thesis

Characterization of Post traslational modifications of histones in the model diatom Phaeodactylum tricornutum

Defense date:

Dec. 15, 2020

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Authors:

Abstract EN:

Diatoms are one of the ecologically most successful eukaryotic phytoplankton in the world. They are abundant in a wide range of habitats, their physiology, plasticity and fast adaptation to different environmental conditions help them dominate modern Oceans. Compared to genetic regulation, epigenetic changes can be flexible and reversible and histone modifications are one of the epigenetic mechanisms which can impact gene expression. Phaeodactylum tricornutum (P. tricornutum) is one of the model diatom species, also the first unicellular organism with a full repertoire of post-translational modifications of histones, which makes it an ideal species to study epigenetic regulation in single celled organisms. In this thesis manuscript, I focus on histone modification mechanisms in P. tricornutum, utilize classical reverse genetic method: knockout of candidate genes to identify the catalytic enzyme which is responsible of the deposition of histone modifications. Polycomb group protein (PcG) complexes are evolutionarily conserved epigenetic regulatory components that act antagonistically with Trithorax (TrxG) complexes to regulate genes which are involved in cell differentiation and development. In the first chapter we investigated the diversity of PcG and TrxG genes in marine unicellular species, report the correlation of these epigenetic modifiers and environmental factor for the first time, also emphasise the unique co-occurrence pattern of histone marks in P. tricornutum. Based on those discoveries, further study with chapter two and three focused on two PcG complexes, PRC2 and PRC1. In total, three core components of PcG protein were identified in PRC1 and PRC2 complex respectively, the second part of thesis explored the unique function of PRC2 and its associated mark H3K27me3 which I report related to morphology in P. tricornutum. Chapter three discussed the crosstalk between H3K27me3 and H2AK119Ubi which is deposited by PRC1. The last chapter describes a novel histone modification detected in P. tricornutum was found conserved among eukaryotes. The last chapter reports the characterization of this novel mark and identification of the histone writer.

Abstract FR:

Les diatomées sont l'un des groupes de phytoplancton les plus abondants dans les milieux aquatiques et les plus performants sur le plan écologique. Elles colonisent un large éventail d'habitats. Leur physiologie, leur plasticité et leur adaptation rapide aux différentes conditions environnementales les aident à dominer les océans d’aujourd’hui. Par rapport à la régulation génétique, les changements épigénétiques peuvent être flexibles et réversibles et les modifications des histones sont l'un des mécanismes épigénétiques qui peuvent avoir un impact sur l'expression des gènes. Phaeodactylum tricornutum (P. tricornutum) est l'une des espèces de diatomées modèles, également le premier organisme unicellulaire possédant un répertoire complet de modifications post-traductionnelles des histones, ce qui en fait une espèce idéale pour étudier la régulation épigénétique dans les organismes unicellulaires. Dans ce manuscrit de thèse, je me concentre sur les mécanismes de modification des histones chez P. tricornutum, en utilisant la méthode classique de génétique inverse par l’élimination des gènes candidats pour identifier l'enzyme catalytique qui est responsable du dépôt des modifications des histones. Les complexes de protéines du groupe Polycomb (PcG) sont des composants épigénétiques régulateurs conservés au cours de l'évolution qui agissent de manière antagoniste avec les complexes Trithorax (TrxG) pour réguler les gènes qui sont impliqués dans la différenciation et le développement des cellules. Dans le premier chapitre, nous avons étudié la diversité des gènes PcG et TrxG chez les espèces unicellulaires marines, nous rapportons pour la première fois la corrélation entre ces modificateurs épigénétiques et les facteurs de l’environnement, et nous avons également souligné le schéma unique de co-occurrence des marques d'histones chez P. tricornutum. Sur la base de ces découvertes, une étude plus approfondie dans les chapitres deux et trois s'est concentrée sur deux complexes PcG, PRC2 et PRC1. Au total, trois composants principaux ont été identifiés dans les complexes PRC1 et PRC2 respectivement. La deuxième partie du manuscrit de la thèse a exploré la fonction unique de PRC2 et de la marque associée H3K27me3 que je rapporte liée à la morphologie dans P. tricornutum. Le troisième chapitre traite de l’interaction entre H3K27me3 et H2AK119Ubi qui est déposée par le complexe PRC1. Le dernier chapitre décrit une nouvelle modification d'histone détectée chez P. tricornutum. Il est intéressant de noter que cette modification a été trouvée conservée chez les eucaryotes et le dernier chapitre rapporte la caractérisation de cette nouvelle marque et l'identification de l'enzyme modifiant l'histone.