Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Bioinformatique et Génomique

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Bio-informatique,Genomique,Cancer,Silencer,Régulation,

Keywords

Bioinformatics,Genomic,Cancer,Silencer,regulation,

Titre de thèse

Identification et analyse des éléments répresseurs génomiques
Identification and analysis of genomic silencer elements

Date

Tuesday 24 May 2022 à 14:00

Adresse

Faculté des Sciences, 163 Av. de Luminy 13009 Hexagone

Jury

Président M. Charles-Henri LECELLIER Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier - CNRS-UMR 5535
Rapporteur Mme Veronique ADOUE Toulouse Institute For Infectious and Inflammatory Diseases
Rapporteur M. Touati BENOUKRAF Memorial University of Newfoundland
Examinateur Mme Christelle CAYROU Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille (CRCM)
Directeur de these M. Salvatore SPICUGLIA Laboratoire TAGC/INSERM U1090

Résumé de la thèse

Le controle de l’expression des gènes est un mécanisme complexe qui utilise les éléments Cis-régulateur comme clé de voûte. Le contrôle de ce mécanisme est fondamental pour la vie cellulaire des mammifères. L'expression des gènes sera contrôlée à différents niveaux tels que la compaction de l'ADN, la liaison des facteurs de transcription avec des cofacteurs créant des complexes régulateurs ou des modifications épigénétiques. Les éléments régulateurs des gènes, notamment les promoteurs, les enhancers, les silencers, etc., contrôlent les programmes transcriptionnels de manière spatio-temporelle. Ces éléments pourront contrôler l'expression des gènes en augmentant ou en diminuant la transcription. La communauté s'est principalement concentrée sur l'étude des éléments enhancers qui amplifient l'initiation de la transcription tandis que les silencers, qui répriment l'expression des gènes, ont été mis de côtés. Récemment, grâce à l'amélioration des technologies permettant l’analyse du génome et aux progrès informatiques, quelques études ont réussi à caractériser les éléments silencers chez plusieurs organismes dont l'homme et la souris, par des tests fonctionnels efficaces à différentes échelles et contribuent à la compréhension de leurs mécanismes de régulation, mettant les silencers sous les projecteurs. Cependant, plusieurs questions restent sans réponses, rendant les silencers mal compris. En effet, leur distribution à l'échelle du génome et leurs mécanismes d'actions sont peu inconnus. En laboratoire, nous avons réutilisé un test de rapporteur fonctionnel à haut débit afin d'identifier de manière fonctionnelle les silencers à l'échelle du génome. En tant que technologie nouvellement développée, le premier objectif était de construire un programme bioinformatique pour identifier statistiquement les régions génomiques affichant une activité silencer. Par la suite, j'ai effectué une caractérisation génomique et épigénomique complète des silencers identifiés, incluant : l’enrichissement des sites de fixations de facteurs de transcriptions, la distribution génomique, l’enrichissement en différentes marques d'histones, l’enrichissement en éléments répétitifs, etc. L'intégration multi-omique des silencers identifiés avec des ressources transcriptomiques et épigénomiques a fourni un catalogue d'éléments silencers dans le génome. Mes résultats ont également mis en lumière les mécanismes de régulations des éléments silencers, qui ont été validés expérimentalement en laboratoire.

Thesis resume

Control of gene expression is a complex mechanism that use cis-regulatory element as keystone. The control of this mechanism is fundamental to mammalian cell life. Gene expression will be controlled at different levels such DNA compaction, binding of transcription factors with cofactors making regulatory complexes or epigenetic modifications. Gene regulatory elements including promoters, enhancers, silencers, etc., control transcriptional programs in a spatiotemporal manner. These elements will be able to control gene expression by increasing or decreasing transcription. The community focused mainly in study of enhancer elements which amplify transcription initiation while silencers, which repress gene expression, were sidelined. Recently, thanks to the improvement of technologies allowing a better analysis of the genome and to the advances in computing, few studies successfully characterized silencers elements in several organisms including human, by efficient functional assays at different scale and contribute to the understanding of their regulatory mechanisms, bringing silencers into the spotlight. However, lot of questions remains unanswered, making silencers poorly understood. Indeed, their genome-wide distribution and mechanisms of action are largely unknown. In the lab we repurposed an existing high-throughput reporter assay in order to functionally identify silencers genome-wide. As a newly developed technology, the first objective was to build a bioinformatic pipeline to statistically identify genomic regions displaying silencer activity. Subsequently, I performed a comprehensive genomic and epigenomic characterization of the identified silencers, including: motif enrichment, genomic distribution, histone marks enrichment, repetitive elements enrichment, etc.). Multi-omics integration of identified silencers with transcriptomic and epigenomic resources provided a comprehensive catalogue of silencer elements in the genome. My results also shed-light into the mechanism of regulation of silencer elements, which have been experimentally validated in the lab.