Influence of the genomic context on enhancer-promoter interactions during early Drosophila embryogenesis - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Influence of the genomic context on enhancer-promoter interactions during early Drosophila embryogenesis

Influence du contexte génomique sur les interactions enhancer-promoteur au cours de l'embryogenèse précoce de la Drosophile

Alexia Grasso
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1341507
  • IdRef : 258946687

Résumé

Embryonic development is controlled by the complex regulation of gene expression, which involves regulatory elements such as promoters and enhancers. Enhancers are short regions of DNA that can be located either proximal or distal to the promoter of their target gene, often skipping closest genes. To regulate gene expression, distal enhancers need to be brought in close three-dimensional proximity to the promoter of their target gene, forming an enhancer-promoter chromatin loop. The 3D proximity between promoters and enhancers seems to be favored by the spatial configuration of chromatin into Topologically-Associating Domains (TADs). This led to the notion that TADs constitute basic functional domains driving enhancer-promoter interactions. However, the molecular mechanisms driving the interaction specificity between enhancers and promoters within and outside TAD domains are still largely unknown. To identify what might control enhancer-promoter specificity, I systematically perturbed the twist locus (the master regulator of mesoderm function) in Drosophila melanogaster embryos using various transgenesis techniques. First, I created a fly line where the endogenous sequence of one of the enhancers of twist is present in inverted orientation. Secondly, I generated six transgenic fly lines where the same enhancer of twist is located at different locations and/or distances from its target gene and checked whether these insertions were sufficient to rescue the lethality of the endogenous enhancer`s deletion. I then assessed the impact of these rearrangements on chromatin organization and transcription using 4C-seq, 3D DNA FISH, and RNA-seq respectively. The results indicate that in Drosophila melanogaster, enhancers function in an orientation-independent manner, even at their endogenous locus. Surprisingly, enhancer-promoter interactions can sometimes occur across TAD boundaries and even between a promoter and an enhancer located on different chromosomes. Finally, we observed that the ectopic insertion of an enhancer has a huge impact on gene expression, causing a large number of differentially expressed genes along the genome. Taken together these results provide a better understanding of enhancer biology, chromatin organization, transcription regulation, and enhancer-promoter interaction specificity during early Drosophila embryogenesis.
La régulation de l’expression des gènes au cours du développement embryonnaire implique de nombreuses séquences régulatrices (promoteurs, enhancers). Les enhancers sont de courtes séquences d’ADN situées à une distance variable (proximaux ou distaux) du promoteur de leur gène cible, mais ne régulant pas nécessairement l’expression du gène le plus proche. Pour réguler la transcription, les enhancers distaux forment une boucle enhancer-promoteur permettant un rapprochement tri-dimensionnel. La proximité 3D entre les promoteurs et les enhancers semble être favorisée par la configuration spatiale de la chromatine en domaines d'association topologique (TAD). Cela a conduit à l'idée que les TAD constituent des domaines fonctionnels de base entraînant des interactions enhancer-promoteur. Cependant, les mécanismes moléculaires à l'origine de la spécificité d'interaction entre les enhancers et les promoteurs à l'intérieur et à l'extérieur des domaines TAD sont encore largement inconnus. Pour identifier ce qui pourrait contrôler la spécificité enhancer-promoteur, j'ai systématiquement perturbé le locus de twist (le principal régulateur de la fonction du mésoderme) chez les embryons de Drosophila melanogaster en utilisant diverses techniques de transgénèse. Tout d'abord, j'ai créé une ligne de mouche où la séquence endogène d'un des enhancers de twist est présente en orientation inversée. Deuxièmement, j'ai généré six lignées de mouches transgéniques où le même enhancer de twist est inséré à différents endroits et/ou distances de son gène cible et j'ai vérifié si ces insertions étaient suffisantes pour sauver la létalité de la suppression des enhancers endogènes. J'ai ensuite évalué l'impact de ces réarrangements sur l'organisation et la transcription de la chromatine par les méthodes de 4C-seq, 3D DNA FISH et RNA-seq. Les résultats indiquent que chez Drosophila melanogaster, les enhancers fonctionnent de manière indépendante de l'orientation, même à leur locus endogène. Étonnamment, des interactions enhancers-promoteur peuvent parfois se produire au-delà des frontières TAD et même entre un promoteur et un enhancer situés sur des chromosomes différents. Enfin, nous avons observé que l'insertion ectopique d'un enhancer a un impact énorme sur l'expression des gènes, provoquant un grand nombre de gènes différentiellement exprimés le long du génome. Pris ensemble, ces résultats fournissent une meilleure compréhension de la biologie des enhancers, de l'organisation de la chromatine, de la régulation de la transcription, et de la spécificité de l'interaction enhancer-promoteur au cours de l'embryogenèse précoce de Drosophila melanogaster.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04416443 , version 1 (25-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04416443 , version 1

Citer

Alexia Grasso. Influence of the genomic context on enhancer-promoter interactions during early Drosophila embryogenesis. Molecular biology. Université de Lyon, 2021. English. ⟨NNT : 2021LYSEN053⟩. ⟨tel-04416443⟩
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