Functional analysis of cis-regulatory elements during vertebrate development
Analyse fonctionnelle d'éléments cis-régulateurs lors du développement des Vertébrés
Résumé
Cis-regulatory elements ensure the specifity and the maintenance of the spatio-temporal gene expression pattern throughout the development of an organism. Segmentation of the hindbrain into rhombomeres (r) establishes the posterior brain organisation in vertebrates. The specification and formation of r3 and r5 are governed by the expression of the transcription factor Krox20/Egr2, controlled by three cis-regulatory elements. Elements B (in r5) and C (in r3 and r5) are active during the initiation of Krox20 expression while element A (in r3 and r5) is an autoregulatory element. By studying the deletion of element A in the mouse genome, we have shown that Krox20 expression is not maintained in absence of this element. Unexpectedly, the deletion of element C does not impair Krox20 initiation but abolishes the maintenance of expression in r3, similarly to element A knock-out. I also showed by different genetic approaches that element C cooperates in cis with element A. Moreover, investigation of chromatin conformation and accessibility in the Krox20 locus indicate that element A and the promoter are engaged in a constitutive interaction and that element C is able to affect the accessibility of element A at a distance. In parallel, the deletion of element C in zebrafish did not reveal any modification in Krox20 expression, despite a similar expression pattern in mouse. These complementary approaches lead to the characterization of the functional role of several cis-regulatory elements driving the expression of a key developmental gene in vertebrates.
Les éléments cis-régulateurs contrôlent l'expression spatio-temporelle des gènes au cours du développement. La segmentation du rhombencéphale en rhombomères (r) établit l'organisation du cerveau postérieur des vertébrés. La spécification et la formation des segments r3 et r5 sont gouvernées par l'expression du facteur de transcription Krox20/Egr2, sous le contrôle de plusieurs éléments cis-régulateurs. Les éléments B (dans r5) et C (dans r3 et r5) sont actifs au démarrage de l'expression de Krox20 alors que l'élément A (dans r3 et r5) est un élément autorégulateur. En générant la délétion de l'élément A dans le génome murin, nous avons montré qu'il est nécessaire au maintien de l'expression de Krox20 dans r3 et r5. De façon inattendue, la délétion de l'élément C n'impacte pas la phase de démarrage mais abolit le maintien de l'expression de Krox20 dans r3 de manière analogue à celle de l'élément A. J'ai mis en évidence par différentes approches génétiques que l'élément C coopère en cis avec l'élément A, lors de la phase d'autorégulation. Plusieurs approches de conformation et d'accessibilité de la chromatine au locus Krox20 indiquent que l'élément A interagit de façon constitutive avec le promoteur et que l'élément C est capable d'affecter l'accessibilité de l'élément A à distance. Parallèlement, j'ai montré que la délétion de l'élément C chez le poisson-zèbre n'entraîne pas de modification de l'expression du gène Krox20 contrairement à la souris malgré un patron d'expression similaire. Ces approches complémentaires ont permis de caractériser le rôle fonctionnel de plusieurs éléments cis-régulateurs contrôlant l'expression d'un gène clef du développement des Vertébrés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)