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Wang, Renjie. Quantitative analysis of chromatin dynamics and nuclear geometry in living yeast cells

Wang, Renjie (2016). Quantitative analysis of chromatin dynamics and nuclear geometry in living yeast cells.

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Résumé en francais

L'analyse de l'organisation à grande échelle des chromosomes, par des approches d'imagerie et de biologie moléculaire, constitue un enjeu important de la biologie. Il est maintenant établi que l'organisation structurelle du génome est un facteur déterminant dans tous les aspects des " transactions " génomiques: transcription, recombinaison, réplication et réparation de l'ADN. Bien que plusieurs modèles aient été proposés pour décrire l'arrangement spatial des chromosomes, les principes physiques qui sous-tendent l'organisation et la dynamique de la chromatine dans le noyau sont encore largement débattus. Le noyau est le compartiment de la cellule dans lequel l'ADN chromosomique est confiné. Cependant, la mesure quantitative de l'influence de la structure nucléaire sur l'organisation du génome est délicate, principalement du fait d'un manque d'outils pour déterminer précisément la taille et la forme du noyau. Cette thèse est organisée en deux parties: le premier axe de mon projet était d'étudier la dynamique et les propriétés physiques de la chromatine dans le noyau de la levure S. cerevisiae. Le deuxième axe visait à développer des techniques pour détecter et quantifier la forme et la taille du noyau avec une grande précision. Dans les cellules de levure en croissance exponentielle, j'ai étudié la dynamique et les propriétés physiques de la chromatine de deux régions génomiques distinctes: les régions codant les ARN ribosomiques regroupés au sein d'un domaine nucléaire, le nucléole, et la chromatine du nucléoplasme. Le mouvement de la chromatine nucléoplasmique peut être modélisé par une dynamique dite de " Rouse ". La dynamique de la chromatine nucléolaire est très différente et son déplacement caractérisé par une loi de puissance d'exposant ~ 0,7. En outre, nous avons comparé le changement de la dynamique de la chromatine nucléoplasmique dans une souche sauvage et une souche porteuse d'un allèle sensible à la température (ts) permettant une inactivation conditionnelle de la transcription par l'ARN polymérase II. Les mouvements chromatiniens sont beaucoup plus importants après inactivation transcriptionnelle que dans la souche témoin. Cependant, les mouvements de la chromatine restent caractérisés par une dynamique dite de " Rouse ". Nous proposons donc un modèle biophysique prenant en compte ces résultats : le modèle de polymère dit "branched-Rouse". Dans la deuxième partie, j'ai développé "NucQuant", une méthode d'analyse d'image permettant la localisation automatique de la position de l'enveloppe nucléaire du noyau de levures. Cet algorithme comprend une correction post-acquisition de l'erreur de mesure due à l'aberration sphérique le long de l'axe Z. "NucQuant" peut être utilisée pour déterminer la géométrie nucléaire dans de grandes populations cellulaires. En combinant " NucQuant " à la technologie microfluidique, nous avons pu estimer avec précision la forme et la taille des noyaux en trois dimensions (3D) au cours du cycle cellulaire. "NucQuant" a également été utilisé pour détecter la distribution des regroupements locaux de complexes de pore nucléaire (NPCs) dans des conditions différentes, et a révélé leur répartition non homogène le long de l'enveloppe nucléaire. En particulier, nous avons pu montrer une distribution particulière sur la région de l'enveloppe en contact avec le nucléole. En conclusion, nous avons étudié les propriétés biophysiques de la chromatine, et proposé un modèle dit "branched Rouse-polymer" pour rendre compte de ces propriétés. De plus, nous avons développé "NucQuant", un algorithme d'analyse d'image permettant de faciliter l'étude de la forme et la taille nucléaire. Ces deux travaux combinés vont permettre l'étude des liens entre la géométrie du noyau et la dynamique de la chromatine.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Gadal, Olivier
Bancaud, Aurélien
Ecole doctorale:Biologie, santé, biotechnologies (BSB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Biologie Moléculaire Eucaryote (LBME), UMR 5099
Mots-clés libres :Microfluidique - La dynamique des chromosomes - Imagerie en cellule vivantes - Levure - Forme nucléaire
Sujets :Biotechnologies, agronomie
Déposé le :06 Jan 2017 11:10