Les travaux du laboratoire ont montré que les filaments intermédiaires, qui forment un des trois éléments essentiels du cytosquelette, peuvent lier la tubuline sur des sites spécifiques appelés TBS (Tubulin-Binding Site). Certains peptides correspondant à ces séquences sont capables d'inhiber in vitro la polymérisation des microtubules (MT). Les travaux présentés dans cette thèse consistent à poursuivre la caractérisation structurale et fonctionnelle de ces peptides. Ainsi, il a été possible de montrer qu'un peptide issu de la vimentine, Vim-TBS.58-81, est capable de rentrer dans les cellules de glioblastome humain T98G et de se localiser au niveau nucléaire. Une fois couplé à un peptide proapoptotique agissant au niveau nucléaire, il est capable d'inhiber la prolifération de ces cellules. Un autre peptide issu de la sous-unité légère des neurofilaments, NFL-TBS.40-63, est capable de rentrer dans toutes les lignées de gliome testées jusque-là, de déstabiliser leur réseau de MT et d'inhiber leur prolifération et leur migration sans affecter les cellules saines du cerveau (astrocytes et neurones). Injecté par stéréotaxie en intra tumoral chez des rats porteurs d'un gliome F98, ce peptide ralentit la croissance de la tumeur et reste localisé dans le tissu tumoral. Une analyse structure/fonction de ce peptide a mis en évidence des structures secondaires de type feuillet β et hélice α. Après greffage à la surface de nanocapsules lipidiques (NCL), ce peptide permet également l'amélioration de leur entrée dans les cellules de gliome in vitro et in vivo. Enfin, des NCL contenant du Paclitaxel ou du Ferrociphénol et recouvertes de peptide NFL-TBS.40-63 se sont révélées plus efficaces dans l'inhibition de la croissance tumorale dans un modèle de souris porteuse d'un gliome GL261 et dans un modèle de rat porteur d'un gliome 9L respectivement. L'ensemble de ces travaux révèle de nouvelles fonctions de ciblage et de pénétration cellulaire pour des peptides issus de filaments intermédiaires.

Les microvillosités apicales des cellules intestinales, sont de fines expansions membranaires structurées par un réseau de filaments d'actine organisé par plusieurs protéines de liaison à l'actine. L'objectif de ce travail de thèse consiste à mieux comprendre comment ces protéines de liaison à l'actine régulent deux fonctions critiques de ces organelles : leur fonctionnalité et leur plasticité. Ttrois protéines de liaison à l'actine organisent le réseau de microfilaments soutenant les microvillosités : villine, espine et plastine 1. Nous avons montré que ces protéines ne sont pas essentielles à la formation des microvillosités. En revanche, elles assurent l'agencement d'une fine architecture d'actine qui est requise pour la rétention à la membrane des microvillosités des protéines nécessaires pour la physiologie intestinale. En plus de sa fonction structurale, la villine fragmente les filaments d'actine, suggérant un rôle central dans la dynamique du cytosquelette de la microvillosité. Celles-ci sont en effet sujettes à des réorganisations morphologiques majeures lors de stress intestinaux. Nous avons apporté les preuves définitives montrant que la villine joue un rôle critique au cours de la réparation tissulaire en participant au processus de migration cellulaire par l'initiation du désassemblage du pôle apical. Le pool d'actine microvillositaire est alors remobilisé pour assurer la formation de structures migratoires efficaces. Ces travaux de thèse documentent ainsi deux aspects importants de la biologie de la cellule épithéliale intestinale: l'établissement de la fonctionnalité du pôle apical et son remodelage dynamique permettant une réponse rapide à un stress.

Par cette étude, nous montrons que la phosphorylation d'Eg5 par Eg2 n'est pas importante pour sa fonction dans la formation du fuseau mitotique dans l'extrait d'oeuf de Xénope. Au contraire, la phosphorylation d'Eg5 par Cdk1 est nécessaire pour son attachement aux microtubules. Cet attachement permettra par la suite l'assemblage du fuseau mitotique. En plus de confirmer de précédentes études, ces résultats indiquent que le site de phosphorylation de Cdk1 n'est pas seulement conservé parmi les membres des Kinésines 5, mais également que son mécanisme de régulation est conservé. Bien que des expériences plus approfondies soient nécessaires afin de caractériser les propriétés motrices d'Eg5 par l'intermédiaire de notre expérience de "microtubule-gliding" dans l'extrait de Xénope, nos expériences réalisées avec des chimères d'Eg5 ont souligné l'importance des propriétés motrices intrinsèques à Eg5 qui sont cruciales pour la formation du fuseau mitotique. En effet, aucune de ces chimères n'a pu rétablir la formation du fuseau mitotique. De plus, ces expériences ont fourni la première preuve expérimentale que la classification des Kinésines en différentes sous-familles selon la conservation de séquence de leur domaine moteur a également abouti à les classer selon leurs différentes fonctions.

Une propriété clé des systèmes biologiques est la présence d'un réseau d'interactions protéiques, crucial pour toute fonction cellulaire comme par exemple la régulation du métabolisme énergétique. Deux enzymes clé impliquées dans cette régulation sont la créatine kinase (CK), dont la fonction consiste dans la gestion du stock et du transfert d'énergie, et la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK), qui régule l'homéostasie énergétique au sein de la cellule et de l'organisme entier. Dans un premier temps un crible de double hybride en levure original fut appliquée afin d'identifier de nouveaux partenaires d'interaction de la CK cytosolique du cerveau (BCK) et de l'AMPK dans le cerveau humain. Différents candidats d'interaction furent identifiés, dont des protéines membranaires associées aux vésicules (VAMP) interagissant avec les deux kinases. L'interaction AMPK-VAMP fut confirmée par co-immunoprecipitation à partir de vésicules synaptiques, mais ne menait pas à la phosphorylation de VAMP, suggérant que VAMP recrute AMPK pour la régulation de processus d'endo- et d'exocytose. Une seconde stratégie combinant un essai d'interactions biophysique, basé sur la résonance plasmonique de surface (SPR), avec des essais de phosphorylation in vitro permit la sélection de cibles AMPK isoforme spécifique. Une de ces cibles fut la fumarate hydratase, dont la phosphorylation préférentielle par l'AMPK221 provoque une augmentation de l'efficacité enzymatique in vitro. Finalement, une classe de candidats d'interaction, les glutathion S-transferases GSTM1 et -P1, fut caractérisée en détail par un panel de méthodes d'interactomique (SPR, double hybride, co-immunoprécipitation). Cette étude les identifie comme interacteurs fiables à haute affinité ainsi que nouveaux substrats de l'AMPK. Dans le cas de GSTP1 la phosphorylation par AMPK provoque une augmentation de son activité enzymatique suggérant un rôle direct de la signalisation par AMPK dans la défense contre le stress oxydatif.

Dans les cellules cancéreuses, des défauts affectant l'organisation d'ADN en chromatine sont fréquemment observés. L'étude de facteurs impliqués dans cette organisation est donc essentielle pour mieux appréhender leur implication dans la tumorigénèse. Un facteur particulièrement intéressant dans ce contexte est le facteur d'assemblage de la chromatine, le complexe CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1). CAF-1 est impliqué dans l'assemblage en chromatine de l'ADN lors de la réplication et la réparation de l'ADN. Deux sous-unités de CAF-1 sont sous-exprimés dans les cellules non-proliférantes (quiescentes) et constituent des marqueurs de prolifération dans le cancer. De plus, CAF-1 a un rôle au niveau des régions de chromatine dense proches des centromères, l'hétérochromatine péricentrique, par son interaction avec les protéines HP1 (Heterochromatin Protein 1). Il existe trois isoformes de HP1 dans les cellules mammaires (HP1α, β et γ), dont HP1α est le plus spécifiquement associé aux régions d'hétérochromatine péricentrique, impliqués dans la répression des gènes et la ségrégation des chromosomes. Pendant ma thèse, je me suis penchée sur deux questions majeures: Premièrement, est- ce que l'expression des isoformes de HP1 est régulée d'une façon dépendante de la prolifération et de la tumorigénèse ? En combinant des modèles de lignées cellulaires et des échantillons de tissu humain, j'ai pu montrer que l'expression de l'isoforme HP1α, mais pas HP1β ou γ, est dépendante de la prolifération. La déplétion de HP1α, spécifiquement, affecte le passage de la mitose. De plus, HP1α, mais pas HP1β ou γ, est surexprimé dans de nombreux types de cancer comparé aux tissus sains correspondants. La surexpression de HP1α dans le cancer du sein est corrélée de façon significative à la survie des patientes et la formation de métastases. Ces résultats révèlent HP1α comme un marqueur pronostique dans le cancer du sein et potentiellement dans d'autres types de cancer. Nous proposons que la surexpression de HP1α présente un avantage sélectif pour les cellules cancéreuses, liée à l'organisation de l'hétérochromatine péricentrique et le passage de la mitose. Ces résultats ont donné lieu à un brevet et à une publication dans EMBO Molecular Medecine. La seconde question à laquelle je me suis intéressée est : comment des cellules quiescentes, qui expriment peu de CAF-1, gèrent l'assemblage de la chromatine couplé à la réparation de l'ADN ? En effet, une capacité de réparation différente entre cellules proliférantes (tumorales) et quiescentes (saines) aura un impact majeur sur l'efficacité et la toxicité des traitements génotoxiques comme la chimio- et la radiothérapie. J'ai pu montrer que, dans les cellules quiescentes, les irradiations aux ultra-violets (UV) n'induisent pas l'expression de CAF-1. De plus, la faible quantité de CAF-1 est recrutée aux sites des lésions d'UV, suggérant que sa fonction dans la réparation est conservée hors du cycle cellulaire. Cependant, en quiescence, nous observons une réparation retardée d'un type spécifique de lésions, qui reflète potentiellement une difficulté des cellules quiescentes à gérer la prise en charge de ces lésions au sein de la chromatine. Ces résultats font l'objet d'un manuscrit actuellement en préparation. Dans ces deux projets majeurs, j'ai mis en avant comment des facteurs de l'organisation de la chromatine peuvent être impliqués dans la prolifération, la tumorigénèse et la réparation d'ADN suite à des traitements génotoxiques. De plus, nous avons pu proposer un nouvel outil d'intérêt médical pour le pronostique des cancer du sein.

Les ARNs non codants sont des régulateurs de l'expression génétique à plusieurs niveaux. Chez la bactérie et chez la souris, des ARNs non codants (6S et B2) ont la propriété de se lier à l'ARN polymérase et d'inhiber son activité. Afin de déterminer si l'ARN polymérase II (RNAPII) humaine était associée à des ARNs non codants, une immunoprécipitation anti-RNAPII a été réalisée sur des cellules HeLa mitotiques. Les ARNs co-immunoprécipités ont été purifiés et marqués et l'ARN U1 s'est trouvé particulièrement enrichi par rapport au contrôle. Cette co-immunoprécipitation reflète l'association de la snRNP U1 avec la RNAPII. Pour vérifier cette association sur un site de transcription actif, des lignées ont été établies avec l'insertion en multiples copies d'un gène à un site unique, créant ainsi un unique super site de transcription visualisable par FISH (Fluorescence In Situ Hybridization). Deux lignées distinctes ont été créées, l'une avec un gène comportant un intron, l'autre avec le même gène où l'intron comporte trois mutations ponctuelles abolissant l'épissage. Alors que les snARNs U2, U4, U5 et U6 sont absents du site non épissé, l'ARN U1 est enrichi de la même façon indépendamment de l'épissage. La présence des protéines spécifiques de la snRNP U1 indique que la snRNP U1 est recrutée au complet au site de transcription. Ces résultats laissent supposer un rôle pour l'association RNAPII - U1snRNP dans l'épissage cotranscriptionnel.

Les cellules BHK transformées par l'oncogène v-Src forment des invadopodia qui s'organisent successivement sous forme de paquets, anneaux et enfin ceintures d'invadopodia. L'expansion des anneaux d'invadopodia est due à la néoformation d'invadopodia à la périphérie de l'anneau et au désassemblage simultané des invadopodia situés au centre de l'anneau. L'orthovanadate, inhibiteur de tyrosine phosphatases, génère des expansions très rapides indiquant l'implication de phosphorylations sur tyrosine dans la formation des invadopodia à la périphérie et leur désassemblage au centre. La paxilline, une protéine hautement phosphorylée, responsable du désassemblage des adhérences focales, est également présente dans les invadopodia et induit le désassemblage des invadopodia au centre de l'anneau (processus indispensable à la formation et à l'expansion des anneaux), grace a un processus de phosphorylation de la paxilline sur les tyrosines 31 et 118, qui en retour active la MAP kinase Erk et la calpaine, responsable du clivage protéique des composants des invadopodia.

Le gène OCRL1, responsable du syndrome de Lowe de transmission récessive liée à l'X, code pour une PIP2 5-phosphatase associée à l'appareil de Golgi. 107 mutations du gène OCRL1 ont été identifiées chez 146 familles de syndrome de Lowe et 6 mutations ont été identifiées chez 23 patients atteints de maladie de Dent sans mutation du gène CLCN5. L'haplotypage de 18 familles a mis en évidence 3 cas de mosaïcisme germinal et somatique. L'activité PIP2 5-phosphatase fibroblastique des patients est très abaissée par rapport à des fibroblastes normaux. L'analyse par Western blot de la protéine OCRL1 montre une diminution variable de la quantité protéique et pas forcément corrélée à l'activité résiduelle de la protéine. L'analyse des transcrits d'OCRL1 montre qu'il existe une variabilité quantitative chez les patients mais également chez les témoins. Les premières études cliniques chez 55 patients atteints de syndrome de Lowe ne montrent pas de corrélation génotype-phénotype évidente.

Les eucaryotes expriment des variants d'histones non-alléliques en faible quantité en plus des histones conventionnels. De récentes données ont montré que ces variants d'histones sont impliqués dans de nombreuses fonctions cellulaires dont la réparation de l'ADN, la ségrégation des chromosomes ou encore le contrôle de la transcription. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension du rôle biologique des variants d'histones. Les travaux rapportés dans ce manuscrit abordent plus spécifiquement la fonction de deux variants: H2BFWT, qui joue un rôle dans la spermatogenèse chez l'homme; et macroH2A1 qui semble impliqué dans la répression transcriptionnelle.<br />Nous avons montré que malgré sa grande divergence avec H2B, l'incorporation de H2BFWT ne modifie pas la structure globale du nucléosome. Néanmoins, contrairement à l'histone somatique H2B, H2BFWT n'a pas la capacité de recruter les facteurs d'assemblage du chromosome et n'est pas requis pour la condensation du chromosome mitotique. Cette différence de comportement vis-à-vis de l'assemblage des chromosomes suggère que H2BFWT pourrait être impliqué dans l'architecture de structure d'ordre supérieur de la chromatine.<br />Dans le but d'élucider le rôle biologique de macroH2A1 in vivo, nous avons généré une lignée de souris invalidées pour macroH2A1.<br />Malgré l'abondance des investigations portant sur macroH2A1, sa fonction reste inconnue. MacroH2A1 a la particularité d'être trois fois plus grand que H2A, il comporte ainsi une extension C-terminale de fonction inconnue. Initialement macroH2A1 avait été décrit comme principalement localisé sur le chromosome X inactif. La signification biologique de cet enrichissement n'est pas comprise. In vitro, la présence de macroH2A1 interfère avec la transcription. De récentes études ont montré que certaines séquences d'ADN méthylées, incluant les gènes soumis à l'empreinte et les rétrotransposons sont enrichies en nucléosomes contenant macroH2A1. Il a également été démontré que c'est la méthylation de l'ADN, nécessaire pour la répression transcriptionnelle, qui permet le recrutement de macroH2A1 sur les rétrotransposons. Nous émettons l'hypothèse que la méthylation de l'ADN aboutirait à la répression des rétrotransposons via le recrutement de macroH2A1.<br />L'étude du phénotype des souris déficientes en macroH2A1 permet de conclure que contrairement au consensus actuel, macroH2A1 n'est pas nécessaire pour réprimer la transcription des séquences répétées incluant les rétrotransposons.<br />Les examens anatomopathologiques suggèrent que macroH2A1 pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme des acides gras.

Les principaux régulateurs de la prolifération cellulaire sont les Cdk (cyclin dependent kinase), dont l'activité dépend de leur association avec leurs partenaires, les cyclines. Le contrôle du niveau d'expression des cyclines représente le premier mécanisme par lequel l'activité des Cdk est régulée. Cette régulation est essentielle pour maintenir l'équilibre prolifération/différenciation de la peau. Cependant, les mécanismes mis en jeu restent peu connus.<br />Nous avons montré que Brm, protéine des complexes de remodelage de la chromatine SWI/SNF, est responsable de la répression de la cycline A par la mise en place ou le maintien de deux nucléosomes situés sur les sites d'initiation de la transcription. De plus, nous avons mis en évidence que l'absence de brm conduit à accélérer la progression des cellules dans le cycle cellulaire en jouant sur le déroulement de la phase S. Cependant, les cellules dépourvues de brm présentent également une mitose rallongée et des aberrations chromosomiques. Ceci pourrait être la conséquence de la dérégulation de trois oncogènes : c-myc, cycline A et cycline E et pourrait expliquer pourquoi brm est mutée dans de nombreux cancers.<br />Enfin, nous avons montré que l'entrée en différenciation des kératinocytes s'accompagne d'une forte expression de p21 qui entraîne un arrêt en G2/M en inhibant les complexes Cycline A/Cdk. Cependant, les kératinocytes en différenciation ne peuvent maintenir cet arrêt et entre dans un état G1 à 4N, caractérisé par une forte expression de la Cycline E et l'absence de Cyclines de G2/M.