Description de l'architecture du chromosome X pendant le développement préimplantatoire de souris

Deciphering X chromosome architecture during mouse preimplantation development

• Auteur / Autrice : Noémie Ranisavljevic
• Direction : Edith Heard, Catherine Patrat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 14/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et biologie du développement (Paris ; 2009-....) - The Babraham Institute
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Capy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edith Heard, Catherine Patrat, Pierre Capy, Nathalie Beaujean, Wouter De Laat, Bernard de Massy, Daan Noordermeer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Beaujean, Wouter De Laat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromosomes sexuels

Génome

Biologie du développement

Mots clés libres

Inactivation du chromosome X

Conformation chromosomique

Embryon préimplantatoire

HiC sur cellule unique

X chromosome inactivation

Chromosome conformation

Preimplantation embryo

Single cell HiC

Résumé

La structure tridimensionnelle du génome semble avoir un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes. Récemment, l'essor de nouvelles et nombreuses techniques permettant de capturer et séquencer les interactions entre différentes régions du génome (voire du génome entier) a révolutionné notre vision de l'organisation du génome. Plusieurs niveaux d'organisation ont été décrits et plus particulièrement les TADs (Topologically Associating Domains) à l'échelle du mégabase. Ces derniers représentent des domaines d'interactions préférentielles au sein du chromosome à l'échelle du mégabase et pourraient opérer en tant qu'unité régulatrice de l'expression des gènes contenus dans ces domaines. Bien qu'ils soient conservés, par exemple entre l'homme et la souris, mais également au cours de la différenciation, des modifications majeures de conformation ont lieu lors de certains évènements tels que l'inactivation du chromosome X. Ce phénomène épigénétique permet la compensation de dose chez les femelles mammifères, où l'un des deux chromosomes X est rendu silencieux. La structure du X inactif est extrêmement différente de celle du X actif avec une perte globale de la structure locale en TADs et la formation de deux larges domaines, appelés mégadomaines. L'objectif de ma thèse a été d’explorer l’architecture du génome après la fécondation, et plus particulièrement la structure du chromosome X, au moment où l’embryon nouvellement formé reprogramme sa chromatine, devient totipotent et active son propre génome. Chez la souris, cette réorganisation structurelle et fonctionnelle coïncide avec l’inactivation soumise à l’empreinte du chromosome X chez les femelles. Grâce à deux techniques complémentaires, le DNA FISH 3D avec imagerie à haute résolution et le HiC sur cellule unique et allèle-spécifique, j’ai décrit la dynamique de la ré-organisation du génome en embryon pré implantatoire, à cette période d’activation du génome embryonnaire. Par ailleurs, j’ai caractérisé les changements de structure du chromosome X paternel au cours de son inactivation. Cette étude détaille la dynamique spatio-temporelle du génome, et plus spécifiquement du chromosome X au cours de son inactivation, dans l’embryon précoce et élargit ainsi notre compréhension du lien entre la structure et la régulation transcriptionnelle au cours des premières étapes du développement embryonnaire suivant la fécondation.

3D folding of the genome is thought to play an important role in gene regulation. Recently, a new era in our understanding of genome organization has been opened up thanks to the plethora of new techniques enabling interactions between loci to be captured and sequenced in depth. Several layers of chromosome organization have been identified. In particular topologically associating domains (TADs) have been uncovered as a level of folding at the megabase scale. TADs represent preferential cis-interactions within domains across chromosomes and are thought to sometimes operate as regulatory units in coordinating gene expression. Although TADs are largely constant during cellular differentiation and are conserved between man and mouse, drastic changes in conformation can occur in some biological processes such as X-chromosome inactivation (XCI). XCI achieves dosage compensation in mammalian females, be rendering one X chromosome silent. The conformation of the inactive X is strikingly different from its active counterpart: with a global loss of local structure and formation of two large domains. The aim of my PhD was to explore genome architecture - and more specifically X-chromosome structure after fertilization - when the newly formed embryo reprograms its chromatin toward totipotency, and activates its own genome. In mouse, this structural and functional reorganization coincides with the onset of imprinted XCI in female embryos. Using two complementary techniques, 3D DNA FISH with super resolution microscopy and allele-specific, single-cell HiC, I examined the dynamics of genome reorganization in mouse pre-implantation embryos during and after genome activation. I also characterized the structural changes of the paternal X chromosome while it is inactivated. This study describes the conformation dynamics of the genome in the early embryo and in particular of the X chromosome as it undergoes XCI, thus contributing to our understanding o f the intricate interplay between structure and function at the onset of development.