Les rayons ultraviolets (UV) sont les principaux responsables de l’initiation des cancers cutanée, car ils induisent différents dommages à l’ADN, dont les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPD). Ces dommages sont principalement induits par les UVB et sont responsables de la formation des mutations trouvées les cancers cutanés non mélanocytiques. Nos résultats ont démontré qu’une irradiation chronique à de faibles doses de rayons UVB (CLUV) induit la formation de CPD, qui persistent dans le temps. Ces dommages résiduels s’accumulent dans le génome et ne semblent pas être réparés. Nous nous sommes donc intéressés à ces dommages résiduels et à leur impact dans le génome. Premièrement, la distribution post-irradiation des CPD résiduels a été observée pour des fibroblastes dermiques humains soumis à une irradiation CLUV (75 J/m² aux 12h, durant 7,5 jours). Ces analyses ont démontré que les CPD résiduels sont tolérés et dilués dans le génome lors des divisions cellulaires. Deuxièmement, la localisation des CPD résiduels a été observée pour les cellules irradiées avec une CLUV et pour les cellules irradiées avec une dose unique et aigüe (400 J/m²). La quantification des CPD résiduels a permis d’observer que pour les cellules irradiées avec une CLUV, environ deux fois plus de CPD résiduels sont présents dans l’hétérochromatine par rapport à l’euchromatine. Pour les cellules irradiées avec une dose aigüe, les CPD sont répartis également entre les deux fractions de la chromatine. Ces résultats suggèrent que l’état de compaction de la chromatine a un impact sur l’accumulation et la réparation des CPD. Troisièmement, la fréquence de chaque type dipyrimidinique de CPD résiduels a été déterminée par la technique de LC-MS/MS. Une proportion plus faible de CPD contenant des cytosines a été observée dans les cellules irradiées avec la CLUV par rapport aux cellules irradiées avec la dose aigüe. De plus, l’analyse a démontré que les photoproduit de pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4 PP) étaient presque complètement absents des dommages résiduels. Finalement, afin d’observer l’impact des CPD résiduels sur la stabilité génomique, la quantité d’échanges de chromatides sœurs (SCE) a été comparée pour les cellules irradiées par la CLUV et les cellules non irradiées. La quantité de SCE observée était plus élevée dans les cellules irradiées que dans les cellules non irradiées. Globalement, nous avons observés que les CPD résiduels, majoritairement de type TT, s’accumulent principalement dans l’hétérochromatine, où ils sont tolérés. Ces dommages sont dilués dans le génome au fil des divisions cellulaires, en causant une augmentation de l’instabilité génomique. Globalement, mon projet a permis de mieux comprendre l’impact des CPD résiduels induits par une irradiation chronique dans l’initiation de la cancérogenèse cutanée. / Ultraviolet (UV) rays are known to be the main initiator of skin cancer, as they induce different types of DNA damage, including cyclobutane pyrimidine dimers (CPD). CPD are mostly produced by UVB rays and are the predominant premutagenic DNA damage responsible for non-melanoma skin cancers. While most CPD are repaired by the nucleotide excision repair (NER) pathway, some remain unrepaired and persist in the genome. We recently observed those residual CPD after exposure of human fibroblasts cells to chronic low dose of UVB (CLUV). Then, we aimed to observe the distribution of residual CPD occurring in dividing cells submitted to CLUV irradiation. Human dermal fibroblasts were irradiated with CLUV (75 J/m² every 12h for 7.5 days). Our results showed that residual CPD are tolerated and diluted in the genome by DNA replication. Then, localization of CLUV-induced residual CPD was observed and compared with residual CPD induced by a single and acute UVB irradiation (400 J/m²). Euchromatin and heterochromatin fraction were isolated and the amount of CPD was quantified in each fraction. The quantification showed that residual CPD accumulate mostly in the heterochromatin fraction of the genome, where the amount of CPD was two times greater than in the euchromatin. This suggests that DNA compaction has an impact on CPD accumulation and repair. Then, we measured the frequency of the different types of residual CPD by LC-MS/MS technique. A lower proportion of cytosine containing CPD was found in CLUV irradiated cells than in acute irradiated cells. The quantification of the different types of 6-4 photoproducts (6-4 PP) demonstrated that they were almost all absent after a CLUV irradiation, in the residual damage. Finally, genomic instability was investigated in CLUV irradiated cells by measuring the amount of SCE induced after the irradiation. A higher number of SCE was observed in CLUV-irradiated cells than in control cells, suggesting that residual CPD are responsible for an increase of genomic instability. Overall, we observed that residual CPD, mostly TT-CPD, accumulate in the heterochromatin where they are tolerated. These CPD are diluted during cellular division but they are causing genomic instability. Finally, my project aimed to characterise residual CPD induced by chronic irradiation and to gain more knowledge on their impact in skin carcinogenesis initiation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / De toutes les lésions qui menacent l'intégrité du génome, les cassures double-brin (CDBs) de l'ADN sont l'une des plus délétères, puisque toute cassure mal réparée suffit à induire des mutations et des translocations chromosomiques pouvant mener au cancer. La recombinaison homologue (RH) est un processus permettant aux cellules de réparer les CDBs de façon fidèle sans créer de mutations. Chez les eucaryotes supérieurs, ce mode de réparation repose en grande partie sur les fonctions catalytiques de la recombinase RAD51 et des évidences génétiques démontrent que ses paralogues, RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2 et XRCC3, sont également des acteurs clés dans ce processus. Jusqu'à présent, les paralogues de RAD51 n'ont été que très peu caractérisés sur le plan cellulaire et moléculaire si bien que leurs fonctions précises demeurent mal définies. Dans cette étude, nous apportons des évidences implicant les paralogues de RAD51 humains dans les étapes précoces de la RH. Plus précisément, nous démontrons que le paralogue RAD51C interagit avec la recombinase RAD51 et qu'il est requis pour l'assemblage de cette dernière en foyers de réparation. De plus, nous établissons par des immunoprécipitations de chromatine que les paralogues sont recrutés à proximité d'une CDB unique en phase S-G2 du cycle cellulaire et nous montrons par immunofluorescence que RAD51C s'y accumule en foyers, une signature des enzymes de réparation. Par ailleurs, nous avons découvert que les paralogues de RAD51 jouent un rôle crucial dans la progression du cycle cellulaire. Tandis que l'inhibition par ARN interférence de RAD51B ou RAD51C provoque un arrêt prolongé en G2-M, celle de XRCC3 favorise l'entrée en mitose par le phénomène d'adaptation. La microscopie en temps réel a démontré que la perte de XRCC3 engendre un délai mitotique qui s'accompagne d'une fréquence élevée d'anomalies de centrosomes et de défauts de ségrégation chromosomique (micronoyaux et ponts anaphases). Des phénotypes mitotiques comparables sont obtenus suivant la depletion de la résolvase GEN1. Conséquemment, nous proposons qu'une fonction tardive de XRCC3 et de GEN1 dans la RH, soit au niveau de la résolution des jonctions de Holliday, puisse être à l'origine de ces aberrations mitotiques. L'ensemble de ces données permet d'éclaircir les fonctions distinctes et communes des paralogues de RAD51 lors de la RH ainsi que leur rôle dans le maintien de la stabilité du génome en mitose.

Les dommages à l'ADN induits par les rayons ultraviolets B (UV) solaires jouent un rôle important dans les cancers de la peau induits par les rayons solaires. Le travail présenté dans cette thèse examine le rôle de l'enzyme nucléaire poly (ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) dans les réponses cellulaires suite aux dommages à l'ADN induits par les UV. Premièrement, nous avons examiné le mécanisme précis d'activation de la PARP-1 en réponse aux UV. En utilisant des techniques d'irradiation locale d'UV, d'immunocytochimie et d'immunoprécipitation de la chromatine, nous avons démontré que PARP-1 est activée de deux façons distinctes en réponse à deux types de dommages à l'ADN causés par les UV, i.e., les photo-lésions directes et les dommages oxydatifs. Ces deux types de dommages à l'ADN sont réparés par les voies de réparation par excision de nucléotides (NER) et par excision de bases (BER), respectivement. Depuis que le rôle de PARP-1 est bien connu dans le BER, nous nous sommes concentrés à examiner si la PARP pouvait jouer un rôle dans NER en faisant une déplétion stable de la PARP à l'aide de l'ARN interférence (ARNi) dans des fibroblastes de peau humaine qui étaient compétents dans NER ou déficients dans l'étape de reconnaissance des lésions du NER. En utilisant la technique de «host cell réactivation» (HCR), nous avons observé que les cellules déficientes en PARP-1 étaient inefficaces dans l'étape de la reconnaissance des lésions du NER. Durant l'exploration du rôle de PARP-1 dans l'apoptose induite par les UV, nous avons découvert que l'ARNi arrêtait durant l'apoptose. Nous avons trouvé que Dicer, un endonucléase de la famille RNaselII et un élément critique dans la régulation de l'ARNi, était clivé par la caspase-3 durant l'apoptose, ce qui amenait l'inactivation de ses fonctions catalytiques et l'abrogation de l'ARNi. En résumé, cette thèse élucide un important rôle de PARP-1 dans les réponses cellulaires aux UV. De plus, la découverte imprévue de 1' abrogation de l'ARNi durant l'apoptose présente de nouveaux défis dans les domaines relatifs à l'ARNi. / The DNA damages induced by solar ultraviolet B radiation (UV) play an important role in sunlight-induced skin cancers. The work presented in this thesis examines role of a nuclear enzyme, poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) in cellular responses to UVinduced DNA damage. PARP-1 is known to be activated in response to different types of DNA damages, and its activation is known to participate in different cellular responses ranging from DNA repair to cell death. To understand the mechanism of activation of PARP-1 in UV-irradiated cells, we used elegant techniques of local UV irradiation, immunocytochemistry and chromatin immunoprecipitation to demonstrate that PARP-1 is activated in two distinct phases in response to two different types of DNA damage caused by UV, i.e., direct photolesions and oxidative DNA damage. These two types of UVinduced DNA lesions are repaired by nucleotide excision repair (NER) and base excision repair (BER) pathways, respectively. Since PARP-1's role in BER is well-known, we focused on examining whether PARP could play a role in NER by stably depleting PARP-1 using DNA vector-based RNAi in human skin fibroblasts which are either proficient in NER or deficient in lesion-recognition steps of NER. Upon analyses of the NER-capacity of these cells by host cell reactivation (HCR) assay using a recombinant adenovirus-based reporter gene, we observed that PARP-1-depleted cells were inefficient in the lesion recognition step of NER. While exploring the role of PARP-1 in UV-induced apoptosis using the above models, we serendipitously discovered that RNAi fails during apoptosis. We find that endonuclease Dicer-1, critical in the regulation of RNAi gets cleaved by caspase-3 during apoptosis, which leads to its catalytic inactivation and failure of RNAi. In summary, this thesis elucidates an important role for PARP-1 in cellular responses to UV. In addition, the RNAi-abrogation during apoptosis is an exciting discovery that presents new challenges in the relatively new field of RNAi.

L’activation de la poly(ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) en réponse aux dommages à l’ADN est impliquée dans diverses réponses cellulaires, de la réparation de l’ADN à la mort cellulaire. Dans l'annexe I, nous avons décrit différentes techniques indispensables pour détecter le métabolisme de PARP-1 en réponse aux dommages à l’ADN in vitro et in vivo. Les travaux de cette thèse se concentrent sur le rôle de PARP-1 dans la mort cellulaire. PARP-1 est clivée et inactivée par des caspases pendant l’apoptose ; j’ai donc utilisé une PARP-1 non-clivable pour étudier le rôle de l’activation et de la fragmentation de PARP-1 dans la mort cellulaire induite par les UVB. Nous avons observé que, contrairement aux fibroblastes de peau humaine exprimant la PARP-1, les fibroblastes avec un "knockdown" de PARP-1 sont résistants à l’apoptose induite par les UVB, phénotype pouvant être totalement inversé par ré-expression de PARP-1 sauvage mais pas de PARP-1 non-clivable par les caspases, suggérant un rôle significatif du clivage de PARP-1 en réponse à la mort cellulaire induite par les UVB (chapitre 2). Dans ce contexte, nous avons récemment passé en revue comment les substrats non clivables par des caspases peuvent être utilisés comme outil important pour démystifier le rôle de ce clivage pour la mort comme pour la vie, avec l’exemple spécifique de PARP-1 non-clivable par les caspases (chapitre 3). Curieusement, en utilisant l’ARNi comme outil d’étude du rôle de PARP-1 dans la mort cellulaire, nous avons observé que l’ARNi stable (shRNA) de nombreux gènes, incluant PARP-1, échoue lors de l’apoptose, en raison de l’inactivation catalytique par clivage par une caspase de l’endoribonucléase Dicer-1, indispensable pour la régulation de l’ARNi et des miARN (chapitre 4). Cependant, nous avons découvert que l’ARNi transitoire persiste plusieurs jours même après induction de l’apoptose, soulignant des différences entre les ARNi stable et transitoire dans la dynamique de "knockdown" génétique et dans la dépendance de la fonction de Dicer-1 (chapitre 5). En résumé, mon travail a permis la découverte des avantages et des limites de l’ARNi durant l’apoptose et le rôle de PARP-1 dans la mort cellulaire induite par les UVB.

Introduction : Les patients atteints de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) ont une dysfonction importante au niveau des muscles locomoteurs caractérisés, entre autres, par de la faiblesse, de l’atrophie et des dommages oxydatifs. Certains auteurs ont également suggéré que la fonction mitochondriale soit altérée dans la MPOC, possiblement en lien avec le tabagisme. Objectifs : Évaluer la fonction et le nombre de mitochondries, ainsi que les dommages à l’ADN chez les sujets atteints de la MPOC et déterminer les effets du tabagisme sur les mitochondries et la qualité du muscle, indépendamment de la maladie. Méthodes/Résultats : Nous avons recruté 22 patients atteints de la MPOC et 23 sujets témoins. Tous sont ex-fumeurs et sédentaires. Une biopsie du quadriceps a été effectuée. Nous avons démontré que les sujets atteints de la MPOC ont une plus grande proportion de fibres dont le complexe IV de la chaine de transport des électrons ne fonctionne pas comparativement aux sujets témoins (p=0,032). Ils ont également une diminution de l’expression de la protéine SDHB (succinate dehydrogenase complexe iron sulfur subunit B) (complexe II) comparativement aux sujets témoins (p=0,002), mais celle de la protéine COX4 (cytochrome c oxidase subunit 4) (complexe IV) est similaire entre les deux groupes (p=0,076). Il n’y a pas de différence entre les deux groupes pour la présence de la délétion commune, la quantité de mitochondries, l’expression protéique de MFN1 (mitofusin-1), MFN2 (mitofusin-2), TFAM (mitochondrial transcription factor A) et Mn-SOD (manganese-dependent superoxide dismutase) et la quantité de 8-OHdG (8-hydroxy-2’- deoxyguanosine) présente dans l’ADN. Il y a une corrélation entre l’exposition cumulative au tabac (nombre de paquets-année) et la quantité de 8-OHdG (p=0,026), la proportion de fibres déficientes en COX (p=0,002), l’atténuation musculaire moyenne (p=0,041) et l’atténuation du muscle normal (p=0,020) lorsque tous les sujets (témoins et MPOC) sont regroupés. Conclusion : Nous avons démontré qu’il y a des anomalies de la fonction mitochondriale dans la MPOC. Il est intéressant de noter que le tabac affecte la fonction des mitochondries et la qualité du muscle de façon indépendante à la MPOC. / Rationale : Patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) demonstrate a locomotor muscle dysfunction characterized by weakness, atrophy and poor oxidative capacity. Some authors also suggested that the mitochondrial function might be altered in this disease, possibly linked with smoking. Objectives : To evaluate the function and the number of mitochondria, and DNA damage in patients with COPD and to determine the effects of smoking on the mitochondria and the quality of the muscle, independently of the disease. Methods/Results : We recruited 22 patients with COPD and 23 healthy subjects. All were exsmokers and sedentary. A biopsy of the quadriceps was performed. We demonstrated that patients with COPD had a larger proportion of COX (cytochrome c oxidase)-deficient fibers than healthy subjects (p=0.032). They also had a decreased expression of the protein SDHB (succinate dehydrogenase complex iron sulfur subunit B) (complex II) compared to controls (p=0.002), but no change in the expression of the protein COX4 (cytochrome c oxidase subunit 4) (complex IV) (p=0.076). There was also no difference between the two groups for the common deletion, the quantity of mitochondria, the protein expression of MFN1 (mitofusin-1), MFN2 (mitofusin-2), TFAM (mitochondrial transcription factor A) and Mn-SOD (manganese-dependent superoxide dismutase) and the quantity of 8-OHdG (8- hydroxy-2’-deoxyguanosine) in the DNA. There was a correlation between the cumulative smoking exposure (pack-year) and the quantity of 8-OHdG (p=0.026), proportion of COX-deficient fibers (p=0.002), mean muscle attenuation (p=0.041) and attenuation of the normal muscle (p=0.020) when all subjects (healthy and COPD) were regrouped. Conclusion : We demonstrated evidences of mitochondrial dysfunction in COPD. Interestingly, there was an effect of smoking on the mitochondria and the quality of the muscle, independently of COPD.

Le virus herpétique humain 6 de type A (HHV-6A) est reconnu pour sa capacité à établir des infections persistantes, à échapper à la réponse immunitaire et à intégrer son génome aux chromosomes cellulaires. Il s'agit d'un virus à ADN linéaire double-brin. À la suite de son entrée dans la cellule, les extrémités du génome viral pourraient être perçues comme une cassure double brin (CDB). La détection des dommages à l'ADN est assurée par le complexe protéique MRN, composé de MRE11, RAD50 et NBS1, qui entraîne l'autophosphorylation de la kinase ATM engageant une cascade de signalisation visant à réparer les CDB. Dans un contexte infectieux, le virus pourrait être affecté par ce mécanisme de réparation. La protéine virale *immediate-early* 1 (IE1A) est l'une des premières protéines exprimées à la suite de l'entrée du virus et est responsable de préparer un environnement cellulaire favorable à l'infection. Nous avons posé l'hypothèse que IE1A interagit avec le complexe MRN de la cellule afin de prévenir l'activation des mécanismes de réparation des CDB et ainsi affecter la réplication virale. Des études par microscopie confocale révèlent que la protéine IE1A est colocalisée avec la protéine NBS1 et que l'expression ectopique d'IE1A est suffisante et responsable du blocage des voies de réparation des CDB en bloquant ATM. L'expression de protéines tronquées d'IE1A a permis d'identifier que le domaine amino-terminal se situant entre 325 et 481 acides aminés semble responsable de l'interaction avec la protéine NBS1 du complexe MRN. Il a également été possible d'identifier que les huit derniers acides aminés du domaine carboxy-terminal d'IE1A sont essentiels à la fonction d'inhibition de l'autophosphorylation de la kinase ATM. Ces travaux ont permis de mettre en lumière la capacité de la protéine IE1A à interférer avec les mécanismes de réparation CDB. Éventuellement, des virus HHV-6A recombinants dans lesquels les domaines de liaison à NBS1 et d'inhibition de l'ATM sont délétés permettront d'étudier l'impact d'une infection HHV-6A sur la cascade signalétique menant à la réparation de l'ADN et l'importance de cette fonction dans l'infection et l'intégration du génome viral. / Human herpesvirus 6 type A (HHV-6A) is known for its ability to establish persistent infections, evade the immune response and integrate its genome into cellular chromosomes. HHV-6A possesses a linear double-stranded DNA genome, the ends of which could be perceived by the cells as double-strand breaks (DSB). DNA damages are detected by the MRN protein complex, composed of MRE11, RAD50 and NBS1 proteins. Activation of this complex leads to the autophosphorylation of the ATM kinase, initiating a signaling cascade aimed at initiating DSBs repair. During infection, the viral replication is likely to be affected by DNA repair mechanisms. Being one the first protein expressed upon infection, we hypothesized that the immediate-early 1 (IE1A) viral protein interferes with the cell's MRN complex to inhibit DSB repair mechanisms. Confocal microscopy studies revealed that the IE1A protein colocalized with the NBS1 protein, and that ectopic expression of IE1A was sufficient in blocking DSB repair pathways. Expression of truncated IE1A proteins identified the amino-terminal domain between 325 and 481 amino acids to be responsible for interaction with the NBS1 protein of the MRN complex. It was also possible to identify that the terminal eight amino acids of the IE1A carboxy-terminal domain are essentials for inhibition of ATM phosphorylation of H2AX. This work highlighted the ability of IE1A to interfere with DSB repair mechanisms. Eventually, recombinant HHV-6A viruses in which the NBS1-binding and ATM inhibition domains are deleted will be used to study the impact of these mutations on the signaling cascade leading to DNA repair, and the importance of this function in infection and viral genome integration.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le complexe MRN (MRE11-RAD50-NBS1) est essentiel au maintien de la stabilité du génome chez les eucaryotes supérieurs. Il a été démontré que la sous-unité MRE11 du complexe MRN, qui possède une activité nucléase nécessaire aux mécanismes de réparation des cassures double-brin (CDBs). est méthylée sur les arginines de façon asymétrique. Cette méthylation est effectuée par la protéine PRMT1 et survient sur les arginines du motif GAR (Glycine-Arginine Rich) de la protéine MRE11. Cet événement arrive apparemment avant l'incorporation de MRE11 dans le complexe MRN. Le motif GAR de MRE11 influence la relocalisation in vivo de MRN en réponse aux CDBs. en plus d'affecter la réponse de signalisation des CDBs. De plus, une analyse des mutants ponctuels sur les arginines du motif GAR de MRE11 montre que ces arginines normalement méthylées influencent l'activité nucléase de MRE11 in vitro. Finalement, nous montrons que le domaine GAR de MRE11 permet la liaison de la protéine SMN par son domaine tudor, in vivo et in vitro. Cette interaction suggère la participation de SMN au niveau de la réparation des CDBs, ce qui est supporté par la sensibilité aux CDBs des cellules mutantes pour le gène smnl. Nos résultats démontrent, pour la première fois, une implication possible de SMN dans la réparation de l'ADN.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 juin 2023) / FMRP (Fragile X mental retardation protein) est une protéine de liaison à l'ARN dont l'absence cause le développement du syndrome du X fragile avec retard mental (FXS). Ceci serait dû en partie à la perte de la fonction traductionnelle des formes cytoplasmiques de la protéine. Des isoformes nucléaires de FMRP (nFMRP) ont également été identifiées. Cependant, leurs fonctions demeurent très peu étudiées. Ces isoformes ont été localisées au sein de structure nucléaire de traitement de l'ARN, les corps de Cajal. De plus, nos investigations ont impliqué nFMRP dans la réponse cellulaire aux dommages à l'ADN identifiant nFMRP comme étant un antagoniste de la formation de structures d'instabilité génomique et empêchant l'accumulation des dommages à l'ADN associé. Toutefois, les mécanismes sous-jacents impliquant nFMRP et ses interacteurs demeurent inconnus. L'hypothèse est que nFMRP interagit avec des partenaires nucléaires impliqués dans le métabolisme de l'ARN et dans la signalisation du dommage à l'ADN afin de maintenir l'intégrité génomique cellulaire. Les objectifs sont d'identifier les partenaires de nFMRP chez l'humain et de caractériser leur interaction. Ce travail a permis de localiser nFMRP au sein de sites de réparation du dommage à l'ADN, les foyers de Fanconi et d'investiguer l'effet de la protéine sur les R-loops. Finalement, mes travaux ont identifié la protéine DDX5, une hélicase à ARN, réparant les dommages à l'ADN par la résolution de R-loops, comme étant le premier partenaire de nFMRP. Ce résultat permet de définir le rôle joué par nFMRP dans le maintien de la stabilité génomique. Des études de mutagenèses permettront de caractériser le mécanisme entre nFMRP et DDX5 et de futures analyses de protéomique à large spectre permettront d'établir le premier interactome de nFMRP. Ce travail permettra d'ouvrir des avenues de recherche dans la perspective de mieux comprendre les fonctions de nFMRP ainsi que la physiopathologie du FXS. / FMRP (Fragile X mental retardation protein) is an RNA-binding protein whose absence causes the development of Fragile X syndrome with mental retardation (FXS). This would be due in part to the loss of the translational function of the cytoplasmic forms of the protein. Nuclear isoforms of FMRP (nFMRP) have also been identified. However, their functions remain very little studied. These isoforms have been localized within the nuclear RNA processing structure, the Cajal bodies. Furthermore, our investigations implicated nFMRP in the DNA damage cellular response, identifying nFMRP as an antagonist of the formation of genomic instability structures and preventing the accumulation of associated DNA damage. However, the underlying mechanisms involving nFMRP and its interactors remain unknown. The hypothesis is that nFMRP interacts with nuclear partners involved in RNA metabolism and DNA damage signaling to maintain cellular genomic integrity. The objectives are to identify the partners of nFMRP in humans and to characterize their interaction. This work made it possible to locate nFMRP within DNA damage repair sites, the Fanconi foci, and to investigate the effect of the protein on R-loops. Finally, my work identified the protein DDX5, an RNA helicase, repairing DNA damage by resolving R-loops, as the first partner of nFMRP. This result makes it possible to define the role played by nFMRP in the maintenance of genomic stability. Mutagenesis studies will characterize the mechanism between nFMRP and DDX5 and future broad-spectrum proteomic analyzes will establish the first interactome of nFMRP. This work will open avenues of research to better understanding the functions of nFMRP as well as the pathophysiology of FXS.

L'anémie de Fanconi (AF), causée par les mutations de 22 gènes de l'AF (FANCA-FANCW), est une maladie rare associée à une instabilité du génome. Cette maladie est caractérisée par un large éventail de phénotypes cliniques, notamment des anomalies congénitales, une insuffisance progressive de la moelle osseuse, une susceptibilité au cancer, ainsi qu'une hypersensibilité aux agents causant des pontages inter-brins (ICLs) de l'ADN. Plusieurs modèles de souris ont été produits pour étudier l'AF. Cependant, la manifestation la plus répandue chez les patients AF, soit l'insuffisance médullaire progressive, est à peine retrouvée dans ces modèles. Le formaldéhyde, l'aldéhyde le plus simple, existe dans l'environnement et dans nos corps. En fait, nos corps libèrent une concentration relativement élevée de formaldéhyde. Le formaldéhyde peut entraîner des ICLs et des pontages ADN-protéine (DPCs), qui nuisent à la stabilité du génome. Des modèles de souris ont été créés afin d'identifier si une augmentation du niveau de formaldéhyde contribuait à une insuffisance médullaire ou une leucémie comme chez les patients AF. Les souris portant une double inactivation *Fancd2$^\textup{-/-}$ Aldh2$^\textup{-/-}$* ainsi que *Fancd2$^\textup{-/-}$ Adh5$^\textup{-/-}$*, permettant l'accumulation d'aldéhydes, ont mis en lumière l'importance potentielle des aldéhydes, en particulier le formaldéhyde, sur l'apparition de l'AF. Le principal objectif de mon doctorat est d'étudier le mécanisme de réponse cellulaire aux dommages de l'ADN induits par le formaldéhyde en essayant d'identifier une cible thérapeutique potentielle pour les patients atteints d'AF. Afin d'identifier tous les gènes susceptibles d'être impliqués dans la réponse aux dommages de l'ADN induits par le formaldéhyde, nous avons effectué un criblage CRISPR-Cas9 à l'aide de la librairie TKOv1 qui cible plus de 17000 gènes humains. Nous avons identifié plusieurs gènes appartenant soit à la voie AF, à la voie de réparation par excision des nucléotides (NER) ou à la voie du métabolisme du formaldéhyde, qui sont capable d'enrayer les dommages induits par le formaldéhyde confirmant la validité de notre criblage. Fait intéressant, l'exonucléase 1 (EXO1), une nucléase qui participe à la fois aux processus réplicatifs et post-réplicatifs, s'est avérée une cible majeure. Nous avons donc caractérisé les rôles d'EXO1 dans la réponse aux dommages à l'ADN induits par le formaldéhyde tant au niveau des ICLs que DPCs. Nous avons effectué un deuxième criblage CRISPR-Cas9 en utilisant la librairie TKOv3 qui cible environ 18000 gènes dans les lignées cellulaires déficientes en FANCA. Notre objectif pour le deuxième crible est d'identifier les gènes qui pourraient devenir des cibles de traitement thérapeutique. L'inactivation de ces gènes ou l'inhibition des protéines correspondantes pourraient aider les cellules AF ou les patients AF à mieux survivre une exposition au formaldéhyde. Nous validons et caractérisons actuellement les candidats probables de ce ciblage. En résumé, cette thèse élucide le rôle d'EXO1 dans les dommages induits par le formaldéhyde et identifie des cibles diagnostiques et thérapeutiques potentielles pour les patients AF. / Fanconi anemia (FA), caused by the mutations of 22 FA genes (FANCA-FANCW), is a rare, genome instability associated disease. FA is characterized by a wide range of clinical phenotypes including congenital abnormalities, progressive bone marrow failure, cancer susceptibility and hypersensitivity to DNA inter-strand crosslinks (ICLs). Several mouse models have been produced to study FA. However, progressive bone marrow failure, the most prevalent manifestation in FA patients, is hardly recaptured in FA mouse models. Formaldehyde, the simplest aldehyde, exists in the environment and in our bodies. In fact, our bodies release a relatively high concentration of formaldehyde. Formaldehyde can cause ICLs and DNA-protein crosslinks (DPCs), which impair genome stability. Mouse models have been created in order to identify whether increased formaldehyde levels contribute to bone marrow failure or leukemia as in FA patients. *Fancd2$^\textup{-/-}$ Aldh2$^\textup{-/-}$* as well as *Fancd2$^\textup{-/-}$ Adh5$^\textup{-/-}$* double inactivation mouse models allowing for aldehyde accumulation highlighted the potential importance of aldehydes, in particular formaldehyde, on the development of FA. The main objective of my Ph.D. is to study the mechanism of cellular response to formaldehyde-induced DNA damage to identify a potential therapeutic target for FA patients. To gain insights into deciphering which genes may be involved in responding to formaldehyde-induced DNA damage, we carried out a CRISPR-Cas9 screen using the TKOv1 library that targets more than 17000 genes. Our results were validated by the identification of several genes that belong to the FA pathway, the nucleotide excision repair (NER) pathway, or the formaldehyde metabolism pathway, which have been shown to cope with formaldehyde-induced damages or formaldehyde directly. Interestingly, exonuclease 1 (EXO1), a nuclease that participates in both replicative and post-replicative processes, was found to be a major target. Therefore, we characterized the roles of EXO1 in response to formaldehyde-induced DNA damage in both ICLs and DPCs. We also performed a second CRISPR-Cas9 screen using the TKOv3 library targeting around 18000 genes in FANCA-deficient cell lines. Our aim for the second screen is to identify genes that could become actionable therapeutic targets. The knockout of these genes or the inhibition of corresponding proteins could help FA cells or FA patients survive better under the exposure to formaldehyde. We are currently validating and characterizing the possible candidates. In summary, this thesis elucidates the role of EXO1 in formaldehyde-induced DNA damage and identifies potential diagnostic and therapeutic targets for FA patients.

La cryoconservation du sperme a des avantages évidents pour l'industrie animale. Cependant, ce processus semble affecter les propriétés du sperme ainsi que son pouvoir fécondant. La présente thèse vise à étudier l'hypothèse que la congélation du sperme a un impact négatif sur son pouvoir fécondant. Cet impact pourrait être dû à des dommages à l'ADN causés par le stress oxydatif qui accompagne la congélation. Il pourrait aussi découler de l'altération d'autres paramètres fonctionnels suite au processus du congélation-décongélation. Le sperme ovin utilisé provenait de cinq béliers de race Dorset, logés au Centre d'expertise en production ovine du Québec (CEPOQ, La Pocatière, Qc, Canada). Le sperme bovin congelé provenait de 14 taureaux ayant un pouvoir fécondant connu par L'Alliance Boviteq (St-Hyacinthe, Qc, Canada). Immédiatement après la décongélation (0 h) et durant 24 h d'incubation dans un milieu similaire au tractus génital femelle, les semences bovines et ovines ont été soumises au SCSA (Sperm Chromatin Structure Assay) et aux tests d'évaluation de qualité du sperme incluant les paramètres de motilité, de viabilité, l'état physiologique (patron de CTC), la peroxydation lipidiques ainsi que les niveaux cytosoliques du calcium. Le premier objectif a porté sur l'étude des effets de la cryoconservation et de l'incubation dans un milieu similaire au tractus génital femelle sur l'intégrité de l'ADN du sperme. Les résultats montrent une altération de l'intégrité de l'ADN juste après la décongélation et durant l'incubation dans le milieu SOF (synthetic oviductal fluid). Cette altération est plus significative dans la semence congelée, par rapport à la semence fraîche. De tels dommages à l'ADN du sperme ovin pourraient être dus au stress oxydatif. Pour tester cette hypothèse, la stabilité de l'ADN ainsi que la peroxydation lipidique (LPO) ont été évaluées dans le sperme de béliers frais et congelé, traité ou non avec du H2O2. Alors que la congélation n'a pas d'effet sur la LPO, le H202 (150 ou 300 uM) affecte l'intégrité de l'ADN après 24 h d'incubation. Également, et malgré la baisse de la motilité et l'augmentation du pourcentage de spermatozoïdes ayant un patron AR de réaction à l'acrosome à 1 h, ni la LPO ni la viabilité du sperme ont été affectées par le H2O2. Cette LPO était corrélée avec l'instabilité de l'ADN. Ces résultats montrent clairement que la cryoconservation facilite l'instabilité de l'ADN de la semence de bélier. Cet effet est, en partie, dû au stress oxydatif. Concernant les essais avec le sperme bovin, deux expériences ont été menées sur 14 taureaux (1 à 4 éjaculats/taureau) classés en deux groupes de haute ou de faible fertilité in vivo évaluée par le taux de non-retour en chaleurs des vaches inséminées. L'essai 1 portait sur l'étude des corrélations entre la stabilité de l'ADN du sperme du taureau et sa fertilité durant une incubation dans le Talp-BSA à 0 et à 7 h. L'essai 2 a porté sur l'étude des corrélations entre les niveaux cytosoliques de calcium du sperme bovin cryopréservé et la fertilité du taureau in vivo. Les résultats montrent que l'altération de l'ADN était significativement plus élevée chez le groupe de faible fertilité à 0 h. En revanche, les niveaux de calcium cytosolique ont été similaires à 0 h et réduites significativement chez les taureaux les plus fertiles à 7 h d'incubation dans le Talp-BSA. À la lumière de ces résultats, il découle que la réduction de la fertilité du taureau in vivo est due aux dommages à l'ADN du sperme cryoconservé. Également, la cytométrie en flux semble être un outil de choix permettant une analyse objective et rapide de plusieurs paramètres spermatiques d'un grand nombre de spermatozoïdes en même temps. Pour ces raisons, il est recommandé d'utiliser l'analyse de cytométrie en flux (y compris le test de l'intégrité de l'ADN) dans l'industrie de l'insémination artificielle afin d'évaluer la qualité du sperme et sa relation avec la fertilité masculine.