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Titre : "Caractérisation pangénomique des éléments régulateurs codants chez plusieurs " Date : Lundi 10 novembre à 14h00 Lieu : Auditorium de l’Hexagone de Luminy. Composition du jury
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Le contrôle précis de l’expression génique repose sur un réseau d’éléments régulateurs intégrant des signaux spatiaux, temporels et spécifiques à chaque type cellulaire. Alors que les enhancers ont traditionnellement été considérés comme confinés à l’ADN non codant, des preuves de plus en plus nombreuses suggèrent que certains exons codant pour des protéines peuvent également fonctionner comme des enhancers, appelés exons enhancers (EEs). Dans ma thèse, j’ai caractérisé de manière systématique ces éléments dans l’ensemble des génomes de quatre espèces afin d’évaluer leur importance régulatrice, évolutive et clinique.
En intégrant des profils de fixation de facteurs de transcription, des données d’accessibilité à la chromatine et des tests rapporteurs, j’ai identifié des milliers d’EEs candidats chez les vertébrés et invertébrés. Ces exons présentent des caractéristiques classiques des enhancers, notamment une chromatine ouverte, des modifications d’histones et l’occupation par des facteurs de transcription, ce qui souligne leur double rôle d’éléments codants et cis-régulateurs. Des expériences fonctionnelles, incluant l’inactivation par CRISPR, ont confirmé que les EEs peuvent moduler l’expression de leur gène hôte ainsi que celle de gènes voisins, étendant ainsi leur influence au-delà du seul codage protéique.
Afin d’évaluer leur portée plus générale, j’ai analysé des données génomiques de cancers et observé que des variants situés dans des EEs sont fréquemment associés à une expression génique dérégulée et à un mauvais pronostic clinique. Des mutations synonymes comme non synonymes suffisent à perturber la fonction des EEs, soulignant l’importance de l’intégrité de la séquence dans ces régions. Des comparaisons entre espèces ont par ailleurs révélé que les EEs sont soumis à de fortes contraintes évolutives tout en présentant une plasticité spécifique aux lignées, suggérant des fonctions régulatrices conservées mais aussi un rôle dans la divergence entre espèces.
Dans son ensemble, ce travail établit les exons enhancers comme une composante intégrale mais encore sous-estimée de la régulation du génome. En montrant que certains exons peuvent simultanément coder des domaines protéiques et assurer un rôle régulateur, ma thèse remet en question la séparation traditionnelle entre régions codantes et non codantes et apporte de nouvelles perspectives sur la régulation génique, la susceptibilité aux maladies et l’innovation évolutive.
Mots-clés :
Precise control of gene expression depends on a network of regulatory elements that integrate spatial, temporal, and cell-type–specific cues. While enhancers have traditionally been confined to noncoding DNA, accumulating evidence suggests that certain protein-coding exons also function as enhancers, termed exonic enhancers (EEs). In my thesis, I systematically characterized these elements across the genomes of four species to assess their regulatory, evolutionary, and clinical significance.
By integrating transcription factor binding profiles, chromatin accessibility data, and enhancer-reporter assays, I identified thousands of EEs candidates in vertebrates and invertebrates. These exons bear classical enhancer features, including open chromatin, histone modifications, and transcription factor occupancy, pointing to a dual role as both protein-coding and cis-regulatory elements. Functional experiments using CRISPR-mediated inactivation confirmed that EEs can modulate the expression of host and neighboring genes, thereby expanding their impact beyond protein coding.
To evaluate their broader significance, I analyzed cancer genome datasets and found that variants within EEs frequently correlate with dysregulated gene expression and poor patient outcomes. Both synonymous and nonsynonymous mutations were sufficient to disrupt EE function, underscoring the importance of sequence integrity in these regions. Comparative analyses across species further revealed that EEs are under strong evolutionary constraint while also exhibiting lineage-specific plasticity, suggesting conserved regulatory functions alongside roles in species divergence.
Altogether, this work positions EEs as an integral but underrecognized component of genome regulation. By showing that exons can simultaneously encode protein domains and regulatory instructions, my thesis challenges the traditional separation between coding and noncoding sequences and provides new perspectives on gene regulation, disease susceptibility, and evolutionary innovation.
Keywords :