Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Génétique

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

génétique,épigénétique,héritabilité manquante,télomere,bio-informatique,

Keywords

genetics,epigenetics,missing heritability,telomere,bioinformatics,

Titre de thèse

Effet de position télomérique: Implications dans la régulation du génome et les maladies rares
Telomere postion effect: Implications in genome regulation and rare diseases

Date

Lundi 26 Septembre 2022

Adresse

27 boulevard jean moulin, Faculté de médecine la Timone, 13005 Marseille Salle de thèse n°2 1er étage aile bleue

Jury

Directeur de these M. Frédérique MAGDINIER MMG
Rapporteur M. Arturo LONDOñO‐VALLEJO Institut Curie
Rapporteur Mme Caroline SCHLUTH BOLARD CHU Strasbourg
Examinateur M. Emmanuelle LERAT LLBE
CoDirecteur de these M. Jérôme ROBIN MMG
Examinateur Mme Christine BRUN TAGC

Résumé de la thèse

La mort, et le chemin biologique qui y mène, le vieillissement, ont toujours été d’un intérêt intemporel dans l’histoire humaine. Pourquoi les systèmes physiologiques déclinent-ils progressivement avec le temps ? Sommes-nous génétiquement programmés pour vieillir ? Quels sont les liens entre le cancer, les maladies neurodégénératives et le vieillissement ? Pourquoi certaines espèces vieillissent-elles plus vite que d’autres ? Et ultimement, comment pouvons-nous augmenter notre espérance de vie ? L’intérêt suscité par ces questions semble proportionnel à la difficulté d’y répondre. En effet, pour s’y intéresser, il faut se pencher sur l’étude des télomères, des séquences répétées intrinsèquement difficiles à analyser mais qui recèlent de nombreuses réponses. Les télomères raccourcissent au fur et à mesure des divisions cellulaires adoptant le rôle d’horloge mitotique pour les cellules. Leurs tailles sont corrélées à l’espérance de vie et protègent l’organisme contre les dommages à l’ADN et le cancer. Ils sont également impliqués dans la régulation génomique chez l’Homme via l’effet de position télomérique qui réprime l’expression des gènes situés à proximité des télomères. Cette répression diminue progressivement avec le raccourcissement télomérique permettant ainsi l’expression des gènes concernés. Plus récemment, les télomères ont également été impliqués dans un autre effet de position, baptisé effet de position télomérique à longue distance (TPE-OLD). Ce mécanisme fait intervenir des boucles de chromatine entre différents loci génomiques et les télomères en fonction de leur longueur. Des boucles peuvent donc se créer puis disparaître au fur et à mesure de l’érosion télomérique modifiant ainsi l’expression de gènes au cours de la vie. Le but de ce travail est centré sur la compréhension de ce phénomène au niveau moléculaire. Pour caractériser ce mécanisme nous avons utilisé un modèle cellulaire à tailles télomériques contrôlées à partir duquel nous avons réalisé des analyses transcriptomiques et épigénétiques couplées à une analyse in silico via les données de la littérature (ChIP-seq). Ces analyses ont permis de définir les changements se produisant au cours du raccourcissement télomérique et de découvrir un motif d’ADN commun associé aux dits changements. Ce motif présente une activité régulatrice de la transcription dépendante de protéines télomériques et est retrouvé au niveau de sites altérés dans des pathologies à composante télomérique. Nos travaux ont permis de mieux définir le TPE-OLD d’un point de vue moléculaire et nous permettent ainsi de proposer un modèle dans lequel le motif pourrait servir de site d’ancrage pour des protéines télomériques qui permettraient ensuite la création de boucles entre les télomères et ces motifs. Ce système dynamique en fonction de la longueur des télomères pourrait alors réguler l’expression de gène au cours de la vie

Thesis resume

Death, and the biological pathway leading to it, ageing, have always been of timeless interest in human history. Why do physiological systems gradually decline over time? Are we genetically programmed to age? What are the links between cancer, neurodegenerative diseases, and ageing? Why do some species age faster than others? And ultimately, how can we increase our life expectancy? The interest in these questions seems proportional to the difficulty to answer them. Indeed, to address these questions, we need to look at telomeres, repeated sequences that are inherently difficult to analyze but which hold many responses. Telomeres shorten as cells divide, hence taking on the role of a mitotic clock for them. Their sizes are correlated with life expectancy and protect the body against DNA damage and cancer. They are also involved in genomic regulation in Human via telomere position effect, which represses the expression of genes located near telomeres. This repression progressively decreases with telomere shortening, thus allowing the expression of the genes concerned. More recently, telomeres have also been implicated in another positional effect, the so-called telomere position effect over long distance (TPE-OLD). This mechanism involves chromatin loops between different genomic loci and telomeres depending on their length. Loops can therefore appear and then disappear as telomere erosion proceeds, thus modifying the expression of genes over the course of life. The aim of this work is to understand this phenomenon at the molecular level. To characterize this mechanism, we used a cell model with controlled telomere sizes from which we performed transcriptomic and epigenetic analyses coupled to an in silico analysis via literature data (ChIP-seq). These analyses allowed us to define the changes occurring during telomere shortening and to discover a common DNA motif associated with the said changes. This motif exhibits telomere protein-dependent transcriptional regulatory activity and is found at sites of telomere-related disease. Our work has allowed us to better define the TPE-OLD from a molecular point of view and thus to propose a model in which the motif could serve as an anchoring site for telomeric proteins that would then allow the creation of loops between telomeres and motifs. This telomere length-dependent dynamic system could then regulate gene expression over the course of time.