Cibles des protéines du PcG au cours du développement

Les résultats de ChIPseq pour les disques imaginaux correspondent à deux expériences indépendantes pour chaque protéine ou marque histone testée. Les données répondant à nos critères de qualité (voir annexe 2), nous avons alors recherché les gènes occupés de manière concomitante par Pc, Ph et H3K27me3 pour des valeurs d’enrichissement supérieures à 2 (voir matériels et méthodes, pour le calcul du seuil d’enrichissement). Ces gènes à la fois fixés par les protéines du PRC1 et qui reçoivent la marque H3K27me3 seront qualifiés de gènes « Pc-Ph-K27me3 » dans les prochains paragraphes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes dont les enrichissements en protéines du PcG et en H3K27me3 apparaissent à proximité des TSSs. Plus précisément, un gène est dit marqué si au moins un pic se retrouve entre 1kb en amont d’un de ses TSSs et la fin du plus grand transcrit (fixé a 2kb si le gène est < à 2kb). Les données pour l’embryon ont été analysées selon la même procédure.

Tout d’abord, de cette analyse nous observons que la majorité des gènes (83%) qui sont ciblés par les complexes du PcG dans l’embryon le restent dans les tissus larvaires, Figure 29

A. Ainsi, plus tard dans le développement, dans les différents tissus larvaires, la répression de

ces gènes reste dépendante du système Polycomb. Ce résultat est en parfaite adéquation avec la fonction de mémoire cellulaire, historiquement attribuée aux complexes PcG capables de main-tenir leurs gènes cibles dans un état transcriptionnellement réprimé, depuis l’embryon jusqu’au stade adulte. A ce titre, les gènes Hox se comportent comme attendu dans cette étude où l’on retrouve par exemple les gènes Abd-A, Abd-B et Antp comme cibles des PcGs dans l’embryon et les disques.

Toutefois, nous observons l’apparition de nouveaux sites de fixation des protéines Pc et Ph au niveau des larges domaines déjà enrichis en Polycomb chez l’embryon et qui sont maintenus au cours du développement. Ainsi, au niveau du complexe homéotique BX-C, l’ensemble des sites de fixation des protéines du PRC1 sont maintenus depuis le stade embryonnaire jusqu’au stade larvaire, mais de surcroît de nouveaux sites apparaissent dans les disques imaginaux, Figure

29B. On observe donc une dynamique de recrutement au sein même des régions régulatrices

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RESULTATS ET DISCUSSION

A

Ubx   abd-­‐A   Abd-­‐B  

(+)   (-­‐)   Pc   Ph   H3K27me3   Pc   Ph   H3K27me3   Pc   Ph   H3K27me3   163  ⁰   215   0   0   0   0   0   0   0   0   353   277   305   348   306   302   350   Reads   3R   12.5Mb   12.6Mb   12.7Mb   12.8Mb  

B

C

Ciblage dynamique et différentiel des complexes Polycomb au cours du développement

constituer de nouvelles régions régulatrices du complexe BX-C participant à un renforcement de la répression des gènes du BX-C dans les tissus larvaires.

Nous constatons par ailleurs qu’un grand nombre de « néo-Pc-Ph-K27me3 » des protéines du PcG apparaissent à partir du stade larvaire en dehors des domaines de fixation embryon-naires. Il ne s’agit pas d’un phénomène anecdotique puisque ce sont des centaines de nouveaux gènes cibles qui sont concernés par cette dynamique spécifique à la larve, Figure 29 A et C. Ainsi par exemple, les gènes dan et danr qui, comme nous l’avons vu précédemment font partie du RDGN, sont ciblés par le système Polycomb à l’instar des autres gènes du RDGN, mais le sont plus tardivement dans le développement, Figure 29C. Ce ciblage progressif des protéines du PcG sur les gènes qui déterminent l’œil semble indiquer qu’afin d’assurer chaque étape du déve-loppement d’un tissu, qui va de la spécification jusqu’à la différenciation, le système Polycomb est requis.

L’analyse par Gene Ontologies (GO) de la nature des gènes ciblés par les complexes du PcG dans les disques imaginaux (gènes « Pc-Ph-K27me3 » maintenus et néo) indique qu’il s’agit majoritairement de facteurs de transcription impliqués aussi bien dans le développement em-bryonnaire que dans l’organisation et la différenciation des tissus larvaires, Table 3 A. Si l’on compare les ontologies obtenues pour les gènes cibles, maintenus de l’embryon à la larve, avec celles des néo cibles larvaires, on observe tout d’abord qu’elles partagent un grand nombre de termes. Par exemple, les gènes « Pc-Ph-K27me3 », qu’ils soient ciblés par les protéines du PcG dans l’embryon ou plus tard dans la larve, sont associés à la régulation de la transcription. La plupart codent pour des protéines capables de se lier à l’ADN et dans les deux cas on retrouve des gènes associés à la croissance et au développement des disques imaginaux ainsi qu’à la

différen-Figure 29 : Stabilité et dynamique des gènes cibles des protéines du PcG au cours du développement A : Maintien et apparition des gènes cibles des protéines du PcG dans les disques imaginaux. Venn diagramme

des gènes cibles des protéines du PcG, réalisé à partir des données de ChIP pour déterminer dans le disque d’œil (violet), celui d’aile (vert) et dans l’embryon (orange), le nombre de gènes occupés de manière conco-mitante par les protéines Ph, Pc et la marque H3K27me3 à proximité de leurs TSSs. B : Maintien et apparition de sites de fixation des protéines du PRC1 au complexe BX-C dans les disques imaginaux. Illustration des pro-fils de ChIP pour Ph, Pc et H3K27me3 dans l’embryon et les disques imaginaux d’œil et d’aile qui montre la conservation sur le chromosome 3R du large domaine Polycomb observé au complexe BX-C. Les zones en gris indiquent les régions où les sites de fixation de Pc et Ph sont maintenus, des embryons aux disques imaginaux. Les flèches pointent les nouveaux sites de fixation qui apparaissent dans les tissus larvaires. Les données de ChIP sont présentées ici avec l’outil de visualisation IGB (Integrated Genome Browser, (Nicol et al., 2009). A gauche des profils est indiquée l’échelle du nombre de « reads » et en dessous de celle-ci, le chromosome qui porte cette région génomique. Le sens de transcription est également mentionné, sens (+) et anti-sens (-). Pour permettre la visualisation des données d’embryon les profils présentés ici correspondent aux récentes données de ChIPseq obtenues au laboratoire. C : Nouveaux gènes cibles des protéines du PcG dans les disques imaginaux d’œil et d’aile. Illustration de deux nouveaux gènes cibles des protéines du PcG dans les disques imaginaux. Ces deux gènes impliqués dans le développement de l’œil se retrouvent dans un même domaine Polycomb dans les tissus larvaires.

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RESULTATS ET DISCUSSION

tiation neuronale (Voir annexe 3 pour Figure supplémentaire). Cependant, il existe quelques différences notables. En effet, parmi les cibles établies dans l’embryon, on retrouve des gènes associés à des termes de spécification du développement embryonnaire, tels que la formation de l’ectoderme, du mésoderme ou encore la gastrulation. Ces termes sont absents de l’analyse des GOs des néo cibles « Pc-Ph-K27me3 ». En effet, ces gènes sont impliqués exclusivement dans des étapes du développement post-embryonnaire et tout particulièrement dans la différentiation des disques imaginaux. Ainsi, le ciblage progressif des protéines du PcG de l’embryon aux tissus larvaires semble bien récapituler les différentes étapes du développement. D’autre part, des gènes de la voie de signalisation Notch apparaissent spécifiquement enrichis parmi les néo-cibles lar-vaires. Cette observation corrobore parfaitement l’étude menée dans le disque imaginal d’œil où le gène Notch lui même apparaissait comme une cible des protéines du PRC1, spécifiquement dans ce tissu (Martinez et al., 2009). Ainsi, le système Polycomb semble prendre le contrôle de cette de voie de signalisation à un stade précis du développement, dans des tissus qui nécessitent une régulation fine de la balance prolifération/différenciation cellulaire.

En conclusion de cette partie, il apparaît que lorsqu’un gène est ciblé par les protéines du PcG dans l’embryon, il restera régulé par ces protéines à travers le développement. En revanche, le système Polycomb peut apparaître plus tardivement sur un gène, pour restreindre son expres-sion à une partie d’un tissu et ainsi permettre sa différenciation correcte.