Le​ développement des organismes multicellulaires tels que la plante modèle Arabidopsis thaliana dépend de facteurs épigénétiques qui contrôlent la dynamique de la chromatine et régulent la transcription de gènes spécifiques en la réprimant ou l’activant. Parmi les acteurs impliqués dans ces régulations, deux groupes de protéines fonctionnent de manière antagoniste : le groupe Polycomb (PcG) et le groupe Trithorax (TrxG).
Le Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) joue un rôle essentiel dans le maintien de milliers de gènes à l’état réprimé, par la déposition de marques de méthylation sur la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3). A l’inverse, les protéines du groupe Trithorax contrecarrent spécifiquement la répression médiée par le groupe Polycomb, sur des cibles géniques communes. Alors que les protéines des groupes PcG et TrxG sont de mieux en mieux identifiées et caractérisées, les mécanismes moléculaires qui permettent de commuter un gène d’un état réprimé par PcG vers un état activé par TrxG sont encore peu connus. Chez Arabidopsis, la protéine ULTRAPETALA1 (ULT1), fonctionne comme un antagoniste du complexe PRC2, participant à la commutation de gènes cibles de PRC2 vers un état actif. De plus, des analyses d’interaction in vivo (Y2H, BiFC et IP-MS) ont révélé qu’ULT1 interagit avec les méthyltransférases CLF ou SWN des complexes PRC2. Ces observations indiquent qu’ULT1 pourrait directement perturber la fonction de ces complexes. Cependant, l’absence de donnée biochimique et structurale sur ces protéines rend l’étude de leur fonction difficile.
Le projet de thèse vise, par une approche de biologie structurale et de biochimie, à mieux comprendre les mécanismes de leur fonction antagoniste. Pour ceci, j’ai caractérisé in vitro la protéine ULT1 et le complexe PRC2 d’Arabidopsis, dans le but de mettre en évidence les détails moléculaires de leur interaction.
Dans une première partie concernant la caractérisation biochimique de la protéine ULT1, j’ai pu, après mise au point de ses conditions d’expression et de purification, y identifier deux domaines structurés. La résolution du domaine C-Terminal d’ULT1 par cristallographie aux rayons X a révélé un domaine CW atypique qui pourrait reconnaitre des modifications sur H3K36. Dans une deuxième partie concernant la caractérisation in vitro de l’interaction entre ULT1 et les complexes PRC2, j’ai pu révéler une interaction physique entre ULT1 et le complexe contenant la méthyltransférase SWN (complexe PRC2-SWN). J’ai également démontré que cette interaction était stable et que la liaison d’ULT1 ne dissociait pas le complexe PRC2-SWN. Enfin, une étude par Cryo-EM du complexe composé d’ULT1 et PRC2-SWN n’a pas révélé de densité correspondant à ULT1, indiquant qu’elle pourrait se lier à une région flexible du complexe PRC2-SWN.
En conclusion, cette thèse a permis de développer des outils et méthodes essentiels à l’étude in vitro d’ULT1 et des complexes PRC2 chez Arabidopsis, et apporte également de nouvelles pistes de réflexion concernant la fonction d’ULT1 et son antagonisme avec le complexe PRC2-SWN. Ces résultats nous permettent d’orienter nos recherches pour une caractérisation plus précise des mécanismes de commutation de la chromatine d’un état réprimé à actif.​