Implication de la phophorylation de l'histone H2A dans la mobilité, l'organisation et la réparation de la chromatine après cassures double brin

Chromosome organization and chromatin mobility are important to DNA metabolism. Among the many DNA lesions that alter the integrity of the genome, double strand breaks (DSB) are the most harmful. According to different studies in yeast, DSBs increase mobility locally, at the damaged site and globally, in undamaged chromatin.During my PhD, I explored how chromatin motion is affected after the induction of random or single DSB(s). In a first study, in which I participated, chromatin structure and mobility were studied upon induction of multiple DSBs induced by Zeocin. In this study, we found that a global change in chromatin structure, namely stiffening, involved the phosphorylation of histone H2A (γ-H2A(X)). We proposed chromatin stiffening as a main cause for global increase in chromatin mobility after DNA damage. In a second approach, a targeted DSB induced by I-SceI, highlights the importance of chromosome organization in global chromatin motion after a single DSB. Taking advantage of both approaches, I could differentiate the mechanisms underlying global mobility according to the nature of DSB(s) and explore the role of chromatin mobility in different repair pathways. Altogether we (I and co-workers) found that the motion of undamaged chromatin after a single DSB was strictly defined by the spatial position of the damaged locus and of a donor sequence. Furthermore, we deciphered the role of γ-H2A(X) and the Rad9-checkpoint in these dynamics: while γ-H2A(X) is necessary and sufficient to enhance global chromatin dynamics, regardless the nature of the DSB, Rad9-checkpoint seems to be required only for random-DSB-promoted dynamics. Besides, mimicking γ-H2A(X), by a phospho-mimetic mutation (H2A-S129E), recapitulates chromatin apparent stiffening, resulting in an increase in mobility in the absence of damage. Strikingly, in this context (H2A-S129E), Rad9-checkpoint is not required to increase chromatin dynamics, nor to activate the checkpoint response. Finally, we showed that enhanced chromatin mobility correlates positively with NHEJ repair and homology search during HR. Hence, we propose that chromatin changes triggered by γ-H2A(X), such as chromatin stiffening, can modulate the DNA damage response.This work has deciphered the mechanisms and possible functions of enhanced chromatin mobility after DSB in yeast. Being considered as an evolutionarily conserved process, chromatin mobility could serve as a key regulator for chromosome integrity during different repair pathways, reducing the risk for oncogenic chromosome translocations.L'organisation des chromosomes et la mobilité de la chromatine sont importantes pour le métabolisme de l'ADN. Parmi les nombreuses lésions d'ADN qui altèrent l'intégrité du génome, les cassures double brin (DSB) sont les plus nocives. Selon différentes études chez la levure, les DSBs augmentent la mobilité localement, au site endommagé et globalement, au niveau de la chromatine non endommagée. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment la dynamique de la chromatine est affectée après l'induction de DSBs aléatoires ou DSB unique et ciblée. Dans une première étude, à laquelle j'ai participé, la structure et la mobilité de la chromatine ont été étudiées lors de l'induction de multiples DSB induites par la zéocine. Dans cette étude, nous avons montré qu'un changement global de la structure de la chromatine, à savoir sa rigidité, impliquait la phosphorylation de l'histone H2A (γ-H2A (X)). Nous avons proposé la rigidité de la chromatine comme cause principale de l'augmentation globale de la mobilité après des dommages à l'ADN. Dans une seconde approche, une DSB ciblée induite par l’endonucléase I-SceI, a souligné l'importance de l'organisation des chromosomes dans la dynamique globale de la chromatine après une seule DSB. Bénéficiant des deux approches, j'ai pu différencier les mécanismes sous-jacents à la mobilité globale selon la nature des DSB et explorer le rôle de la mobilité de la chromatine dans différentes voies de réparation. Nous (mes collègues et moi) avons constaté que la dynamique globale de la chromatine est strictement définie par la position spatiale du locus endommagé et celle d’une séquence donneuse. De plus, nous avons déchiffré le rôle de γ-H2A(X) et de la protéine du checkpoint Rad9 dans ces dynamiques : alors que la phosphorylation de H2A est à la fois nécessaire et suffisante pour induire la mobilité de la chromatine, quelle que soit la nature de dommage, Rad9 n’est requis que dans un contexte de DSBs aléatoires. Par ailleurs, en mimant γ-H2A (X), par une mutation phospho-mimétique (H2A-S129E), la rigidité apparente de la chromatine, entraînant une augmentation de la mobilité, est récapitulée. Etonnamment, dans ce contexte (H2AS129E), Rad9 n’est plus nécessaire pour augmenter la dynamique de la chromatine, ni pour activer la réponse du checkpoint lors des DSBs aléatoires. Enfin, nous avons montré que la mobilité accrue de la chromatine est corrélée positivement avec la réparation par NHEJ et la recherche d'homologie pendant la RH. Par conséquent, nous proposons que les changements de chromatine déclenchés par γ-H2A(X), peuvent moduler la réponse aux dommages de l'ADN. Ce travail a déchiffré les mécanismes et les fonctions possibles d’une mobilité accrue de la chromatine après DSB chez la levure. Considérée comme un processus conservé évolutivement, la mobilité de la chromatine après dommage pourrait servir de régulateur clé pour l'intégrité des génomes au cours de différentes voies de réparation, réduisant le risque de translocations oncogènes