Reconstituting diverse facets of heterochromatin formation

La régulation fine de l’expression de notre génome nécessite sa partition en compartiments actifs « euchromatine » et inactifs « hétérochromatine ». Au niveau moléculaire, cette partition est liée à l’établissement de marques épigénétiques sur lesquelles se lient des protéines chromatiniennes. D'un point de vue mécanique, il a été proposé que l'hétérochromatine soit séparée de l'euchromatine par séparation de phase (PS). Les facteurs clés qui participent à l'établissement de l'hétérochromatine sont les méthyltransférases SUV39H1/2, qui déposent les marques H3K9me2/3, et l’Heterochromatin Protein 1 (HP1). La dérégulation de l'hétérochromatine a depuis longtemps été associé à de l'instabilité génomique, au vieillissement ainsi que certains cancers. Récemment, il est apparu que les phénomènes de Séparation de Phase qui régulent de multiples processus pilotés par la chromatine sont dérégulés dans certaine pathologie. Il est donc de la plus haute importance de comprendre le lien entre la régulation de l'hétérochromatine et les mécanismes de PS. Actuellement, la manière dont SUV39H1/2 et HP1 collaborent pour nucléer et maintenir l'hétérochromatine n'est pas claire. Il a été démontré que HP1 peut condenser la chromatine, mais on ne sait pas comment l’activité des enzymes SUV39 est régulée dans ces condensats. De même, il semble que des ARN non codants soient impliqués dans le processus de formation de l’hétérochromatine, mais on ne sait pas comment ils régulent l'activité des enzymes SUV39 dans le contexte d'un condensat d'hétérochromatine. De plus, il existe des preuves contradictoires concernant la séparation de phase de HP1 chez différentes espèces, ce qui entrave notre compréhension de la structure de l'hétérochromatine.Dans les travaux présentés ici, j'ai examiné la capacité de séparation de phase de différents homologues de HP1 de la souris, de la mouche des fruits et de la levure à fission. Mes résultats révèlent que HP1 de la mouche des fruits et de la levure à fission forment des agrégats par séparation de phase liquide-liquide. Cela suggère que les protéines HP1 de ces espèces peuvent promouvoir la coalescence de l'hétérochromatine. Au contraire, la protéine HP1 de la souris ne forme pas de tel condensats suggérant que la condensation de l’hétérochromatine repose sur d’autre protéines qui lui sont associées. Mon travail établit un lien entre la mesure du poids des domaines déstructurés (désordre) dans les différents homologues de HP1 et leur rôle dans la condensation de la chromatine via la PS. Il montre que les isoformes de HP1 qui ont émergé au cours de l'évolution s'opposent à la PS. Globalement, mon travail met en lumière le lien entre la séparation de phase, l'organisation nucléaire et l'expression des gènes. Mon projet a également porté sur le rôle de SUV39H1/2 dans l'assemblage de l'hétérochromatine en développant un système biochimique minimal récapitulant la formation de domaines d'hétérochromatine. Il est basé sur des réseaux de nucléosomes reconstitués qui peuvent être ciblés par SUV39H1/2 fusionné avec dCas9 et qui peuvent être condensés par l'ajout de HP1. La nucléation et l'étalement de la méthylation H3K9 ainsi que la condensation de la chromatine peuvent être étudiés dans ce système en combinant la biochimie et la microscopie à fluorescence.