Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à l’importance fonctionnelle du variant d’histone H3.3 au cours du développement embryonnaire d’un vertébré, Xenopus laevis. En effet, l’importance fonctionnelle de ce variant et de sa voie d’assemblage au niveau d’un organisme et en particulier au cours du développement étaient encore peu clairs, et il était difficile de dégager des principes généraux.
Chez la souris, une mutation hypomorphe d’un des deux gènes codant pour H3.3 (H3.3A) conduit à une mortalité néonatale dans 50% des cas. Or, la cause développementale de cette mortalité n’a pas pu être précisemment établie, et les souris qui survivent présentent en particulier une stérilité et des défauts neuromusculaires (Couldrey et al., 1999). Toujours chez la souris, l’absence du chaperon HIRA provoque des défauts de développement au moment de la gastrulation conduisant à une létalité embryonnaire (Roberts et al., 2002). Cependant, le lien entre ces défauts et de potentiels problèmes d’incorporation d’H3.3 n’a pas été exploré.
Chez la drosophile, de façon surprenante, l’absence d’HIRA ou du variant H3.3 paraissent compensés au cours du développement embryonnaire par une augmentation de l’expression du variant canonique H3.2 (Bonnefoy et al., 2007; Hödl and Basler, 2009; Sakai et al., 2009). Ces dernières données chez la drosophile seraient donc plus en faveur d’une hypothèse selon laquelle un variant peut se substituer à l’autre. Cependant, les données chez la souris suggèrent un rôle plus important/spécifique d’H3.3 et potentiellement sa voie d’assemblage au cours du développement vertébré.
Le Xénope est un modèle particulièrement intéressant à replacer en tant que vertébré dans ce contexte. (1) Il ne possède qu’un variant H3 réplicatif, H3.2, ce qui facilite l’étude. (2) Lors de la spermatogenèse, les histones H3 et H4 ne sont pas remplacées par des protamines (Katagiri and Ohsumi, 1994). Ceci permet d’étudier le rôle des variants d’H3 au cours du développement embryonnaire, indépendemmant du processus de décondensation du sperme qui a lieu au moment de la fécondation et qui implique une incorporation massive d’H3.3 chez la souris (van der Heijden et al., 2005) et chez la drosophile (Loppin et al., 2005). (3) Une étude d’expression à grande échelle réalisée en 2005 a mis en evidence un pic d’expression d’H3.3 au moment de la gastrulation et, globalement, H3.3 est plus exprimé dans l’embryon que chez l’adulte ce qui suggère une importance dévelopementale
particulière (Baldessari et al., 2005). (4) Le Xénope est un modèle de choix pour l’étude des histones et l’assemblage de la chromatine, en particulier via des outils in vitro développés grâce aux extraits d’œufs (Ray-Gallet and Almouzni, 2004). (5) Enfin, une étude réalisée en 2008 dans un système artificiel sur la reprogrammation après transfert nucléaire chez le Xénope impliquerait le variant H3.3 dans le maintien et/ou la mémoire d’un état transcriptionnellement actif (Ng and Gurdon, 2008), ce qui amène à considérer si ce type de fonction a une importance dans un contexte normal.
Cet ensemble de données nous a donc incités à creuser la question concernant l'importance spécifique du variant H3.3 au cours du développement normal en nous appuyant sur le modèle vertébré, Xénope.
Lors de mon arrivée au laboratoire, Nicolas Lacoste, ingénieur de recherche, travaillait sur ce projet et avait déjà obtenu des premiers résultats encourageants quant à l’importance développementale d’H3.3 et de son chaperon HIRA. Etant passionnée par le développement embryonnaire, c’était une évidence pour moi de continuer ce projet afin d’explorer les mécanismes impliqués. J’ai donc travaillé avec Nicolas les premiers mois de ma thèse puis suis devenue plus indépendante. Nous avons pu montrer qu’H3.3 est requis de façon spécifique au moment de la gastrulation, une étape qui implique un changement massif dans l’expression des gènes au cours du processus de différenciation. Ces travaux m’ont permis de rédiger un manuscrit à partir de ma 3ème année de thèse qui a donné lieu à une publication en premier auteur et qui sera détaillée dans une deuxième sous partie :
Szenker E., Lacoste N. and Almouzni G. (2012) A developmental requirement for HIRA-dependent H3.3 deposition revealed at gastrulation in Xenopus. Cell Reports 1, 730-740
Il faut par ailleurs noter qu’en association avec le chaperon d’histone HIRA, le facteur de remodelage CHD1 (Chromodomain Helicase DNA binding protein 1) a été impliqué dans le mécanisme d’incorporation d’H3.3 au cours décondensation du sperme après fécondation chez la drosophile (Konev et al., 2007). De plus, très récemment, une nouvelle voie d’incorporation d’H3.3 a été proposée. En effet, DAXX (Death domain-Associated protein) et ATRX (Alpha-Thalassemia/mental Retardation X-linked syndrome protein), sont impliquées dans l’incorporation d’H3.3 au niveau des télomères et régions d’hétérochromatine péricentrique, respectivement dans des fibroblastes embryonnaires et cellules souches embryonnaires de souris (Drane et al., 2010; Goldberg et al., 2010; Lewis et al., 2010).
fonctions.
Ainsi, j’aimerais dans une troisième sous partie présenter quelques résultats préliminaires quant à l’importance développementale de ces différents facteurs afin de discuter la spécificité des différentes voies d’assemblages d’H3.3 au cours du développement embryonnaire. Je décrirai également dans cette partie d’autres résultats préliminaires non publiés.
Enfin, dans une quatrième sous partie je présenterai ma contribution à un travail effectué en collaboration avec le laboratoire de John Gurdon (Gurdon Institute, Cambridge, Royaume-Uni) quant à l’importance de l’incorporation du variant d’histone H3.3 via son chaperon HIRA dans un autre contexte développemental : la reprogrammation transcriptionnelle après transfert nucléaire dans des ovocytes de Xénope. Ce travail a donné lieu à un manuscrit actuellement en révision à Epigenetics & Chromatin, sur lequel j’ai travaillé au cours de ma dernière année de thèse et que je signe en deuxième auteur :
Jullien J.*, Astrand C.*, Szenker E., Garrett N., Almouzni G. and Gurdon JB.
HIRA-dependent H3.3 deposition is required for transcriptional reprogramming following nuclear transfer to Xenopus oocytes.
* contribution équivalente
2. Rôle d’H3.3 au cours du développement embryonnaire du Xénope
L’importance développementale de l’incorporation du variant H3.3 dans la chromatine via son chaperon HIRA observée au moment de la gastrulation chez le Xénope