Les cassures double-brin de l'ADN, lorsque incorrectement réparées, peuvent avoir des conséquences fatales telles que des délétions et des réarrangements chromosomiques, favorisant la carcinogenèse. La poly(ADP-ribosyl)ation réalisée par la protéine poly(ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) est l'une des premières modifications post-traductionnelles qui se produisent en réponse aux dommages à l'ADN. La PARP-1 utilise la nicotinamide pour générer un polymère chargé négativement, nommé poly(ADP-ribose) polymère (PAR), lequel est attaché en majorité à la PARP-1 elle-même ainsi qu'à d'autres protéines cibles. Le PAR a récemment été reconnu comme un signal de recrutement pour certaines protéines de réparation aux sites de dommages à l'ADN, mais un débat est en cours quant au rôle précis de la PARP-1 et du PAR dans la réponse aux dommages de l'ADN. Au cours de mon projet de doctorat, nous avons pu confirmer que les protéines qui se retrouvent en complexe avec le PAR immédiatement après les dommages à l'ADN sont principalement des facteurs de réparation. Étonnamment, les complexes protéiques associés au PAR pendant la période de récupération suite aux dommages sont enrichis en facteurs de liaison à l'ARN. Toutefois, la protéine liant l'ARN la plus abondante que nous avons détectée dans l'interactome du PAR, soit NONO, ne suit pas cette dernière cinétique puisqu'elle est fortement enrichie immédiatement après les dommages à l'ADN. Notre étude subséquente de NONO dans la réponse aux cassures double-brin de l'ADN a étonnamment révélé une implication directe de celle-ci par le mécanismede réparation de jonction des extrémités non-homologues. En plus, nous avons constaté que NONO se lie fortement et spécifiquement au PAR via son motif 1 de la reconnaissance de l'ARN, soulignant la compétition entre les PAR et l'ARN pour le même site de liaison. Fait intéressant, le recrutement in vivo de NONO aux sites de dommages de l'ADN dépend entièrement du PAR et nécessite le motif 1 de la reconnaissance de l'ARN. En conclusion, nos résultats établissent NONO comme une nouvelle protéine impliquée dans la réponse aux cassures double-brin de l'ADN et plus généralement démontrent un autre niveau de complexité supplémentaire dans l'interdépendance de la biologie de l'ARN et la réparation de l'ADN. / DNA double-strand breaks are potentially lethal lesions, which if not repaired correctly, can have harmful consequences such as carcinogenesis promoted by chromosome deletions and rearrangements. Poly(ADP-ribosyl)ation carried out by poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP-1) is one of the first posttranslational modifications occurring in response to DNA damage. In brief, PARP-1 uses nicotinamide to generate a negatively charged polymer called poly(ADP-ribose) polymer (PAR), that can be attached to acceptor proteins, which is to a large extent PARP-1 itself. PAR has recently been recognized as a recruitment signal for key DNA repair proteins to sites of DNA damage but the precise role of PARP-1 and its catalytic product PAR in the DNA damage response are still a matter of ongoing debate. Throughout my doctoral work, we confirmed that the proteins in complex with PAR promptly after DNA damage are mostly DNA repair proteins, whereas during the period of recovery from DNA damage, the PAR interactome is highly enriched with RNA processing factors. Interestingly, one of the most abundant RNA-binding proteins detected in the PAR interactome, namely NONO, did not follow these kinetics as it was highly enriched immediately after DNA damage in the DNA repair protein complexes centered on PAR. Our subsequent investigation of NONO in the DNA damage response to double-strand breaks strikingly revealed a direct implication for NONO in repair by nonhomologous end joining (NHEJ). Moreover, we found that NONO strongly and specifically binds to PAR through its RNA-recognition motif 1 (RRM1), highlighting competition between PAR and RNA for the same binding site. Remarkably, the in vivo recruitment of NONO to DNA damage sites completely depends on PAR and requires the RRM1 motif. In conclusion, our results establish NONO as a new protein implicated in the DNA damage response to double-strand break and in broader terms add another layer of complexity to the cross-talk between RNA-biology and DNA repair.

D'après notre stratégie de clonage, nous avons obtenu des protéines recombinantes dérivées de la PARP-1 correspondantes au premier doigt de Zn (Znl), au deuxième doigt de Zn (Zn2), au troisième doigt de Zn (Zn3), au domaine DB-WRG-CAT et au domaine WRG-CAT. Pour démontrer que Znl et Zn2 interagissent avec l'ADN simple brin nous avons utilisé des essais de retard sur gel (EMSA). Nos résultats suggèrent que Znl et Zn2 ont la capacité de se lier à l'ADN simple brin avec une haute préférence pour poly (dA), poly (T) et poly (dC). Parmi les sondes d'ADN simple brin, Zn3 a montré une affinité pour poly(T), poly(dG) et poly(dC). Remarquablement, Zn3 a montré une forte Uaison aux sondes d'ARN. Ce résultat nous pennet de suggérer un rôle de Zn3 dans le processus de transcription. L'enzyme pourrait être en contact avec des hybrides ARN-ADN lors de ce processus. Cependant le rôle précis de Zn3 reste encore à établir. Les doigts de Znl, Zn2 et Zn3 ainsi que le fragment WGR-CAT n'ont montré aucune affinité pour l'ADN double brin. Par ailleurs, nous avons clone une région de 60 acides aminés situés entre le domaine BRCT et le domaine WRG de la protéine PARP-1; nous l'avons baptisée région DB. Le fragment DB-WRG-CAT a montré une forte affinité par l'ADN double brin. Ce résultat suggère que la région DB est responsable de l'interaction de la protéine PARP-1 avec l'ADN double brin. Pour déterminer si la PARP-1 se lie à une structure de l'ADN simple brin et double brin, et pour démontrer si cette interaction est capable d'activer l'enzyme, nous avons construit différentes structures d'ADN qui comportent une boucle d'adénine ou de thymidine. Nos résultats suggèrent que l'ADN qui comporte une jonction entre simple et double brin agit comme un activateur potentiel de la PARP-1. Finalement, nous proposons un modèle qui pennet de comprendre l'interaction de la PARP-1 avec l'ADN qui est retrouvé dans plusieurs processus biologiques.

La poly(ADP-ribosyl)ation implique principalement deux enzymes, la poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) et la poly(ADP-ribose) glycohydrolase (PARG). PARP-1 catalyse la formation de poly(ADP-ribose) à partir du NAD+ lors de bris à l'ADN. Le poly(ADP-ribose) est attaché de façon covalente à certaines protéines cibles ce qui en modifie les fonctions par modification post-traductionnelle transitoire. Les protéines modifiées regagnent rapidement leur état d'origine quand l'enzyme PARG hydrolyse le polymère. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont permis de démontrer que la transcription du gèneparp-1 était en partie assurée par Spl etNFI. Comme le gène parp-1, le gène parg est de type housekeeping. Il est probable que ces facteurs soient aussi impliqués dans la transcription de parg. La poly(ADP-ribosyl)ation est débalancée dans les lignées de mélanomes uvéal agressives (T97 et T98) et non-agressives (T108 et Tl 15). Ce projet consiste à caractériser le promoteur du gène humain parg, à étudier son expression et à mieux comprendre le débalancement de la poly(ADP-ribosyl)ation chez ces lignées. Le débalancement de l'expression des enzymes de la poly(ADP-ribosyl)ation a été étudié par puces à ADN, immunobuvardage et par mesure de l'activité enzymatique. L'analyse fonctionnelle du promoteur parg humain a été réalisée par transfection de plasmides recombinants. La liaison de facteurs de transcription à la région assurant l'activité basale du promoteur de parg a été démontrée par retards sur gels. Un test de clonogénicité a été réalisé afin de mesurer la survie des cellules cancéreuses après irradiations ionisantes avec et sans inactivation de la PARG. Nous avons confirmé une variation de l'expression des enzymes de la poly(ADP-ribosyl)ation entre les lignées non-agressives versus agressives du mélanome uvéal. Un débalancement favorisant l'activité glycohydrolase de PARG semble conférer au mélanome uvéal une agressivité accrue. De plus, la région du promoteur de parg comprise entre -47 et -85 pb en amont du site d'initiation de la transcription assure la transcription basale du gène. Les facteurs de transcription Spl et ERM s'y attache. Ainsi, l'étude démontre un débalancement de l'expression des enzymes de la poly(ADP-ribosyl)ation chez le mélanome uvéal. L'emplacement de la région assurant l'activité basale du promoteur de parg et le recrutement de facteurs de transcription y est démontré.

Le carcinome hépatocellulaire est l'un des cancers les plus fréquents et des plus sévères à travers le monde. Le diagnostic est souvent tardif et les traitements curatifs ne peuvent être proposés qu'à un nombre limité de patients. Les technologies modernes ont permis le développement de nouvelles méthodes de radiothérapie qui montrent aujourd'hui de bons résultats. Par ailleurs, bien que des déficiences dans les voies de réparation de l'ADN soient associées à une instabilité génomique et une susceptibilité au cancer, une inhibition de ces voies sensibilise les cellules cancéreuses à la chimiothérapie et à la radiothérapie. Dans ce contexte, les inhibiteurs de poly(ADP-ribose) polymérases (PARP) ont déjà montré des résultats prometteurs dans des études pré-cliniques et sont en cours d'évaluation clinique pour de nombreux cancers. Ce travail de thèse a consisté en l'évaluation du potentiel des inhibiteurs de PARP en combinaison avec la radiothérapie comme nouvelle option thérapeutique pour le carcinome hépatocellulaire. La première étape de ce travail a été de caractériser les profils d'expression et d'activité de plusieurs membres de la famille PARP dans des cellules cancéreuses du foie et des hépatocytes primaires humains ainsi que dans des tissus hépatiques. En second lieu, nous avons étudié le potentiel de l'inhibiteur de PARP ABT-888 seul et en combinaison à des radiations ionisantes in vitro. Le traitement par l'inhibiteur de PARP ABT-888 en agent seul a montré une sensibilité variable des différentes lignées cellulaires étudiées à cette drogue. Afin de comprendre la sensibilité variable des cellules cancéreuses hépatiques à l'ABT-888, nous avons analysé leur capacité de réparation des dommages à l'ADN et avons observé des capacités différentes entre les lignées cellulaires. Finalement, nous avons pu montrer que l'ABT-888 sensibilise les cellules cancéreuses hépatiques aux radiations ionisantes. Ce travail de recherche a permis de montrer que les inhibiteurs de PARP ont un fort potentiel pour améliorer les méthodes de radiothérapie utilisées dans la prise en charge du carcinome hépatocellulaire / Hepatocellular carcinoma is the third cause of cancer related death. Due its often late diagnosis and advanced stage, a limited number of patients can benefit from curative treatments. There is thus a constant need for new treatment strategies for patients with hepatocellular carcinoma. Targeting DNA repair pathways to sensitize tumor cells to chemoor radiotherapeutic treatments is now a common strategy under investigation for cancer treatment with inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerases (PARP) showing great potential. The aim of this work was to evaluate the potential of PARP inhibitors alone and in combination with radiation therapy as a new strategy for the treatment of hepatocellular carcinoma. We first analyzed the expression and activity of different PARP genes in a panel of liver cancer cell lines and primary human hepatocytes as well as their DNA repair capacity and assess the impact of PARP inhibitors alone and in combination with ionizing radiation in these models on cell survival. A large range in expression of PARP family members, PARP activity and sensitivity to ABT-888 in the panel of liver cells was observed as well as differential excision/synthesis repair capacity. Finally, we showed that ABT-888 sensitizes liver cancer cells to the cell killing effects of ionizing radiation. PARP inhibitors show great potential for improving radiation therapy strategies used in the management of hepatocellular carcinoma

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Le traumatisme crânien (TC) représente un des problèmes majeurs de santé publique, pour lequel à l’heure actuelle il n’existe aucun traitement. Le TC induit une neuro-inflammation délétère qui pourrait contribuer à l’apparition des lésions de la substance blanche (SB). Ces dernières sont à l’origine de lourdes conséquences neurologiques chez les patients victimes de TC. Néanmoins, très peu d’études se sont intéressées à ces lésions bien que plus sévères que les lésions de la substance grise. Ainsi une meilleure connaissance de leur évolution et des causes devient indispensable. L’hyperactivation de la poly(ADP ribose)polymérase (PARP) joue un rôle délétère dans les conséquences post-traumatiques, notamment sur la neuro-inflammation. Ainsi son inhibition pourrait être bénéfique le développement des lésions de la SB. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail a été d’évaluer le rôle de la PARP dans les lésions de la SB dans un modèle expérimental de TC induit par impact cortical contrôlé chez la souris. Dans une première partie, nous avons étudié l’évolution de la démyélinisation dans le corps calleux, une structure riche en SB, entre 6 heures et 3 mois post-TC. Parallèlement, les évolutions de la lésion cérébrale, des déficits sensorimoteurs, de la neuro-inflammation et de l’œdème cérébral ont été étudiées. Le TC induit (1) une démyélinisation dès 7 jours et au moins jusqu’à 3 mois post-TC, précédée par (2) une lésion cérébrale entre 24 et 72 heures suivie par une cicatrisation, (3) une neuro-inflammation entre 6 heures et 7 jours et (4) un œdème cérébral entre 6 et 72 heures post-TC. De plus, le TC induit des déficits sensorimoteurs à 6 heures et 3 mois. Ces résultats montrent que ce modèle est adapté pour étudier les lésions de la SB post-TC, et que la neuro-inflammation et l’œdème cérébral pourrait être impliqués dans la démyélinisation. Dans une deuxième partie, nous avons étudié le rôle de la PARP dans les lésions de la SB suite à TC à l’aide de souris knockout (KO) et wild-type (WT) pour le gène de la PARP. Nous avons mis en évidence que les souris KO ne présentent pas de démyélinisation bilatérale du corps calleux après un TC par rapport aux souris WT à 7 jours post-TC, démontrant pour la première fois l’implication de cette enzyme dans les lésions de la SB consécutives à un TC. De plus, nous avons constaté que les souris KO non traumatisées présentent une diminution de myélinisation comparativement aux souris WT non traumatisées, suggérant un rôle de la PARP dans le processus physiologique de la myélinisation.En conclusion, l’ensemble de ce travail expérimental a permis (1) une meilleure caractérisation de la démyélinisation post-TC et des mécanismes potentiellement impliqués dans cette dernière, et (2) de démontrer pour la première fois le rôle délétère de la PARP dans la démyélinisation induite par un TC. Nos travaux suggèrent le potentiel de l’inhibition de la PARP comme stratégie thérapeutique pour la prévention des lésions de la SB post-traumatiques. / Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of death and disability for which there is no neuroprotective treatment up to date. It results in neuroinflammation that may participate in lasting motor and cognitive impairments accompanied by changes in white matter (WM) tracts. WM lesions, evidenced by demyelination, are associated with neurological disorders and in clinical studies are common consequences in patients with chronic TBI. Several studies suggest a contribution of an overactivation of the poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) to the neuroinflammatory response which may lead to demyelination. The first part of this study was dedicated to a detailed in vivo assessment of the evolution over time of neurological disorders, cerebral lesion and edema, neuroinflammation and white matter injury induced by controlled cortical impact (CCI) between 6 hours and 12 weeks post-TBI. Notably in the corpus callosum, a significant demyelination starting at 7 days appeared to be a major consequence to post-traumatic neuroinflammation associated with motor dysfunctions. The second part of this study was dedicated to the evaluation of PARP’s role in WM lesions post-TBI, using PARP knockout (KO) mice. Our main findings reveal a diminished demyelination in the corpus callosum of TBI PARP KO as opposed to TBI PARP wildtype specimens. Hence, these data suggest for the first time PARP’s deleterious role in post-traumatic demyelination. In conclusion, taken together these data give an overall view of motor/sensorimotor deficits, neuroinflammation and demyelination in a CCI model of TBI that could help to validate pharmacological strategy for preventing post-traumatic WM injury. Notably, PARP’s inhibition seems to be a valid candidate as this enzyme participates in the establishment of a demyelinating process.

Introdução: A sepse é causada por uma resposta desregulada a uma infecção cujo tratamento é de suporte, inexistindo alternativas imunomoduladoras. Linfócitos T reguladores são responsáveis por limitar a inflamação, mas podem causar imunossupressão e os Th17 são pró-inflamatórios e responsáveis pela imunidade de mucosas; ambos apresentam-se elevados nos pacientes com sepse. A PARP é uma enzima sensor de dano ao DNA que é continuamente ativada na sepse, sendo importante também na diferenciação¸ dos linfócitos T reguladores e como coativador de NF-kB. Neste estudo, avaliamos se o tratamento com inibidor de PARP é capaz de manter os linfócitos Th17 e T reguladores próximos aos valores basais, impedindo que ocorra a resposta exacerbada causada por estas células e servindo, portanto, como opção de tratamento imunomodulador. Métodos: Camundongos machos da linhagem C57Bl/6 com 7 semanas de idade e pesando entre 20-25 gramas foram submetidos à ligadura e punção cecal e receberam tratamento com olaparibe (10mg/Kg) após 30 minutos e após 8 horas da cirurgia. Baço, timo e sangue foram coletados e utilizados para análise das populações de linfócitos T reguladores e Th17, citocinas e miRNAs. Resultados: O modelo de ligadura e punção cecal foi capaz de mimetizar a linfopenia encontrada em pacientes e o aumento de linfócitos T reguladores e Th17. O tratamento com olaparibe reduziu os linfócitos T reguladores no baço tanto em porcentagem quanto em quantidade de células. Tanto o nível de IL-10 quanto a expressão do miRNA 146a-5p caíram em ambos os grupos CLP, sugerindo menor atividade supressora destes linfócitos. No sangue houve aumento dos linfócitos T reguladores, mas apenas o grupo não tratado apresentou alta de IL-10, sugerindo que o tratamento conteve o perfil supressor. No timo o tratamento parece agir por uma forma diferente; embora ocorra aumento dos linfócitos T reguladores, o grupo tratado teve aumento da expressão do miRNA 17a-5p, que reduz a atividade supressora desses linfócitos, mostrando que as células produzidas tem sua atividade supressora alterada, o que é corroborado pelo não aumento de IL-10 nesse grupo. Os linfócitos Th17, que são pró-inflamatórios, foram controlados com o tratamento no baço e no sangue. Isso possivelmente ocorreu pela ação da PARP que impediu o aumento de citocinas como IL-1beta, IL-6, TNF-alfa, IL-17A, INF-y, que estavam elevadas apenas no grupo não tratado. Além disso, a relação entre linfócitos Th17 e T reguladores foi controlada, sugerindo melhora no desfecho clínico. Conclusões: O tratamento com olaparibe se mostrou eficiente em reduzir as respostas inflamatória (causada pelo Th17) e supressora (causada pelo Treg) neste modelo, talvez pela alteração de citocinas e da expressão dos miRNA 17a-5p e 146a-5p / Introduction: Sepsis is caused by a dysregulated response to an infection whose treatment is supportive, and there are no immunomodulatory alternatives. Regulatory T lymphocytes are responsible for limiting inflammation but may cause immunosuppression and Th17 are proinflammatory and responsible for mucosal immunity; both are elevated in patients with sepsis. PARP is a DNAdamaging enzyme that is continuously activated in sepsis, also important in the di_erentiation of regulatory T lymphocytes and as a cofactor of NF-kB. In this study, we evaluated whether treatment with PARP inhibitor is able to keep the T regulatory and Th17 lymphocytes close to the baseline values, preventing the exacerbated response caused by these cells and therefore serving as an option for immunomodulatory treatment. Methods: C57Bl male mice at 7 weeks of age weighing between 20-25 grams were submited at cecal binding and puncture and received treatment with olaparib (10mg/kg) after 30 minutes and after 8 hours of the surgery. Spleen, thymus and blood cells have been used for analysis of T regulatory and Th17 lymphocytes populations, cytokines and miRNA. Results: The cecal ligation and puncture model was able to mimic the lymphopenia found in patients and the increase of T regulatory and Th17 lymphocytes. Treatment with olaparib reduced the T regulatory lymphocytes in the spleen in both percentage and number of cells. Both the IL-10 level and the 146a-5p miRNA expression fell in both CLP groups, suggesting lower suppressor activity of these lymphocytes. In the blood there was an increase in the T regulatory lymphocytes, but only the untreated group showed high IL-10, suggesting that the treatment contained the suppressor profile. In the thymus the treatment seems to act in a di_erent way; although there is an increase in the T regulatory lymphocytes, the treated group had increased expression of 17a-5p miRNA, which reduces the suppressive activity of these lymphocytes, showing that the cells produced have their supressor activity altered, which is corroborated by the non-increase of IL- 10 in this group. Th17 lymphocytes, which are proinflammatory, were controlled with treatment in the spleen and blood. This was possibly due to the action of PARP which prevented the increase of cytokines such as IL-1beta, IL-6, TNF-alpha, IL-17A, INF-y which were raised only in the group not treated. In addition, the ratio between Th17 and T regulatory lymphocytes was controlled, suggesting improvement in clinical outcome. Conclusions: The treatment with olaparib was e_cient in reducing inflammatory responses (caused by Th17) and suppressor (caused by Treg) in this model, perhaps due to the alteration of cytokines and the expression of miRNAs 17a-5p and 146a-5p

Le traumatisme crânien (TC) représente un des problèmes majeurs de santé publique, pour lequel à l’heure actuelle il n’existe aucun traitement. Le TC induit une neuro-inflammation délétère qui pourrait contribuer à l’apparition des lésions de la substance blanche (SB). Ces dernières sont à l’origine de lourdes conséquences neurologiques chez les patients victimes de TC. Néanmoins, très peu d’études se sont intéressées à ces lésions bien que plus sévères que les lésions de la substance grise. Ainsi une meilleure connaissance de leur évolution et des causes devient indispensable. L’hyperactivation de la poly(ADP ribose)polymérase (PARP) joue un rôle délétère dans les conséquences post-traumatiques, notamment sur la neuro-inflammation. Ainsi son inhibition pourrait être bénéfique le développement des lésions de la SB. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail a été d’évaluer le rôle de la PARP dans les lésions de la SB dans un modèle expérimental de TC induit par impact cortical contrôlé chez la souris. Dans une première partie, nous avons étudié l’évolution de la démyélinisation dans le corps calleux, une structure riche en SB, entre 6 heures et 3 mois post-TC. Parallèlement, les évolutions de la lésion cérébrale, des déficits sensorimoteurs, de la neuro-inflammation et de l’œdème cérébral ont été étudiées. Le TC induit (1) une démyélinisation dès 7 jours et au moins jusqu’à 3 mois post-TC, précédée par (2) une lésion cérébrale entre 24 et 72 heures suivie par une cicatrisation, (3) une neuro-inflammation entre 6 heures et 7 jours et (4) un œdème cérébral entre 6 et 72 heures post-TC. De plus, le TC induit des déficits sensorimoteurs à 6 heures et 3 mois. Ces résultats montrent que ce modèle est adapté pour étudier les lésions de la SB post-TC, et que la neuro-inflammation et l’œdème cérébral pourrait être impliqués dans la démyélinisation. Dans une deuxième partie, nous avons étudié le rôle de la PARP dans les lésions de la SB suite à TC à l’aide de souris knockout (KO) et wild-type (WT) pour le gène de la PARP. Nous avons mis en évidence que les souris KO ne présentent pas de démyélinisation bilatérale du corps calleux après un TC par rapport aux souris WT à 7 jours post-TC, démontrant pour la première fois l’implication de cette enzyme dans les lésions de la SB consécutives à un TC. De plus, nous avons constaté que les souris KO non traumatisées présentent une diminution de myélinisation comparativement aux souris WT non traumatisées, suggérant un rôle de la PARP dans le processus physiologique de la myélinisation.En conclusion, l’ensemble de ce travail expérimental a permis (1) une meilleure caractérisation de la démyélinisation post-TC et des mécanismes potentiellement impliqués dans cette dernière, et (2) de démontrer pour la première fois le rôle délétère de la PARP dans la démyélinisation induite par un TC. Nos travaux suggèrent le potentiel de l’inhibition de la PARP comme stratégie thérapeutique pour la prévention des lésions de la SB post-traumatiques. / Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of death and disability for which there is no neuroprotective treatment up to date. It results in neuroinflammation that may participate in lasting motor and cognitive impairments accompanied by changes in white matter (WM) tracts. WM lesions, evidenced by demyelination, are associated with neurological disorders and in clinical studies are common consequences in patients with chronic TBI. Several studies suggest a contribution of an overactivation of the poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) to the neuroinflammatory response which may lead to demyelination. The first part of this study was dedicated to a detailed in vivo assessment of the evolution over time of neurological disorders, cerebral lesion and edema, neuroinflammation and white matter injury induced by controlled cortical impact (CCI) between 6 hours and 12 weeks post-TBI. Notably in the corpus callosum, a significant demyelination starting at 7 days appeared to be a major consequence to post-traumatic neuroinflammation associated with motor dysfunctions. The second part of this study was dedicated to the evaluation of PARP’s role in WM lesions post-TBI, using PARP knockout (KO) mice. Our main findings reveal a diminished demyelination in the corpus callosum of TBI PARP KO as opposed to TBI PARP wildtype specimens. Hence, these data suggest for the first time PARP’s deleterious role in post-traumatic demyelination. In conclusion, taken together these data give an overall view of motor/sensorimotor deficits, neuroinflammation and demyelination in a CCI model of TBI that could help to validate pharmacological strategy for preventing post-traumatic WM injury. Notably, PARP’s inhibition seems to be a valid candidate as this enzyme participates in the establishment of a demyelinating process.

Poly(ADP-ribosyl)ation, a covalent modification of proteins catalyzed by poly(ADP-ribose) polymerases (PARPs), plays a crucial role in regulating DNA repair, DNA replication, and cell death. Poly(ADP-ribose) Polymerase-1 (PARP-1) is a nuclear zinc-finger DNA-binding protein that is the most extensively studied member of the PARP family. The activation of PARP-1 depends on the N-terminal DNA-binding domain, which consists of two unusually long zinc finger-like motifs (termed FI and FII) of the form CX₂CX₂₈/₃₀HX₂C and a newly discovered zinc-ribbon motif (FIII). Though zinc is indispensible for PARP-1 activity, the metal binding affinities of the unusual zinc fingers of PARP-1 is not yet known. In this dissertation, the second zinc finger of PARP-1 was used as a model peptide to study the binding properties of several divalent metal ions (Co²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, and Pb²⁺). Metal-induced protein folding was investigated by circular dichroism, and the effects of the metal ions on PARP-1 activity were investigated by poly(ADP-ribosyl)ation activity assays. This study represents the first detailed biochemical characterization of the PARP zinc fingers. The functional role of each zinc finger in DNA damage recognition is critical for understanding how PARP-1 is involved in DNA repair. Thus, we constructed a series of PARP-1 zinc finger variant proteins and investigated their DNA binding properties and their effects on PARP activity. Using a combination of southwestern blotting and activity assays, we demonstrated that FII is more important for DNA binding, while FI and FIII seem to facilitate PARP activity. The DNA sequence-independent binding properties of PARP-1 were further characterized using DNA probes bearing defined secondary structures. Together, our results indicate that the zinc fingers help position the enzyme at specific DNA damage sites, and also help to activate the catalytic domain upon DNA binding. PARP-1 is involved in caspase-independent apoptosis, and the translocation of apoptosis inducing factor (AIF) out of the mitochondrial matrix has been shown to require PARP-1 activity. However, it is not readily apparent how the catalytic activity of PARP-1 (a nuclear protein) triggers the release of AIF from the mitochondrial matrix. In an attempt to understand the relationship between PARP-1 activity and caspase-independent apoptosis, we demonstrate here that AIF is an in vitro protein substrate for PARP-1. The possible implications of this finding will be discussed. / text

Le traumatisme crânien (TC) représente un des problèmes majeurs de santé publique, pour lequel à l’heure actuelle il n’existe aucun traitement. Le TC induit une neuro-inflammation délétère qui pourrait contribuer à l’apparition des lésions de la substance blanche (SB). Ces dernières sont à l’origine de lourdes conséquences neurologiques chez les patients victimes de TC. Néanmoins, très peu d’études se sont intéressées à ces lésions bien que plus sévères que les lésions de la substance grise. Ainsi une meilleure connaissance de leur évolution et des causes devient indispensable. L’hyperactivation de la poly(ADP ribose)polymérase (PARP) joue un rôle délétère dans les conséquences post-traumatiques, notamment sur la neuro-inflammation. Ainsi son inhibition pourrait être bénéfique le développement des lésions de la SB. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail a été d’évaluer le rôle de la PARP dans les lésions de la SB dans un modèle expérimental de TC induit par impact cortical contrôlé chez la souris. Dans une première partie, nous avons étudié l’évolution de la démyélinisation dans le corps calleux, une structure riche en SB, entre 6 heures et 3 mois post-TC. Parallèlement, les évolutions de la lésion cérébrale, des déficits sensorimoteurs, de la neuro-inflammation et de l’œdème cérébral ont été étudiées. Le TC induit (1) une démyélinisation dès 7 jours et au moins jusqu’à 3 mois post-TC, précédée par (2) une lésion cérébrale entre 24 et 72 heures suivie par une cicatrisation, (3) une neuro-inflammation entre 6 heures et 7 jours et (4) un œdème cérébral entre 6 et 72 heures post-TC. De plus, le TC induit des déficits sensorimoteurs à 6 heures et 3 mois. Ces résultats montrent que ce modèle est adapté pour étudier les lésions de la SB post-TC, et que la neuro-inflammation et l’œdème cérébral pourrait être impliqués dans la démyélinisation. Dans une deuxième partie, nous avons étudié le rôle de la PARP dans les lésions de la SB suite à TC à l’aide de souris knockout (KO) et wild-type (WT) pour le gène de la PARP. Nous avons mis en évidence que les souris KO ne présentent pas de démyélinisation bilatérale du corps calleux après un TC par rapport aux souris WT à 7 jours post-TC, démontrant pour la première fois l’implication de cette enzyme dans les lésions de la SB consécutives à un TC. De plus, nous avons constaté que les souris KO non traumatisées présentent une diminution de myélinisation comparativement aux souris WT non traumatisées, suggérant un rôle de la PARP dans le processus physiologique de la myélinisation.En conclusion, l’ensemble de ce travail expérimental a permis (1) une meilleure caractérisation de la démyélinisation post-TC et des mécanismes potentiellement impliqués dans cette dernière, et (2) de démontrer pour la première fois le rôle délétère de la PARP dans la démyélinisation induite par un TC. Nos travaux suggèrent le potentiel de l’inhibition de la PARP comme stratégie thérapeutique pour la prévention des lésions de la SB post-traumatiques. / Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of death and disability for which there is no neuroprotective treatment up to date. It results in neuroinflammation that may participate in lasting motor and cognitive impairments accompanied by changes in white matter (WM) tracts. WM lesions, evidenced by demyelination, are associated with neurological disorders and in clinical studies are common consequences in patients with chronic TBI. Several studies suggest a contribution of an overactivation of the poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) to the neuroinflammatory response which may lead to demyelination. The first part of this study was dedicated to a detailed in vivo assessment of the evolution over time of neurological disorders, cerebral lesion and edema, neuroinflammation and white matter injury induced by controlled cortical impact (CCI) between 6 hours and 12 weeks post-TBI. Notably in the corpus callosum, a significant demyelination starting at 7 days appeared to be a major consequence to post-traumatic neuroinflammation associated with motor dysfunctions. The second part of this study was dedicated to the evaluation of PARP’s role in WM lesions post-TBI, using PARP knockout (KO) mice. Our main findings reveal a diminished demyelination in the corpus callosum of TBI PARP KO as opposed to TBI PARP wildtype specimens. Hence, these data suggest for the first time PARP’s deleterious role in post-traumatic demyelination. In conclusion, taken together these data give an overall view of motor/sensorimotor deficits, neuroinflammation and demyelination in a CCI model of TBI that could help to validate pharmacological strategy for preventing post-traumatic WM injury. Notably, PARP’s inhibition seems to be a valid candidate as this enzyme participates in the establishment of a demyelinating process.