La transcription cachée est un phénomène répandu aussi bien chez les eucaryotes que chez les procaryotes. Elle se caractérise par une production massive d’ARNs non-codants au niveau de régions non-annotées du génome et est potentiellement dangereuse pour la cellule car elle peut interférer avec l’expression normale des gènes. Chez S. cerevisiae, l’hélicase Sen1 induit la terminaison précoce de la transcription non-codante et joue ainsi un rôle clé dans le contrôle de la transcription cachée. Sen1 est très conservée et des mutations dans son homologue humain, senataxin (SETX), ont été associées à des maladies neurodégénératives. Malgré de nombreuses recherches menées sur ces protéines, leurs propriétés biochimiques ainsi que leurs mécanismes d’action restent peu connus. Durant ma thèse, j’ai étudié le mécanisme de terminaison par Sen1.Premièrement, j’ai caractérisé les activités biochimiques de Sen1 et analysé comment elles permettent d’induire la terminaison. Pour cela, j’ai utilisé un ensemble de techniques in vitro, notamment un système de transcription-terminaison qui contient uniquement des composants purifiés : Sen1, l’ARN polymérase II (Pol II) et les ADN matrices. Ce système permet de modifier les différents éléments de façon contrôlée afin de comprendre leur rôle précis dans la terminaison. J’ai tout d’abord analysé la fonction des différents domaines de Sen1 dans la terminaison. Sen1 est une protéine de taille importante qui possède un domaine central catalytique flanqué par deux domaines impliqués dans l’interaction avec d’autres facteurs. J’ai montré que le domaine hélicase est suffisant pour déclencher la terminaison de la transcription in vitro. Ensuite, j’ai montré que Sen1 utilise l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer sur des acides nucléiques simple bras (ARN et ADN) dans le sens 5’ vers 3’. J’ai alors étudié le rôle des différents acides nucléiques du système dans la terminaison par Sen1 et j’ai montré que l’interaction de Sen1 avec l’ADN n’est pas nécessaire; en revanche Sen1 doit s’associer à l’ARN naissant et se déplacer vers la polymérase. J’ai aussi montré qu’une fois que Sen1 entre en collision avec la Pol II, elle y exerce une action mécanique qui conduit à la terminaison uniquement quand la Pol II marque une pause. Cela indique que la terminaison est fortement dépendante de la pause transcriptionnelle. Deuxièmement, en collaboration avec le groupe d’E. Conti, nous avons réalisé une analyse structure-fonction du domaine hélicase de Sen1. Nous avons observé que Sen1 présente une organisation similaire à celle d’autres hélicases proches avec un core composé de deux domaines de type RecA avec plusieurs domaines auxiliaires. En général, le core est très conservé au sein des hélicases proches, alors que les domaines accessoires ont des caractéristiques distinctes qui confèrent des propriétés spécifiques aux différentes hélicases. En effet, nous avons identifié un sous-domaine spécifique à Sen1 mais conservé au cours de l’évolution que nous avons appelé le “brace”. Nous avons également détecté des différences notables au niveau d’un autre domaine accessoire que nous avons nommé le “prong”. Nous avons pu montrer que le “prong” est essentiel pour la terminaison par Sen1. Nos données suggèrent que les caractéristiques structurales spécifiques de Sen1 que nous avons révélées sont des déterminants majeurs de son activité dans la terminaison de la transcription. Finalement, nous avons utilisé Sen1 comme modèle pour étudier des mutations dans SETX qui sont associées à des maladies neurodégénératives. Nous avons introduit chez Sen1 une partie des mutations liées à des maladies et nous avons réalisé une caractérisation biochimique complète de chaque mutant. Nous avons ainsi montré que toutes les mutations sont fortement délétères pour la terminaison de la transcription. En conclusion, nos résultats ont permis d’améliorer la compréhension de l’origine des maladies provoquées par des mutations dans SETX. / Pervasive transcription is a common phenomenon both in eukaryotes and prokaryotes that consists in the massive production of non-coding RNAs from non-annotated regions of the genome. Pervasive transcription poses a risk that needs to be controlled since it can interfere with normal transcription of canonical genes. In S.cerevisiae, the helicase Sen1 plays a key role in restricting pervasive transcription by eliciting early termination of non-coding transcription. Sen1 is highly conserved across species and mutations in the human Sen1 orthologue, senataxin (SETX), are associated with two neurological disorders. Despite the major biological relevance of Sen1 proteins, little is known about their biochemical properties and precise mechanisms of action. During my PhD I have studied in detail the mechanisms of termination by Sen1.In a first project, I have characterized the biochemical activities of Sen1 and investigated how these activities partake in termination. To this end I have employed a variety of in vitro approaches, including a minimal transcription-termination system containing only purified Sen1, RNA polymerase II (RNAPII) and DNA transcription templates that allows modifying the different elements of the system in a controlled manner to understand their role in termination. First, we have analysed the function of the different domains of Sen1 in termination. Sen1 is a large protein composed of a central catalytic domain flanked by additional domains with proposed roles in protein-protein interactions. We have demonstrated that the central helicase domain is sufficient to elicit transcription termination in vitro. Next, we have shown that Sen1 can translocate along single-stranded nucleic acids (both RNA and DNA) from 5’ to 3’. Then, we have analysed the role of the different nucleic acid components of the elongation complex (i.e. nascent RNA and DNA transcription templates) in termination. Our results indicate that termination does not involve the interaction of Sen1 with the DNA but requires Sen1 translocation on the nascent RNA towards the RNAPII. Importantly, we show that upon encountering RNAPII, Sen1 can apply a mechanical force on the polymerase that results in transcription termination when RNAPII is paused under certain conditions. This indicates that RNAPII pausing is a strict requirement for Sen1-mediated termination. In a second project, in collaboration with the group of E. Conti we have performed a structure-function analysis of the helicase domain of Sen1. Comparison of Sen1 structure with that of other related helicases has revealed an overall similar organization consisting in two tandem RecA-like domains from which additional accessory subdomains protrude. In general, the core RecA-like domains are very well conserved among related helicases and most variation is found in the accessory subdomains, that often confer specific characteristics to different helicases. Indeed, we have found that Sen1 contains a unique but evolutionary conserved structural feature that we have dubbed the “brace”. In addition, Sen1 is different from other helicases in an auxiliary subdomain that we have named the “prong”. Importantly, we have shown that the integrity of this subdomain is critical transcription termination by Sen1. We propose that the specific features identified in our structural analyses are important determinants of the transcription termination activity of Sen1. Finally, we have used Sen1 as a model to investigate the molecular effect of SETX mutations linked to neurodegenerative diseases. We have introduced disease-associated mutations in Sen1 and performed a complete biochemical characterization of the different mutants in vitro. Importantly, we found that all mutants were severely affected in transcription termination. Taken together, our results elucidate the key structural determinants of the function of Sen1 and shed light on the molecular origin of the diseases associated with SETX mutations.

L'annotation fonctionnelle de mutations somatiques est un point focal des études de génomique du cancer. Jusque récemment, la recherche s'est concentré sur des mutations dans la fraction codante du génome, pour lesquelles de puissants outils bioinformatiques ont été développés afin de distinguer des mutations délétères des mutations neutres. On identifie un nombre croissant de variants associés à des maladies dans le génome non-codant. L'interprétation des mutations non-codantes dans le cancer est donc devenue une tâche urgente. Des projets de grande envergure tels que ENCODE ont rendu possible l'interprétation fonctionnelle de variants dans les cancers. Plusieurs programmes ont été produits sur la base de ces informations fonctionnelles. Ces outilssont encore limités, notamment, une bas précision de la prédiction, le manque d'information de la mutation de cancer et biais de constatation importante. Dans le chapitre 2 de cette thèse, pour interpréter fonctionnellement les mutations non-codantes dans les cancers, nous avons développé deux modèles de forêts aléatoires indépendants, appelées SNP et SOM. Compte tenu de la combinaison de caractéristiques fonctionnelles à une position donnée du génome, le modèle SNP prédit la fraction de SNP rares (une mesure de la sélection négative), et le modèle SOM prédit la densité de mutations somatiques attendue à cette position. Nous avons appliqué nos deux modèles pour évaluer des clinvariant and HGMD variants asociés à des maladies, et un ensemble de SNP-contrôle aléatoires. Les résultats ont montré que les variants associés à des maladies ont des scores plus élevés que les SNP-contrôle avec le modèle SNP et inférieures avec le modèle SOM, confortant notre hypothèse selon laquelle la sélection négative, telle que mesurée par fraction de SNP rares et de densité de mutation somatiques, nous informe sur l'impact fonctionnel des mutations tumorales dans le génome non-codant. Jusqu'à présent, les chercheurs ont surtout considéré les gènes protéiques comme critiques dans l'initiation et la progression des cancers. Toutefois, des preuves récentes ont montré que les ARN non-codants, en particulier les lncRNAs, sont activement impliqués dans divers processus de cancer. Un chapitre de cette thèse est consacré à cette classe de transcripts non codants. Comme pour les gènes codants, il pourrait exister un grand nombre de lncRNAs driver de cancer. Le développement d'outils bioinformatiques pour identifier et hiérarchiser les lncRNA et autres ARN non-codants est devenu un important objet de recherche en oncologie.La dernière partie de cette thèse est consacrée à la mise en œuvre de méthodes pour découvrir des éléments non-codants potentiellement driver de cancer. Nous avons d'abord appliqué trois outils tierces, CADD, funSeq2, GWAVA, ainsi que nos modèles SNP et SOM, pour évaluer l'impact des mutations non-codantes dans tout le génome. Pour chaque locus, nous calculons la moyenne des scores de tous les variants observés à l'aide de l'un des modèles, et nous prenons au hasard le même nombre de variants et calculons leur score moyen 1 million de fois pour former une distribution nulle et obtenir une P-valeur pour ce locus. Pour valider notre hypothèse et notre modèle de permutation, nous avons testé ce système sur 452 gènes codants et 61 lncRNA liés au cancer, en utilisant des données de mutation somatique de cancer du foie, cancer du poumon, CLL et mélanome. Nous avons constaté que les lncRNAs et gènes codants associés au cancer avaient des valeurs-P significativement plus faibles que l'ensemble de lncRNAs et gènes codant. Appliquer ce test de permutation à des lncRNAs avec cinq systèmes de notation différents nous a permis de prioriser les centaines de candidats potentiellement liés au cancer.Ces candidats peuvent maintenant être soumis à validation expérimentale. / Functional annotation of somatic mutations have been a consistent hotspot of cancer genomics studies. In the past, researchers preferentially focused on mutations in the coding fraction of the genome, for which ample bioinformatics tools were developed to distinguish cancer-driver mutations from neutral ones. In recent years, as an increasing number of variants were being identified as disease-associated in the non-coding genome, interpreting non-coding cancer mutations has become an urgent task. The completion of large scale projects such as ENCODE, has made functional interpretation of cancer variants achievable, and several programs were produced based on this functional information. However, there still exists some limitations as to these prediction tools, such as low prediction accuracy, lack of cancer mutation information and significant ascertainment bias. In chapter 2 of this thesis, in order to functionally interpret non-coding mutations in cancer, we developed two independent random forest models, referred to as SNP and SOM. Given a combination of features at a given genome positions, the SNP model predicts the expected fraction of rare SNPs (a measure of negative selection), and the SOM model predicts the expected mutation density at this position. We applied our two models to score these non-coding disease-associated clinvariant and HGMD variants and a set of random control SNPs. Results showed that disease-associated variants were scored higher than control SNPs with the SNP model and lower than control SNPs with the SOM model, supporting our hypothesis that purifying selection as measured by fraction of rare SNPs and mutation density is informative for the evaluation of the functional impact of cancer mutations in the non-coding genome. In the past, researchers have preferentially considered protein-coding genes as critical to the initiation and progression of cancers. However, recent evidences have shown that ncRNAs, in particular lncRNAs, are actively implicated in various cancer processes. A chapter of this thesis is devoted to this class of non-coding transcripts. Similar to protein coding genes, there might be a large number of lncRNAs with cancer-driving functions. The development of bioinformatics tools to prioritize them has become a new focus of research for computational oncologists.The last part of this thesis is devoted to the implementation of methods for discovering potential cancer-driving non-coding elements in lncRNA and protein-coding genes. We applied three scoring tools, CADD, funSeq2, GWAVA, together with our SNP and SOM scoring systems to prioritize cancer-associated elements using a permutation-based algorithm. For each locus, we compute the average score of all observed variants using one of the models, and we randomly take the same number of variants and compute their average score 1 million times to form a null distribution and obtain a P value for this locus. To validate our hypothesis and permutation model, we tested this system on 61 cancer-related lncRNA and 452 cancer genes using somatic mutation data from liver cancer, lung cancer, CLL and melanoma. We observed that both cancer lncRNAs and protein-coding genes had significantly lower average P values than total lncRNAs and protein-coding genes in all cases. Applying the permutation test to lncRNAs with five different scoring systems enabled us to prioritize hundreds to thousands of cancer-related lncRNA candidates. These candidates can be used for future experimental validation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La transcription par l’ARN polymérase II (ARNP II) est un mécanisme promiscuitaire à l’origine d’évènements transcriptionnels hasardeux, qui génèrent continuellement des transcrits aberrants dans la cellule. L’organisation précise du matériel génétique sous forme de chromatine est cruciale pour améliorer la précision de l’ARNP II en orientant sa fonction pour limiter ses erreurs et empêcher cette transcription cryptique. La structure chromatinienne est très dynamique et plusieurs mécanismes moléculaires coopèrent afin de déstabiliser les nucléosomes en amont de l’ARNP II, pour autoriser la lecture de l’ADN, et de les reconstituer dans son sillage, pour maintenir l’organisation chromatinienne du génome. De façon intéressante, une fonction potentielle de la caséine kinase 2 (CK2) dans la dynamique de la chromatine est suggérée dans la littérature. CK2 est une protéine kinase essentielle, conservée chez les eucaryotes, et impliquée dans des processus cellulaires variés. Dans notre étude, nous explorons le rôle de CK2 dans les modulations de la chromatine associées à la transcription. Nous avons démontré que CK2 phosphoryle le chaperon d’histones Spt6, régulant ainsi sa stabilité et sa fonction d’organisateur chromatinien. L’inactivation de cette voie de régulation conduit à l’accumulation considérable de transcrits cryptiques provenant d’initiations opportunistes intragéniques sens et antisens. La phosphorylation de Spt6 par CK2 favorise le recyclage des histones H3/H4 en 3’ des régions codantes et participe ainsi à la conservation de la structure de la chromatine lors de la transcription et à la suppression de la transcription cryptique. Notre étude suggère en outre que les fonctions de CK2 dans la modulation de la chromatine et la précision transcriptionnelle pourraient s’étendre au-delà de la régulation de Spt6, via la modulation de facteurs tels que les complexes PAF ou FACT. Enfin, nous proposons que la suppression de la transcription cryptique par CK2 contribue à optimiser la transcription afin d’améliorer la réponse transcriptionnelle à des stress extérieurs. L’ensemble de notre étude montre que CK2 stimule la précision transcriptionnelle en régulant directement Spt6 et probablement d’autres facteurs impliqués dans le maintien co-transcriptionnel de la chromatine. Ce mécanisme est crucial pour préserver le programme d’expression du génome et favorise la plasticité et l’efficacité de la réponse transcriptionnelle aux signaux de stress, nécessaires à l’adaptation de la cellule à son environnement. / Transcription by RNA polymerase II (RNAPII) is pervasive and aberrant transcripts are permanently generated within cells. Precise and controlled genomic organization in chromatin structure is essential to improve RNAPII accuracy and prevent cryptic transcripts accumulation. Chromatin structure is highly dynamic during transcription, unfolded to give access to DNA and refolded back in the wake of RNAPII to prevent spurious transcription. Multiple mechanisms act together to make this process highly efficient. Casein Kinase 2 (CK2) is a protein kinase ubiquitously present among eukaryotes and implicated in various important cellular processes. Interestingly, a potential function of this kinase in chromatin dynamics through the regulation of chromatin factors has previously been suggested. In this study, we address the role of CK2 in chromatin modulations associated with transcription. We found that CK2 depletion from yeast cells results in an increase of histone turnover in 3’ of transcribed regions and spurious transcription from cryptic promoters. Interestingly, we demonstrate that CK2 modulates directly Spt6 histone chaperone stability and function. This regulation promotes histone recycling during transcription elongation and maintain chromatin organization within coding regions, thereby inhibiting cryptic intragenic and antisense transcription. Our study also suggests that CK2 suppression of spurious transcription extend beyond Spt6 regulation. Indeed, we describe that additional role of CK2 with respect to spurious transcription could be related to its regulation of RNAP II activity through CTD Ser2 phosphorylation. Chromatin regulators such as PAF complex and FACT could also be involved in this regulation process. Finally, we propose that CK2 suppression of spurious transcription is essential for transcriptional optimal and efficient responses to environmental signals. Altogether, our data highlights CK2 signaling pathway as a regulator of transcription accuracy by affecting the essential histone chaperone Spt6, and probably other factors directly involved in the transcriptional process. This mechanism is important to the suppression of cryptic transcription in steady state conditions but also seems to contribute to the fitness of an optimal cellular response to stress signals.

Le norovirus humain (HuNoV) et le virus de l'hépatite A (VHA) sont souvent associés à des maladies d'origine alimentaire incriminants des aliments minimalement transformés. Comme les méthodes de culture virale demeurent limitées pour une utilisation de routine, il est nécessaire de concentrer les virions présents à la surface des aliments avant leur détection. Le but ultime de cette étape est de séparer les virus de la matrice alimentaire, de les concentrer et d'éliminer les inhibiteurs pouvant affecter la détection. L'organisation internationale de normalisation (ISO) a publié des procédures de détection des virus dans les aliments. Cependant, elles varient grandement en fonction des aliments étudiés, tout en étant longues et laborieuses. Elles nécessitent aussi du personnel qualifié et comportent plusieurs étapes risquant de réduire la récupération virale, cela rendant leur utilisation difficile comme analyse de routine. C'est pourquoi le développement d'étapes de concentration, de purification et d'extraction du matériel génétique rapides et sensibles, limitant les étapes manuelles s'avère nécessaire. Le premier objectif de ce projet était de développer une nouvelle approche de concentration des virus en vue d'une meilleure surveillance dans les aliments. L'approche développée se base sur l'ultrafiltration pour une récupération des particules virales à la suite de leur élution de la surface d'aliments. La méthode optimisée a, par la suite, été comparée à la méthode de référence ISO 15 216-1 :2017 en utilisant des fraises, framboises et mûres fraîches et congelées ainsi que de la laitue et des oignons verts frais. Les résultats ont montré une réduction importante du temps d'expérimentation face à la méthode de référence, tout en conservant une détection à des faibles concentrations de VHA et des HuNoVs. Sauf pour la framboise, la méthode d'ultrafiltration était généralement équivalente à la méthode de référence, quel que soit le virus testé. Le deuxième objectif avait pour but de comparer une nouvelle méthode d'extraction automatisée optimisée pour les HuNoVs GI et GII puis le VHA à une méthode du commerce semi-automatisée applicable sur plusieurs matrices alimentaires à risque. Pour les framboises fraîches, les huîtres et la laitue romaine, les deux plateformes d'extraction ont été jugées équivalentes. Tandis que la méthode automatisée a permis une meilleure récupération pour les framboises congelées et une inhibition moindre pour les échantillons de mûres congelées. Le troisième objectif avait finalement pour but d'évaluer la persistance d'ARN de VHA provenant de virions inactivés à la chaleur. L'ARN était dilué à différentes concentrations puis ajouté à des solutions (eau et tampon phosphate salin) ou déposé sur des surfaces (acier inoxydable, polychlorure de vinyle et bleuets). La persistance de l'ARN était mesurée à différentes températures d'entreposage (-80 °C, -20 °C, 4 °C et 23 °C) sur une période de 90 Jours. En solution, sur le polychlorure de vinyle et sur les bleuets, l'ARN a été détecté dans la plupart des conditions jusqu'à 90 jours d'entreposage. Les résultats suggèrent cependant une dégradation plus rapide de l'ARN viral sur l'acier inoxydable. En conclusion, les résultats de cette thèse permettent de proposer une application de ces protocoles de concentration et d'extraction dans un contexte de routine, tout en mettant en lumière les enjeux liés à la persistance de l'ARN viral dans l'analyse des résultats de détection de virus dans les aliments. / Human norovirus (HuNoV) and hepatitis A virus (HAV) are often associated with foodborne illnesses involving minimally processed foods. As viral culture methods remain limited for routine use, it is necessary to concentrate virions present on foods before their detection. The goal of this step is to separate the viruses from the food matrix, to concentrate them and to eliminate inhibitors that may affect detection. The International Organization for Standardization (ISO) has published procedures for detecting viruses in food. However, they vary considerably depending on the foods to study, while being long and laborious. They also require trained personnel and involve several steps that may reduce viral recovery, making them difficult to use in routine analysis. This is why the development of rapid and sensitive concentration, purification, and extraction steps for genetic material, limiting manual steps, is necessary. The first objective of this project was to develop a new approach of virus concentration based on ultrafiltration of the eluted viral particles from the surface of food. The optimized method was subsequently compared to the reference method ISO 15 216-1:2017 using fresh and frozen strawberries, raspberries, and blackberries as well as fresh lettuce and green onions. The results showed a reduction in experimental time compared to the reference method, while maintaining detection at low concentrations of HAV and HuNoVs. Except for raspberry, the ultrafiltration method was generally equivalent to the reference method, regardless of the virus tested. The second objective was to compare a new automated extraction method optimized for VHA, HuNoVs GI and GII to a commercial semi-automated method applicable to several high-risk food matrices. For fresh raspberries, oysters, and romaine lettuce, the two extraction platforms were considered equivalent. While the automated method provided better recovery for frozen raspberries and less inhibition for frozen blackberry samples. The third objective was to evaluate the persistence of HAV RNA from heat-inactivated virions. RNA was diluted in water to different concentrations and then added to solutions (water and phosphate buffer saline) or laid on surfaces (stainless steel, polyvinyl chloride, and blueberries). RNA presence was measured at different storage temperatures (-80°C, -20°C, 4°C and 23°C) over a period of 90 days. In solution, on polyvinyl chloride and on blueberries, RNA was detected under most conditions for up to 90 days of storage. The results, however, showed a faster degradation of viral RNA on stainless steel. In conclusion, these concentration and extraction methods could be suitable for routine analysis of viruses throughout the food production and surveillance chain. The findings of this study also highlight the challenges associated with the persistence of viral RNA when interpreting results from virus detection in food.

Dans le but d'élucider les mécanismes de régulation de la transcription de l'ARN ribosomique et de la biosynthèse des ribosomes, deux facteurs de transcription ribosomique, soit UBF et TTF -l, furent étudiés dans le but de mieux caractériser leurs fonctions in vivo. Un modèle , de désactivation conditionnelle du gène codant pour UBF chez la souris fut élaboré. Après l'inactivation d'un allèle chez des animaux hétérozygotes aucun défaut développemental, physique ou comportemental n'a été observé lors d' investigations préliminaires. Un modèle de diminution inductible de TTF-I par le ciblage par shRNAmir fut développé. Des études de marquage métabolique au tritium ont permis de conclure qu'une diminution de TTF -l avait un effet appréciable sur la transcription ribosomique et un effet encore plus marqué sur la maturation des ARN ribosomiques. On voit une inhibition claire et nette de la maturation des ARN ribosomiques et aucune accumulation appréciable du précurseur ce qui indique aussi un problème de transcription. Des études du cycle cellulaire, effectués par ±fluorescence-assisted cell sorting¿, ont permis de détecter un arrêt partiel en G 1 qui se traduit en une diminution de la vitesse de passage de la phase G 1 à G2/M lors d'une diminution de TTF-I. Finalement, un modèle de récupération fut développé en introduisant un vecteur conditionnel capable d'exprimer la forme pleine longueur de TTF-I dans les cellules de diminution conditionnelle. L'induction double et simultanée d'une forme pleine longueur de TTF-I et du shRNAmir ciblant TTF-I permit la récupération de la diminution de TTF -l chez ces cellules. Ce modèle de récupération permit de confirmer que les effets observés étaient dus à la diminution de TTF -l en excluant des effets secondaires.

Le virus de l'hépatite C (VHC) infecte plus de 170 millions de personnes dans le monde. À l'heure actuelle, les thérapies utilisées contre ce virus sont insatisfaisantes. La protéine de la capside (C) du VHC est impliquée dans l'assemblage viral et l'encapsidation du génome. Les domaines chargés positivement de la moitié NH2-terminale de la protéine C (C 1-82) sont suspectés être responsables de l'interaction avec l'ARN viral génomique. Dans cette étude, différents mutants (ponctuels et de délétion) de la C 1-82 ont été générés et exprimés dans E. coli afin d'identifier une (des) région(s) de la protéine essentielle(s) pour l'assemblage viral. Or, tous les mutants produits dans cette étude ne sont affectés ni dans la reconnaissance de l'ARN ni dans la formation de pseudo-nucléocapsides virales (PNV). Ces résultats suggèrent que c'est la charge globale de la protéine qui est importante pour l'interaction avec l'ARN et non une région précise dans la portion NH2-terminale.

Le genre Leishmania regroupe des parasites protozoaires transmis par piqûre d’un insecte vecteur et qui sont responsables des leishmanioses. Le cycle de Leishmania alterne entre promastigotes dans l’appareil digestif de l’insecte et amastigotes dans les phagolysosomes des macrophages d’un hôte mammifère. Les delta-amastines sont une famille de protéines membranaires qui jouent potentiellement un rôle dans la virulence. L’expression exclusivement au stade intracellulaire de l’un de ces gènes est permise par une accumulation préférentielle de l’ARNm et la stimulation de la traduction, toutes deux chez les amastigotes. L’objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes permettant l’expression différentielle de l’ARNm de la delta-amastine. Ces organismes ont divergé rapidement des autres eucaryotes, ce qui engendre plusieurs différences fonctionnelles, dont notamment l’absence de régulation transcriptionnelle. Notre hypothèse est que la présence d’une région riche en uridines (URE) dans l’extrémité 3’ non traduite (3’UTR) du transcrit peut être impliquée dans la dégradation de l’ARNm. Nous démontrons que le URE est responsable d’une dégradation du transcrit au stade promastigote, par un phénomène indépendant de la déadénylation. Nous avons identifié une protéine à domaine Alba, LiAlba20, liant l’ARNm de la delta-amastine dans une région proche de l’URE. La suppression de cette protéine réduit l’accumulation du transcrit au stade amastigote. Ainsi, deux mécanismes complémentaires sont responsables de l’expression différentielle de ce transcrit. Le génome de Leishmania code pour une seconde protéine à domaine Alba, LiAlba13. Ces protéines interagissent ensemble, mais LiAlba13 n’affecte pas l’abondance de l’ARNm de la delta-amastine. Les protéines Alba ont une évolution exceptionnelle puisqu’elles stabilisent l’ADN chez les Archaea, et sont retrouvées dans les complexes RNase P/MRP chez les eucaryotes supérieurs. Nos résultats montrent qu’elles régulent l’expression de protéines spécifiques du stade amastigote, ce qui concorde avec les récents travaux chez d’autres parasites protozoaires. Ces protéines sont cytoplasmiques dans les deux stades de développement. Cependant, pendant la différenciation, elles s’accumulent dans le flagelle et le nucléole, respectivement décrits comme senseur et coordinateur de la réponse au stress. Nos travaux suggèrent donc l’implication du flagelle et du nucléole dans la coordination de la régulation de facteurs de virulence pendant la différenciation du parasite. / The Leishmania genus encompasses protozoan parasites which are transmitted through the bite of an insect vector and are responsible for leishmaniasis. The Leishmania life cycle alternates between promastigote forms within the gut of the insect vector and amastigotes which multiply in the phagolysosomal vacuoles of the mammalian host’s macrophages. Delta-amastins are part of a multigenic family of membrane proteins that potentially act in parasite virulence. One of the delta-amastin's exclusive expression in the intracellular stage is mediated by mRNA accumulation and translation stimulation, both taking place in the amastigote stage. The aim of this thesis is to characterize the mechanisms implicated in the differential expression of delta-amastin mRNA. Leishmania splits early in evolution from other eukaryotes and this split correlates with many functional differences, including the absence of transcriptional control of gene expression. Our hypothesis is that the presence of a uridine-rich element (URE) within the 3’ untranslated region (3’UTR) of the transcript might be implicated in an mRNA decay mechanism. We reveal that the URE is responsible for a fast mRNA decay only in the promastigote stage, performed by an unusual deadenylation-independent pathway. We next identified an Alba domain protein, LiAlba20, which binds to the delta-amastin mRNA in a region flanking the URE. Depletion of this protein leads to a reduced mRNA accumulation in the amastigote stage specifically. Therefore, we identified two complementary mechanisms taking part in the transcript’s differential expression. The Leishmania genome encodes a second Alba domain protein, LiAlba13. These proteins interact together, but LiAlba13 does not affect the delta-amastin mRNA level during the parasite life cycle. Alba domain proteins have a remarkable evolution, being involved in DNA stabilization in Archaea and subunits of the RNAses P/MRP complexes in higher eukaryotes. In addition, our data show that these proteins regulate stage-specific protein expression, which is in agreement with recent works in other protozoan parasites. Alba domain proteins are constitutively expressed in the cytoplasm of both parasite life cycle stages. Nevertheless, during the differentiation, those proteins accumulate in flagellar and nucleolus compartments, respectively described as sensor and stress response coordinators in higher eukaryotes. Our work suggests that the flagellum is implicated in the coordination of stage-specific transcript expression in response to stress in Leishmania.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les suppresseurs de tumeurs Rb, p53, INK4a et ARF sont essentiels et ils sont partie intégrante d'un réseau complexe qui régule le cycle cellulaire ainsi que la réponse aux stress oncogéniques. La biogénèse des ribosomes, donc la synthèse et l'assemblage des ribosomes, est une activité essentielle pour la prolifération cellulaire et est fortement affectée par les changements environnementaux ainsi que différentes formes de stress. Il est donc peu surprenant d'apprendre que plusieurs suppresseurs de tumeurs et oncogenes, dont Rb, ARF, p53 et MDM2 travaillent de concert ou en opposition afin de maintenir le niveau de la production de ribosomes à un niveau optimal pour répondre à la demande cellulaire. ARF, un des produits du gène CDKN2A, est reconnu pour causer la stabilisation de p53 en inhibant son ubiquitine ligase MDM2 et ainsi induire l'arrêt du cycle cellulaire et/ou l'apoptose. ARF peut aussi être un suppresseur de tumeurs en l'absence de p53/TP53, car il peut causer un arrêt de prolifération en inhibant, en partie, la synthèse des ARN ribosomiques (ARNrs) dans des cellules p53-/-. ARF cause l'ubiquitination et la dégradation de la chaperonne NPM/B23 qui est impliquée dans la maturation de l'ARNr 28S, cependant ARF inhibe aussi la production de l'ARNr 18S ainsi que l'ARNr précurseur (47S). L'effet de ARF sur NPM n'explique pas l'ensemble des effets de ARF sur la production et la maturation des ARNrs. Nous avons démontré que ARF contrôle la localisation sub-nucléaire du Facteur de Terminaison de la Transcription de la Polymerase I, TTF-I. TTF-I est dynamique et se déplace entre le nucléoplasme et le nucléole avec l'aide de NPM et d'un signal de localisation nucléolaire dans son domaine de régulation en N-terminal. ARF inhibe la localisation nucléolaire de TTF-I en interagissant avec le signal de localisation nucléolaire causant son accumulation dans le nucléoplasme. La réduction de TTF-I récapitule les effets de ARF sur la synthèse et la maturation des ARNrs et le phénotype est récupéré par l'introduction d'un transgène de TTF-I. La surexpression de TTF-I affecte, de façon similaire à une réduction, la biogénèse des ribosomes et le niveau cellulaire de TTF-I est critique et régulé par l'ubiquitine ligase MDM2. ARF inhibe l'interaction de MDM2 avec TTF-I ainsi que son ubiquitination. De plus, ARF et Senp3 régulent la sumoylation de TTF-I. Nos résultats montrent comment ARF, NPM et MDM2 peuvent réguler et limiter la synthèse des ARNrs.

Les enképhalines (ENK), étant neuromodulateurs, ont un rôle prépondérant dans plusieurs circuits neuronaux tels que ceux de la récompense, la peur et l’anxiété. Dans cette étude, nous avons ciblé les ENK et atténué leur expression dans le noyau accumbens et l’amygdale centrale par le biais d’injections de vecteurs lentiviraux exprimant un shRNA spécifique à l’ENK. Les injections des lentivirus exprimant un shENK ont été comparées à des hémisphères intacts et à des injections du même vecteur exprimant un shRNA témoin, pour révéler des diminutions de l'ARNm des ENK de 62 %. Ces quantifications ont été validées in vivo par la comparaison du signal radioactif des sondes pour l’ARNm des ENK dans les régions infectées par le virus, ces régions ayant été identifiées par immunohistochimie. Nous démontrons une spécificité de l’atténuation de l’ARNm des ENK puisqu’aux sites des injections, il n'y a pas eu de diminution de l’ARNm de la GAD65. / Enkephalin (ENK), a prominent endogenous opioid mediator of the behavioural response, elicits its function in important circuits of the brain such as reward, fear and anxiety. In this study, we have targeted the downregulation of ENK expression by the delivery of a lentiviral vector with an expressing shRNA specific to ENK mRNA in ENK rich regions, such as the nucleus accumbens and central amygdala. By injecting a vector expressing an shENK and comparing it to non-injected hemispheres, as well as to injections of the same vector yet expressing a scrambled shRNA, we have observed an average downregulation of 62% ENK mRNA. Quantifications were performed in vivo, by collecting the in situ hybridization radioprobe signal for ENK mRNA of regions infected by the virus; the latter visualized immunohistochemically. Our results show a knockdown specificity of ENK mRNA and tissue integrity, as demonstrated by the lack of GAD65 mRNA disruption.