Rôle de l'histone variante H2A.Z dans la prolifération et la différenciation des kératinocytes de la peau

Role of the histone variant H2A.Z in proliferation and in differentiation of epidermal keratinocytes

• Auteur / Autrice : Lorrie Ramos
• Direction : Thierry Gautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 19/09/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Ghezzi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Gautier, Patricia Rousselle, Pierre Jalinot, Dimitrios Skoufias, Fréderic Michon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Rousselle, Pierre Jalinot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mitose

Chromatine

Épigénétique

Histones

Mots clés libres

Variants d'histones

Prolifération

Différentiation

Histone variants

Epigenetics

Chromatin

Mitosis

Proliferation

Differentiation

Résumé

L’histone variante H2A.Z, histone de la famille H2A est enrichie dans certaines régions non transcrites de la chromatine, telles que la chromatine péricentromérique, centromérique et télomérique. Elle existe sous la forme de deux isoformes, H2A.Z-1 et H2A.Z-2, qui diffèrent par seulement 3 acides aminés et sont codés par deux gènes distincts, H2afz et H2afv. L’histone H2A.Z apparait impliquée dans divers évènements cellulaires tels que la transcription, la réparation de l’ADN ainsi que la prolifération et la différenciation cellulaire. La fonction de H2A.Z a été, jusqu’ici, analysée surtout grâce à la culture cellulaire in-vitro. Peu d’informations sont disponibles concernant le rôle de H2A.Z in-vivo dans différents organes, reflétant le manque de modèles animaux permettant l’invalidation génique de H2A.Z. Nous avons créé un modèle de souris transgénique permettant de réaliser in-vivo le double knock-out conditionnel (KI/cKO) des gènes H2afz et H2afv de manière tissu-spécifique dans les kératinocytes de la peau. Ce modèle d’étude in-vivo est unique car le seul à ce jour permettant d’éliminer complètement l’expression de H2A.Z. L’histone variante est physiologiquement présente dans toutes les cellules wild-type. Si les deux gènes codant pour H2A.Z sont délétés, la concentration de l’histone diminue au fur et à mesure des mitoses successives et finit par disparaître.L’épiderme en constante prolifération (tissu mitotique) mais aussi en constante différenciation (tissu post-mitotique), ainsi que le follicule pileux où ces deux processus intervenent de manière cyclique lors de la formation du poil, constituent un excellent modèle afin de disséquer le rôle spécifique de H2A.Z dans les processus de prolifération et de différenciation.L’induction par le tamoxifène du transgène K14CreERT2 invalidant les gènes H2A.Z (H2afz et H2afv) dans les kératinocytes, a tout d’abord été réalisée chez la souris adulte âgée de 6-8 mois. Elle entraine progressivement la perte totale de l’histone variante H2A.Z dans les cellules d’amplification transitoire (TA) qui se multiplient activement : au niveau du follicule pileux en phase de croissance (anagène) et au niveau des cellules situées de place en place au niveau de l’assise basale de l’épiderme. Le blocage en phase G2/M de ces cellules, perturbe l’homéostasie de la peau et appelle en retour une migration des cellules souches du follicule pileux vers l’épiderme, entrainant un épaississement de l’épiderme et une alopécie dans la région ventrale thoracique.Lors de la mise en place de la peau embryonnaire la délétion des deux gènes H2afz et H2afv, par l’induction du transgène K14CreERT2 suite à l’injection de tamoxifène ou l’utilisation du transgène K5Cre dont l’activité est constitutive, entraine la perte progressive de l’histone H2A.Z dans toutes les cellules épidermiques et les cellules des bourgeons pileux, qui toutes ont un fort indice de prolifération. La perte de H2A.Z entrainant le blocage des cellules en phase G2/M, ces cellules se différencient et s’accumulent dans la couche cornée.En conclusion, les différents phénotypes développés après le knock-out de H2A.Z dans les kératinocytes chez l’adulte ainsi qu’au cours de l’embryogénèse de la peau, nous ont permis de montrer l’implication de H2A.Z dans la progression de la mitose, et par la même directement son implication dans la régulation de l’homéostasie de l’épiderme.

Histone variant H2A.Z replaces the canonical histone H2A and is particularly enriched at non-transcribed chromatin regions as pericentromeric, centromeric and telomeric. Histone variant H2A.Z exists in two isoforms H2A.Z-1 and H2A.Z-2 coded by 2 distinct genes, H2afz and H2afv, that differ only by 3 amino acids. H2A.Z seems to be involved in several cellular events as transcription, DNA repair as well as proliferation and cellular differentiation. The function of H2A.Z has been, until now, mostly studied by the in-vitro cell culture. Few data are available concerning the role of H2A.Z in-vivo, regarding different organs, reflecting the lack of animal models to follow the genetic invalidation of H2A.Z. Histone variant H2A.Z is present in wild-type cells and when the 2 genes coding for H2A.Z are deleted, its concentration decreases progressively with succeeding mitosis until it disappeared.We have created a new and unique transgenic mouse model enabling to achieve, in-vivo, a double conditional knock-out of H2afz and H2afv genes, in a specific tissue, the skin epidermis. Constantly proliferating (mitotic tissue) and differentiating (post-mitotic tissue), the epidermis and hair follicles are excellent models to address the role of H2A.Z in cell proliferation and differentiation.In adult 6-8 months mice, the induction of the transgene K14CreERT2 by tamoxifen invalidates H2A.Z genes (H2afz and H2afv) and leads to the progressive loss of H2A.Z in transient amplifying cells (TA) that actively proliferate: in growing hair follicles (anagen) and in epidermal basal layer. The blocking of cells in G2/M phase, affects skin homeostasis calling in return the migration of stem cells from the hair follicle and epidermis, resulting in further epidermis thickening and alopecia of ventral thoracic regions.During skin embryogenesis, the deletion of both H2A.Z genes, activating K14CreERT2 transgene by tamoxifen or by using the constitutively activated K5Cre transgene, leads to a progressive loss of histone variant H2A.Z in all epidermal cells and hair bud cells, which both have a high proliferation index. The loss of H2A.Z results in cell block in G2/M phase, leads to cell differentiation and finally a build-up of dead skin cells in corneum layer.To conclude skin phenotypes obtained H2A.Z knock-out in the adult or during skin embryogenesis, show that H2A.Z plays an essential role in mitosis and appears directly involved in the regulation of epidermis homeostasis.