Thesis Reference
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Thesis Regulation of major histocompatibility class II (MHCII) genes LEIMGRUBER, Elisa Abstract Les molécules CMHII sont spécialisées dans la présentation d'antigènes extracellulaires aux cellules T qui déclenchent une réponse immunitaire spécifique à l'antigène. L'élément du promoteur le plus important pour l'expression des gènes CMHII est le module S-Y, qui est reconnu par le transactivateur CIITA et les facteurs de transcription qui composent l'enhanceosome. La première partie de cette thèse porte sur l'étude du remodelage de la chromatine qui est induit aux promoteurs des gènes CMHII. La deuxième partie de cette thèse démontre l'existence d'un module S-Y en amont du gène BTN2A2. CIITA et l'enhanceosome se lient de façon efficace à ce module et régulent l'expression du gène BTN2A2. Par conséquent, l'expression du gène BTN2A2 est étroitement co-régulée avec les gènes CMHII. Reference LEIMGRUBER, Elisa. Regulation of major histocompatibility class II (MHCII) genes. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2009, no. Sc. 4133 URN : urn:nbn:ch:unige-45661 DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:4566 Available at: http://archive-ouverte.unige.ch/unige:4566 Disclaimer: layout of this document may differ from the published version. 1 / 1 UNIVERSITE DE GENEVE Département de biologie moléculaire FACULTE DES SCIENCES Professeur David Shore Département de pathologie et immunologie FACULTE DE MEDECINE Professeur Walter Reith ___________________________________________________________________ Regulation of major histocompatibility class II (MHCII) genes – role of nucleosome eviction in MHCII gene activation and identification of BTN2A2, a relative of the B7 family of immunomodulatory molecules, as a novel target gene of the MHCII-specific regulatory machinery THESE présentée à la Faculté des sciences de l’Université de Genève pour obtenir le grade de Docteur ès sciences, mention biologie par Elisa LEIMGRUBER de Fribourg (FR) Thèse n° 4133 Atelier d’impression ReproMail Genève 2009 Remerciements Je suis profondément reconnaissante envers le Prof. Walter Reith de m’avoir accueillie dans son laboratoire et d’avoir dirigé mon travail de thèse. Je le remercie également d’avoir été toujours disponible pour discuter de mon travail et de m’avoir transmis son intérêt et sa grande connaissance du domaine de la régulation des gènes. Je remercie également le Prof. David Shore d’avoir accepté d’être mon co-directeur de thèse et de l’intérêt qu’il a porté à mon travail. Un grand Merci aussi aux personnes qui se trouvaient dans le laboratoire à mon arrivée, en particulier Michal et Queralt, qui m’ont fait partager leur motivation et leur passion de la science. Je les remercie aussi pour leur amitié et pour avoir donné tant de leur temps pour m’aider au jour le jour dans le laboratoire. Je remercie beaucoup Queralt qui m’a accompagnée durant toutes ces années et qui s’est intéressée de près et avec grand intérêt à mes sujets de recherche. Je remercie tout particulièrement Isabelle qui, malgré son arrivée plus tardive dans le laboratoire, a rejoint très vite le groupe des personnes qui ont grandement contribué à la réussite de mon travail de thèse. Je la remercie également pour son amitié et pour les bons moments passés à côté d’elle à la paillasse. Merci à Antoine, qui a contribué à ce travail de thèse en me proposant toujours très généreusement son aide pour la réussite de mes expériences mais aussi pour entretenir le bien commun du laboratoire. Je suis reconnaissante également envers toutes les personnes du laboratoire, les personnes du département de pathologie et immunologie, et les collaborateurs externes qui ont participé à ce travail et qui ont contribué à sa publication dans des journaux scientifiques. Finalement, je suis très reconnaissante envers ma famille, mes amis et surtout mon Nicolas, qui m’ont apporté leur précieux soutient durant toutes ces années de thèse. 2 Résumé Les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) jouent un rôle crucial dans la défense du corps contre les micro-organismes pathogènes. Il existe deux classes de molécules CMH : CMH de classe I (CMHI) et CMH de classe II (CMHII). Les molécules CMHII sont spécialisées dans la présentation d’antigènes d’origine extracellulaire aux cellules T CD4 +. La reconnaissance des complexes antigène-CMHII par les cellules T CD4 + déclenche la prolifération et l’activation des cellules T et induit les réponses immunes spécifiques à l’antigène. Les molécules CMHII jouent également un rôle important dans les processus de sélection positive et négative qui dirigent le développement des cellules T CD4 + dans le thymus. Les molécules CMHII sont exprimées de façon constitutive à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (les cellules dendritiques, les cellules B et les macrophages) et les cellules épithéliales du thymus. L’expression des gènes CMHII peut également être induite par l’interféron gamma (IFN γ) dans des cellules qui n’expriment normalement pas les molécules CMHII. Des défauts dans l’expression des gènes CMHII conduisent au développement d’un déficit immunitaire appelé “le syndrome des lymphocytes nus ”. L’expression des molécules CMHII est coordonnée et régulée principalement au niveau transcriptionnel. L’élément régulateur le plus important est le module S-Y qui est localisé en amont de chaque promoteur CMHII . Ce module est composé de quatre séquences d’ADN conservées, les boîtes S, X, X2 et Y, qui sont reconnues par les facteurs de transcription qui régulent l’expression des gènes CMHII . Les facteurs qui se lient au module S-Y sont RFX, CREB et NF-Y. Ces facteurs forment un complexe multi-protéique appelé «l’enhanceosome ». Le trans-activateur CIITA se lie ensuite à l’enhanceosome pour activer l’expression des gènes CMHII . La chromatine joue un rôle important dans le contrôle de l’accès de facteurs de transcription aux promoteurs. La chromatine est organisée sous forme de nucléosomes, qui sont composés des histones H2A, H2B, H3 et H4. Les histones peuvent subir des modifications, principalement l’acétylation et la méthylation, que peuvent affecter l’état de condensation de la chromatine et influencer le recrutement de co-facteurs requis pour l’activation de la transcription. Ces co-facteurs sont impliqués dans le déplacement des nucleosomes et dans l’établissement de modifications des histones. Ces processus permettent 3 finalement le recrutement de la polymérase II et de la machinerie générale de la transcription au site d’initiation de la transcription. La première partie des résultats présentés dans cette thèse porte sur l’étude du remodelage de la chromatine qui est induit aux promoteurs des gènes CMHII lors de l’activation de leur expression. Ce travail décrit les modifications des histones qui sont introduites aux promoteurs des gènes CMHII lors de leur activation et documente le déplacement des nucléosomes aux promoteurs CMHII, permettant au module S-Y et au site d’initiation de la transcription d’être accessibles aux facteurs de transcription . Les résultats montrent que l’enhanceosome médie l’éviction des nucléosomes et que le repositionnement des nucléosomes dans la région promotrice détermine la position du site d’initiation pour la transcription des gènes CMHII . CIITA a longtemps été décrit comme un activateur hautement spécifique de l’expression des gènes CMHII . Cependant, plusieurs études récentes ont montré que ce facteur pouvait aussi contrôler l’expression de gènes n’appartenant pas à la famille des gènes CMHII . La deuxième partie de cette thèse démontre l’existence d’un module S-Y en amont du gène BTN2A2 , qui code pour une protéine appartenant à la famille des molécules de costimulation B7. La machinerie de transcription des gènes CMHII , composée de CIITA et RFX, se lie de façon efficace à ce module et régule l’expression du gène BTN2A2 . Par conséquent, l’expression du gène BTN2A2 est étroitement co-régulée avec les gènes CMHII dans les cellules B et les cellules induites par l’IFN γ. 4 Summary The molecules of the major histocompatibility complex (MHC) play a crucial role in defending the body against micro-organisms. There are two classes of MHC molecules: MHC class I (MHCI) and MHC class II (MHCII). MHCII molecules are specialised for the presentation of antigens of extracellular origin to CD4 + T cells. Recognition of antigen- MHCII complexes by CD4 + T cells triggers T cell proliferation and activation, and thus induces antigen-specific immune responses. MHCII molecules also play an important role in the positive and negative selection processes that drive the development of CD4 + T cells in the thymus. MHCII molecules are expressed constitutively at the surface of antigen presenting cells (dendritic cells, B cells, macrophages) and thymic epithelial cells. The expression of MHCII genes can also be induced by interferon gamma (IFNγ) in cells that do normally not express MHCII molecules. Defects in the expression of MHCII genes lead to a severe immunodeficiency disease called “the bare lymphocyte syndrome”. MHCII gene expression is coordinated and regulated mainly at the transcriptional level. The most important regulatory element is the S-Y module, which is located upstream of each MHCII promoter. This module is composed of four conserved DNA sequences, the S, X, X2 and Y boxes, which are recognised by transcription factors that regulate MHCII gene expression. The factors that bind to the S-Y module are RFX, CREB and NF-Y. These factors form a multi-protein complex called the "enhanceosome". The trans-activator CIITA is recruited to the enhanceosome and activates MHCII gene expression. Chromatin plays an important role in controlling the access of transcription factors to promoters. Chromatin is organised into nucleosomes, which are composed of histones H2A, H2B, H3 and H4. Histones can undergo modifications, such as acetylation and methylation, which can affect chromatin accessibility and influence the recruitment of co-factors required for transcription activation. These co-factors are involved in the displacement of nucleosomes and the establishment of histone modifications.