Caractérisation pangénomique et analyse comparative du programme de réplication de l'ADN dans 12 lignées cellulaires humaines

Génome-wide characterization and comparative analysis of the DNA replication program in 12 human cell lines

• Auteur / Autrice : Hadi Kabalane
• Direction : Benjamin Audit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Hyrien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Audit, Olivier Hyrien, Chunlong Chen, Eric Letouzé, Françoise Argoul, Christelle Cayrou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chunlong Chen, Eric Letouzé

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN -- Réplication

Mots clés libres

Programme de réplication de l’ADN

Orientation de la progression des fourches de réplications

Séquençage des fragments d’Okazaki

Couplage réplication/transcription

DNA replication program

Replication fork direcionnality

Okazaki fragment sequencing

Replication/transcription coupling

Résumé

Le programme spatiotemporel de réplication de l'ADN est régulé au cours du développement et altéré durant la progression cancéreuse. Nous proposons une caractérisation originale de la plasticité du programme de réplication de l’ADN se basant sur le profilage de 12 lignées cellulaires humaines normales ou cancéreuses par la méthode Ok-seq de purification et séquençage des fragments d'Okazaki qui permet de déterminer l'orientation de la progression des fourches de réplication (OFR) à haute résolution (10 kilo bases). L'analyse comparative des profils OFR montre que les changements réplicatifs permettent la classification des lignées cellulaires en fonction de leur tissu d'origine, la nature cancéreuse ou non de la lignée n'intervenant qu'en second ordre. Il n’apparait pas de point chaud pour l’accumulation des changements réplicatifs, ceux-ci étant largement dispersés sur tout le génome. Néanmoins, les régions riches en G+C et en gènes actifs, répliquées précocement au cours de la phase S, ont le programme de réplication le plus stable, elles présentent une forte densité de zones d'initiation de la réplication (ZI) efficaces et conservées entre lignées cellulaires. En contraste, les dernières régions répliquées, à faible densité de gènes et pauvres en G+C, présentent peu de ZI efficaces, souvent spécifiques d'un tissu ou d'une lignée. Ceci nous conduit à quantifier le degré de dissociation entre ZI et activation de la transcription. Ce travail propose un panorama original des modifications du programme de réplication au cours de la différentiation normale ou pathologique, dont un contrôle lignée cellulaire spécifique des ZI dans les déserts de gènes à réplication tardive.

The spatiotemporal program of DNA replication is regulated during development and altered during cancer progression. We propose an original characterization of the plasticity of the DNA replication program based on the profiling of 12 normal or cancerous human cell lines by the Ok-seq method of purification and sequencing of Okazaki fragments which allows to determine the orientation of the progression of replication forks (RFD) at high resolution (10 kilo bases). Comparative analysis of the RFD profiles shows that the replicative changes allow the classification of the cell lines according to their tissue of origin, the cancerous or non-cancerous nature of the cell line type intervening only in second order. There is no hotspot for the accumulation of replicative changes, they are widely dispersed throughout the genome. Nevertheless, the G+C rich and active gene regions, replicated early in the S phase, have the most stable replication program, they present a high density of efficient replication initiation zones (IZ) conserved between cell lines. In contrast, the late replicated, low gene density and low G+C content regions have few efficient IZs, often specific to a tissue or lineage. This leads us to quantify the degree of dissociation between IZ and activation of transcription. This work provides an original overview of replication program changes during normal or pathological differentiation, including a cell line specific control of IZ in late-replication gene deserts.