Organisation de la chromatine et son lien avec la réplication de lADN PDF

ADN et chromosomes

Chaque chromosome contient une seule molécule d'ADN. L'ADN déroulé d'un noyau protéines non histones acides représentant entre 10 et 30 % de l'ensemble.

Etude de la Garniture Chromosomique et des Quantités DADN

1 ): elle diminue de moitie des especes diploides a l'espece octoploide. La diminution brutale entre les formes di- ploides et tetraploide

LADN mitochondrial le chromosome Y et lhistoire des populations

relations de parenté entre individus et sur l'histoire traux de préciser les relations entre ... L'ADN mitochondrial (ADNmt) et le chromosome Y humain.

LADN mitochondrial le chromosome Y et lhistoire des populations

relations de parenté entre individus traux de préciser les relations entre ... L'ADN mitochondrial (ADNmt) et le chromosome Y humain. A. L'ADNmt.

Organisation de la chromatine et son lien avec la réplication de lADN

18 sept. 2012 Mot-clés : Chromatine Réplication de l'ADN

Chromosomes : étonnants polymères !

est régulier – la longueur d'ADN entre deux nucléosomes est alors constante – ce polymère peut à son tour s'organiser en fibre de chromatine (fig.

GÉNÉTIQUE MOLÉCULAIRE

environ comme l'ADN des chromosomes bactériens ou eucaryotes). covalente entre le groupement phosphate et une Tyr de l'enzyme sauvegarde l'énergie libre ...

Progrès des connaissances sur la différenciation caryologique et sur

Cela démontre des relations remarquables entre des paramètres écologiques de chromosomes par le Gicmsu-C ct la détermination quantitative de l'ADN. Les.

Réviser son bac

chapitre 05 – Les relations entre organisation et mode de vie de l'ADN. Séparation des chromosomes homologues. Séparation des chromatides sœurs.

1 Sujets dE3C pour les élèves abandonnant la spécialité SVT en fin

document d'aide décrit les chromosomes d'une part afin de ne pas mettre les Expliquer la relation entre des modifications de l'information génétique à.

Comment les gènes sont-ils présents sur les chromosomes ?

Les gènes sont disposés sur chaque chromosome suivant une séquence spécifique et chaque gène occupe un emplacement qui lui est propre sur le chromosome (il s’agit de son locus). Outre l’ADN, les chromosomes contiennent d’autres composants chimiques qui influencent la fonction des gènes.

Qu'est-ce que les gènes et les chromosomes ?

Les gènes sont des segments d’acide désoxyribonucléique (ADN) qui contiennent le code pour une protéine spécifique qui fonctionne dans un ou plusieurs types de cellules de l’organisme. Les chromosomes sont des structures situées à l’intérieur des cellules, qui contiennent les gènes d’une personne.

Combien de chromosomes Y a-t-il dans la cellule humaine ?

À l’exception de certaines cellules (par exemple, les spermatozoïdes, les ovules et les globules rouges), le noyau de chaque cellule humaine saine contient 23 paires de chromosomes, soit un total de 46 chromosomes. Normalement, chaque paire se compose d’un chromosome provenant de la mère et d’un autre provenant du père.

Quelle est la structure de l'ADN?

L'ADN appartient à la famille chimique des acides nucléiques ; C'est un grand polymère défini par une séquence linéaire d'unités simples répétées. II/ Structure de l'ADN : II.A. Structure primaire : L’ADN soit l’acide désoxyribonucléique est un polymère contenant des chaines de monomère appelé Nucléotide formé de :

Organisation de la chromatine et son lien avec la réplication de lADN

THÈSE

en vuede l"ob tentiondugradede Docteur del"École NormaleSupérieure deL yon- Université deLyon

Discipline: Sciencesde lavie

Préparée auLabora toireJoliotCurie(USR3010)

École doctorale: BiologieMoléculaireet Cell ulaire,In tégrative Présentéeet soutenue publiquementle11 Juillet2012 parBenoît MOINDROTOrganisationdela chromatine etson lien aveclaréplica tionde l"ADNDirecteurde thèse:

Philippe BOUVET

Aprèsl" avisde:Jean-MarcLEMAÎTRE

PeterMEISTER

Devant lacommission d"examen forméede:

Philippe BOUVETDirecteur

Edith HEARDMembre

Saadi KHOCHBINMembre

Jean-MarcLEMAÎTRE Rapporteur

PeterMEISTER Rapporteur

FabienMONGELARD Membre

Résumé

L"organisationdelachromatine aune importance fonctionnellepourcon trô- ler leprogr ammed"expressiondes gènes.Par contre, lesliensquil"unissen tau déroulementde laréplica tionde l"ADNsont beaucoup moinsconnus. Grâceà desapproches baséessur lacapture d"inter actionschromosomiques et surl"imag eriecellulaire,nous avonsétudié lesliens entrelerepliementà grandeéchelle dela chromatine etle timingderéplication. Cette analyse, ef- fectuéedans descell uleshumaines lymphoblastoïdes,des cellules mononucléées dusang (PBMC)et descell ulesissues d"uneleucémie myéloïde àcar actèreéry - throcytaire, apermis l"identifica tiondedomainesstructuraux du noyau. Cesdo- maines sontrelativ ementisoléslesunsdesautres etleurs frontières coïncident avecleszones d"initiation précoce.De plus,notreétude montre queces zones d"initiationprécoce inter agissentpréférentiellement,a ussibienentrevoisinsim- médiats(sépar ationgénomiquedel" ordredelamég abase)que lelongd uchro- mosome entier.Lesloci répliquéstardiv ementinter agissent eux-aussiavec leurs homologues,cond uisant,dansl"espacenucléaire, àune ségrégationdes locien fonctionde leurtiming deréplica tion.C esrésul tatssont soutenuspardes me- sures dedistances surdes hybrida tionsin-situqui montrentquelesl ocirépliqués en débutde phaseS sont plus prochesqu"attend us. Nos travauxrévèlentenfinque l"organisationdela chromatine estsimilaire dans descell ulesenphaseG0 (PBMCdorman tes),démon tran tqu" ellen"est pas spécifique descell ulesenphaseS. Pris ensemble,ces résulta tsapportentdespreuves directesd"uneorganisa- tion robustede lachroma tine,partag éeparlescell ulesencycleet dormantes, et

corrélée autimingde réplication àdi fférenteséchelles. Mot-clés: Chromatine,Réplication del"ADN,Noya ucell ulaire,Capturede

conformationchromosomique,Génome 3

Abstract

Chromatinorg anizationisoffunctionalsignificance tocon trolthe gene ex- pression program.Howev er,itsinterplaywithDNA replication programisless known. Though thecapture ofchromosomal inter actionsand cellimaging,westud- ied thelinks between thehigh-orderfol dingof chromatin andthereplication timing. Thisanal ysis,whichhasbeen performed inhuman lym phoblastoidcells, in peripheralblood mononuclearcells(PBMC), andinam yel oidleukemia cell linewitherythroidproperties,allowed theidentificationofstructur aldomainsin the nucleus.Thesedomains arequite isolated fromeach otherand theirbound- aries coincidewith earl y-initiationzones.Inaddition,ourstudyshowstha tthese early-initiationzonespreferentiall yin teractwitheachother.Thesein teractions havebeenobserv edbetw eenneighboringearl y-initiationzones (genomic sepa- rationaround1 tof ewmeg abases)but alsoalongthe wholechromosome.The late-replicatedloci interactwith theircounterpartsaswell, leadingto an uclear segregationofthe loci accordingto theirreplicationtiming. Theseresul tsare sustained bydistance measurements inin-situhybridizationswhichshow that locireplica tedatthe beginningofS-phaseare closer thanexpected. Our workalsoreveals that chromatinorganiza tionissimilarin cellsblocked in G0phase (quiescent PBMC),demonstrating that itdoesnotresultfrom the cells inS-phase. Takentog ether,theseresultsprovide directcl uesfora robustchroma tinor - ganization,commonto cyclingand restingcells, andrela tedto thereplica tion timing atdifferentscales Keywords: Chromatin,DNAReplica tion,C ellnucleus,Chromosome Confor- mationC apture,Genome 5

Remerciements

J"aimerais vivementremercier leDr .Edith Heard,leDr. Jean-MarcLemaître, le Dr.Peter MeisteretleDr .Saadi Khochbinpour avoirjugé montravaildethèse. Merci égalementpour l"enrichissantediscussion lorsde laphase desquestions : certains pointsque vousavez soulevésconfèrent àmes travauxdes perspectives que jen"avais pasimaginées. Je souhaiteégalement remercierle Pr. PhilippeBouvet quim"apermisde faire cette thèsedans sonéquipe surcette thématiqueparticulièrement distantedu nucléole etde lanucléoline. Mercid"avoir permisque cetravail voiele jour, d"y avoir apportéton précieuxavis. Je souhaiteparticulièrement remercierle Dr. Fabien Mongelardpourm"avoir encadré aucours deces 4dernières années.Sans tonidée folleen 2008,il n"y aurait jamaiseu de"Chromosome ConformationCapture" aulabo. Mercipour nos discussionsau jourle jour, pourton soutiensansfaille,et pourta légendaire patience (ilen afallu, non?). Aplusieurs reprises,ces4dernières annéesn"auront pas étéfaciles, maistu astoujours étélà. J"aieu dela chanced"avoir unencadrant comme toi. Je penseégalement àAlain Arneodo,Benjamin Audit,Cédric Vaillant, Antoine Baker,Hanna Julienne,Claude Thermes,et OlivierHyrien :Merci pourle timing de réplicationet lesN-domaines, mercipour nosdiscussions fructueuses(réunions ANR ouautres), pourles conseilsnotamment enprogrammation, etj"en oublie certainement. Je souhaiteégalement vivementremercier Wouter deLaat quim"aaccueilli dans sonlaboratoire pourapprendre le4C, etP etraKlous pourm"en avoirmontré tous lestrucs/astuces/subtilités quine sontjamais écritesdans lesprotocoles. Merci égalementà DavidGilbert pournos enrichissantesdiscussions. Je souhaiteaussi remercierd"autres collègues.Merci àKarine pourses conseils en imageriecellulaire età Kévinpour sonefficacité enassistance informatique. Merci àSadhan etR ongpour nosdiscussionsplusou moinsscientifiques, nos plaisanteries àla paillasseou ensalle culture; Mercià Xavierpour avoirenplus ajouté beaucoupde bonnehumeur dansle bureau( maintenant, tues leg ardien du templeet dela macro ImageJ :j"aiamplement confiance);Merci àZophia (plus jamais jene tepiquer aita p2), Elodie( Génial tespr opositionsd"épigraphe ), Hélène (Mercipour tonsuper polo), Maggy( la meilleureenbiologie dela tomate! ) pour les petitespauses improvisées,pour l"horoscope,pour votresoutien, pourvotre écoute etpour votrerôle majeurafin quele laboratoirecontinue detourner . J"ai égalementune penséeémue pourles thésardsen pleinerédaction (Salim, Cristina,Courage,voustouchezau but), etcelui quiva bientôtcommencer (Sadhan

Good luckand allthe bestfor thenext fewmonths ).

Merci aussiaux fidèlesdu Ninkasiqui n"avaientpas encoreété citéspour tous les bonsmoments quenous avonspassés ensemble(Arnaud, Elise,Johan, Marc,

Maryline, Monica,P ascale).

Parceque toutne selimite pasau laboratoire.. .

Merci àCatherine etXavier pourm"avoir initié(dans ledésordre) àR ock- band, labière, lesbelles photos,les règlesdu basket(oui, j"ensuis restélà). .. ;à Juliette etRémi pourl"initiation àl"humour "machette/ ChuckNorris", àRadio- head, audomptage depanthère. .. ;àAngèlepourladécouverteduJura avecson précieux terroir,ainsique pouravoir décrochéla Lanterneaprès unpassage par l"Académie...;àNicopour tonentrain, pourcontrôler l"enfantterrible surla ban- quette arrière,pour êtrele LuckyLuke del"endormissement (qu"est-cequ"on apu en rire)...Merciàtous les6 d"êtreprésent letemps desvacances, d"unweekend, d"une soirée,d"un coupde téléphone.V otreamitié estextrêmement précieuse,elle m"a sansconteste portépendant ces4 ans. Un énormemerci égalementà mesparents quim"ont toujourssoutenu, encou- ragé, aidé,bref ,mercid"avoirtoujours étélà pourmoi ;merci aussià monfrérot qui m"asouvent conseillé(entre autrepour lesdétentes cinéma).Merci aureste de mafamille pourleur soutienindéfectible. Enfin, mesderniers remerciementssont pourMuriel :merci d"avoirrelu mon manuscrit, d"avoirtoujours cruen moi,d"avoir partagéet raisonnémes doutes, merci aussipour tonaide dansles momentsplus compliqués,merci aussipour ton attentionet tousces petitsinstants denotre vieà deuxqui fontmon bonheur.

Merci dufond ducoeur .

Table desMa tières

PARTIEA Introduction

1Domaines nucléaireset chromatine Page23

1.1 Organisationstructuraleet fonctionnelledela chromatine

24
Le nucléosome,l"unitéstructur alede lachromatine-

24 Un nombrelimité d"éta tschromatiniensdifférents- 28 De lafibre de10 nmà lafibre de30 nm- 28 De nombreuxindices pourl" existencede bouclesgéantes dechroma tine- 30 Territoireschromosomiques -33

1.2 Desrepliemen tscontrôlés etdynamiques

Méthodes dela famille 3C-

37 Des bouclesde chromatine localesenlien avecleurs fonctions -42 Repliementet définitionde domaineschroma tiniens- 44 Repliementet établissement decontactsen trechromosomes -48

1.3 Structurenucléaire etlocalisation descon tacts

Structured unoyau-

52 Localisationà uncom partiment actif-53 Localisationà uncom partiment répressif-56 2La réplicationdel" ADNPage59

2.1 Mécanismesg énérauxdelaréplicationde l"ADN

Déroulementde laréplica tion-

60 Les originesde réplication identifiéeschezl"homme parbiologiemoléculaire -63 Contrôleduchoix desORIetde leuractiv ation coordonnée- 64

2.2 Approchesg énomiquesetàha ut-débit pourl" étudedelaréplication

66
Biais decom positionennucléotides etréplica tion-

67 Identificationdesitesde liaisond ucom plexepré-réplica tif(pre-RC) -69 Détection desites d"initiation -70

Établissementd utimingderéplica tion-

2.3 Structurationdelachromatine associéeà laréplica tion

Réplicationet bouclesd" ADN-

79 Les foyersderéplication -82 Contactschromatiniens etréplication- 86

Projet dethèse Page91

PARTIEB Résult ats

3Mise enpla ced"unestratégie 4C-Seq Page95

3.1 Choixde larégion etd utype cellulaire

97
Sélection d"unerégion àtiming conservé etcon trasté(chr5:150-170Mb) -

97 Choix dutypecell ulaire- 99

3.2 Dela librairie 4Causéquençag eha ut-débit

100

Préparationdeslibr airies4C -

100 Positionnementetconception desolig onucléotides 4C- 104 Profils desPCR 4C- 104 Des PCR4C-Seq au séquençagehaut -débit-107

3.3 Bioinformatiqueettraitemen td uséquençagehaut-débit

110

Dé-multiplexerleslectures 4C-

110 Alignementsur leg énome- 112 Filtragedeslecturesenf onctionde leuralignemen t- 115

4Correspondanceentretiming deréplica tionet organisation dela

chromatinePage117

4.1 Introduction

121

4.2 Résultats

122
Les zonesd"initia tionprécocedélimitent desdomaines d"auto-inter action-

128 Les interactionsàlongue-distance reproduise letimingderéplica tion-132 Des mesuresde distancesconfirmen tla proximitédesloci précoces- 138

4.3 Discussion

140

4.4 Méthodes

1435Topologiede lachroma tine: extensiondel"anal yseà d"a utres

échelles, pointsde vueet typescell ulairesPage147

5.1 Conformationdelachromatine dansdes cellules pro-érythrocytaires

148
Conformationdelachroma tineà proximitédes pointsdevue -

148 Partenairespréf érentielsàlongue-distance- 151

5.2 Organisationlocalede lachromatineà timingconstan t

152

Détail dela régionet PCR4C-Seq -

152 Analysedes profils4C -153

5.3 Analysedespartenaires chromatiniens d"unpla teauprécoce

156

5.4 Lesl ociprécocessurpl usieursMb trans-interagissent. . . . . . . . . 158

Matérielet méthodes: Analyse destrans-interactionsdansle Hi-C- 158 Proportion d"interactionsentransle longdu chromosome-159 Chromosomes préférentiellementcontactés-164 PARTIEC Discussion

6Discussion etconcl usionPage169

6.1 L"organisationdelachromatineà grande échelleest corréléeautiming deréplica-

tion àdi fférenteséchelles .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Conformationàl"échelle dequel quesmégabases-

169 Conformationàl"échelle depl usieursdizainesdeMb -173 Conformationàl"échelle du territoirechromosomique-173

6.2 Lesprofils d"inter actionssontmieuxdécritspar letimingquepar leniv eau de

transcription 174

6.3 Lescon tactschromatiniensdans lescellulesen phaseG0

177

6.4 Forcespourétablir cetteorg anisation dela chromatine

179

6.5 Conclusionetperspectives

180

BibliographiePage182

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