Fonction du variant d’histone H3.3 et de sa chaperonne DAXX sur l’organisation de l’hétérochromatine dans les cellules pluripotentes

Abstract

Les génomes des mammifères sont largement composés de séquences ADN répétées. Les régions d’hétérochromatine péricentromérique (PCH) sont formées de nombreuses répétitions de satellites majeurs. Les régions d’ADN répétés sont souvent réprimées par des mécanismes similaires comme la méthylation de l’ADN, la modification H3K9me3 et HP1. Des défauts de l’hétérochromatine sont observés dans différents cancers et contribuent à l’instabilité génomique. Les PCH des différents chromosomes se rassemblent et forment de larges chromocentres. La formation des chromocentres a lieu au cours de l’embryogénèse précoce, un moment où le niveau de méthylation de l’ADN est faible. Cette réorganisation est essentielle pour la poursuite du développement, et pourtant les mécanismes moléculaires la régulant dans les cellules pluripotentes précoces restent inconnus. Ce travail se concentre sur le rôle du variant d’histone H3.3, et de sa chaperonne DAXX, sur l’organisation de l’hétérochromatine dans les cellules souches embryonnaires (ESC). Premièrement, nous avons observé que la perte de Daxx altérait l’organisation des chromocentres dans les cellules pluripotentes. Les ESC peuvent être converti ver un état naïf de pluripotence, qui présentent une très forte diminution de leur niveau de méthylation de l’ADN. Nous avons découvert que DAXX était essentiel pour la survie des ESC lors de la conversion vers l’état naïf de pluripotence. De plus, nous avons observé que la perte active de la méthylation de l’ADN pouvait générer des dommages à l’ADN aux PCH, ce qui induit une forte accumulation de DAXX. En disséquant le rôle de DAXX, nous avons découvert que l’interaction DAXX-H3.3 était impliquée dans le recrutement de SETDB1 aux chromocentres pour reformer l’hétérochromatine. Enfin, nous avons montré que le rôle de DAXX s’étendait à d’autres régions de l’hétérochromatine tels que les domaines associés à la lamina. Dans l’ensemble, ce travail met en évidence un nouveau rôle DAXX dans le maintien de l’hétérochromatine des cellules pluripotentes.Most of mammalian genomes are composed of DNA repeated elements. Pericentromeric heterochromatin (PCH) regions are formed of large arrays of major satellite repeats. DNA repeats are often silenced via similar mechanisms such as DNA methylation, H3K9me3 modification and HP1. Loss of heterochromatin silencing is commonly observed in different cancers and can lead to genomic instability. PCH of different chromosome can assemble into large DAPI-dense foci called chromocenters. Formation of chromocenter arise during the early embryogenesis when the level of DNA methylation is low. Such reorganization is essential for further development of the embryo, yet, the molecular mechanisms regulating its maintenance in the early pluripotent cells remain unknown. This work focuses on the role of the histone variant H3.3 and its chaperone DAXX in heterochromatin organization in embryonic stem cells (ESCs). Firstly, I observed that the loss of Daxx alters the organization of chromocenters in pluripotent cells. ESCs can be converted toward the ground-state of pluripotency which displays a dramatic loss of DNA methylation. I uncovered that DAXX is essential for proper growth of ESC upon ground-state conversion. Furthermore, I observed that active loss of DNA demethylation can generate DNA damages at PCH, which induces a strong accumulation of DAXX. Dissecting the function of DAXX, I discovered that the DAXX-H3.3 interaction was implicated in the recruitment of SETDB1 at chromocenters to reform the heterochromatin state. Finally, I noticed that the function of DAXX extend beyond pericentromeric heterochromatin. Indeed, the absence of Daxx impairs the proper silencing of different heterochromatin regions including the lamina-associated domains. Altogether, this work provides evidence that DAXX is a regulator of heterochromatin maintenance in pluripotent cells