La préservation d'un stock de cellules souches fonctionnelles est indispensable pour le maintien de nombreux tissus chez l'adulte. Les cellules souches se multiplient pour s'auto-renouveller et entrent en différenciation donnant naissance à des progéniteurs puis à des cellules matures. Récemment, la possibilité pour les progéniteurs de se reprogrammer en cellules souches et de réacquérir un potentiel de régénération à long terme a été suggérée notamment dans le tissu germinal. Ainsi, l'auto-renouvellement et la reprogrammation des progéniteurs pourraient jouer un rôle dans le maintien du pool de cellules souches. Mon travail de thèse portait sur l'étude de ces deux mécanismes de régénération des cellules souches chez la souris. J'ai tout d'abord étudié la reprogrammation des progéniteurs germinaux au cours de la spermatogenèse. Ce travail montre la capacité des progéniteurs germinaux mâles, les spermatogonies différenciées, à modifier leur programme de différenciation et à générer de nouvelles cellules souches germinales après transplantation testiculaire. Les progéniteurs germinaux pourraient ainsi constituer une réserve de " cellules souches potentielles ". Le tissu germinal possède donc une certaine plasticité. La seconde partie de mon travail porte sur l'implication du gène Fancg de l'anémie de Fanconi, voie de réponse aux dommages à l'ADN, dans l'auto-renouvellement et la fonctionnalité des cellules souches hématopoïétiques au cours de l'hématopoïèse. L'intégrité génétique des cellules souches doit en effet être préservée tout au long de la vie de l'individu. Cette étude montre que l'invalidation du gène Fancg perturbe le processus de migration, la quiescence, et la régulation de l'expression de certains gènes clés des fonctions des cellules souches. Ces altérations participent au déficit fonctionnel des cellules souches hématopoïétiques observées dans le modèle murin Fancg-/-.

La préservation d’un stock de cellules souches fonctionnelles est indispensable pour le maintien de nombreux tissus chez l’adulte. Les cellules souches se multiplient pour s’auto-renouveller et entrent en différenciation donnant naissance à des progéniteurs puis à des cellules matures. Récemment, la possibilité pour les progéniteurs de se reprogrammer en cellules souches et de réacquérir un potentiel de régénération à long terme a été suggérée notamment dans le tissu germinal. Ainsi, l’auto-renouvellement et la reprogrammation des progéniteurs pourraient jouer un rôle dans le maintien du pool de cellules souches. Mon travail de thèse portait sur l’étude de ces deux mécanismes de régénération des cellules souches chez la souris. J’ai tout d’abord étudié la reprogrammation des progéniteurs germinaux au cours de la spermatogenèse. Ce travail montre la capacité des progéniteurs germinaux mâles, les spermatogonies différenciées, à modifier leur programme de différenciation et à générer de nouvelles cellules souches germinales après transplantation testiculaire. Les progéniteurs germinaux pourraient ainsi constituer une réserve de « cellules souches potentielles ». Le tissu germinal possède donc une certaine plasticité. La seconde partie de mon travail porte sur l’implication du gène Fancg de l’anémie de Fanconi, voie de réponse aux dommages à l’ADN, dans l’auto-renouvellement et la fonctionnalité des cellules souches hématopoïétiques au cours de l’hématopoïèse. L’intégrité génétique des cellules souches doit en effet être préservée tout au long de la vie de l’individu. Cette étude montre que l’invalidation du gène Fancg perturbe le processus de migration, la quiescence, et la régulation de l’expression de certains gènes clés des fonctions des cellules souches. Ces altérations participent au déficit fonctionnel des cellules souches hématopoïétiques observées dans le modèle murin Fancg-/-. / The long-term maintenance of the stem cell pool is necessary to preserve the functionality of an organ throughout life. Stems cells proliferate in order to selfrenew or to be committed to differentiate to produce progenitors and finally highly specialized cells. Recent reports have suggested that germinal progenitors could reprogram into stem cells and reacquire a potential to regenerate tissue at long-term. Thus, the stem cell selfrenewal process and the reprogramming of progenitors could play a role in the maintenance of the stem cell pool. The project of my thesis focused on those two mechanisms of stem cell regeneration in the mouse model. First, I investigated the reprogramming process of the germinal progenitors during spermatogenesis. Our results show that male germinal progenitors, the differentiating spermatogonia, can change their differentiation program and generate new functional germinal stem cells after testicular transplantation. The germinal progenitors could constitute a pool of potential stem cell, and underscores the plasticity of the germinal lineage. A second part of my project dealt with the involvement of fancg, a gene of the Fanconi anemia DNA damage response pathway, in the selfrenewal and in the functions of the hematopoietic stem cells. The maintenance of the genetic integrity throughout life is particulary important for stem cells in order to safeguard the stem cell pool. Our study show that fancg deficiency induces the impairment of the migration potential and of the quiescence of stem cells, and modifies the expression of several key genes regulating stem cell functions. Those alterations contribute to the functional impairment of the hematopoietic stem cells observed in Fancg-/- mice.

La grand majorité des espèces forment très peu de crossovers (CO) par chromosome en méiose, et ce quelle que soit la taille des chromosomes et en dépit de l'excès de précurseurs de recombinaison disponibles. Les mécanismes qui sous-tendent cette limitation restent, pour une grande part, inconnus. Pour identifier des facteurs limitant la formation des CO en méiose, nous avons mis en place un crible permettant d'isoler des mutants formant plus de CO que le sauvage. Chez Arabidopsis thaliana, les mutants présentant un défaut de CO (ex: les mutants zmm) présentent une réduction de fertilité directement observable sur la longueur des fruits. Notre crible repose sur l'idée qu'une mutation augmentant la formation des CO devrait restaurer la fertilité des mutants zmm.Le premier suppresseur identifié nous a permis de montrer que FANCM est un régulateur majeur de la formation des CO méiotiques, en limitant la voie dépendante de MUS81, normalement minoritaire chez Arabidopsis (Crismani et al., 2012). Nous avons ensuite montré que deux des cofacteurs de FANCM au sein de la voie de l'anémie de Fanconi (FA), MHF1 et MHF2, agissent dans la même voie pour limiter les CO. En dehors de ces trois protéines, les autres protéines FA ne sont pas des protéines anti-CO (Girard et al., 2014).Nous avons ensuite identifié FIDGETIN-Like-1 comme une protéine anti-CO agissant en parallèle de FANCM. En effet, si les deux mutations figl1 et fancm alimentent la voie dépendante de MUS81 de formation des CO, leurs effets sont cumulatifs et mènent à une augmentation d'un facteur 6 du nombre CO par méiose, et ce sans affecter la ségrégation des chromosomes. Ce résultat montre que FIGL1 et FANCM agissent à deux étapes indépendantes de la recombinaison, et nos données suggèrent que FIGL1 pourrait agir en amont de FANCM.Ce travail a révélé l'existence d'au moins deux mécanismes de limitation des CO méiotiques, et montre que la fréquence de CO peut être largement augmentée sans que la ségrégation des chromosomes ne soit affectée. / Most species only few meiotic crossovers (COs) per chromosome irrespective of their physical size and despite an excess of recombination precursors. However, the underlying mechanisms constraining CO frequency remain largely unknown. In order to find factors limiting meiotic COs, we performed a genetic screen to find mutants with increased CO frequency. CO-deficient mutants (e.g. zmm) of Arabidopsis thaliana display reduced fertility, easily noticeable by their obvious reduction in fruit length. We designed a screen based on the idea that mutations that increase CO frequency will restore the fertility of the zmm mutants.We showed first identified FANCM as a major anti-CO protein limiting MUS81-dependent COs, a normally minor pathway in Arabidopsis (Crismani et al., 2012). We then showed that two of FANCM's cofactors from the Fanconi anemia pathway of DNA repair, namely MHF1 and MHF2, act along FANCM to limit meiotic crossovers, whereas the other Fanconi proteins do not (Girard:2014).Another mutant revealed FIDGETIN-Like-1 (FIGL1) as an anti-CO factor that acts in parallel to FANCM. While both figl1 and fancm mutations fuels the MUS81-dependent CO pathway, the effect of both mutations is cumulative, leading to a six-fold increase in CO formation, without impairing chromosome segregation. This shows that FIGL1 and FANCM act independently, and our data suggest that FIGL1 could act at an earlier step in the recombination pathway than FANCM.This work reveals that at least two different mechanisms limit meiotic CO number and shows that CO frequency can be largely increased without affecting chromosome distribution at meiosis.

Le but de cette thèse était d’identifier de nouveaux substrats au complexe FANC Core,déficient dans l’Anémie de Fanconi, une pathologie génétique rare. Cette maladie estcaractérisée par un phénotype hétérogène associant une pancytopénie à des malformationscongénitales et une prédisposition accrues aux leucémies myéloïdes aigues.L’anémie de Fanconi est causée par la mutation biallélique dans un des seize gènesFANC. Les protéines produites par ces gènes participent à une même voie moléculaireimpliquée dans la signalisation des dommages de l’ADN. Huit de ces protéines forment lecomplexe FANC Core, une E3 ubiquitine ligase, dont les seuls substrats à ce jour sontFANCD2 et FANCI.Dans le but d’identifier de nouveaux substrats du complexe FANC Core, j’ai réalisé uneanalyse protéomique après immunoprécipitation des peptides modifiés par l’ubiquitine ou parles ubiquitin-like NEDD8 et ISG15. Cette expérience a été faite dans des cellules déficientespour la voie FANC, mutées sur les gène FANCA ou FANCC et comparée à des cellulescorrigées par l’expression de ces gènes.Cette analyse révèle que FANCD2 et FANCI sont les seules cibles du complexe FANCCore en réponse à des dommages de l’ADN.Néanmoins, je montre l’existence d’autres protéines qui sont modifiées d’une manièreFANCA dépendante. Ces protéines sont pour la grande majorité des protéines membranairesou associées aux membranes cytoplasmiques. Parmi celles-ci, j’ai pu déterminer que lerécepteur aux chimiokines, CXCR5, était modifié d’une manière FANCA dépendante parl’ubiquitin-like NEDD8. Cette modification impacte sur la localisation de la protéine à lamembrane et à des conséquences sur la migration des cellules.J’ai aussi montré que FANCA participe d’une manière similaire à la régulation de lalocalisation membranaire d’autres protéines comme APLP2.Ainsi, il est proposé par ce travail un rôle de la protéine FANCA en dehors du complexeFANC Core et en dehors de la réparation des dommages à l’ADN. Comment la protéineFANCA participe à la régulation du trafic des protéines membranaires reste un point nonrésolu à ce jour. / The aim of this thesis was to find new substrates of the E3-ubiquitin ligase activity of theFANC Core complex, mutated in the rare genetic disorder Fanconi Anemia. This disease ischaracterized by bone marrow failure, developmental abnormalities and predisposition tocancer. Eight of the 16 known FANC proteins participate in the FANCcore nuclear complex,which has E3 ubiquitin-ligase activity and monoubiquitinates FANCD2 and FANCI inresponse to replication stress.In this thesis, I used mass spectrometry to compare cellular extracts from FANC Corecomplex deficient FA-A and FA-C cells to their ectopically corrected counterparts after agenotoxic stress.FANCD2 and FANCI appear to be the only true direct targets of the FANCcore complex.However, I also identified other proteins that undergo post-translational modifications throughFANCA- or FANCC-specific direct or indirect mechanisms that are independent of theFANCcore complex. The majority of these potential FANCA or FANCC target proteinslocalize to the cell membrane.Finally, I demonstrated that (a) the chemokine receptor CXCR5 is a neddylated protein; (b)FANCA, surprisingly, appears to modulate CXCR5 neddylation through a currently unknownmechanism; (c) CXCR5 neddylation is involved in the targeting of this receptor to the cellmembrane; and (d) CXCR5 neddylation stimulates cell migration/motility.I also confirmed that the role of FANCA in neddylation is not restrict to CXCR5 but also to,at least, one other protein, APLP2.My work has uncovered a new signaling pathway that is potentially involved in the rarehuman syndrome Fanconi Anemia and in cell motility and has highlighted a potential newfunction for the FANCA protein independant of the FANC Core complex and of a genotoxicstress.

Dans le but de reconnaitre et répondre de manière efficace à une très grande variétés d’agents pathogènes, les cellules B ont développé au cours des mécanismes de diversifications des immunoglobulines contrôlés par des processus génétiques complexes comme la recombinaison V(D)J, l’hypermutation somatiques (SHM), et le changement de classe par recombinaison (CSR). L’ensemble de ces processus est contrôlé par différentes voies de réparations de l’ADN. L’anémie de Fanconi est une maladie génétique rare caractérisée par une défaillance progressive de la moelle osseuse, des anomalies de développement et un risque accru de développer des leucémies et des cancers oesopharyngés. La voie FANC est impliquée dans la réparation des pontages de l’ADN et dans le maintien de la fourche de réplication en cas de stress génotoxique. Il est également bien décrit que la voie FANC joue un rôle important dans la coordination des voies de réponses aux dommages à l’ADN. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au rôle de la voie FANC dans les processus de diversifications des immunoglobulines.En utilisant des souris déficientes pour le gène Fanca, nous montrons que la voie FANC (ou FANCA) participe à la recombinaison V(D)J en contrôlant, dans la moelle osseuse, la transition des cellules B, du stade pre-B au stade de cellules B immatures. Ceci se ferait probablement par le contrôle de la transcription des gènes codant les chaines légères κ des immunoglobulines. Nous montrons également que Fanca pourrait avoir un rôle dans l’addition de nucleotides aux extrémités codantes, en régulant d’une manière indéterminée l’activité et/ou l’activation de l’enzyme TdT ou de la polymérase Polµ. Par ailleurs, nous avons montré que Fanca est nécessaire pour l’induction des mutations de type transitions A/T pendant le processus de SHM en régulant l’expression ou la stabilisation de Polη. Enfin, Fanca (ou la voie FANC) participe à l’inhibition de la recombinaison non homologue (NHEJ) et est requis durant le CSR pour stabiliser les duplexes entre 2 régions de microhomologies qui facilitent le recrutement d’endonucléases et réguler l’accès des DNA polymérases aux cassures de l’ADN. / To recognize and respond dynamically to an enormous variety of different pathogens, B lymphocytes of the immune system have evolved controlled genetic processes at their immunoglobulin (Ig) loci that are known as Ig diversification including V(D)J recombination, somatic hypermutation (SHM), and class switch recombination (CSR). These complex and vulnerable processes are orchestrated by multiple DNA repair pathways. Fanconi anemia (FA) is a rare genetic disorder that can lead to bone marrow failure, congenital abnormalities, and an increased risk of leukemia and cancer. FANC pathway has been implicated in DNA interstrands crosslinks (ICL) repair and in the rescue of stalled replication forks. The FANC pathway also plays a fundamental role in coordinating the DNA repair pathways. Several lines of evidence suggest a possible involvement of the FANC pathway in Ig diversification processes, thus we are particularly interested in revealing function of FANC pathway during these processes. By using Fanca-/- mice, our results first show that during V(D)J recombination, Fanca (or FANC pathway) participates to the control of the transition from pre-B to immature B cells in bone marrow (BM), probably through transcriptional activation of post-rearranged κ light chain. In addition, Fanca might play a role in nucleotide addition at coding end, possibly by regulating either TdT or Polµ activity/activation. Secondly, we found that Fanca is required for the induction of transition mutations at A/T during SHM via regulation of Polη expression/stabilization. Finally, Fanca (or FANC pathway) inhibits short-range recombination and is required during CSR to stabilize duplexes between 2 short microhomology regions that facilitate the recruitment of endonucleases to trim overhangs and avoid unscheduled access of polymerases to DNA ends.

Cette thèse est consacrée à la modélisation qualitative des réseaux biologiques pour l'innovation thérapeutique. Elle étudie comment utiliser les réseaux Booléens, et comment les améliorer, afin d'identifier des cibles thérapeutiques au moyen d'approches in silico. Elle se compose de deux travaux : i) un algorithme exploitant les attracteurs des réseaux Booléens pour l'identification in silico de cibles dans des modèles Booléens de réseaux biologiques pathologiquement perturbés, et ii) une amélioration des réseaux Booléens dans leur capacité à modéliser la dynamique des réseaux biologiques grâce à l'utilisation des opérateurs de la logique floue et grâce au réglage des arrêtes. L'identification de cibles constitue l'une des étapes de la découverte de nouveaux médicaments et a pour but d'identifier des biomolécules dont la fonction devrait être thérapeutiquement modifiée afin de lutter contre la pathologie considérée. Le premier travail de cette thèse propose un algorithme pour l'identification in silico de cibles par l'exploitation des attracteurs des réseaux Booléens. Il suppose que les attracteurs des systèmes dynamiques, tel que les réseaux Booléens, correspondent aux phénotypes produits par le système biologique modélisé. Sous cette hypothèse, et étant donné un réseau Booléen modélisant une physiopathologie, l'algorithme identifie des combinaisons de cibles capables de supprimer les attracteurs associés aux phénotypes pathologiques. L'algorithme est testé sur un modèle Booléen du cycle cellulaire arborant une inactivation constitutive de la protéine du rétinoblastome, tel que constaté dans de nombreux cancers, tandis que ses applications sont illustrées sur un modèle Booléen de l'anémie de Fanconi. Les résultats montrent que l'algorithme est à même de retourner des combinaisons de cibles capables de supprimer les attracteurs associés aux phénotypes pathologiques, et donc qu'il réussit l'identification in silico de cibles proposée. En revanche, comme tout résultat in silico, il y a un pont à franchir entre théorie et pratique, requérant ainsi une utilisation conjointe d'approches expérimentales. Toutefois, il est escompté que l'algorithme présente un intérêt pour l'identification de cibles, notamment par l'exploitation du faible coût des approches computationnelles, ainsi que de leur pouvoir prédictif, afin d'optimiser l'efficience d'expérimentations coûteuses. La modélisation quantitative en biologie systémique peut s'avérer difficile en raison de la rareté des détails quantitatifs concernant les phénomènes biologiques, particulièrement à l'échelle subcellulaire, l'échelle où les médicaments interagissent avec leurs cibles. Une alternative permettant de contourner cette difficulté est la modélisation qualitative étant donné que celle-ci ne requiert que peu ou pas d'informations quantitatives. Parmi les méthodes de modélisation qualitative, les réseaux Booléens en sont l'une des plus populaires. Cependant, les modèles Booléens autorisent leurs variables à n'être évaluées qu'à vrai ou faux, ce qui peut apparaître trop simpliste lorsque des processus biologiques sont modélisés. En conséquence, le second travail de cette thèse propose une méthode de modélisation dérivée des réseaux Booléens où les opérateurs de la logique floue sont utilisés et où les arrêtes peuvent être réglées. Les opérateurs de la logique floue permettent aux variables d'être continues, et ainsi d'être plus finement évaluées qu'avec des méthodes de modélisation discrètes tel que les réseaux Booléens, tout en demeurant qualitatives. De plus, dans le but de considérer le fait que certaines interactions peuvent être plus lentes et/ou plus faibles que d'autres, l'état des arrêtes est calculé afin de moduler en vitesse et en force le signal qu'elles véhiculent. La méthode proposée est illustrée par son implémentation sur un petit échantillon de la signalisation du récepteur au facteur de croissance épidermique... [etc] / This thesis is devoted to the qualitative modeling of biological networks for therapeutic innovation. It investigates how to use the Boolean network formalism, and how to enhance it, for identifying therapeutic targets through in silico approaches. It is composed of two works: i) an algorithm using Boolean network attractors for in silico target identification in Boolean models of pathologically disturbed biological networks, and ii) an enhancement of the Boolean network formalism in modeling the dynamics of biological networks through the incorporation of fuzzy operators and edge tuning. Target identification, one of the steps of drug discovery, aims at identifying biomolecules whose function should be therapeutically altered in order to cure the considered pathology. The first work of this thesis proposes an algorithm for in silico target identification using Boolean network attractors. It assumes that attractors of dynamical systems, such as Boolean networks, correspond to phenotypes produced by the modeled biological system. Under this assumption, and given a Boolean network modeling a pathophysiology, the algorithm identifies target combinations able to remove attractors associated with pathological phenotypes. It is tested on a Boolean model of the mammalian cell cycle bearing a constitutive inactivation of the retinoblastoma protein, as seen in cancers, and its applications are illustrated on a Boolean model of Fanconi anemia. The results show that the algorithm returns target combinations able to remove attractors associated with pathological phenotypes and then succeeds in performing the proposed in silico target identification. However, as with any in silico evidence, there is a bridge to cross between theory and practice, thus requiring it to be used in combination with wet lab experiments. Nevertheless, it is expected that the algorithm is of interest for target identification, notably by exploiting the inexpensiveness and predictive power of computational approaches to optimize the efficiency of costly wet lab experiments. Quantitative modeling in systems biology can be difficult due to the scarcity of quantitative details about biological phenomenons, especially at the subcellular scale, the scale where drugs interact with there targets. An alternative to escape this difficulty is qualitative modeling since it requires few to no quantitative information. Among the qualitative modeling approaches, the Boolean network formalism is one of the most popular. However, Boolean models allow variables to be valued at only true or false, which can appear too simplistic when modeling biological processes. Consequently, the second work of this thesis proposes a modeling approach derived from Boolean networks where fuzzy operators are used and where edges are tuned. Fuzzy operators allow variables to be continuous and then to be more finely valued than with discrete modeling approaches, such as Boolean networks, while remaining qualitative. Moreover, to consider that some interactions are slower and/or weaker relative to other ones, edge states are computed in order to modulate in speed and strength the signal they convey. The proposed formalism is illustrated through its implementation on a tiny sample of the epidermal growth factor receptor signaling pathway. The obtained simulations show that continuous results are produced, thus allowing finer analysis, and that modulating the signal conveyed by the edges allows their tuning according to knowledge about the modeled interactions, thus incorporating more knowledge. The proposed modeling approach is expected to bring enhancements in the ability of qualitative models to simulate the dynamics of biological networks while not requiring quantitative information. The main prospect of this thesis is to use the proposed enhancement of Boolean networks to build a version of the algorithm based on continuous dynamical systems...[etc]