Exploring chromatin states in the Drosophila intestinal lineage

Exploration des états de chromatine dans le lignage intestinal chez la Drosophile Les cellules souches adultes s'auto-renouvellent et se différencient en un ou plusieurs types cellulaires, assurant ainsi l'homéostasie d’un tissu. Comprendre leur régulation est crucial pour mieux appréhender les mécanismes de prolifération incontrôlée et de défauts de différenciation observés lors de la tumorigenèse et du déclin fonctionnel des tissus pendant le vieillissement. Ma thèse avait pour but de mieux comprendre les états chromatiniens associés à l'activité des cellules souches adultes in vivo, dans un tissu homéostatique en utilisant l'intestin adulte de la drosophile comme modèle. Nous avons montré le rôle de facteurs de remodelage de la chromatine conservés dans le contrôle de la prolifération des cellules souches intestinales (CSI) (Gervais et al, 2019), soulignant leur importance dans la régulation du lignage intestinal. Ma thèse a prolongé ces travaux en étudiant les changements d'état de la chromatine associés à la différenciation des cellules souches à l'échelle du génome entier.J’ai généré pour chaque type cellulaire des cartes de sites de fixation au génome de 5 protéines de chromatine (ARN Pol II, Brahma, Polycomb, Heterochromatin Protein 1 et Histone linker H1) en utilisant la technique de Targeted DamID. En effectuant un modèle de Markov caché pour définir les états chromatiniens, nous avons découvert que 7 états majeurs de la chromatine existent dans le lignage intestinal. Il s'agit de 2 états actifs ("Yellow" et "Red"), 3 états répressifs ("BlueR" enrichi en Polycomb, "Green" enrichi en HP1, "Black" enrichi en H1) et 2 états intermédiaires ("Yellow Weak" et "Blue Mixed"). L’étude de ces états au niveau des gènes a révélé que de nombreux gènes, dont les régulateurs clés de l'activité des CSI, subissent des transitions d'état chromatinien distinctes pour chaque lignage lors de la différenciation en entérocytes (EC) ou en cellules entéro-endocrines (EE), les deux types de cellules intestinales différenciées. Ces résultats indiquent que les différences d'organisation de la chromatine entre ECs et EEs pourraient être particulièrement importantes pour la détermination du destin cellulaire.Nous avons aussi constaté que les gènes de différenciation suivent des changements chromatiniens spécifiques pendant la différenciation. Premièrement, les principaux régulateurs transcriptionnels de la spécification du lignage, incluant prospero et nubbin, passent de l'état "BlueR" vers des états chromatiniens actifs lors de la différenciation. Ces données suggèrent une fonction régulatrice de la chromatine marquée par Polycomb pour le contrôle de la hiérarchie transcriptionnelle au sein du lignage intestinal. D’autre part, les gènes liés à la physiologie et à l'activité métabolique des cellules différenciées suivent une transition de l'état "Black" dans les CSI vers des états chromatiniens actifs dans les ECs et EEs lors de leur activation, ce qui suggère un mode de régulation des gènes liés à la physiologie qui n'était pas encore caractérisé.Nous avons ensuite étudié les effets de la perturbation génétique de HP1 et H1 sur l'accessibilité de la chromatine, la transcription et l'homéostasie du tissu intestinal. Bien que HP1 soit nécessaire pour maintenir l'hétérochromatine, nos résultats suggèrent que cette protéine régule aussi l'expression de gènes ayant des fonctions métaboliques cellulaires indépendamment de l'accessibilité de la chromatine. De plus, HP1 est nécessaire pour maintenir la prolifération des CSI. Enfin, nous avons observé que dans les CSI, H1 régule le programme transcriptionnel spécifique des EEs, suggérant que H1 pourrait jouer un rôle dans l’amorçage du destin cellulaire «EE» dans les CSI.Globalement, notre caractérisation approfondie des changements d'état de la chromatine au cours de la différenciation fournit une ressource utile pour mieux comprendre les programmes de régulation qui contrôlent le destin et l'identité cellulaire ainsi que les fonctions physiologiques dans ce tissu homéostatique.