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Fiche détaillée Thèses
Université d'Orléans (2005-12-09), Daniel LOCKER (Dir.)
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IDENTIFICATION ET CARACTÉRISATION DES CIBLES DE DSP1
CHEZ DROSOPHILA MELANOGASTER.
Aurélien Rappailles1

Chez les organismes pluricellulaires, la prolifération, la différenciation ou encore la
mort des cellules reposent en partie sur l'activation et la répression de gènes spécifiques. Les
profils d'expressions géniques ainsi mis en place sont maintenus d'une génération cellulaire à
l'autre par des mécanismes épigénétiques stables qui altèrent la structure de la chromatine au
niveau des gènes cibles. Les protéines des groupes Polycomb (PcG) et Trithorax (TrxG)
établissent une mémoire cellulaire au cours des mitoses en maintenant l'état transcriptionnel
de nombreux gènes par une réorganisation de la structure chromatinienne. Les protéines PcG
maintiennent la répression des gènes cibles en créant des domaines chromatiniens compacts
où l'ADN est peu accessible. Les protéines TrxG assurent le maintien de l'activation des gènes
en bloquant la propagation des complexes PcG et en déplaçant les nucléosomes. Chez la
drosophile, ces protéines agissent au sein de complexes multimèriques qui se lient à la
chromatine au niveau de modules communs appelés modules de mémoire cellulaire (CMM).
Les PcG et TrxG régulent l'expression de nombreux gènes dont les plus étudiés sont les gènes
homéotiques. Aujourd'hui, si les différents acteurs de la mémoire cellulaire commencent à
être bien connus, plusieurs questions restent posées. Quels sont les moyens de recruter
spécifiquement les PcG et TrxG sur leurs cibles ? Quels sont les mécanismes moléculaires qui
permettent le maintien de cette mémoire ? Quels sont les gènes cibles ? Est-ce que les
mécanismes d'action que nous étudions au niveau des gènes homéotiques sont communs à
l'ensemble des gènes régulés par les PcG et TrxG ?
Notre équipe travaille sur une protéine à boîte HMG de drosophile : DSP1 (Dorsal
Switch Protein 1). L'étude d'un mutant nul dsp11 a montré que la protéine intervient dans la
régulation des gènes homéotiques. Par ailleurs, des études d'interactions génétiques et des
expériences de digestion à la DNase I montrent que DSP1 est un facteur de remodelage de la
chromatine qui agit suivant le locus considéré en synergie avec les protéines des groupes PcG
ou TrxG. DSP1 fait donc partie des protéines qui participent à la mémoire cellulaire.
Le travail de thèse que nous présentons ici a pour objectif la recherche des gènes cibles
de DSP1 et du rôle de cette protéine dans la régulation de l'expression de ces gènes. Nous
avons identifié des cibles préférentielles de DSP1 sur l'ensemble du génome par la technique
d'immunoprécipitation de la chromatine pontée (ChIP). Nous avons étudié le rôle de DSP1
sur l'une de ces cibles, le CMM Fab-7 dont l'activité régule le gène homéotique
Ultrabithorax. Au cours de cette étude nous montrons par des expériences de transgenèse que
DSP1 est indispensable au fonctionnement du CMM. Le recrutement des protéines PcG et
TrxG sur les CMM reste mal connu. La fixation de DSP1 sur le CMM Fab-7 est essentielle au
recrutement des PcG. Ainsi nous montrons pour la première fois que DSP1 est un recruteur
précoce de ces protéines suivant le locus considéré au cours de l'embryogenèse. Au contraire,
nous montrons que DSP1 intervient tardivement dans l'activation du gène homéotique Sex
combs reduced. Dans ce cas, la protéine n'est essentielle qu'au cours de la vie larvaire. Enfin,
nous montrons que DSP1 régule l'expression du gène de segmentation knirps et est impliquée
dans l'établissement de son profil d'expression plutôt que dans son maintien.
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Les protéines des groupes Polycomb (PcG) et Trithorax (TrxG) établissent une
mémoire cellulaire en maintenant l'état transcriptionnel de nombreux gènes par un
remodelage de la chromatine. Chez la drosophile, ces protéines agissent au sein de complexes
multimériques qui se lient à des unités fonctionnelles appelées Modules de Mémoire
Cellulaire (CMM). Quels sont les gènes cibles des protéines PcG/TrxG ? Quels sont les
moyens de recruter spécifiquement ces protéines ? Sont deux questions auxquelles nous avons
voulu répondre. Notre équipe travaille sur une protéine à boîtes HMG de drosophile : DSP1.
L'objectif du travail que nous présentons ici est de rechercher des gènes cibles de DSP1 et son
rôle dans la régulation de l'expression de ces gènes. Plusieurs cibles ont été identifiées par la
technique d'immunoprécipitation de la chromatine pontée (ChIP). Nous avons étudié le rôle
de DSP1 sur le CMM Fab-7 qui régule le gène Ultrabithorax. Nous montrons par des
expériences de transgenèse que la fixation de DSP1 est indispensable à l'activité du CMM.
Par ailleurs, nous montrons pour la première fois que DSP1 est un recruteur précoce des
protéines PcG. Nous montrons également que DSP1 intervient en tant que protéine du groupe
TrxG dans l'activation du gène Sex combs reduced. Dans ce cas, DSP1 est essentielle au cours
de la vie larvaire. Enfin, nous montrons que DSP1 régule l'expression du gène knirps et
participe à l'établissement de son profil d'expression plutôt qu'à son maintien.
1 :  CBM - Centre de biophysique moléculaire
Développement – Drosophila melanogaster – DSP1 – Immunoprécipitation de lachromatine pontée – Mémoire cellulaire – Polycomb – Protéine HMG – Trithorax.

MAPPING DNA TARGET SITES OF DSP1 PROTEIN IN DROSOPHILA MELANOGASTER
The Polycomb (PcG) and Trithorax (TrxG) proteins maintain the memory of preestablished
transcription patterns by remodeling chromatin structure. In Drosophila, PcG and
TrxG complexes maintain expression of their target genes via fixation to DNA sequences
termed cellular memory modules (CMMs). What are the target genes of the PcG and TrxG
proteins? What are the mechanisms of recruitment of these proteins on CMMs? We tried to
respond to these points. DSP1 (Dorsal Switch Protein 1) is a Drosophila HMGB (High
mobility group)-like protein, which acts as a TrxG or PcG protein depending on the locus
considered. In the present study, we attempted to characterize DSP1 targets genes and
functions in cellular memory. Using chromatin immunoprecipitation experiments (ChIP), we
identify several DSP1 target genes. Here we show that DSP1 binds to a sequence present
within the regulatory region of the Abdominal-B gene, termed Fab-7. We report, using a
transgenic line for Fab-7 regulatory element, that DSP1 binding is essential for CMM
activity. We show for the first time that binding of DSP1 to Fab-7 CMM is important for the
recruitment of PcG proteins. Moreover, we report that DSP1 acts as a TrxG protein in
expression maintenance of the homoeotic gene Sex combs reduced. In this case, DSP1 is
essential during larval development. Lastly, we show that DSP1 is also involved in the
regulation of the knirps gap gene and discuss of its function in initiation of knirps expression.
Development – Drosophilia megalogaster – DSP1 – Immunoprecipitationof decked chromatin – cellular memory – Polycomb – Protein HMG – Trithorax