Multiscale analysis of poly-ADP-ribosylation dependent chromatin remodeling mechanisms at DNA breaks

• Main Author: Lebeaupin, Théo
• Other Authors: Rennes 1
• Language: en
• Published: 2017
• Subjects: Chromatine; Dommages de l'ADN; Décondensation; Remodelage; PARylation; Microscopie à fluorescence; Encombrement moléculaire; Parp1; H1; Chromatin; DNA damage; Decondensation; Remodeling; Fluorescence microscopy; Macromolecular crowding
• Online Access: http://www.theses.fr/2017REN1B024/document

Pendant longtemps, la chromatine a été uniquement décrite comme un moyen de compacter près de deux mètres d’ADN dans un noyau de quelques micromètres de diamètre. On sait aujourd’hui que la chromatine représente en fait un élément majeur de régulation de toutes les fonctions nucléaires impliquant l’ADN. Dans le contexte de dommages de l’ADN induits par irradiations UV, la chromatine endommagée subit une décondensation rapide et transitoire qui l’amène à occuper un volume 1,5 fois plus grand que son volume initial. Cette relaxation chromatinienne est associée à une plus grande accessibilité de l’ADN. Néanmoins, le lien entre ces deux effets découlant de la présence de dommages, n’a pas été établi, ni caractérisé. En couplant l’imagerie de cellules vivantes à l’induction de dommages ciblés au sein de noyaux cellulaires par micro-irradiation laser, ces travaux ont permis de mettre en évidence le rôle majeur de PARP1 dans la réponse chromatinienne aux dommages de l’ADN. En effet, certaines conclusions contradictoires présentes dans la littérature scientifique concernant l’action de PARP1 sur la chromatine ont été réconciliées en démontrant que PARP1 seul peut se lier à la chromatine et entraîner une plus forte compaction de celle-ci, tandis que son activité catalytique de PARylation va, quant à elle, conduire à une décompaction de la structure chromatinienne. Cette étude s’est aussi intéressée à la dynamique particulière de l’histone H1 suite aux dommages de l’ADN. En effet, celui-ci est rapidement exclu des zones de dommages par un mécanisme encore inconnu, et les éléments apportés ici suggèrent que H1 pourrait jouer un rôle dans la décondensation de la chromatine suite aux dommages de l’ADN. Pour finir, des techniques de photo-perturbation et de spectroscopie de corrélation de fluorescence ont été employées pour comprendre et caractériser l’environnement moléculaire que constitue la chromatine endommagée et décondensée. Bien qu’une augmentation significative des interactions entre la chromatine et certains de ses partenaires d’interactions soit observée au sein des zones endommagées, aucun changement en termes d’encombrement moléculaire n’a pu être mis en évidence à ce niveau qui pourrait expliquer une plus grande accessibilité de l’ADN. === For a long time, chromatin was only described as a mean to fit the two-meters long DNA molecule into a nucleus of only a few microns. It is admitted today that chromatin actually represents a key element in the regulation of all nuclear functions dependent on DNA. In the context of UV-induced DNA damage, chromatin undergoes a rapid and transient relaxation which leads to an expansion of the damaged area to 1.5 times its original size. While this chromatin response to damage is associated with a higher DNA accessibility, the link between those two phenomena, as well as the mechanisms driving them, are still poorly understood. Using live-cell imaging and laser micro-irradiation to induce DNA damage on specific nuclear areas, this work allowed to gain hindsight on the predominant role played by PARP1 in the DNA damage-induced chromatin relaxation. Indeed, showing that PARP1 at DNA damage sites can both induce chromatin compaction through its recruitment at DNA breaks or chromatin decondensation through its PARylation activity helped reconcile its apparent opposite effects described in the literature. A focus was also made on the linker histone H1, as it displays a peculiar behavior upon DNA damage, being rapidly released from the site of DNA lesions. Even if the driving force behind H1 release from damaged chromatin areas has not been identified yet, its behavior suggests that H1 might play a part in chromatin relaxation or in increasing DNA accessibility upon DNA damage. Lastly, combining photo-activation techniques and fluorescence correlation spectroscopy, experiments were performed in order to understand the physical environment that damaged, relaxed chromatin constitutes. We report here that, while enhanced binding of random DNA binding factors is observed in the damaged chromatin area, no significant change is observed in the macromolecular crowding levels that could potentially explain this enhanced binding, as well as a higher DNA accessibility.