Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Analyse multi-Omique“

L’aspect novateur de ce projet réside dans l’étude des acylations au niveau de la lysine K27 de l’histone H3, classiquement étudiée sous forme méthylée ou acétylée. Nous avons réalisé ce travail sur des cellules germinales méiotiques et post-méiotiques de souris. La spermiogénèse, qui implique un programme d’expression spécifique ainsi qu’une régulation fine de la transcription, est un processus particulièrement adapté à la compréhension du rôle des nouvelles modifications d’histones. Ces travaux regroupent l’utilisation de quatre approches omiques différentes, à savoir la protéomique, la métabolomique, la transcriptomique et le séquençage ChIP-seq afin de décrypter la régulation des acylations sur H3K27.Dans la première partie de ce projet, nous avons exploré la dynamique d’acétylation et de crotonylation sur les lysines d’histones au cours des processus de sporulation de la levure et de spermatogénèse de la souris, ce qui nous a permis de mettre en évidence un site d’intérêt H3K27 crotonylé. Son accumulation sur le variant d’histone H3.3 et sa stoechiométrie importante par rapport à la forme acétylée H3K27ac dans les cellules germinales post-méiotiques de souris nous ont conduits à étudier la distribution génomique de cette marque, par des analyses de ChIP-seq. L’analyse comparative de H3K27ac et H3K27cr a révélé une synergie entre la présence de ces deux marques à la fois au niveau des promoteurs et des enhancers distants, ce qui suggére une possible alternance des deux marques afin de réguler la transcription. Au niveau des promoteurs, nous avons observé une augmentation de ces modifications entre les stades méiotiques et post-méiotiques en amont des gènes caractéristiques de la spermiogénèse. D’autre part, la présence simultanée des deux marques coïncide avec la co-localisation de plusieurs régulateurs de la transcription spécifiques de ce processus (SLY, SOX30) et de protéines de liaison à la chromatine (BRD4, BORIS et CTCF), tandis qu’une sélectivité de fixation est observée lorsque H3K27ac et H3K27cr sont identifiées seules aux promoteurs. De façon intéressante, nous observons des résultats similaires au niveau des enhancers ainsi que des super-enhancers, confirmant que la régulation de la transcription est modulée par la présence alternative de ces deux acylations.La deuxième partie de ma thèse a porté sur l’étude de la propionylation et de la butyrylation de H3K27 au cours de la sporulation de la levure et de la spermatogénèse de la souris. Cependant, cette partie s’est avérée pleine de surprises car les analyses MS/MS en cellules HCD et la comparaison avec les peptides synthétiques correspondants n’ont pas permis de valider une propionylation et une butyrylation sur H3K27. Il s’est avéré qu’il s’agissait de structures strictement isobares avec ces modifications connues, mais de nature différente, puisque plus hydrophile que ces acylations. Plusieurs hypothèses ont été testées afin de déterminer la composition de ces modifications, mais au moment de la finalisation de ce manuscrit, nous n’avons pas encore trouvé le fin mot de l’histoire.Mes travaux de thèse rappellent les obervations de Goudarzi et al., à savoir une dynamique entre acétylation et acylation sur les résidus lysines à l’origine de la fixation différentielle de facteurs de régulation ou de protéines se liant à la chromatine et responsables de la régulation de la transcription. Ils ont également mis en lumière un rôle importante de H3K27cr, au niveau des enhancers en combinaison avec H3K27ac, lesquels ne sont classiquement pas étudiés dans les études fonctionnelles portant sur la compréhension du rôle de nouvelles acylations
The innovative aspect of this project lies in the study of acylations at lysine 27 from histone H3 (H3K27), conventionally studied in a methylated or an acetylated form. We performed this work on meiotic and post-meiotic mouse germ cells. Spermiogenesis, which involves a specific expression program as well as a fine regulation of transcription, is a process that is particularly well suited to understanding the roles of new histone modifications. This work combines the use of four different omics approaches, namely proteomics, metabolomics, transcriptomics and ChIP- sequencing to decipher the regulation of acylations on H3K27.In the first part of this project, we explored the dynamics of acetylation and crotonylation on histone lysines during the processes of yeast sporulation and mouse spermatogenesis, which allowed us to highlight in particular crotonylated H3K27. Its accumulation on the histone variant H3.3 and its important stoichiometry compared to the acetylated form H3K27ac in mouse post-meiotic germ cells led us to study the genomic distribution of this mark by ChIP-seq analysis. The comparative analysis of H3K27ac and H3K27cr revealed a synergy between the presence of these acylations at both promoters and distal enhancers, suggesting a possible alternation of the two marks to regulate transcription. At the promoter level, we observed an increase of these modifications between the meiotic and post-meiotic stages upstream of the genes characteristic of spermiogenesis. In addition, the simultaneous presence of the two marks coincides with the co-localization of several transcriptional regulators specific for this process (SLY, SOX30) and of chromatin-binding proteins (BRD4, BORIS and CTCF), whereas a binding selectivity is observed when H3K27ac and H3K27cr are identified alone at promoters. Interestingly, we observe similar results at enhancers as well as super-enhancers, confirming that the regulation of transcription is modulated by the alternative presence of these two acylations.The second part of my thesis focused on the study of the possible propionylation and butyrylation of H3K27 during yeast sporulation and mouse spermatogenesis. However, this part proved to be full of surprises because the MS/MS analyses and the comparison with the corresponding synthetic peptides did not make it possible to validate a propionylation and a butyrylation on H3K27. It turned out that the modifications observed on H3K27 from mouse histones were strictly isobaric with these known modifications, but of a different nature, since they are more hydrophilic. Several hypotheses were tested in order to determine the structure of these modifications, but at the time of finalizing this manuscript, we have not found out what it is all about.My PhD work contributes further to the idea of a dynamics between acetylation and acylations on lysine residues at the origin of the differential binding of chromatin-binding proteins responsible for regulating transcription. It also highlighted an important role of H3K27crat enhancers which are not classically considered in studies aiming at understanding the roles of new acylations

Les sarcomes épithélioïdes (SE) sont un sous-type très rare de sarcome agressif, affectant tous les groupes d’âge et classiquement divisé en deux entités clinico-pathologiques – les sous-types distal et proximal – suggérant la présence d’une hétérogénéité inter-tumorale. Comme les tumeurs rhabdoïdes affectant les jeunes enfants, les SE sont caractérisés par la perte de SMARCB1, une sous- unité centrale du complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF. En utilisant des données de bulk multi-omique et transcriptomique sur cellule unique, nous avons mis en évidence l’existence de deux sous-types moléculaires transcriptomiques – « distal-like » et « proximal-like » – distincts de la classification clinico-pathologique traditionnelle. Les tumeurs du sous-type moléculaire distal-like qui comprenaient les sous-types morphologiques distaux et certains sous-types proximaux ou mixtes, exprimaient des marqueurs spécifiques de transition épithélio-mésenchymateuse dont DSG2 (desmogléine 2) qui pourrait être évalué en routine en immunohistochimie. Elles étaient caractérisées par une densité accrue en lymphocytes T CD8+ et cellules myéloïdes pro- tumorales localisées à la périphérie tumorale. A l’inverse, les tumeurs du sous-type moléculaire proximal-like qui étaient plus agressives, étaient caractérisées par une densité accrue en macrophages M2 pro-tumoraux localisés au sein des nodules tumoraux et une importante hétérogénéité inter-tumorale. Certaines de ces tumeurs ressemblaient, par leurs profils de méthylation de l'ADN, à d'autres tumeurs déficientes en SMARCB1. L’identification de ces deux sous-types moléculaires ouvre de nouvelles opportunités pour le traitement, la compréhension de la biologie et les futures recherches translationnelles sur les SE
Epithelioid sarcoma (EpS) is an ultra- rare, aggressive sarcoma, occurring in all age groups, with two traditionally recognized clinicopathological entities – the distal and proximal subtypes – suggesting the presence of inter-tumor heterogeneity. Like rhabdoid tumors in infants, EpS is characterized by the loss of SMARCB1, a core subunit of the SWI/SNF chromatin-remodeling complex. Using bulk multi-omics and single-cell transcriptomic data, we identified two molecular transcriptomic subtypes – “distal-like” and “proximal-like" – which only partly overlap with the traditional clinicopathological entities. The distal-like molecular subtype of tumors, which included all distal morphological subtypes and a subset of proximal and mixed subtypes, expressed specific epithelial to mesenchymal transition markers including DSG2 (desmoglein 2), which might be routinely assessed by immunohistochemistry. They also displayed higher density of peritumoral CD8+ T cells and pro-tumoral myeloid cells. By contrast, the proximal-like molecular subtype of tumors, which was associated with worse outcome, displayed a higher density of intratumoral pro-tumoral M2 macrophages and high inter-tumoral heterogeneity, with some cases resembling other SMARCB1-deficient tumors by DNA methylation profiling. The identification of these two molecular subtypes open new opportunities for treatment, understanding of biology and future translational research in EpS

La poule est l'espèce animale d'élevage la plus exploitée dans le monde, et les oeufs, en plus d'avoir des qualités nutritives indéniables, représentent, pour l'homme, la ressource d'origine animale la moins coûteuse. Les industries avicoles s'efforcent d'optimiser leur production, notamment en améliorant l'efficience alimentaire, un caractère important pour assurer la rentabilité des élevages tout en réduisant leur impact environnemental. Ce caractère complexe est sous l'influence de la génétique et de l'environnement, mais de plus en plus d'études confirment également le rôle du microbiote intestinal. Celui-ci participe à la dégradation des aliments et produit de nombreux métabolites qui protègent l'hôte et influencent son métabolisme. Ainsi, plusieurs associations ont été établies entre le microbiote et des caractères de croissance, de santé, de performance et d'efficience alimentaire.Cette thèse propose une analyse du microbiote cæcal de poules pondeuses issues de deux lignées sélectionnées de façon divergente sur leur efficience alimentaire. Le régime alimentaire influençant à la fois l'efficience alimentaire et la composition du microbiote, ces deux lignées ont été nourries avec deux régimes alimentaires, l'un optimal et l'autre réduit en énergie et enrichi en fibres. Pour caractériser les écosystèmes microbiens, trois approches omiques ont été utilisées : le séquençage métabarcoding ciblant le gène de l'ARNr 16S, la métagénomique (séquençage complet des ADN) et la métatranscriptomique (séquençage complet des ARN). Alors que le métabarcoding permet une caractérisation des communautés microbiennes et des fonctions moins résolutive que les deux autres, ces dernières sont plus coûteuses et présentent des défis expérimentaux et méthodologiques importants.Cette thèse a donc eu comme objectifs de répondre à des questions biologiques et méthodologiques : i) identifier le rôle du microbiote cæcal dans l'efficience alimentaire des poules pondeuses, ii) évaluer l'impact du régime alimentaire sur le microbiote et sur son rôle dans l'efficience alimentaire, iii) comparer les différentes approches omiques pour répondre à ces questions.L'analyse de ces données a permis de mettre en évidence des différences de compositions taxonomiques mais également fonctionnelles, à la fois selon la lignée et selon le régime. En outre, les hypothèses du rôle du microbiote dans l'efficience alimentaire des animaux sont conditionnées au régime utilisé pour nourrir les animaux. Elles impliquent notamment des capacités de dégradation de carbohydrates variés (amidon ou fibres indigestes) et aboutissent à une production différenciée d'acides gras à chaîne courte connus pour influencer le métabolisme de l'hôte. Du point de vue de la méthodologie d'analyse, des outils et des stratégies ont été comparés pour mettre en place une chaîne de traitement de ces séquences, tout en mettant en évidence des verrous et des difficultés méthodologiques, nécessitant de futurs développements.Cette thèse apporte de nouveaux éléments sur le rôle du microbiote dans l'efficience alimentaire des poules pondeuses, avec un accent particulier sur ses fonctions métaboliques. Elle souligne également les avantages et les limites des trois techniques omiques utilisées. Des analyses complémentaires sont toutefois nécessaires pour intégrer de façon plus complète les résultats issus de ces différentes approches omiques et pour affiner l'identification des activités microbiennes impliquées
Chickens are the most widely exploited farmed animal species in the world, and eggs, in addition to their undeniable nutritional qualities, represent the least expensive animal-based resource for human consumption. The poultry industry strives to optimize production, in particular by improving feed efficiency, an important factor in ensuring farm profitability while reducing environmental impact. This complex trait is influenced by genetics and the environment, but more and more studies are also confirming the role of the intestinal microbiota. It is involved in the breakdown of food and produces numerous metabolites that protect the host and influence its metabolism. Several associations have been established between the microbiota and growth, health, performance and feed efficiency traits.This thesis presents an analysis of the caecal microbiota of laying hens from two lines divergently selected for feed efficiency. As diet influences both feed efficiency and microbiota composition, these two lines were fed two diets, one optimal and the other reduced in energy and enriched in fiber. To characterize the microbial ecosystems, three omics approaches were used: metabarcoding sequencing targeting the 16S rRNA gene, metagenomics (full DNA sequencing) and metatranscriptomics (full RNA sequencing). While metabarcoding enables less resolutive characterization of microbial communities and functions than the other two, the latter are more costly and present significant experimental and methodological challenges.This thesis therefore aims to answer biological and methodological questions: i) to identify the role of the caecal microbiota in the feed efficiency of laying hens, ii) to assess the impact of diet on the microbiota and its role in feed efficiency, iii) to compare different omics approaches to answer these questions.Analysis of these data revealed differences in taxonomic and functional compositions, both by line and by diet. Furthermore, hypotheses concerning the role of the microbiota in animal feed efficiency are conditioned by the diet used to feed the animals. In particular, they involve the capacity to degrade various carbohydrates (starch or indigestible fibers) and result in the differentiated production of short-chain fatty acids known to influence host metabolism. From a methodology analysis perspective, tools and strategies have been compared to establish a processing chain for these sequences, while highlighting obstacles and difficulties requiring future development.This thesis provides new insights into the role of the microbiota in the feed efficiency of laying hens, with particular emphasis on its metabolic functions. It also highlights the advantages and limitations of the three omics techniques used. Further analysis is needed, however, to integrate the results from these different omics approaches more completely, and to refine the identification of the microbial activities involved