Répétitions Télomériques Interstitielles (ITRs) : structure, évolution et impact sur le génome et l'épigénome chez Arabidopsis

Les séquences télomériques sont présentes aux extrémités des chromosomes mais également à des positions internes sous forme de motifs individuels (telobox) ou de grands domaines appelés Répétitions Télomériques Interstitielles (ITRs). Bien qu'identifiés chez de nombreux eucaryotes, y compris les plantes et chez l'humain, la structure, la fonction et l'origine des ITRs restent mystérieuses. Leur présence a été associée à une instabilité génomique, aux dommages de l'ADN, à certains cancers, et à la production de longs ARNs non codants. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, des telobox localisées dans des régions promotrices influencent directement l'expression génique en attirant des protéines Telomeric Tepeat Binding (TRB), une famille de protéines télomériques associée à des complexes de régulation de la chromatine, notamment Polycomb Repressive Complexe 2 (PRC2). En revanche, , bien que ces domaines contiennent des milliers de motifs télomériques, les TRBs et PRC2 ne sont pas recrutés sur les grands ITRs. J'ai contribué à une étude montrant quel'absence de recrutement des TRBs sur les répétitions télomériques des ITRs résulte d'une competition avec H1, une histone de liaison partageant avec les TRBs un domaine de liaison à l'ADN Globular H1 (GH1). Ainsi, en absence d'H1 des TRBs sont fortement relocalisés aux ITRs, induisant la création aberrante de grands foyers H3K27me3 et de boucles ITRs-télomères. Contrairement à son effet represseur sur H3K27me3 aux ITRs, H1 favorise le dépot de H3K27me3 sur la majorité des gènes ciblés par PRC2. Ces deux effets opposés et à grande échelle selon les loci géomiques suggérent un rôle des ITRs dans l'équilibre entre H1 et TRBs pour la modulation de l'homéostasie de l'épigénome H3K27me3. L'approche de cette question nécessite une caractérisation fine de la structure et de l'évolution des ITRs dans le génome d'A. thaliana. Pour ceci j'ai établi une méthode de détection des ITRs dans les assemblages génomiques à longue lecture et identifié chez l'écotype Col-0 que les principaux ITRs totalisent 550 kb de régions péri-centromèriques hétérochromatiniennes des chromosome 1 et 4, sont constitués de courtes unités de ~500 bp combinant des microsatellites télomériques et des satellites centromériques, parfois interrompus par des éléments transposables (TE). A plus grande échelle, j'ai réalisé la première cartographie des ITRs dans 158 écotypes issus de divers environnements géoclimatiques révélant que, malgré une conservation remarquable de leurs unités élémentaires et de leurs positions chomosomiques, les ITRs d'A. thaliana présentent une grande diversité de structure et de taille, allant de 0,2 à plus de 2 Mb. Cette analyse a permis d'éclairer une évolution rapide, facilitée par des mécanismes opérant à différentes échelles telles que des duplications en tandem des monomères de ~500 bp jusqu'à des duplications de blocs de centaines de kilobases. Fort de ces observations, j'ai entrepris une étude fonctionnelle visant à comprendre l'impact des ITRs sur la régulation de l'épigénome. Pour ceci j'ai créé des lignées d'A. thaliana riches ou pauvres en ITR, initié la génération de mutants CRISPR-Cas9 pour la délétion d'ITRs, et développé des lignées intégrant aléatoirement une unité synthétique d'ITR. Ces approches génétiques permettront d'évaluer comment la néo-formation ou l'expansion d'ITRs influence l'épigénome en cis et en trans. Enfin, j'ai étendu la recherche d'ITRs à l'espèce apparentée A. lyrata ainsi qu'à 192 espèces végétales et animales en exploitant des assemblages génomiques issus du projet « Darwin Tree of Life ». Cela a permis d'identifier des structures d'ITRs liées ou non à celles d'A. thaliana, offrant un panorama qui devrait faciliter l'étude des mécanismes responsables de l'origine, de la structure et de l'évolution des ITR dans différents règnes.