Mitotic bookmarking during early Drosophila embryogenesis
Rôle des "marques pages mitotiques" au cours de embryogenèse de Drosophile
Résumé
It is during the development of the embryo that the gene expression in each cell must be controlled very precisely in space and time so that they can adopt their right destiny. This spatio-temporal regulation can be achieved at two key stages of the central dogma of molecular biology: transcription and translation.During my thesis, my main project was on one of the major questions in biology: how a mother cell transmits its identity to its daughter cells. One of the potential mechanisms of this inheritance would be mitotic transcriptional memory, which allows daughter cells to inherit the transcriptional status of their mothers between each generation. This process is complex because information must be able to subsist during mitosis during which most transcriptional regulators break away from their target genes. However, like bookmarks, certain factors have the capacity to remain associated with mitotic chromosomes, representing potential supports of this memory.Using high-resolution microscopy imaging of Drosophila early embryos, we are able to monitor the transcriptional status of cells and their progeny. First, we identified several transcription factors, such as GAGA associated factor (GAF) and dBrd4, remaining on mitotic chromosomes during early embryogenesis. We then developed a protocol for immunoprecipitation of mitotic chromatin followed by sequencing to identify the genes targeted by these factors during mitosis. We then inserted into some of these genes important in development, using the CRISPR / Cas9 technique, MS2 sequences allowing us to follow their transcription in real time (MCP / MS2 system). As a result, we observed that daughter cells from transcriptionally active mothers in the previous cell cycle activate faster than daughter cells from transcriptionally inactive mothers. This discovery is important because it demonstrates for the first time on a developmental endogenous gene the existence of a transcriptional mitotic memory. In addition, we have shown that this mitotic memory is dependent on the GAF factor.On a second plan, I was involved in another project about the fate of mRNAs once transcribed. Indeed, while it is important to study RNA production, it is just as important to look at where and when RNA translation takes place within the cells of the embryo. But until now, no technology has been able to measure the speed and efficiency of this translation in real time in an embryo. This is why we adapted the SunTag technique to study the translation dynamics of the twist gene encoding a major protein for gastrulation. This allowed us to determine its speed of translation within an embryo and reveal localized peri-nuclear translation allowing more efficient nuclear import. Until now, no technique has made it possible to visualize translation in real time in a multicellular organism, and its combination with high-resolution imaging now provides information on the dynamics of protein production.
Durant le développement embryonnaire, l’expression des gènes de chaque cellule doit être contrôlée de manière très précise dans l’espace et dans le temps afin que celles-ci puissent adopter leur destin. Cette régulation spatio-temporelle peut se réaliser à deux étapes clés du dogme central de la biologie moléculaire : la transcription et la traduction. Mon projet principal de thèse portait sur une des questions majeures en biologie : comment une cellule mère transmet son identité à ses cellules filles. Un des mécanismes potentiels de cette hérédité serait la mémoire transcriptionnelle mitotique qui permettrait aux cellules filles d’hériter du statut transcriptionnel de leurs mères entre chaque génération. Pour cela, l’information doit pouvoir subsister lors de la mitose durant laquelle la plupart des régulateurs de la transcription se détachent de leurs gènes cibles. Cependant, à la manière de marque-pages, certains facteurs ont la capacité de rester associés aux chromosomes mitotiques, représentant de potentiels supports de cette mémoire.Grâce à l’imagerie en microscopie haute résolution d’embryons de drosophile au tout début de leur développement, nous sommes capables de suivre le statut transcriptionnel des cellules et de leur progénie. Nous avons identifié plusieurs facteurs de transcription, tels que GAGA associated factor (GAF) et dBrd4, restant accrochés aux chromosomes mitotiques. Nous avons ensuite développé un protocole d’immuno-précipitation de la chromatine mitotique suivi de séquençage permettant d’identifier les gènes ciblés par ces facteurs durant la mitose. Grace au système MCP/MS2, nous avons pu suivre la transcription du gène cible scylla et observé que les cellules filles issues de mères transcriptionnellement actives au cycle cellulaire précédant s’activent plus rapidement que les cellules filles issues de mères transcriptionnellement inactives. Cette découverte met en évidence pour la première fois l’existence d’une mémoire mitotique transcriptionnelle sur un gène du développement. De plus, nous avons montré que cette mémoire mitotique est dépendante du facteur GAF.Sur un second plan, j’ai été impliquée dans un projet portant sur le devenir des ARNm une fois transcrits. En effet, s’il est important d’étudier la transcription il est tout aussi important de regarder où et quand la traduction de l’ARN se déroule au sein des cellules de l’embryon. Pour cela, j’ai participé à un projet de l’équipe pour adapter la technique SunTag à l’embryon de Drosophile, afin d’étudier la dynamique de traduction du gène twist codant pour une protéine majeure pour la gastrulation. Cela nous a permis de déterminer sa vitesse de traduction et de révéler une traduction localisée péri-nucléaire permettant un import nucléaire plus efficace. Jusqu’ici aucune technique ne permettait de visualiser la traduction en temps réel dans un organisme multicellulaire et sa combinaison à de l’imagerie à haute résolution rend maintenant accessible des informations sur la dynamique de production des protéines.
Origine : Version validée par le jury (STAR)