Spatio-temporal organisation of histone variants : from nucleosomes to nuclei
Organisation spatio-temporelle des variants d’histone : du nucléosomes aux noyaux
Résumé
The multiple scales of chromatin organization in the nucleus: from packaging into distinct nucleosomes up to forming structures on the scale of kilo- (kb) to megabases (Mb), contribute to the regulation of genome function throughout the cell cycle and during cell fate transitions. Notably, work from our team demonstrated that deposition of distinct H3 variants on chromatin contributes to the definition of early-replicating regions. However, how the distribution of H3 variants relates to higher-order genome folding and its implications for early replication initiation remain open questions. During my PhD project, I explored how nucleosomes with distinct H3 variants relate to higher-order genome folding and what their implications for early replication initiation are. To achieve this, I integrated unique H3 variant-specific ChIP-seq data from cells in which the H3.3-specific chaperone HIRA was present (WT) or knocked-out (KO) with publicly available Hi-C data to profile H3 variant distribution with respect to compartments. Secondly, I generated matched Hi-C data to assess the effect of HIRA loss on 3D genome organization. Finally, I performed rescue experiments to test whether supplying back HIRA can re-establish H3 variant patterns, and in turn restore either early replication initiation and/or 3D genome organization simultaneously or separately. I showed that HIRA is required for targeted H3.3 deposition in compartment A regions and maintenance of their contacts with the rest of the genome in a manner independent of H3 PTMs. Furthermore, HIRA-mediated H3.3 incorporation was essential for maintaining A compartment identity and PTM levels at non-transcribing early IZs without affecting their local 3D conformation. Strikingly, re-supplying HIRA was sufficient to restore H3.3 enrichment globally in A compartments along with their interaction pattern, as well as locally at H3.3 pre-existing sites regardless of their transcriptional activity. This was accompanied by a partial rescue of the impaired early replication initiation at these sites, but not by reversal of compartment on this timescale. My results suggest that HIRA is important for 3D chromatin organization on the scale of compartments in a manner that is independent of histone PTMs and separate from its role in defining early replication IZs.
Les multiples échelles d'organisation de la chromatine dans le noyau, de l'empaquetage en nucléosomes distincts à la formation de structures à l'échelle du kilo (kb) ou de la mégabase (Mb), contribuent à la régulation de la fonction du génome tout au long du cycle cellulaire et pendant les changements de destin cellulaire. Les travaux de notre équipe ont notamment démontré que le dépôt de variants H3 distincts dans la chromatine contribue à la définition des régions de réplication précoce. Cependant, la manière dont la distribution des variants H3 est liée au repliement du génome à un niveau supérieur, et ses implications pour l'initiation de la réplication précoce, restent des questions ouvertes. Au cours de mon projet de doctorat, j'ai étudié comment les nucléosomes, avec des variants H3 distincts, sont liés au repliement du génome en structures d’ordre supérieur, et quelles sont les implications pour l'initiation précoce de la réplication. Pour ce faire, j'ai d'abord intégré des données de ChIP-seq spécifiques à certains variants H3, provenant de cellules dans lesquelles le chaperon HIRA spécifique à H3.3 était présent (WT) ou knockout (KO), avec des données Hi-C publiques pour établir le profil de distribution des variants H3 dans les compartiments. Par la suite, j'ai généré des données Hi-C appariées pour évaluer l'effet de la perte d'HIRA sur l'organisation du génome en 3D. Enfin, j'ai réalisé des expériences de sauvetage pour vérifier si le fait de restaurer HIRA permet de rétablir les schémas de variants H3 et, à son tour, restaurer l'initiation précoce de la réplication et/ou l'organisation 3D du génome, simultanément ou séparément. J'ai montré que HIRA est nécessaire au dépôt ciblé de H3.3 dans les régions du compartiment A et au maintien de leurs contacts avec le reste du génome d'une manière indépendante des PTM H3. En outre, l'incorporation de H3.3 médiée par HIRA était essentielle pour maintenir l'identité du compartiment A et les niveaux de PTM dans les ZI précoces non transcrites, sans affecter leur conformation 3D locale. La restauration de HIRA a suffi à rétablir l'enrichissement en H3.3 à l'échelle du génome entier dans les compartiments A, ainsi que leur modèle d'interaction, et à l'échelle locale dans les sites H3.3 préexistants, quelle que soit leur activité transcriptionnelle. Cela s'est accompagné d'un sauvetage partiel de l'initiation précoce de la réplication au niveau de ces sites, mais pas d'une inversion de compartiment à cette échelle de temps. Mes résultats suggèrent que HIRA est important pour l'organisation 3D de la chromatine à l'échelle des compartiments, d'une manière indépendante des PTM d'histones et distincte de son rôle dans la définition des ZI de réplication précoce.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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