Investigation of the regulation of gene expression via alternative splicing and its interaction with epigenetic marks in the context of mouse spermatogenesis

Étude de l’épissage et de son interaction avec les marques épigénétiques dans le contexte de la spermatogénèse murine La régulation de l'expression des gènes dans les cellules eucaryotes implique divers mécanismes, parmi lesquels figurent les marques épigénétiques - c'est-à-dire les altérations chimiques de l'ADN ou des protéines histones associées, qui influencent l'activité des gènes sans modifier leur séquence. Ces marques comprennent notamment la méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones, telles que la méthylation de la lysine 79 de l'histone H3 (H3K79me2). D'autres processus, comme l'épissage alternatif, participent également à cette régulation de la transcription, bien qu'ils ne relèvent pas de l'épigénétique à proprement parler. De récentes études suggèrent que des marques épigénétiques agiraient de manière combinatoire afin de réguler l'épissage alternatif dans plusieurs contextes cellulaires. La spermatogenèse, processus de différentiation des cellules germinales mâles, comprend la prolifération des spermatogonies, la méiose des spermatocytes et la différenciation des spermatides. Ce processus complexe contribue largement à la diversité du transcriptome et du protéome testiculaires, notamment grâce un remodelage dynamique de la chromatine. Il constitue ainsi un modèle idéal pour étudier l'interaction entre les marques épigénétiques et l'épissage alternatif, tout en offrant des pistes pour comprendre certaines formes d'infertilité masculine liées à des altérations de ce mécanisme. L'objectif de ma thèse était d'étudier le lien entre l'épissage alternatif et les marques épigénétiques au cours de la spermatogenèse. Pour ce faire, j'ai analysé des données RNA-seq et ChIP-seq issues de cellules germinales à différents stades de ce processus. Mon approche a consisté dans un premier temps à combiner deux méthodes d'analyse de l'épissage alternatif - rMATS et Whippet - afin de limiter la détection de faux positifs. Dans un deuxième temps, j'ai réalisé une approche supervisée pour étudier l'association des marques épigénétiques aux événements d'épissage. Les résultats de mes analyses ont révélé la nature dynamique de l'épissage alternatif lors de la spermatogénèse, avec la transition mitose-méiose présentant le plus d'événements d'épissage. Une analyse d'ontologie a montré que ces événements d'épissage concernent notamment des gènes importants pour les différentes transitions cellulaires de la spermatogénèse. L'étude des marques d'histones a montré que les marques actives H3K79me2 et H3K36me3 sont associées aux exons épissés, tandis que les marques répressives H3K27me3 et H3K9me3 sont enrichies aux introns retenus. Afin de tester l'impact de la perte d'une de ces marques sur l'épissage, j'ai utilisé un modèle de souris dans lequel la méthylation de H3K79 est fortement réduite lors de la spermatogenèse (i.e. le knockout conditionnel du gène Dot1l qui code pour la seule enzyme responsable de la méthylation de H3K79). Les cellules germinales mâles de ce modèle présentent une altération de l'organisation chromatinienne et une dérégulation de l'expression génique, ce qui entraine une hypofertilité des mâles. Cependant, l'effet sur l'épissage alternatif n'avait pas été exploré. Étonnamment, mes analyses montrent que la perte de H3K79me2 n'entraîne pas de dérégulation significative de l'épissage. Cela signifie que les défauts de spermatogenèse observés dans ce mutant proviennent de changements dans l'expression génique et de l'organisation de la chromatine plutôt que d'une dérégulation de l'épissage des transcrits. En conclusion, mes travaux montrent la nature dynamique de l'épissage pendant la spermatogenèse, en particulier lors de la transition mitose-méiose, et suggèrent une régulation précise de ce processus. Certaines marques, comme H3K79me2 et H3K36me3 (associées aux exons épissés) ou H3K27me3 et H3K9me3 (présentes sur les introns retenus), semblent être impliquées dans ce contrôle. Toutefois, l'effet minimal de la perte d'H3K79me2 suggère une régulation combinée par plusieurs marques.