Transcription activation in a developing embryo is a well-timed process. The embryo begins its life in a transcriptional quiescent state but with time, acquires its own transcriptional competence. This molecular ‘coming-of-age’ of the embryo depends on a defined series of events that need to take place for zygotic transcription to be possible. Central to this, is the recruitment of transcription factors (TFs) onto the DNA template for initiating transcription. In zebrafish, we now know that enough transcriptional activators need to be accumulated in the embryo for zygotic genome activation (ZGA) to take place. Correspondingly, concentrations of nucleosome-forming histones in the nucleus must deplete, to give way to TFs for access to their cognate TF binding sites. This relationship has been shown to broadly determine the timing of ZGA. However, ZGA is a gradual and temporally ordered process whereby specific genomic regions can turn on several cell cycles earlier than others. In zebrafish, the mir430 genomic locus is the first gene to be activated during embryo development. Interestingly, this genomic locus has the unique ability to recruit large amounts of nuclear transcriptional activators and transcriptional machinery. How this locus can activate so early during ZGA and, how this relates to its strong ability to recruit transcriptional activators and machinery is still unclear. Here, via in-depth characterisations and targeted long read sequencing, I show that the mir430 locus is unique in that it is extremely repetitive. Contrary to the 16 kbp long representation of the mir430 locus on the reference genome, I found that this locus is in fact at least 150 kbp in size (and potentially even larger) consisting mainly of stereotypic 1.7 kbp repeats. These repeats contain functional TF binding sites and I show that collectively, they ensure the early activation of the mir430 locus. Isolated mir430 loci with lower numbers of repeats lose this competitive advantage and are activated only later during development, despite having identical sequences. Mechanistically, I show that the competitive advantage conferred by higher repeat numbers is a higher sensitivity for TF binding, likely because of the higher number of TF binding sites. In the context of the competitive relationship between histones and TFs for access to the DNA, a mega-repetitive locus like mir430 could facilitate localised out- competition of TFs against histones, despite the generally repressive nuclear environment. These findings provide a deeper insight into what genetic features might define when a gene turns on during development and, could be a generalisable way of understanding how TFs interact with their target binding sites.
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L'activation de la transcription dans un embryon en développement est un processus bien programmé. L'embryon commence sa vie dans un état de quiescence transcriptionnelle, mais avec le temps, il acquiert sa propre compétence transcriptionnelle. Ce "passage à l'âge adulte" moléculaire de l'embryon dépend d'une série définie d'événements qui doivent avoir lieu pour que la transcription zygotique soit possible. Le recrutement des facteurs de transcription sur la matrice d'ADN pour initier la transcription est au cœur de ce processus. Chez le poisson zèbre, nous savons maintenant que suffisamment d'activateurs de transcription doivent être accumulés dans l'embryon pour que l'activation du génome zygotique (ZGA) ait lieu. En conséquence, les concentrations d'histones formant des nucléosomes dans le noyau doivent s'épuiser pour permettre aux TF d'accéder à leurs sites de liaison. Il a été démontré que cette relation dynamique détermine largement le moment de l'AGZ. Cependant, l'AGZ est un processus graduel et temporellement ordonné par lequel des régions génomiques spécifiques peuvent s'activer plusieurs cycles cellulaires plus tôt que d'autres. Chez le poisson zèbre, le locus génomique mir430 est le premier gène à être activé pendant le développement de l'embryon. Il est intéressant de noter que ce locus génomique a la capacité unique de recruter de grandes quantités d'activateurs transcriptionnels nucléaires et de machinerie transcriptionnelle. On ne sait toujours pas comment ce locus peut s'activer si tôt au cours de la ZGA et comment cela est lié à sa forte capacité à recruter des activateurs et une machinerie transcriptionnels. Ici, grâce à des caractérisations approfondies et au séquençage ciblé de longues lectures, je montre que le locus mir430 est unique en ce sens qu'il est extrêmement répétitif. Contrairement à la représentation longue de 16 kbp du locus mir430 sur le génome de référence, j'ai découvert que ce locus a en fait une taille d'au moins 150 kbp (et potentiellement encore plus grande) consistant principalement en des répétitions stéréotypées de 1,7 kbp. Ces répétitions contiennent des sites de liaison de TF fonctionnels et je montre que, collectivement, ils coopèrent pour assurer l'activation précoce du locus mir430. Les loci mir430 isolés avec un nombre inférieur de répétitions perdent cet avantage compétitif et ne sont activés que plus tard au cours du développement, bien qu'ils aient des séquences identiques. D'un point de vue mécanique, je montre que l'avantage compétitif conféré par un plus grand nombre de répétitions est une plus grande sensibilité à la liaison des TF, probablement en raison du plus grand nombre de sites de liaison des TF. Dans le contexte de la relation compétitive entre les histones et les TF pour l'accès à l'ADN, un locus méga-répétitif comme mir430 pourrait faciliter la compétition localisée des TF contre les histones, malgré l'environnement nucléaire généralement répressif. Ces résultats permettent de mieux comprendre quelles caractéristiques génétiques peuvent définir le moment où un gène s'active au cours du développement et constituent probablement un moyen très généralisable de comprendre comment les TF interagissent avec leurs sites de liaisons.