Telomeres, elements of transcriptional regulation in senescent cells
Les télomères, des éléments de régulation de la transcription dans les cellules sénescentes
Résumé
Telomeres, the nucleoprotein structures located at the end of eukaryotic DNA, protect chromosomal integrity. These structures undergo changes during development and aging, including length shortening and alterations in the levels of the proteins associated to them called sheltering, all this affecting genome stability as the cells age. However, telomeres also behave as transcriptional regulators acting not only on genes present at subtelomeres but also on more distantly located genes presented throughout the genome. This process is referred as Telomere Position Effect (TPE) and was initially discovered in budding yeast, but also seen in drosophila, fission yeast, plasmodium and more recently in humans. In all these organisms, genes located in the subtelomeres are repressed by an epigenetic mechanism that is dependent on telomere DNA length, telomere nucleoprotein composition and higher order chromatin organization adopted by telomeres and subtelomeres. The TPE mechanism can be described as the spreading of a heterochromatin-like structure toward the centromere most likely accompanied by the formation of large chromatin loops to further extend the transcriptional regulation emanating from a telomere to genes internally located.In this context, the goal of my thesis is to decipher whether telomeres are involved in the transcriptional remodelling occurring in human cellular senescence. For that, we performed RNA-sequencing in young versus replicative senescent lung fibroblast MRC-5 cells. Interestingly, we found an enrichment of upregulated genes in the subtelomeric regions of senescent cells suggesting a TPE alleviation. This alleviation is not homogeneous in the genome, as only some subtelomeres were enriched in upregulated genes at senescence.Finally, we tested the hypothesis that shelterin proteins may also be part of the TPE regulation. For that, we re-stored the levels of the shelterin protein TRF2 (Telomeric Repeat Binding Factor 2) whose expression is decreased as the cells approach senescence. We found that TRF2 is indeed modulating the expression of subtelomeric genes in senescent cells, and this is in part mediated by a long-range chromatin reorganization of subtelomeres as observed by conformation changes in 3D chromatin conformation by FISH.Overall, this work reveals the contribution of telomeres in the transcriptional program of senescent cells and set the basis for the relevance of TPE in the senescence/aging process.
Les télomères sont des structures nucléoprotéiques, localisés à l’extrémité de l’ADN des cellules eucaryotes, qui préservent l’intégrité des chromosomes. Ces structures subissent des changements au cours du développement et du vieillissement, comme un raccourcissement de leurs tailles ou une altération dans leur composition en protéines (notamment le complexe shelterin). Cependant, les télomères n’ont pas qu’une fonction protectrice et peuvent aussi réguler l’expression des gènes présent dans les régions adjacentes, i.e. subtélomères, voir plus distantes. Ce processus est connu comme l’Effet de Position Télomérique (TPE), découvert initialement chez la levure Saccaromyces cerevisiae, puis chez la drosophile et Schizosaccharomyces pombe et plus récemment chez l’humain. Dans ces organismes, les gènes situés en position subtélomérique sont réprimés par un mécanisme épigénétique qui est dépendant de la taille des télomères et des protéines les composant ainsi que des structures tridimensionnelles adoptées par la chromatine télomérique et subtélomérique. Le TPE peut être décrit comme un mécanisme de propagation de l’hétérochromatine, du télomère vers le centromère, accompagné de boucle de chromatine permettant d’étendre la répression de la transcription dans des régions plus interne.Dans ce contexte, le but de ma thèse est de déterminer l’impact des télomères sur les changements transcriptionnels observés lors de la sénescence cellulaire. A cette fin, nous avons séquencé les ARNm de fibroblastes de poumon (MRC-5) jeunes et sénescents (RNAseq). Nous avons observé un enrichissement subtelomérique des gènes dont l’expression est augmentée en sénescence. Ce résultat suggère une levée de la répression induite par le TPE à la sénescence. Cette dérépression ne concerne que certains gènes et certains subtélomères.Nous avons aussi testé l’hypothèse que les protéines shelterin puissent prendre part au TPE, notamment TRF2 (Telomeric Repeat Binding Factor 2) dont l’expression est diminuée à la senescence. Nous avons donc augmenté le niveau d’expression de TRF2 dans les cellules sénescentes. Ainsi, nous avons pu observer que TRF2 modulait l’expression de certains gènes subtélomériques dans les cellules sénescentes. Par 3D-FISH, nous avons montré que cet effet de TRF2 s’accompagnait d’un remodelage spatial des subtélomères.Dans son ensemble, ce travail révèle la contribution des télomères au programme transcriptionnel des cellules sénescentes et jette ainsi les bases de l’importance du TPE dans le processus de la senescence.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|