Soutenance de thèse de Marine BARTHEZ

Le facteur de transcription Motif 1 Binding Protein (M1BP) est une protéine à doigt de zinc décrite pour contrôler la pause de l’ARN polymérase II aux sites d’initiation de la transcription de milliers de gènes chez la Drosophile. En interaction avec des co-facteurs transcriptionnels, M1BP module ainsi l’expression génique. Par exemple, les facteurs de transcription Hox sont recrutés au promoteur par la protéine M1BP, promouvant la levée de la pause transcriptionnelle et une augmentation de l’expression génique. En étudiant ce partenariat, j’ai démontré une interaction directe entre M1BP et les protéines Hox AbdA et Ubx chez la Drosophile, interaction essentielle au mécanisme de levée de la pause transcriptionnelle. Afin de déterminer si M1BP est requis aux processus contrôlés par les protéines Hox, j’ai étudié la fonction de M1BP dans le corps gras de la Drosophile, où la perte d’expression des protéines Hox induit l’autophagie à la fin du III° stade larvaire. A ce stade l’expression de M1BP est maintenue, mais une perte de son expression induit de façon précoce l’autophagie, ceci sans affecter l’expression des protéines Hox. Ces données montrent donc que la répression de l’autophagie médiée par les protéines Hox requiert M1BP. Des approches transcriptomiques ont par ailleurs révélé que M1BP régule 25% des voies métaboliques de la cellule dont, la synthèse ou la dégradation du glycogène et des lipides, mais aussi de nombreuses voies métaboliques mitochondriales. En accord avec ces observations, nous avons remarqué que la perte de fonction de M1BP induit de nombreux phénotypes et anomalies mitochondriales, notamment dans la chaine respiratoire avec la mise en place d’une respiration anaérobie. Ces défauts, quand ils sont induits dans les muscles, conduisent à leur paralysie et à la létalité des jeunes adultes. L’ensemble de ces résultats mettent en évidence que M1BP est un régulateur transcriptionnel jouant un rôle clé dans le métabolisme mitochondrial et cellulaire. La recherche d’un homologue de la protéine de Drosophile M1BP chez les vertébrés a conduit à l’identification de ZKSCAN3, capable de corriger l’induction précoce de l’autophagie résultant de la perte de M1BP, et de rétablir l’expression de la majorité des gènes dérégulés dans ce contexte. Nous avons également découvert que ZKSCAN3 se lie à environ 90% des gènes ciblés par M1BP. L’homologie fonctionnelle a été confirmée dans des expériences réciproques, où M1BP corrige les défauts d’autophagie induits par la perte de fonction de ZKSCAN3 en cellules humaines. Dans l’ensemble, ces données montrent que les protéines M1BP et ZKSCAN3 sont des homologues fonctionnels dans la régulation de l’autophagie.

The transcription factor Motif 1 Binding protein (M1BP) is a zinc finger protein known to be involved in the pausing of RNA Polymerase II (Pol II) at the transcription start site of thousands of Drosophila genes. In doing so, transcriptional output at these genes can be modulated through interactions with transcriptional cofactors. For example, Hox transcription factors have been shown to target promoters controlled by M1BP and that the binding of Hox results in the release of paused Pol II and increased gene expression. In studying the Hox-M1BP partnership, I was able to demonstrate direct protein interaction between M1BP and the Drosophila Hox proteins AbdA and Ubx, providing evidence that Hox-M1BP collaborate to regulate gene expression. To study whether M1BP functions in Hox-controlled processes, I turned to the larval fat body where the loss of expression of all Hox proteins is required to allow autophagy progression at the third-instar feeding to wandering transition. While M1BP expression is maintained during all larval stages, loss of M1BP expression in the feeding stage induces premature autophagy. As loss of M1BP expression has no effect on Hox expression, these data demonstrate that the presence of both M1BP and Hox is required to prevent autophagy induction and that M1BP functions in Hox-controlled autophagy repression. In characterising the diverse functions of M1BP, I determined that M1BP transcriptionally regulates 25% of all cellular metabolic pathways, including lipid and glycogen metabolic pathways and many affecting normal mitochondrial function. Indeed, many severe mitochondrial defects and phenotypes are observed upon M1BP knock down in the Drosophila fat body and indirect flight muscle. One of the major consequences of M1BP knock down is that the respiratory chain is strongly impacted forcing the cell to switch to anaerobic respiration for the production of ATP. These observed mitochondrial defects are believed to be the cause of muscle paralysis and early adult lethality observed upon M1BP knock down in all Drosophila muscles. Together, these data provide evidence that M1BP is an essential transcriptional regulator of mitochondrial and cellular metabolic processes. In searching for a vertebrate homolog of Drosophila M1BP, I identified ZKSCAN3 as a vertebrate functional homolog of M1BP in autophagy repression through multiple in vivo rescue studies in Drosophila fat body or in human cell lines. Additionally, transcriptomic studies demonstrate that ZKSCAN3 expression in the Drosophila fat body reverses the deregulation of the majority of genes observed upon M1BP knock down. Together with the identification that ZKSCAN3 binds to 90% of M1BP genomic targets, these data provide evidence that M1BP and ZKSCAN3 are functionally homologous proteins.