Role of histone methylation dynamics in Drosophila melanogaster abdominal pigmentation and its thermal plasticity
Étude du rôle de modificateurs de marques d’histones sur l’établissement de la pigmentation abdominale et sa plasticité chez Drosophila melanogaster
Résumé
Phenotypic plasticity describes the ability of a given genotype to produce different phenotypes in response to environmental variations. It often involves transcriptional regulation mechanisms and epigenetic processes leading to changes in chromatin structure. Our study model is the temperature sensitivity of abdominal pigmentation in female Drosophila melanogaster. In this model, temperature regulates the expression of several genes involved in pigment synthesis. This regulation involves the transcription factor Bric à Brac and the histone methyl transferase Trx, which deposits the histone mark H3K4me3. During my thesis I focused on the role of the histone demethylase Lid, which erases the H3K4me3 mark, and the DotCom complex involved in the deposition of the H3K79me3 mark. I first quantified the variations in pigmentation induced by deregulation of Lid and DotCom subunits (Alh, Gpp, ear and Nipped-A) in the abdominal epidermis. I used the UAS/GAL4 system with several drivers and RNAi lines. This confirmed that Lid and DotCom are regulators of pigmentation. In order to identify the pigment synthesis genes that mediate their effects, I measured their expression in the abdominal epidermis of adult females under deregulated conditions for lid and DotCom genes. The effect of lid on pigmentation is mediated by the regulation of tan, which is also activated by Trx. Interestingly, the effect of lid on pigmentation is the same as that of the histone Trx, whereas these two enzymes have an opposite effect on the H3K4me3 mark. In order to identify the genes regulated by lid and trx, I analysed the transcriptome of abdominal epidermis from control female pupae, RNAi lid and RNAi trx. Among the targets of lid, I identified bab1, which our previous work had already characterised as a regulator of tan. Most of the genes deregulated in RNAi lid and trx are deregulated in the same direction. This suggests that Lid and Trx share a large number of target genes. Surprisingly, these targets include aub, piwi and spn-e which are involved in the piRNA pathway. I confirmed their deregulation by Lid and Trx. I also showed that their expression was modulated by temperature. In addition, their reduced expression in the abdominal epidermis induced a reduction in pigmentation, confirming that they are involved in this phenotype.
La plasticité phénotypique décrit l’aptitude d’un génotype donné à produire des phénotypes différents en réponse aux variations environnementales. Elle implique souvent des mécanismes de régulation transcriptionnelle et des processus épigénétiques induisant des changements de structure de la chromatine. Notre modèle d’étude est la sensibilité à la température de la pigmentation abdominale des femelles Drosophila melanogaster. Dans ce modèle, la température régule l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la synthèse des pigments. Cette régulation implique le facteur de transcription Bric à Brac et l’histone méthyl-transférase Trx qui dépose la marque d’histone H3K4me3. Au cours de ma thèse je me suis intéressé au rôle de l’histone déméthylase Lid qui efface la marque H3K4me3 ainsi qu’au complexe DotCom impliqué dans le dépôt de la marque H3K79me3. J’ai d’abord quantifié les variations de pigmentations induites par une dérégulation de Lid et des sous unité de DotCom (Alh, Gpp, ear et Nipped-A) dans l’épiderme abdominal. J’ai pour cela utilisé le système UAS/GAL4 avec plusieurs pilotes et des lignées RNAi. J’ai ainsi confirmé que Lid et DotCom sont des régulateurs de la pigmentation. Afin d’identifier les gènes de synthèse des pigments médiant leurs effet, j’ai mesuré leur expression dans des épidermes abdominaux de femelles adultes en condition de dérégulation pour lid et les gènes de DotCom. DotCom tous ses membres ont un effet sur la pigmentation mais de façon intéressante la méthyltransférase du complexe Gpp à des effet différents sur la pigmentation en fonction du stade du développement ou son activité est réprimé. Son effet sur la pigmentation passe yellow ou tan dépendamment du stade du développement. Je me suis ensuite intéressé au rôle du complexe sur la plasticité de la pigmentation en mesurant la pigmentation à différentes température de mutants pertes de fonctions pour certaines sous unité et valider son implication dans ce phénomène. L’effet de lid sur pigmentation passe par la régulation de tan qui est aussi activé par Trx. De manière intéressante, l’effet de Lid sur la pigmentation est le même que celui de l’histone Trx alors que ces deux enzymes ont un effet opposé sur la marque H3K4me3. Afin d’identifier les gènes régulés par lid et trx, j’ai analysé le transcriptome d’épidermes abdominaux de pupes femelles contrôle, RNAi lid et RNAi trx. Parmi les cibles de Lid, j’ai identifié bab1, que nos travaux précédents avaient déjà caractérisé comme régulateur de tan. J’ai confirmé la répression de bab1 par Lid, et montré que lid est bien positionné en amont de bab1 dans le réseau de régulation de tan. Parmi les gènes dérégulés en RNAi lid et trx la majorité sont dérégulés dans le même sens. Ceci suggère que Lid et Trx partagent un grand nombre de gènes cibles. De manière surprenante, il y a parmi ces cibles aub, piwi et spn-e qui sont impliqués dans la voie des piRNA. J’ai confirmé leur dérégulation par Lid et Trx. J’ai aussi montré que leur expression était modulée par la température. De plus, leur diminution d’expression dans l’épiderme abdominal induit une baisse de pigmentation, confirmant qu’ils sont impliqués dans ce phénotype.
Domaines
Biologie du développement| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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