Analyses des régulations épigénétiques des éléments transposables chez Drosophila melanogaster

Transposable elements (TEs) are DNA sequences found in all living organisms, and able to move from one chromosomal site to another. They are source of mutations and therefore must be finely controlled by their hosts. To counteract their mobilization, genomes have developed regulatory mechanisms (RNAi) involving small RNAs including the best-known siRNAs. Recently two novel classes of small RNAs called piRNAs and endo-siRNAs have been reported in Drosophila. The piRNAs specifically trigger TE repression in reproductive tissues, composed by germ cells and somatic follicular cells. The endo-siRNAs control those in somatic tissues. It has been shown by our group that Idefix, a LTR retrotransposon, is regulated by a posttranscriptional mechanism (PTGS). It implicates the piRNAs pathway and its major component, the PIWI protein, in reproductive tissues of Drosophila. By contrast, in the other Drosophila tissues, the regulation does not depend on the PIWI protein. During my PhD, I was interested to know if in addition to this PTGS, a transcriptional control (TGS) was necessary to control Drosophila TE in both the somatic and germinal tissues. By studying theregulations of sensor-transgenes carrying a reporter gene (GFP) and various fragments of ET acting as a target of the silencing pathways, I have shown that the post-transcriptional silencing is the only regulatory pathway targeting transposable elements in the Drosophila female germline. This regulation has a weakness early in the development of the ovaries that can lead to a mobilization of transposable elements under certain sensitized conditions. In somatic tissues I have shown that a transcriptional regulation is coupled to the PTGS. However, this transcriptional regulation has tissue specificity because it is only observed in somatic tissues of Drosophila outside of the ovaries, a PTGS with no TGS targeting TE in the somatic cells of the ovarian follicle.Les éléments transposables (ET) sont des séquences d'ADN trouvées chez tous les organismes vivants, et capables de se déplacer d'un site chromosomique à un autre. Ils sont une source de mutations et doivent donc être finement contrôlés par leurs hôtes. Afin de parer à leur mobilisation, les génomes ont mis en place des mécanismes de régulation (RNAi) impliquant des petits ARNs dont les siRNAs en sont la composante la plus connue. Récemment il a été mis en évidence chez la drosophile deux nouvelles classes de petits ARNs appelés piRNAs et endo-siRNAs. Les piRNAs contrôlent spécifiquement les ET dans les tissus reproducteurs qui comprennent des cellules germinales et des cellules somatiques : les cellules folliculaires. Les endo-siRNAs quant à eux, contrôlent ces ET dans les tissus somatiques. Il a été montré au laboratoire qu'Idefix, un retrotransposon à LTR, était régulé par un mécanisme post-transcriptionnel (PTGS). Celui-ci implique la voie des piRNAs et sa composante majeure, la protéine PIWI, dans les tissus reproducteurs de drosophiles. En revanche dans le reste des tissus de drosophiles cette régulation ne dépend pas de la protéine PIWI. Durant ma thèse je me suis intéressé à savoir si en plus de ce contrôle de type PTGS, il existait une régulation de type transcriptionnelle (TGS) appliquée sur les ET de drosophile dans les différents tissus aussi bien somatiques que germinaux. En étudiant les régulations que subissent divers transgènes composés d'un gène rapporteur et de divers fragments d'ET, j'ai montré que seule une régulation de type post-transcriptionnelle permettait de réguler les éléments transposables dans la lignée germinale femelle de drosophile. Cette régulation ayant une faiblesse précoce dans le développement des ovaires pouvant entrainer une mobilisation des éléments transposables dans certaines conditions sensibilisées. En revanche dans les tissus somatiques j'ai montré qu'une régulation transcriptionnelle s'ajoutait à la répression de type PTGS pour réprimer les ET. Cependant cette régulation transcriptionnelle présente une spécificité tissulaire puisqu'elle est observée dans les tissus somatiques de larves de drosophiles et absente dans les cellules somatiques folliculaires de l'ovaire. En conclusion divers systèmes de régulation mettent sous silence les éléments transposables en fonctions de la balance bénéfice/problèmes qu'ils apportent pour un tissu donné

piRNAs and Aubergine cooperate with Wispy poly(A) polymerase to stabilize mRNAs in the germ plasm

Piwi-interacting RNAs (piRNAs) and PIWI proteins play a crucial role in germ cells by repressing transposable elements and regulating gene expression. In Drosophila, maternal piRNAs are loaded into the embryo mostly bound to the PIWI protein Aubergine (Aub). Aub targets maternal mRNAs through incomplete base-pairing with piRNAs and can induce their destabilization in the somatic part of the embryo. Paradoxically, these Aub-dependent unstable mRNAs encode germ cell determinants that are selectively stabilized in the germ plasm. Here we show that piRNAs and Aub actively protect germ cell mRNAs in the germ plasm. Aub directly interacts with the germline-specific poly(A) polymerase Wispy, thus leading to mRNA polyadenylation and stabilization in the germ plasm. These results reveal a role for piRNAs in mRNA stabilization and identify Aub as an interactor of Wispy for mRNA polyadenylation. They further highlight the role of Aub and piRNAs in embryonic patterning through two opposite functions

Spatio-temporal requirements for transposable element piRNA-mediated silencing during Drosophila oogenesis

International audienceDuring Drosophila oogenesis, transposable element (TE) repression involves the Piwi-interacting RNA (piRNA) pathway which ensures genome integrity for the next generation. We developed a transgenic model to study repression of the Idefix retrotrans-poson in the germline. Using a candidate gene KD-approach, we identified differences in the spatio-temporal requirements of the piRNA pathway components for piRNA-mediated silencing. Some of them (Aub, Vasa, Spn-E) are necessary in very early stages of oogenesis within the germarium and appear to be less important for efficient TE silencing thereafter. Others (Piwi, Ago3, Mael) are required at all stages of oogenesis. Moreover, during early oogenesis, in the dividing cysts within the germarium, Idefix anti-sense transgenes escape host control, and this is associated with very low piwi expression. Silencing of P-element-based transgenes is also strongly weakened in these cysts. This region, termed the 'Piwiless pocket' or Pilp, may ensure that new TE insertions occur and are transmitted to the next generation, thereby contributing to genome dynamics. In contrast, piRNA-mediated silencing is strong in germline stem cells in which TE mobilization is tightly repressed ensuring the continued production of viable germline cysts

Analyzes of epigenetic regulations of transposable elements in Drosophila melanogaster

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d'ADN trouvées chez tous les organismes vivants, et capables de se déplacer d'un site chromosomique à un autre. Ils sont une source de mutations et doivent donc être finement contrôlés par leurs hôtes. Afin de parer à leur mobilisation, les génomes ont mis en place des mécanismes de régulation (RNAi) impliquant des petits ARNs dont les siRNAs en sont la composante la plus connue. Récemment il a été mis en évidence chez la drosophile deux nouvelles classes de petits ARNs appelés piRNAs et endo-siRNAs. Les piRNAs contrôlent spécifiquement les ET dans les tissus reproducteurs qui comprennent des cellules germinales et des cellules somatiques : les cellules folliculaires. Les endo-siRNAs quant à eux, contrôlent ces ET dans les tissus somatiques. Il a été montré au laboratoire qu'Idefix, un retrotransposon à LTR, était régulé par un mécanisme post-transcriptionnel (PTGS). Celui-ci implique la voie des piRNAs et sa composante majeure, la protéine PIWI, dans les tissus reproducteurs de drosophiles. En revanche dans le reste des tissus de drosophiles cette régulation ne dépend pas de la protéine PIWI. Durant ma thèse je me suis intéressé à savoir si en plus de ce contrôle de type PTGS, il existait une régulation de type transcriptionnelle (TGS) appliquée sur les ET de drosophile dans les différents tissus aussi bien somatiques que germinaux. En étudiant les régulations que subissent divers transgènes composés d'un gène rapporteur et de divers fragments d'ET, j'ai montré que seule une régulation de type post-transcriptionnelle permettait de réguler les éléments transposables dans la lignée germinale femelle de drosophile. Cette régulation ayant une faiblesse précoce dans le développement des ovaires pouvant entrainer une mobilisation des éléments transposables dans certaines conditions sensibilisées. En revanche dans les tissus somatiques j'ai montré qu'une régulation transcriptionnelle s'ajoutait à la répression de type PTGS pour réprimer les ET. Cependant cette régulation transcriptionnelle présente une spécificité tissulaire puisqu'elle est observée dans les tissus somatiques de larves de drosophiles et absente dans les cellules somatiques folliculaires de l'ovaire. En conclusion divers systèmes de régulation mettent sous silence les éléments transposables en fonctions de la balance bénéfice/problèmes qu'ils apportent pour un tissu donné.Transposable elements (TEs) are DNA sequences found in all living organisms, and able to move from one chromosomal site to another. They are source of mutations and therefore must be finely controlled by their hosts. To counteract their mobilization, genomes have developed regulatory mechanisms (RNAi) involving small RNAs including the best-known siRNAs. Recently two novel classes of small RNAs called piRNAs and endo-siRNAs have been reported in Drosophila. The piRNAs specifically trigger TE repression in reproductive tissues, composed by germ cells and somatic follicular cells. The endo-siRNAs control those in somatic tissues. It has been shown by our group that Idefix, a LTR retrotransposon, is regulated by a posttranscriptional mechanism (PTGS). It implicates the piRNAs pathway and its major component, the PIWI protein, in reproductive tissues of Drosophila. By contrast, in the other Drosophila tissues, the regulation does not depend on the PIWI protein. During my PhD, I was interested to know if in addition to this PTGS, a transcriptional control (TGS) was necessary to control Drosophila TE in both the somatic and germinal tissues. By studying theregulations of sensor-transgenes carrying a reporter gene (GFP) and various fragments of ET acting as a target of the silencing pathways, I have shown that the post-transcriptional silencing is the only regulatory pathway targeting transposable elements in the Drosophila female germline. This regulation has a weakness early in the development of the ovaries that can lead to a mobilization of transposable elements under certain sensitized conditions. In somatic tissues I have shown that a transcriptional regulation is coupled to the PTGS. However, this transcriptional regulation has tissue specificity because it is only observed in somatic tissues of Drosophila outside of the ovaries, a PTGS with no TGS targeting TE in the somatic cells of the ovarian follicle

The control of transcriptional memory by stable mitotic bookmarking

Abstract To maintain cellular identities during development, gene expression profiles must be faithfully propagated through cell generations. The reestablishment of gene expression patterns upon mitotic exit is thought to be mediated, in part, by mitotic bookmarking by transcription factors (TF). However, the mechanisms and functions of TF mitotic bookmarking during early embryogenesis remain poorly understood. In this study, taking advantage of the naturally synchronized mitoses of Drosophila early embryos, we provide evidence that the pioneer-like transcription factor GAF acts as stable mitotic bookmarker during zygotic genome activation. We report that GAF remains associated to a large fraction of its interphase targets including at cis -regulatory sequences of key developmental genes, with both active and repressive chromatin signatures. GAF mitotic targets are globally accessible during mitosis and are bookmarked via histone acetylation (H4K8ac). By monitoring the kinetics of transcriptional activation in living embryos, we provide evidence that GAF binding establishes competence for rapid activation upon mitotic exit