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Le virus de la leucémie bovine (BLV) est un rétrovirus B-lymphotrope qui a été identifié comme l’agent étiologique de la leucose bovine enzootique. L’infection par le BLV se caractérise par l’absence de virémie due à la latence du virus dans la majorité des cellules infectées. Cette latence résulte de la répression transcriptionnelle du provirus in vivo; elle favorise très probablement le développement tumoral en permettant aux cellules infectées d’échapper au système immunitaire de l’hôte. Cependant, la transcription du BLV peut être activée de manière rapide et très efficace par la protéine virale TaxBLV. La trans-activation par TaxBLV joue un rôle crucial dans la pathogenèse associée au BLV car elle permet la production de nouvelles particules virales nécessaires à la propagation du virus. Au cours de notre travail de thèse, nous avons étudié différents mécanismes impliqués au cours de ces deux phases clés (latence et trans-activation par TaxBLV) de l’expression du BLV.<p><p>Le promoteur unique de la transcription du BLV se situe à l’extrémité 5’ du génome proviral, dans la longue répétition terminale 5’ (LTR 5’) composée des régions U3, R et U5. Les mécanismes impliqués dans la trans-activation du LTR 5’ par TaxBLV sont encore mal connus. La trans-activation du LTR 5’ du BLV par TaxBLV requiert la présence de trois répétitions imparfaites de 21pb (TxREs pour Tax Responsive Elements) agissant en cis et situées dans la région U3. Chacune des TxREs possède dans sa partie centrale un motif imparfait de 8 nucléotides correspondant au site de liaison des protéines de la famille CREB/ATF (sites CREs pour cAMP-Responsive Element). Des expériences de retard de migration sur gel ont montré que les protéines CREB, ATF-1 et ATF-2 lient les CREs viraux in vitro. Comme TaxBLV ne semble pas capable de lier directement l’ADN du LTR, il a été suggéré que les facteurs CREB/ATF serviraient de médiateurs de la trans-activation par TaxBLV. De plus, il a également été suggéré au cours de ces dernières années que les facteurs de transcription CREB/ATF jouent aussi un rôle essentiel en l’absence de TaxBLV lors de l’initiation de la transcription virale.<p><p>CREB/ATF sont connus pour recruter les co-activateurs CBP/p300 qui possèdent une activité histone-acétyltransférase, suggérant qu’à l’instar d’autres rétrovirus tels que HIV-I ou HTLV-I, l’acétylation protéique pourrait jouer un rôle important dans la régulation de la transcription du BLV. Au cours de la première partie de ce travail, nous avons mis en évidence un synergisme transcriptionnel entre TaxBLV et les inhibiteurs de désacétylases TSA et NaBut, indiquant que l’acétylation protéique joue un rôle important dans la trans-activation par TaxBLV. Nous avons ensuite montré que ni TaxBLV, ni son médiateur CREB ne sont acétylés in vivo au niveau d’un résidu lysine interne, mais que la TSA synergise avec TaxBLV via un mécanisme indirect, sensible à l’inhibition de la synthèse protéique. Fonctionnellement, CREB/ATF semblent jouer un rôle crucial dans le synergisme TaxBLV/TSA car la mutation des CREs viraux ou la sur-expression d’un dominant négatif CREB inhibent ce synergisme. Des expériences de gel retard et de ChIP ont démontré, in vitro et in vivo, que les inhibiteurs de désacétylases augmentent la liaison des facteurs CREB/ATF aux TxREs. Nos résultats suggèrent donc que le synergisme TaxBLV/TSA serait dû à une augmentation de la trans-activation par TaxBLV observée suite à l’augmentation, induite par la TSA, du recrutement de CREB/ATF au niveau des TxREs.<p><p>CREB/ATF appartiennent à la famille des facteurs de transcription CREB/CREM/ATF agissant au niveau des promoteurs contenant des éléments CREs. Cependant, la liaison de CREM aux CREs imparfaits du LTR du BLV n’a jamais été étudiée. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons montré que des isoformes du gène CREM sont exprimées dans des PBMCs isolés à partir d’un mouton infecté par le BLV et que ces protéines CREM sont capables de lier in vitro et in vivo le promoteur du BLV, via les motifs CREs présents au centre de chacune des TxREs. Des analyses fonctionnelles ont ensuite montré qu’en l’absence de TaxBLV, la surexpression de l’isoforme activatrice CREMt induit la transcription dirigée par le LTR 5’ du BLV. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que CREMt serait capable d’activer la transcription du BLV en réponse à l’activation des cellules B infectées, via la phosphorylation de la sérine 117 de CREMt et via le recrutement par CREMt des co-activateurs CBP/p300. CREMt serait donc impliqué dans les stades précoces de l’initiation de la transcription du BLV. Cependant, nous avons montré que CREMt n’est pas impliqué dans les stades tardifs de l’expression virale puisqu’il ne semble pas capable d’induire la trans-activation par TaxBLV. Au contraire, nous avons montré par des expériences de compétition que CREMt diminue la trans-activation par TaxBLV lorsque celle-ci est induite par CREB, probablement en entrant en compétition avec CREB pour la liaison au niveau des TxREs.<p><p>L’expression du gène CREM est régulée transcriptionnellement et post-transcriptionnellement et mène à la production de différentes isoformes capables d’agir comme des activateurs ou des répresseurs de la transcription. Des expériences de RT-PCR nous ont permis de mettre en évidence la présence d’isoformes répressives ICER dans les cellules YR2 infectées par le BLV. Par des expériences de transfection transitoire, nous avons montré qu’ICER est capable de réprimer la trans-activation par TaxBLV, suggérant qu’ICER retarderait la trans-activation par TaxBLV afin d’échapper au système immunitaire de l’hôte infecté jusqu’à ce qu’un niveau suffisant du trans-activateur TaxBLV soit produit.<p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par une perte progressive des capacités mnésiques et des fonctions cognitives accompagnée du développement de dégénérescences neurofibrillaires (DNFs) et de plaque séniles dans le parenchyme cérébral. La découverte de perturbations épigénétiques dans des cerveaux de patients Alzheimer ont mené la communauté scientifique à se tourner vers de nouvelles voies thérapeutiques. De telles altérations, notamment au niveau de l’acétylation des histones de la chromatine, pourraient rendre compte de dysfonctionnements dans l’expression des programmes génétiques. En utilisant les souris THY-Tau22 (développement progressif de DNFs), nous avons évalué l’efficacité de deux stratégies visant à augmenter l’acétylation des histones : activer les HATs et inhiber les HDACs. Ces deux stratégies permettent une récupération des performances en mémoire spatiale chez les souris THY-Tau22, ouvrant ainsi de nouveaux axes thérapeutiques et de recherches dans la MA. / Alzheimer’s disease (AD) is characterized by a progressive loss of memory and cognitive functions associated with the development of neurofibrillary tangles (NFTs) and amyloid plaques in the brain. Nowadays, there is no satisfactory cure for AD. The discovery of epigenetic alterations in AD brain led the scientist community to think about new therapeutic options. Such modifications, and notably those on histone acetylation of the chromatin, could be associated with the genetic dysfunctions observed in AD. The reestablishment of proper epigenetic regulations, and thus gene expression, appears as an original therapeutic option. Using THY-Tau22 mice, we assessed the effect of two strategies aimed at increasing histone acetylation with a HAT activator (CSP-TTK21) or an HDAC inhibitor (phenylbutyrate). We show that both therapeutic strategies allow the rescue of spatial memory performances in the THY-Tau22 mouse model. These results open new leads for AD therapeutics and research.

Les modifications post-traductionnelles des histones jouent un rôle majeur dans la régulation de l’expression de gènes impliqués dans la plasticité et la mémoire. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones permet le maintien de la chromatine dans un état « permissif », accessible pour la transcription. Nos travaux visent à identifier le rôle joué par l’acétylation de deux histones, H3 et H4, dans la formation de différentes formes de mémoire mettant en jeu les systèmes hippocampique et striatal chez la souris. Nous avons également recherché si des perturbations d’acétylation des histones sont responsables des déficits mnésiques observés au cours du vieillissement. Nous avons utilisé deux types d’apprentissage en piscine de Morris permettant de dissocier la mémoire spatiale, impliquant principalement l’hippocampe et la mémoire procédurale/indicée, impliquant le striatum. Nos résultats mettent en lumière une régulation différentielle de l’acétylation des histones dans l’hippocampe et le striatum selon la nature de la tâche et l’âge des animaux. L’apprentissage spatial induit une augmentation de l’acétylation des histones sélectivement dans l’hippocampe (CA1 et gyrus denté) alors que la tâche indicée augmente l’acétylation des histones spécifiquement dans le striatum. Nous montrons également que des changements opposés de l’acétylation de H3 (augmentation) et de H4 (diminution) dans l’hippocampe pourraient contribuer aux déficits de mémoire spatiale observés chez les souris âgées. Lors d’un test de compétition en piscine de Morris, durant lequel les souris ont le choix entre les stratégies spatiale et indicée pour résoudre la tâche, l’injection intra-hippocampique de Trichostatine A (TSA), un inhibiteur des histones déacétylases, immédiatement après l’apprentissage, perturbe la fonction striatale et favorise l’utilisation préférentielle de la stratégie spatiale hippocampique. Cependant, cet effet de la TSA est absent chez les souris âgées dont la fonction hippocampique est altérée. Dans une dernière série d’expérience, l’analyse des effets d’une injection intra-hippocampique de TSA, après un apprentissage spatial, a permis de préciser les contributions respectives des histones H3/H4 et du facteur de transcription CREB dans les déficits mnésiques associés au vieillissement. Dans leur ensemble, nos travaux apportent des éléments importants concernant l’importance de l’acétylation des histones dans la modulation des interactions entre systèmes de mémoire hippocampique et striatal. / Post-translational modifications of histone proteins play a crucial role in regulating plasticity and memory-related gene expression. Among these modifications, histone acetylation leads to a relaxed or “opened” chromatin state, permissive for transcription. Our work aims to identify the role played by histone H3 and H4 acetylation in the formation of different forms of memory involving hippocampal and striatal systems in mice. We also examined whether alterations of histone acetylation are responsible for age-associated memory deficits. We used two versions of the Morris water maze learning task to dissociate a spatial form of memory that relies on the hippocampus and a procedural/cued memory supported by the striatum. Our results highlight a differential regulation of histone acetylation within the hippocampus and striatum depending on the nature of the task and age of animals. Spatial and cued learning elicited histone acetylation selectively in the hippocampus (CA1 region and dentate gyrus) and the striatum, respectively. Age-related spatial memory deficits were associated with opposite changes in H3 acetylation (increase) and H4 (decrease) selectively in the hippocampus. During a water maze competition task in which mice can choose between spatial and cue-guided strategies, intra-hippocampal injection of Trichostatin A (TSA), an histone deacetylase inhibitor, immediately post-acquisition, impaired striatal function and promoted the use of a hippocampus-based spatial strategy. However, this effect of TSA was absent in old mice in which hippocampal function is impaired. In a final series of experiments, analysis of the effects of intra-hippocampal TSA injection immediately after a spatial training helped to clarify the respective contributions of histone H3/H4 and the transcription factor CREB in spatial memory deficits associated with aging. Taken together, our work provides important information regarding the importance of histone acetylation in modulating interactions between hippocampal and striatal memory systems.

L'obésité maternelle peut prédisposer aux pathologies métaboliques à l'âge adulte. Une perte de poids préconceptionnelle est recommandée aux femmes obèses, mais ses effets sur la croissance fœto-placentaire et la santé de la descendance adulte sont encore peu connus. Les objectifs de cette thèse étaient d’étudier les effets des trajectoires pondérales maternelles sur le phénotype de la descendance à terme et à l’âge adulte, ainsi que sur l’expression génique. Les descendants de mères obèses présentent une restriction de croissance fœtale, associée à des altérations d’expression des gènes de la machinerie épigénétique dans le foie fœtal et le labyrinthe placentaire. Notre étude souligne la sensibilité particulière de la machinerie d’acétylation des histones au métabolisme maternel. À l'âge adulte, les mâles nés des mères obèses développent une obésité aggravée lorsqu'ils sont exposés à un environnement obésogène. La perte de poids maternelle préconceptionnelle améliore la croissance fœtale et normalise le poids à l’âge adulte. Elle est donc bénéfique pour la descendance. Cependant, certains effets de l’obésité, corrigée par l’intervention nutritionnelle, sont conservés car le poids fœtal et l’expression d’une partie de gènes restent altérés. Ce travail apporte des premiers éléments sur les mécanismes du conditionnement développemental par les trajectoires pondérales maternelles. / Maternal obesity (OB) impacts fetal growth and adult offspring phenotype. It is still unknown whether the currently recommended preconceptional weight loss (WL) for obese women is beneficial for feto-placental growth and adult offspring health. The objectives of this thesis were to assess the effects of maternal weight trajectories on offspring phenotype at term and in adulthood, as well as gene expression in placenta and fetal liver. At E18.5, fetuses from obese females presented a fetal growth restriction (FGR); this FGR was almost completely abolished by maternal WL. Placental and hepatic expression of epigenetic machinery genes was affected by maternal OB, especially the histone acetylation pathway. Maternal WL normalized the expression of only a subset of these genes. Males born to OB mothers gained weight faster under high-fat diet than males born to control mothers; maternal WL rescued this phenotype. These results show that expression of epigenetic machinery genes and in particular histone acetylation regulators, is highly sensitive to maternal obesity. Preconceptional WL alleviates the effects of OB on fetal and adult weight but some effects of obesity cured by nutritional intervention were retained in offspring phenotype at term. This study is an important step toward understanding the mechanisms linking maternal nutrition to fetal growth and adult health.

Durant la dernière décennie, la problématique de santé liée aux perturbateurs endocriniens (PE) s’est étendue à la toxicité des mélanges. L’objectif de ce travail était de définir les conséquences d’une exposition continue à des cocktails des PE, à des doses faibles et définies comme «non nocives » par les autorités réglementaires. Des mélanges associant la génistéine, la vinclozoline, et le Bisphénol A, ont fait l’objet d’étude intégrative et multi-générationnelle chez le rat qui prend en compte le comportement maternel, le comportement alimentaire et le développement. Nos résultats montrent que ces mélanges peuvent: a) diminuer le comportement maternel, b) modifier les préférences gustatives (sucré, salé), c) affecter le développement dès la période utérine (malformations) jusqu’à l’âge adulte (surpoids), d) perturber le bilan métabolique (femelles) et l’expression par la glande salivaire de gènes codant des protéines impliquées dans la gustation, d’engendrer des effets épigénétiques sur sur la génération F2 non exposée. L’étude in vitro confirme que la Génistéine et/ou la Vinclozoline, introduites durant l’induction de la différenciation adipocytaire affectent le développement des 3T3-L1et leur activité endocrine (leptine; triglycérides), et révèle que la Vinclozoline potentialise l’effet anti-adipogénique de la Génistéine.En conclusion, ce travail montre qu’une exposition à des mélanges de PE peut altérer le comportement et le développement, et prédisposer l’organisme à développer des maladies métaboliques telles que le diabète et l’obésité, mais que les propriétés hormonales de chaque composant ne sont pas prédictives des effets cocktails / During the last decade, the issue of health-related endocrine disruptors (ED) has been extended to the toxicity of mixtures. The objective of this study was to define the effects of lifelong exposure to ED mixtures, at low doses defined as "non-harmful" by the authorities. In this aim, the effects of mixtures combining genistein, vinclozolin and bisphenol A, have been investigated in the rat by using an integrative and multi-generational experimental approach which takes into account maternal behavior, feeding behavior and development. Our results show that these mixtures could: a) reduce maternal behavior, b) change taste preferences (sweet, salty), c) affect the development from the in utero period (birth defects) up to adulthood (body overweight) d) disrupt the metabolic balance (females) and the salivary gland expression of genes encoding proteins involved in gustation, and e) generate epigenetic effects on the unexposed F2 generation.An in vitro study confirms that Genistein and / or Vinclozolin, introduced at the step of the induction of adipocyte differentiation affect the development and endocrine activity (leptin, triglycerides) of 3T3-L1 cells and reveals that Vinclozolin potentiates the anti-adipogenic effect of Genistein. To conclude, this study shows that exposure to PE mixtures could affect behavior and development, and could predispose the body to develop metabolic diseases such as diabetes and obesity, but the own hormonal properties of component could not be used to predict the cocktails toxicity

L'unité structurale de la chromatine, nommée nucléosome, est composée d'un double brin d'ADN enroulé autour d'un octamère d'histone, et subit une pléthore de modifications post-traductionnelles. Les conséquences biologiques de l’acétylation des lysines et de l’isomérisation des liaisons peptidyl-prolyl ont été étudiées à travers une analyse à l’échelle atomique par RMN de systèmes d'intérêt reconstitués in vitro. Les liaisons peptidyl-prolyl du domaine N-terminal de l'histone H3 sont substrats in vitro d’une isomérase chez S. cerevisiae nommée Fpr4p, laquelle exerce un contrôle catalyse-dépendant de la transcription. La résolution de la structure du domaine catalytique de Fpr4p, à partir de contraintes géométriques mesurées par RMN, révéla un domaine canonique de la famille FKBP (FK506-binding protein). Grâce à l'analyse de la séquence primaire et aux expériences RMN, nous proposons un modèle structural préliminaire de Fpr4p entière. L'analyse fonctionnelle est réalisée grâce à trois décapeptides construits à partir de la séquence primaire de H3 chez S. cerevisiae. Ils sont tous substrats de Fpr4p et la catalyse est équivalente pour Pro16 et Pro30. La proportion à l'équilibre du conformère cis fut déterminée pour les trois peptides et celle-ci n'est pas affectée par l'activité catalytique de Fpr4p. Les structures en solution des substrats en conformation trans ont été résolues par spectroscopie RMN, et seront utilisées pour des appariements moléculaires in silico sur le domaine catalytique de Fpr4p. Pour étudier le rôle biologique de l'acétylation des histones, une méthodologie de production de protéines acétylées a été développée. Le protocole repose sur la mutation d'une lysine en cystéine d'une protéine recombinante, suivie d'une alkylation contrôlée exploitant la nucléophilie du groupe thiol préalablement introduit. La production de l'agent alkylant adéquat est simple, rapide, réalisable dans un laboratoire de biologie et permet différents marquages isotopiques du groupe acétyle. L'alkylation d'une protéine repliée fut réalisée avec succès en conditions natives. Le dimère d'histone H2A-H2B, un intermédiaire de l'assemblage du nucléosome et siège d'acétylation in vivo, fut reconstruit in vitro. Les déplacements chimiques des domaines N et C-terminaux de H2A sont cohérents avec un état intrinsèquement déstructuré bien que leurs dynamiques moléculaires ne soient pas équivalentes. / The structural unit of chromatin, the nucleosome, is composed of double-stranded DNA wrapped around a histone octamer and is subject to a plethora of post-translational modifications. The biological consequences of peptidyl-prolyl isomerization and lysine acetylation were investigated at atomic scale through analysis of in vitro reconstituted systems by NMR. Peptidyl-prolyl bonds of histone H3 N-terminal domain are substrates in vitro of an isomerase from S. cerevisiae named Fpr4p, which underlies transcriptional control dependent on its catalytic activity. The solution structure of the catalytic domain of Fpr4p was calculated based on restraints from NMR spectroscopy, and reveals a canonical catalytic domain belonging to the FK506-binding protein (FKBP) family. Based on primary sequence analysis and NMR experiments, a preliminary structural model of full length Fpr4p is also presented. Functional analyses were performed with three decapeptides designed from the primary sequence from the N-terminal tail of S. cerevisiae histone H3. All three constitute substrates of Fpr4p, with equivalent catalysis observed for Pro16 and Pro30. The equilibrium proportion of the cis-proline conformer has been determined for all three decapeptides, and these populations are unaffected by Fpr4p catalytic activity. Structural ensembles of the substrates with proline in the trans conformation were determined by using NMR spectroscopy, and will be subsequently used for in silico molecular docking onto Fpr4p. To study a second form of histone regulation, a semi-synthetic method to produce acetylated protein was developed. The protocol relies on the site-specific mutation of lysine to cysteine in recombinant proteins followed by controlled alkylation thanks to nucleophilicity of the introduced thiol. The production of the required alkylation reagent is easy, quick, and suitable for biology laboratory and allows diverse isotopic labeling within the acetyl group. Alkylation of folded proteins has also been achieved in native conditions. As one target of acetylation in vivo, the histone H2A-H2B dimer is an intermediate of nucleosome assembly and was reconstituted in vitro. Chemical shift values of the N- and C-terminal domains of H2A are in agreement with an intrinsically disordered state although they display differences in dynamic mobility.

L'autophagie maintient l'homéostasie cellulaire en dégradant les composants cellulaires. Chez l'humain, les protéines LC3 jouent un rôle central dans l'autophagie en interagissant avec d'autres facteurs contenant des régions d'interaction LC3 (LIR). Cette thèse porte sur le rôle de différents facteurs contenant des LIR, tels que le facteur nucléaire DOR et la protéine NSs du virus de la fièvre de la vallée du Rift (VFVR). Les protéines LC3 sont principalement présentes dans le noyau des cellules au repos normales, et leur passage au cytosol en réponse au stress nécessite une interaction avec DOR. Récemment, il a été démontré que cette interaction entre DOR et LC3B dépend de la désacétylation de deux résidus lysine conservés (K49/K51 de LC3A et K46/K48 de GABARAP). Cependant, les détails mécanistiques du rôle des résidus lysine individuels dans le transfert d'autres protéines LC3 demeurent inconnus. De plus, la caractérisation de l'interaction NSs-LC3 ainsi que son impact sur l'autophagie lors de l'infection par le RVFV demeurent évasives. Par conséquent, l'objectif de ces études est d'investiguer les différences structurelles et fonctionnelles des protéines humaines LC3 à différents stades de l'autophagie via leur interaction avec DOR et NSs. Nos études biophysiques et structurales ont permis d’identifier des éléments clés déterminant la spécificité de la région d'interaction LC3 de DOR (DORLIR) pour GABARAP. Nos études structurales ont défini une conformation en feuillet  chez DORLIR lorsqu'elle est en complexe avec GABARAP, ce qui joue un rôle important dans l'établissement de cette spécificité. Les études structurales ont également montré que l'acétylation de la deuxième Lys de GABARAP ou LC3A perturbe des interactions clés du W35 de DORLIR, ce qui conduit à une diminution de l'affinité qui est cohérente avec nos résultats ITC. Ces résultats ont été confirmés grâce à des expériences cellulaires en utilisant des substitutions K-en-Q pour imiter l'acétylation des Lys. En cellules, les substitutions K-en-Q à la deuxième Lys ont entravé le transfert cytoplasmique de GABARAP et de LC3A, ainsi que leur colocalisation avec DOR, tandis que les substitutions K-en-Q à la première Lys se comportent comme des protéines de type sauvage. Dans l'ensemble, la désacétylation de la deuxième Lys conservée est cruciale pour le transfert cytoplasmique de GABARAP et LC3A lors de l'autophagie, ce qui diffère de ce qui a été observé auparavant avec LC3B, où la désacétylation des deux Lys était nécessaire. Cette étude fournit également des informations sur les interactions entre la protéine NSs du VFVR et les protéines LC3, ainsi que l'impact de NSs sur l'autophagie lors de l'infection par le VFVR. Nous avons identifié quatre motifs potentiels d'interaction LC3 (NSs1-4) dans la protéine NSs, et des études d’ITC ont démontré que NSs4 interagit avec une affinité sous micromolaire-micromolaire avec les protéines LC3 humaines. De plus, nous avons confirmé que les protéines LC3 interagissent avec NSs dans les cellules, et que chez les cellules infectées par le RVFV, LC3A colocalise avec NSs. Dans l'ensemble, les résultats indiquent que la protéine NSs joue un rôle clé dans la modification de l'autophagie lors des infections par le VFVR. / Autophagy maintains cellular homeostasis through catabolism of cellular components including organelles, proteins, and pathogens. In humans, the six LC3 (Microtubule-associated protein 1 light chain 3) protein (LC3A, LC3B, LC3C, GABARAP, GABARAPL1 and GABARAPL2) play a pivotal role in autophagy through interactions with other factors that contain LC3-interacting regions (LIRs). This study focuses on the role of different factors that contain LIRs such as the nuclear factor DOR and the NSs protein from the RVFV. LC3 proteins are predominantly present in the nucleus of normal resting cells and their shuttling to the cytosol in response to stress requires interaction with DOR. Recently, this interaction between DOR and LC3B was shown to depend on the deacetylation of two conserved Lys residues (K49/K51in LC3 subfamily proteins and K46/K48 in GABARAP subfamily proteins). However, the mechanistic details of the role of the individual Lys residues in the shuttling other LC3 proteins is unknown. In addition, the characterization of NSs-LC3 interaction as well as its impact on RVFV (Rift Valley fever virus) infection on autophagy remains elusive. Therefore, the goal of these studies is to investigate the structural and the functional differences of the six human LC3 proteins in different stages of autophagy through their interaction with DOR and NSs. Our biophysical and structural studies identified key elements determining the specificity of the LIR from DOR (DORLIR) for the GABARAP subfamily. Our structural studies defined a -sheet conformation in DORLIR when complexed with GABARAP, which is important role for establishing this specificity. ITC studies with acetylated versions of LC3A and GABARAP demonstrated that acetylation of the second Lys significantly decreases binding to the DORLIR whereas acetylation at the first Lys has little to no effect. Our structural studies also demonstrate that acetylation at the second Lys of either GABARAP or LC3A disrupts key interactions between W35 of the DORLIR, which leads to the decreased affinity. The in vitro results were verified in cellular experiments using K-to-Q substitutions to mimic Lys acetylation. In cells, K-to-Q substitutions at the second Lys impaired the cytoplasmic shuttling of both GABARAP and LC3A from the nucleus as well as their colocalization with DOR, whereas K-to-Q substitutions at the first Lys behaved like wild-type proteins. Taken together, the deacetylation of the second conserved Lys is critical for the cytoplasmic shuttling of GABARAP and LC3A during autophagy, which is in contrast to what was observed with LC3B where deacetylation of both Lys was required. This study also provides insights into interactions between the NSs protein of RVFV and LC3 proteins and the impact of NSs on autophagy during RVFV infection. We identified four potential LIR motifs (NSs1-4) in the NSs protein and ITC studies demonstrated that NSs4 interacts with submicromolar-micromolar affinity with the human LC3 proteins. In addition, we confirmed that LC3 proteins interact with NSs in cells and that in RVFV infected cell LC3A colocalizes with NSs. Taken together, the results indicate that the NSs protein plays a key role in altering autophagy during RVFV infections.

Les sirtuines sont une famille conservée de déacétylases NAD+-dépendantes qui sont impliquées dans divers processus. Les humains possèdent 7 sirtuines (SIRT1-7) qui jouent un rôle dans plusieurs voies cellulaires, tandis que la levure Saccharomyces cerevisiae possède 5 membres (Sir2, Hst1-4) qui influencent plusieurs voies comme le cycle cellulaire ou le vieillissement. Une absence d’activité des sirtuines mène toutefois à des défauts de croissance, une thermosensibilité et l’apparition de dommages spontanés à l’ADN par des mécanismes mal élucidés. Pour mieux caractériser ce phénomène, ce mémoire met en lumière certains résultats venant d’un crible chimiogénétique réalisé par traitement au nicotinamide (NAM), un pan-inhibiteur des sirtuines. Nos résultats indiquent que le NAM entraîne chez la levure Saccharomyces cerevisiae une forte activation des voies de réponses aux dommages à l’ADN, et que les défauts de croissance sont principalement dus à l’hyperacétylation de la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56), une modification post-traductionnelle qui est renversée par les sirtuines Hst3 et Hst4. Lors d’hyperacétylation de H3K56, la protéine Slx4 et le complexe PP4 sont requis pour la croissance de la levure en modulant les niveaux d’activation de la kinase Rad53 lors de la RDA. Également, certains résultats préliminaires inclus dans ce mémoire mettent en évidence un rôle de l’activité des sirtuines dans la régulation de la recombinaison homologue, l’une des voies de réparation de l’ADN. Ensemble, nos résultats suggèrent que la déacétylation des histones par les sirtuines permet de moduler la réponse aux dommages à l’ADN en présence de stress réplicatif. / Sirtuins are a conserved family of NAD+-dependent deacetylases that are involved in various processes. Humans have seven sirtuins (SIRT1-7) and play a role in several cellular pathways, while the budding yeast Saccharomyces cerevisiae has 5 members (Sir2, Hst1-4) and influence several pathways, such as the cell cycle or aging. Lack of sirtuin activity however leads to growth defects, thermosensitivity and spontaneous DNA damage by poorly understood mechanisms. To further characterize this phenomenon, this thesis highlights results obtained from a chemogenetic screen realized by treatment with nicotinamide (NAM), a pan-inhibitor of all sirtuins. Our results indicate that NAM causes strong activation of DNA damage-induced signaling in budding yeast Saccharomyces cerevisiae, and that growth defects are mainly due to histone H3 lysine 56 (H3K56) hyperacetylation, a post-translational modification reversed by sirtuins Hst3 and Hst4. During H3K56 hyperacetylation, the Slx4 protein and PP4 complex are both required for yeast growth by modulating the activation levels of Rad53 kinase during the DDR. Also, preliminary results included in this thesis highlight that proper regulation of homologous recombination, one of DNA repair pathways, is essential for growth in the presence of NAM-induced sirtuin inhibition. Together, our results suggest that chromosome-wide histone deacetylation by sirtuins can modulate DNA damage response in presence of replicative stress.

La chromatine possède une plasticité complexe et essentielle pour répondre à différents mécanismes cellulaires fondamentaux tels la réplication, la transcription et la réparation de l’ADN. Les histones sont les constituants essentiels de la formation des nucléosomes qui assurent le bon fonctionnement cellulaire d’où l’intérêt de cette thèse d’y porter une attention particulière. Un dysfonctionnement de la chromatine est souvent associé à l’émergence du cancer. Le chapitre II de cette thèse focalise sur la répression transcriptionnelle des gènes d’histones par le complexe HIR (HIstone gene Repressor) en réponse au dommage à l'ADN chez Saccharomyces cerevisiae. Lors de dommage à l’ADN en début de phase S, les kinases du point de contrôle Mec1, Tel1 et Rad53 s’assurent de bloquer les origines tardives de réplication pour limiter le nombre de collisions potentiellement mutagéniques ou cytotoxiques entre les ADN polymérases et les lésions persistantes dans l'ADN. Lorsque la synthèse totale d’ADN est soudainement ralentie par le point de contrôle, l’accumulation d'un excès d'histones nouvellement synthétisées est néfaste pour les cellules car les histones libres se lient de manière non-spécifique aux acides nucléiques. L'un des mécanismes mis en place afin de minimiser la quantité d’histones libres consiste à réprimer la transcription des gènes d'histones lors d'une chute rapide de la synthèse d'ADN, mais les bases moléculaires de ce mécanisme étaient très mal connues. Notre étude sur la répression des gènes d’histones en réponse aux agents génotoxiques nous a permis d’identifier que les kinases du point de contrôle jouent un rôle dans la répression des gènes d’histones. Avant le début de mon projet, il était déjà connu que le complexe HIR est requis pour la répression des gènes d’histones en phase G1, G2/M et lors de dommage à l’ADN en phase S. Par contre, la régulation du complexe HIR en réponse au dommage à l'ADN n'était pas connue. Nous avons démontré par des essais de spectrométrie de masse (SM) que Rad53 régule le complexe HIR en phosphorylant directement une de ses sous-unités, Hpc2, à de multiples résidus in vivo et in vitro. La phosphorylation d’Hpc2 est essentielle pour le recrutement aux promoteurs de gènes d’histones du complexe RSC (Remodels the Structure of Chromatin) dont la présence sur les promoteurs des gènes d'histones corrèle avec leur répression. De plus, nous avons mis à jour un nouveau mécanisme de régulation du complexe HIR durant la progression normale à travers le cycle cellulaire ainsi qu'en réponse aux agents génotoxiques. En effet, durant le cycle cellulaire normal, la protéine Hpc2 est très instable durant la transition G1/S afin de permettre la transcription des gènes d’histones et la production d'un pool d'histones néo-synthétisées juste avant l'initiation de la réplication de l’ADN. Toutefois, Hpc2 n'est instable que pour une brève période de temps durant la phase S. Ces résultats suggèrent qu'Hpc2 est une protéine clef pour la régulation de l'activité du complexe HIR et la répression des gènes d’histones lors du cycle cellulaire normal ainsi qu'en réponse au dommage à l’ADN. Dans le but de poursuivre notre étude sur la régulation des histones, le chapitre III de ma thèse concerne l’analyse globale de l’acétylation des histones induite par les inhibiteurs d’histone désacétylases (HDACi) dans les cellules normales et cancéreuses. Les histones désacétylases (HDACs) sont les enzymes qui enlèvent l’acétylation sur les lysines des histones. Dans plusieurs types de cancers, les HDACs contribuent à l’oncogenèse par leur fusion aberrante avec des complexes protéiques oncogéniques. Les perturbations causées mènent souvent à un état silencieux anormal des suppresseurs de tumeurs. Les HDACs sont donc une cible de choix dans le traitement des cancers engendrés par ces protéines de fusion. Notre étude de l’effet sur l’acétylation des histones de deux inhibiteurs d'HDACs de relevance clinique, le vorinostat (SAHA) et l’entinostat (MS-275), a permis de démontrer une augmentation élevée de l’acétylation globale des histones H3 et H4, contrairement à H2A et H2B, et ce, autant chez les cellules normales que cancéreuses. Notre quantification en SM de l'acétylation des histones a révélé de façon inattendue que la stœchiométrie d'acétylation sur la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56Ac) est de seulement 0,03% et, de manière surprenante, cette stœchiométrie n'augmente pas dans des cellules traitées avec différents HDACi. Plusieurs études de H3K56Ac chez l’humain présentes dans la littérature ont rapporté des résultats irréconciliables. Qui plus est, H3K56Ac était considéré comme un biomarqueur potentiel dans le diagnostic et pronostic de plusieurs types de cancers. C’est pourquoi nous avons porté notre attention sur la spécificité des anticorps utilisés et avons déterminé qu’une grande majorité d’anticorps utilisés dans la littérature reconnaissent d’autres sites d'acétylation de l’histone H3, notamment H3K9Ac dont la stœchiométrie d'acétylation in vivo est beaucoup plus élevée que celle d'H3K56Ac. De plus, le chapitre IV fait suite à notre étude sur l’acétylation des histones et consiste en un rapport spécial de recherche décrivant la fonction de H3K56Ac chez la levure et l’homme et comporte également une évaluation d’un anticorps supposément spécifique d'H3K56Ac en tant qu'outil diagnostic du cancer chez l’humain. / The chromatin is a complex structure and its plasticity is essential to complete different fundamental cellular processes such as DNA replication, transcription and repair. Furthermore, chromatin malfunction is often associated with cancer emergence. The focus of this thesis will be on the function and regulation of histones, as they are essential components of nucleosomes and they ensure proper chromatin formation. Chapter II of this thesis focuses on the transcriptional repression of histone genes by the HIR (HIstone gene Repressor) complex in response to DNA damage in Saccharomyces cerevisiae. When DNA damage occurs in early S phase, the DNA damage checkpoint kinases Mec1, Tel1 and Rad53 block late origins of replication to limit potentially mutagenic or cytotoxic collisions between DNA polymerases and remaining DNA lesions. When the total DNA synthesis rate drops suddenly in S- phase, following the checkpoint control activation, accumulation of newly synthesized histones becomes detrimental for the cells because free histones bind non-specifically to nucleic acids. One mechanism that contributes to a reduction in free histones at this time is the repression of histone gene transcription; however, the molecular basis of this repression was not known. Our study on histone gene repression in response to genotoxic agents allowed us to identify the checkpoint kinases as major players in the repression of histone genes. Before initiating this project, it was known that the HIR complex is required to repress histone genes in G1 and G2/M phases and during DNA damage. Nonetheless, HIR complex regulation was not well characterized. We demonstrated by mass spectrometry (MS) analyses that Rad53 regulates the HIR complex by directly phosphorylating one of its subunits, Hpc2, at many residues in vivo and in vitro. Hpc2 phosphorylation is essential to recruit the RSC complex (Remodels the Structure of Chromatin) to histone gene promoters where its presence correlates with histone gene repression. Moreover, we uncovered a novel mechanism for the HIR complex regulation during a normal cell cycle progression and in response to genotoxic agents. Indeed, during a normal cell cycle, the Hpc2 protein is very unstable at the G1/S transition to allow histone gene transcription and production of a pool of newly synthesized histones just before DNA replication initiation. These results suggest that Hpc2 is a key player in the regulation of HIR complex activity and can repress histone gene expression both during a normal cell cycle and in response to DNA damage. In order to pursue our study on histone regulation, chapter III of this thesis covers histone acetylation induced by histone deacetylase inhibitors (HDACi) in normal and cancer cells. Histone deacetylases (HDACs) are enzymes that remove acetyl groups from lysine residues on histones, condensing the chromatin and effectively repressing local transcription. Several types of cancers are characterized by epigenetic abnormalities and HDACs contribute to oncogenesis by aberrant fusion with oncogenic protein complexes. The disruptions often lead to an abnormal silent state of tumour suppressors. HDACs are then targets of interest in cancer treatment caused by those fusion proteins. Our study of the effects of two clinically relevant HDAC inhibitors, vorinostat (SAHA) and entinostat (MS-275) on acetylation of histones demonstrated an obvious increase of histones H3 and H4 acetylation, unlike histones H2A and H2B in both normal and cancer cells. Unexpectedly, our MS quantification of histone acetylation revealed that the stoichiometry of histone H3 lysine 56 acetylation (H3K56Ac) was only 0.03% and, surprisingly, this stoichiometry did not increase upon HDACi treatments. Several reported studies in the literature of H3K56Ac in humans are irreconcilable. Furthermore, H3K56Ac was considered as a potential biomarker in diagnosis and prognosis in many cancer types. Therefore we focussed on antibody specificity and determined that the majority of antibodies used in the literature recognize other acetylation sites in histone H3, especially H3K9Ac whose stoichiometry of acetylation in vivo is much higher than H3K56Ac. Additionally, chapter IV is a follow-up of our study on histone acetylation and consists of a special report describing the function of H3K56Ac in yeast and human and also contains an evaluation of a supposedly specific H3K56Ac antibody as a diagnostic tool in human cancers.