental chez Drosophila melanogaster pour induire un héritage épigénétique transgénérationnelle stable, dans lequel des états d'expression génique alternatifs peuvent être transmis en présence de la même séquence d'ADN. A partir de ces « épilignes » stables, j’ai pu disséquer certaines des propriétés génétiques des épiallèles induits, tels que leur héritage quantitatif et leur capacité à communiquer à longue distance. En outre, les épiallèles montrent une synergie dans leur expression et transmission héréditaire. L'une des signatures moléculaires des épiallèles est une différence de répression médiée par les complexes Polycomb et par leur marque d’histone caractéristique. Cette distribution différente est indépendante de l’activité transcriptionnelles des gènes en aval, au moins dans un stade de développement précoce, et pourrait influer l'organisation tridimensionnelle du locus impliqué. Curieusement Ago2, un composant de la voie ARNi, a été montré interagir avec les épiallèles génétiquement et la protéine Ago2 se fixe directement à leur chromatine, ce qui indique un rôle possible pour le ncRNAs dans l'expression des épiallèles et éventuellement dans leur transmission. Ces résultats plaident en faveur e l’existence d’une hérédité épigénétique transgénérationnelle stable chez les métazoaires et fournissent un modèle qui se prête à une dissection moléculaire de ce phénomène.

Transgenerational epigenetic inheritance is a hotly debated phenomenon whereby a non-genetically determined phenotype can be transmitted to the next generation. So far, this mode of inheritance has been described in few cases and it was suggested that chromatin components might be involved, including Polycomb group proteins, which act as repressors of key developmental genes and coordinate cell differentiation and proliferation. The molecular mechanisms linking Polycomb-mediated silencing to transgenerational epigenetic inheritance are far from being understood. Therefore, I developed an experimental system in Drosophila melanogaster to induce stable transgenerational epigenetic inheritance, in which alternative gene expression states can be transmitted in the presence of the same DNA sequence. Starting from these highly stable “epilines”, I could dissect some of the genetic properties of the induced epialleles, such as their quantitative inheritance and their ability to trans-communicate. Moreover, the epialleles displayed synergy in their expression and transmission. One of the molecular signatures of the epialleles is the differential presence of the Polycomb repressive complexes and their related epigenetic marks. This different distribution is independent of the transcriptional activity of the downstream genes, at least in an early developmental stage, and could influence the three-dimensional organization of the locus involved. Intriguingly Ago2, an RNAi pathway component, has been found to genetically interact with the epialleles and to be directly bound on their chromatin, indicating a possible role for the ncRNAs in the expression of the epialleles and possibly in their transmission. These results make a case for strong and stable transgenerational epigenetic inheritance in metazoan and provide a model that is amenable for the molecular dissection of this phenomenon.