Les ARNnc sont impliqués dans la régulation de l’expression de gènes chez les Procaryotes, les Archées et les Eucaryotes. Cette régulation peut être effectuée au niveau transcriptionnel ou post-transcriptionnel. Elle fait parfois intervenir des modifications des histones comme la méthylation ou l’acétylation. J’ai étudié le gène TIR1 dont l’expression est fortement réduite lorsqu’un ARNnc codant antisens nommé TIR1axut est stabilisé. J’ai montré que cette régulation est dépendante de l’histone déacétylase Hda1. De plus, j’ai montré que l’acétylation de H3K14 et H3K18 ne sont pas directement impliquées dans la régulation de TIR1 mais qu’un résidu polaire est nécessaire pour la répression de TIR1 en présence de l’ARNnc antisens. En outre, j’ai mis en évidence que la répression de TIR1 par son XUT est en parti post-transcriptionnel, mais ne fait pas varier la stabilité de l’ARNm. Finalement, j’ai tenté en vain de comprendre le ciblage de l’activité histone déacétylase de Hda1 le long de TIR1 en cherchant la présence d’hybride ARN/ADN grâce à un anticorps reconnaissant ce type de structure. / NcRNAs are involved in gene regulation in Prokaryotes, Eukaryotes and Archaea. This regulation could be transcriptional or post-transcriptional. Histone modifications could be involved such as methylation or acetylation. I studied TIR1 gene whose expression is highly reduced when an antisense ncRNA called TIR1axut is stabilized. I showed that this regulation is Hda1-dependant. In addition to that, I showed that H3K14ac and H3K18ac are not directly responsible for TIR1 repression but a polar residue is required for a proper silencing of TIR1 in a XUT depending manner. Moreover, I showed that TIR1 repression is due to a post-transcriptional effect but does not affect mRNA stability. Finally, I tried in vain to understand Hda1 targeting on TIR1 searching for RNA/DNA hybrids using an antibody that recognizes such structures.

Les oligonucleotides sont utilisés pour de nombreuses applications dans le domaine du diagnostic et ils peuvent également être utilisés comme traitement pour de nombreuses maladies. Les oligonucléotides sont des polyanions qui viennent s'hybrider sur leurs séquences complémentaires elles aussi anioniques. Les répulsions électrostatiques impliquent que l'addition de charges positives sur les oligonucléotides serait bénéfique pour diminuer les répulsions et améliorer l'hybridation. Dans le but de diminuer ces répulsions électrostatiques, des conjugués oligonucléotide-oligocation sur lesquels sont greffées des unités spermines ont été développés. Les conjugués oligonucléotideoligocation sont synthétisés sur un synthétiseur automatique d'oligonucléotide en utilisant la chimie des phosphoramidites. Les« Zip Nucleic Acid »ou ZNAs sont des oligonucléotides portant une queue cationique de quelques unités de spermine et sont de charge globale négative. Les modifications apportées permettent d'améliorer l'hybridation en accélérant la reconnaissance de la séquence cible et en augmentant la température de fusion linéairement avec le nombre de spermines greffées sans altérer la spécificité. Les ZNAs se révèlent être efficaces utilisés comme amorces ou sondes en PCR et ils apparaissent comme de nouveaux outils intéressants pour la biologie moléculaire. Les petits ARNintérferents (si RNA) induisant l'extinction d'un gène par la voie d' ARN interférence ont suscités un grand engouement ces dernières années, cependant leur très faible pénétration cellulaire est un frein majeur à leur utilisation. C'est pour cela que les conjugués oligonucléotide- oligospermine ont un réel intérêt pour le domaine de la thérapie in vivo. Les duplexes SIRNAPLUS cationiques sont des siRNAs ciblantspécifiquement un ARN messager. Ils sont constitués d'un brin sens ARN-oligospermine de charge globale positive hybridé à un brin antisens. Les résultats ont montré que lesSIRNAPLUS pouvaient entrer seuls dans les cellules sans agent de transfert pour induire l'extinction d'un gène cible et les premières expériences montrent qu'ils sont actifs in vivo. Mes travaux de thèse ont porté sur le développement des conjugués oligonucléotide oligospermine et démontrent des applications potentielles dans le domaine du diagnostic et de la thérapie. / Oligonucleotides are finding an extremely large number of applications in molecular diagnostics and might become a very selective class of drugs for the treatment of a vast palette of diseases. Oligonucleotides are polyanions that exert their specifie activity following hybridization to a complementary sequence borne by another polyanionic nucleic acid. Simple electrostatic considerations imply that hybridization energy and cell binding couId benefit from addition of cationic groups to the oligonucleotide structure. Towards the aim of improving hybridization by decreasing electrostatic repulsions between the negatively charged strands, oligonucleotide-oligocation conjugates whose global charge is modulated by the number of cationic spermine moieties grafted on the oligonucleotides have been developed. Oligonucleotide-oligospermine conjugates are produced using an automated solid-phase synthesis of conjugates that are entirely based on the phosphoramidite coupling chemistry. Zip Nucleic Acids {ZNAs} are oligonucleotides with a short polycationic tail, composed of relatively few spermine units, leading to molecules overall negative in charge. The modification improves hybridisation by accelerating the target recognition and increases the melting temperature linearly with the number of grafted spermines on the oligonucleotide without altering the specificity. ZNAs have been shown to be potent primers and probes for PCR and are new interesting tools for molecular biology and diagnostics applications. Small interfering RNA (siRNA}-mediated gene silencing has become a drug development paradigm. As drug candidates, they must aIso be able to cross the anionic cell membrane. However, still one major limitation of the use of siRNA remains their inability to penetrate efficiently into cells of a particular tissue or tumour. That gives to oligonucleotide-oligospermine conjugates a real interest in this domain and more generally in vivo therapies. Cationic SIRNAPLUS are duplexes of small RNAs targeting a specifie mRNA. They are produced as an oligospermine-RNA sense strand, with positive global charge, associated to an antisense RNA strand. Results have shown that cationic siRNAs are able to enter cells efficiently without vector and to display silencing activity at nanomolar concentration. To have positive global charge, the number of spermine moieties has been increased. Purification and characterization methods have been developed to have cationic siRNAs compatible with in vivo experiments. My thesis will describe the synthesis of oligonucleotide-oligospermine conjugates as well as their applications.

Staphylococcus aureus un pathogène opportuniste de l’homme responsable de nombreuses maladies. Son pouvoir pathogène est dû à l’expression de nombreux facteurs de virulence, aussi qu’à sa capacité de s’adapter à son environnement. En pénétrant dans nos tissus S. aureus doit, pour survivre, faire face aux changements environnementaux et à la disponibilité des nutriments. L’expression des gènes impliqués dans ces réponses adaptatives, est soumise à une régulation fine, apportée par les systèmes à deux composants, les facteurs de transcription et les sARN (small ARN). Dans cette étude, j’ai identifié les fonctions d’un sARN, appelé RsaI, qui est réprimé en présence de glucose extérieur. RsaI, réprime la traduction, de plusieurs ARNm impliqués dans le métabolisme carboné et également de IcaR, impliqué dans la synthèse de biofilms. RsaI participe à l’inhibition de plusieurs enzymes de la voie de synthèse des pentoses phosphates et interagit également avec d’autre sARN. Cet ARN multifonctionnel est un véritable senseur du taux de glucose extérieur engendrant ainsi un switch métabolique, nécessaire à la réponse adaptative de S. aureus en conditions infectieuses. / Staphylococcus aureus is a human opportunist pathogenic bacterium capable to colonize different host tissues and organs and therefore generates multiple infectious conditions. Its pathogenic power is due to the expression of multiple virulence factors, and by it’s ability to adapt to the environment. Once entered in human tissues, S. aureus must face environmental changes, as the availability of nutriments to survive. Gene expressions implicated in these adaptive responses are submitted to a fine regulation, carried by two component systems, transcriptional factors, and sRNA (small RNA). In this study, I have identified the functions of a sRNA, called RsaI, which is repressed when the external concentration of glucose is at high levels. RsaI represses the translation of multiple mRNA implicated in the carbon metabolism, including a major glucose transporter, and IcaR, implicated in the biofilms synthesis. Furthermore, RsaI interacts with other sRNA. This multifunctional RNA is a real sensor of the external glucose levels, generating a metabolic switch that is necessary to ensure S. aureus adaptive response in infectious conditions.

Le contrôle post-transcriptionnel de l'expression des gènes représente un vaste ensemble de processus biologiques autour de la machinerie des ARNm, jouant un rôle majeur dans la création de la diversité du répertoire protéique. La dérégulation de ces processus, générant un phénotype altéré, pourrait contribuer à la progression tumorale dans les cancers du sein. Nos travaux se sont axés sur l'étude de l'épissage alternatif des pré-ARNm et la dérégulation de la machinerie de l'épissage dans la progression métastatique des cancers du sein. Dans un modèle murin de carcinome mammaire, nous avons identifié des variants d'épissage spécifiquement associés au potentiel métastatique. Dans une large cohorte de patientes, nous avons montré que l'expression de certains de ces variants dans des tumeurs est associée à un pronostic défavorable. Enfin, nous avons caractérisé le profil d'expression des protéines régulatrices de l'épissage dans plusieurs séries de cancer du sein. Cette étude offre de nouvelles connaissances et perspectives pour le développement de biomarqueurs de la progression tumorale. / Alternative RNA processing is a mechanism that plays a critical role for creation of protein diversity through selective inclusion or exclusion of RNA sequences during post-transcriptional control of gene expression. We hypothesized that alteration in this process might contribute greatly to tumour development and progression in breast cancer. The aim of our study was to identify and characterize defects in alternative splicing during breast tumour progression. In a murine model, we could identify specific mRNA splicing variants associated with metastatic development. In a large cohort of breast cancer patients, expression of a subset of these variants was correlated to poor prognosis. Finally, we characterised the expression profile of a large panel of proteins of the splicing machinery in breast cancer. Our study provides new insights in the understanding of mechanisms leading to tumour progression and perspectives for the development of new biomarkers and therapies.

Plusieurs données expérimentales suggèrent que la protéine Core du virus de l’Hépatite B (HBV), en plus de ses fonctions structurales pour la formation des nucléocapsides dans le cytoplasme, pourrait avoir des fonctions régulatrices importantes dans le noyau des hépatocytes infectés. En effet, Core s’associe à l’ADNccc et aux promoteurs de certains gènes cellulaires dans le noyau des hépatocytes infectés et pourrait ainsi contrôler leur régulation transcriptionnelle. De plus, de par sa capacité à lier les ARN, elle pourrait également participer au métabolisme post-transcriptionnel de gènes viraux et/ou cellulaires. Pour caractériser ces fonctions, nous avons réalisé une analyse protéomique des facteurs cellulaires qui interagissent avec la protéine Core dans le noyau d’hépatocytes humains. Cet interactome a mis en évidence un grand nombre de protéines de liaison aux ARN (RBP), qui participent au métabolisme des ARN et en particulier aux mécanismes d’épissage. Deux interactants majeurs de Core ont été plus particulièrement étudiés, SRSF10 et RBMX, impliqués notamment dans l’épissage et la réparation de l’ADN. Une analyse fonctionnelle effectuée par une approche siRNA a montré que SRSF10 et RBMX affectent différemment le niveau des ARN viraux, vraisemblablement en agissant à des étapes différentes du cycle viral. De même, un composé ciblant l’activité de certaines RBP diminue fortement la réplication d’HBV en affectant l’accumulation des ARN viraux. Ainsi, ces résultats suggèrent que Core pourrait interagir avec certaines RBP pour contrôler le destin des ARN viraux et/ou cellulaires, une piste intéressante pour le développement de nouvelles stratégies antivirales ciblant l’hôte / Converging evidences suggest that the Hepatitis B virus (HBV) core protein, beside its well-known structural role to form nucleocapsids in the cytoplasm, could have important regulatory functions in the nucleus of infected hepatocytes. Indeed, nuclear Core was shown to associate with the cccDNA and to the promoters of some cellular genes, suggesting that Core may control viral and/or cellular gene expression. In addition, Core has the capacity to bind RNA, and may thus regulate HBV RNA metabolism. To elucidate these functions, we performed a proteomic analysis of the cellular factors interacting with nuclear Core in human hepatocytes. This interactome revealed a majority of highly interconnected RNA-binding proteins (RBPs), which participate in several steps of mRNA metabolism, including transcription, splicing and nuclear egress. We focused on two major Core-interacting factors, SRSF10 and RBMX that were previously involved in splicing and DNA repair. Functional analyses performed by a siRNA approach indicated that RBMX and SRSF10 were able to differentially regulate the levels of all viral RNAs most likely by acting at different steps of the viral life-cycle. Similarly, a small compound, affecting the activity of selected RBPs, severely impaired HBV replication by strongly reducing viral RNA accumulation. Altogether, these results strongly suggest that Core interacts with some selected RBPs to control the fate of viral and/or cellular RNAs and provide new critical information for the development of novel host-targeting antiviral agents (HTA)

Dans les régions de fortes endémicités, 70-80% des carcinomes hépatocellulaires sont induits par le VHB. Bien qu’un vaccin prophylactique très efficace existe, il n’est d’aucune utilité pour les 250 millions de personnes chroniquement infectées. Les traitements actuels pour contrôler l'infection chronique par le VHB montrent des limites et le besoin de nouvelles thérapies se fait ressentir. La Polo-like kinase-1 (PLK1), qui joue un rôle essentiel dans la mitose et est surexprimée dans de nombreux cancers, représente une cible prometteuse. Outre son rôle lors de la division cellulaire, PLK1 est impliquée dans la régulation de l'expression des gènes en interphase. Il a été montré que la protéine X du VHB (HBx) active PLK1 dans des modèles de cellules murines. Cependant, il restait à déterminer si PLK1 jouait un rôle au niveau de la réplication du VHB dans des hépatocytes quiescents. Des études récentes ont mis en évidence un lien positif entre l'activation de PLK1 et la réplication du VHB. Le but de ce projet de thèse a été d'étudier le(s) mécanisme(s) par le(s)quel(s) PLK1 jouait un rôle positif sur la réplication virale, avec pour objectif futur d'explorer l’inhibition de PLK1 comme cible antivirale. L'interaction entre PLK1 et la réplication du VHB a d'abord été décrite à l'aide du modèle HepAD38. Dans ce contexte, l'ADN viral est intégré dans le génome hôte, sous le contrôle d'un système d'expression Tet-off. La transcription de l'ARN prégénomique (pgRNA), à la base de la réplication virale, est initiée par la suppression de tétracycline. Dans ce contexte, l'augmentation de l'expression de PLK1 est corrélée avec la régulation négative de deux protéines; SUZ12 et ZNF198, faisant partie de complexes de remodelage de la chromatine. L'inhibition de PLK1 bloque la réplication du VHB, en agissant au niveau de la transcription virale. D'autre part, dans les modèles de réplication du VHB qui miment au mieux une infection, comprenant les hépatocytes primaires humains (PHH) et les cellules non transformées/différenciées HepaRG (dHepaRG), où le VHB se réplique dans des cellules quiescentes, nous avons mis en évidence que: 1) L'inhibition pharmacologique de PLK1 bloque la réplication virale, semblablement en perturbant l’encapsidation du pgRNA via une interaction avec la protéine core du VHB (HBc). 2) Un knocking-down de PLK1 en utilisant des ARN interférents délivrés par nanoparticules lipidiques résulte en une forte baisse de la production de pgRNA et dans la sécrétion des antigènes HBeAg/HBsAg, sans impact sur la viabilité cellulaire. Ce projet a donc permis la preuve de concept que PLK1 pouvait être une cible thérapeutique afin de controler la réplication du VHB. De plus, grâce à la technologie de délivrance par nanoparticules lipidiques d’ARN interférents, nous avons pu cibler spécifiquement les hépatocytes, augmentant de ce fait la spécificité et l’efficacité de nos traitements. Un travail sur la compréhension précise des méchanismes cellulaires impliqués permettra de mieux cerner cette interaction hôte/virus afin de poursuivre le développement de stratégies antivirales innovantes portant sur l’inhibition de PLK1. De manière significative, l'inhibition de PLK1 est non toxique pour les cellules quiescentes par rapport à des cellules cancéreuses à fort taux réplicatif, ce qui fait de PLK1 une cible thérapeutique attrayante. Des inhibiteurs spécifiques sont déjà en essais cliniques pour certains cancers (e.g., Volasertib pour le traitement de la leucémie myéloïde aiguë) et pourraient servir de thérapie bimodale dans le cadre de patients infectés par le VHB, en inhibant la réplication virale, ainsi qu’en prévenant l'émergence de cellules néoplasiques. L'inhibition de la PLK1 est une approche antivirale innovante, qui, en combinaison avec les thérapies actuelles de type IFN-α ou analogues nucléotidiques offre de grandes promesses pour endiguer l'infection chronique par le VHB mais également prévenir les événements carcinogéniques / In highly HBV endemic regions, 70-80% of hepatocellular carcinoma cases are attributable to this virus. Despite the existence of an HBV vaccine, the World Health Organization estimates 240 million individuals are chronically infected with HBV worldwide. Current antiviral treatments to control chronic HBV infections, and consequently reduce the incidence of liver cancer, are ineffective. New and effective therapies are needed not only for fighting the virus but also to prevent HCC emergence or progression. The polo-like-kinase 1 (PLK1), which plays pivotal roles in mitosis and is over-expressed in many human cancers, represents a promising druggable target in oncology. Beside its role during cell division, PLK1 is also thought to be involved in gene expression regulation during interphase. It was shown that the X protein (HBx) could activate PLK1 in murine cell transformation models. Yet it remained to be determined whether PLK1 could also play a role for HBV replication in non-dividing hepatocytes. Our, and collaborators, recent studies have identified a positive link between PLK1 activation and HBV replication. The goal of this thesis project was to investigate the mechanism(s) by which PLK1 exerts a positive effect on HBV replication, with the future goal of exploring PLK1 as an antiviral target. The interplay between PLK1 and HBV replication was firstly described using the HepAD38 cellular model of HBV replication. In this context, the HBV DNA is stably integrated into the host genome, under control of a Tet-off expression system. Transcription of HBV pregenomic RNA (pgRNA), the template of viral replication, is initiated by tetracycline removal. It has been shown that in HBV-replicating HepAD38 cells, increased PLK1 expression correlates with down-regulation of two proteins that are components of chromatin modifying complexes; SUZ12 protein of the PRC2 complex, and ZNF198 of the LSD1-CoREST-HDAC1 complex. PLK1 inhibition was described to inhibit HBV replication by reducing viral transcription. How PLK1 regulates HBV transcription remains unknown. On the other hand, in HBV replication models that resemble physiologic HBV infection, comprised of Primary Human Hepatocytes (PHH) and non-transformed/differentiated HepaRG cells (dHepaRG), where HBV replicates in non-transformed and non-dividing cells, thus enabling the study of the inter-phasic role of PLK1, irrespective of its well-established cell division implication, we have demonstrated that: 1) A pharmacological inhibition of PLK1 suppressed HBV replication by a different mechanism, likely targeting the packaging of pgRNA by the HBV core antigen (HBc). 2) Knocking-down PLK1 using siRNA delivered by lipid nanoparticles (LNP siPLK1) results in a strong drop of HBV DNAs, RNAs and HBe/HBsAg secretion without affecting the cell viability. This thesis project brought the proof of concept that PLK1 could be a drug target in HBV infection. Furthermore, the use of LNP allowed us to improve the delivery of siPLK1 to hepatocytes. Significantly, PLK1 inhibition is not toxic to quiescent cells in comparison to fast growing cancer cells, rendering PLK1 an attractive therapy target. High level of viremia in chronic HBV patients is a risk factor for progression to liver cancer. PLK1 specific inhibitors are already in clinical trials for other types of cancer (e.g., acute myeloid leukaemia) and could serve as bimodal therapy in HBV infected patients, by inhibiting virus replication as well as preventing emergence and spreading of neoplastic cells. This project was part of a full-working group of experts and thus, has beneficiated of a strong support. The proximity of the oncology-specialized hospital, the Centre Léon Bérard provided us with fresh hepatic biopsy [etc...]

L’ARN polymérase III synthétise de nombreux petits ARN non traduits, dont les ARNt et l’ARNr 5S, essentiels à la croissance de toute cellule. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la régulation de la transcription par l’ARN polymérase III chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nous avons détecté Sub1 sur les gènes de classe III in vivo. Nous avons également observé que Sub1 est capable de stimuler la transcription par l’ARN III reconstituée in vitro avec les facteurs TFIIIB et TFIIIC recombinants et avec l’ARN Pol III purifiée. Sub1 stimule deux étapes de la transcription : l’initiation et la réinitiation facilitée. Des expériences supplémentaires nous montrent que la protéine interagit directement avec TFIIIB et TFIIIC. Enfin, nous avons pu constater que la délétion de Sub1 dans la levure conduit à une diminution de la transcription par l’ARN Pol III en phase exponentielle de croissance. Par la suite, nous avons cherché à déterminer quel lien pouvait exister entre l’activateur Sub1 et le répresseur Maf1 de la transcription par l’ARN Pol III. Enfin, nous avons également souhaité identifier d’autres éléments pouvant interagir avec la protéine Sub1 au cours de sa fonction de régulateur. / RNA polymerase III synthetizes many small untranslated RNA, including tRNA and 5S rRNA which are essential to cell growth. In this work, we took an interest in RNA polymerase III transcription regulation in the baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae. We have detected Sub1 on all class III genes in vivo. We also observed that Sub1 is able to stimulate RNA polymerase III transcription which has been reconstituted in vitro with TFIIIB et TFIIIC recombinants factors and purified RNA polymerase III. Sub1 stimulates two steps of RNA polymerase III transcription : initiation and facilitated reinitiation. Supplementary experiments established that Sub1 directly interacts with TFIIIB and TFIIIC transcription factors. Finally, we showed that Sub1 deletion in yeast leads to a decrease in RNA polymerase III transcription during exponential phase. Then, we tried to determine which link could exist between Sub1, the activator, and Maf1, the repressor of RNA polymerase III transcription. Furthermore, we attempted to identify other elements which could interact with Sub1 during transcription regulation.

Chez les eucaryotes, le génome est organisé en chromatine, une structure nucléoprotéique essentielle pour la régulation de l’expression génique ainsi que pour le maintien de la stabilité du génome. Les ciliés sont d’excellents organismes modèles pour étudier les mécanismes généraux qui maintiennent l’intégrité du génomes eucaryote. Chez Paramecium tetraurelia, la différentiation du génome somatique à partir du génome germinal est caractérisée par des événements massifs et reproductibles d’élimination d’ADN. D’une part, des éléments répétés (transposons,régions minisatellites), de plusieurs kilobases de long, sont imprécisément éliminés.D’autre part, 45000 séquences courtes et uniques, appelées IES, sont précisément éliminées au nucléotide près. Une classe de petits ARN, appelé scnRNAs, est impliquée dans la régulation epigénétique de l’élimination d’ADN, mais comment les scnRNA contrôlent l’élimination d’ADN reste mystérieux. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle une organisation particulière de la chromatine, en particulier des modifications post-traductionelles des histones associées à des formes répressives de la chromatine, est impliquée dans le processus d’élimination d’ADN. Nous avons montré que la triméthylation de l’histone H3 sur la lysine 9 et la lysine 27 (H3K9me3 et H3K27me3)apparaît transitoirement dans le noyau somatique en développement au moment où se produisent les événements d’élimination d’ADN. Nous avons identifié la protéine de type Polycomb, Ezl1, et montré qu’elle est une histone methyltransferase qui présente une dualité de substrat et catalyse à la fois la mise en place de K9me3 et K27me3 sur l’histone H3. Nous avons montré que la déposition de H3K9me3 et H3K27me3 dans le noyau en développement requiert les scnRNAs. Des analyses de séquençage haut débit ont montré que Ezl1 est requise pour l’élimination des longues séquences répétées germinales, suggérant que les scnRNA guident la déposition des marques d’histones au niveau de ces séquences. Au contraire des régions répétées du génome, les IES montrent une sensibilité différente aux scnRNAs et à Ezl1, suggérant que plusieurs voies partiellement chevauchantes sont impliquées dans leur élimination. Notre étude montre que des caractéristiques intrinsèques des séquences d’ADN, telles que leur taille, peut contribuer à la définition des séquences germinales à éliminer. De manière intéressante, nous avons aussi montré que Ezl1 est requise pour la répression transcriptionnelle des éléments transposables. Nous suggérons que les voies H3K9me3et H3K27me3 coopèrent et contribuent à préserver le génome somatique de Paramecium des parasites génomiques. / Eukaryotic genomes are organized into chromatin, a complex nucleoprotein structureessential for the regulation of gene expression and for maintaining genome stability.Ciliates provide excellent model organisms with which to gain better understandinginto the regulation of genome stability in eukaryotes. In the ciliate Parameciumtetraurelia, differentiation of the somatic genome from the germline genome ischaracterized by massive and reproducible programmed DNA elimination events. Longregions of several kilobases in length, containing repeated sequences and transposableelements are imprecisely eliminated, whereas 45,000 short, dispersed, single-copyInternal Eliminated Sequences (IESs) are precisely excised at the nucleotide level. Aspecific class of small RNAs, called scnRNAs, is involved in the epigenetic regulation ofDNA deletion. How scnRNAs may guide DNA elimination in Paramecium remains tobe discovered. Here, we investigated whether chromatin structure, in particular histonepost-translational modifications known to be associated with repressive chromatin,might control DNA elimination. We showed that trimethylated lysine 9 and 27 onhistone H3 (H3K9me3 and H3K27me3) appear in the developing somaticmacronucleus when DNA elimination occurs. We identified the Polycomb-groupprotein, Ezl1, and showed that it is a dual histone methyltransferase that catalyzes bothH3K9me3 and H3K27me3 in vitro and in vivo. Genome-wide analyses show thatscnRNA-mediated H3K9me3 and H3K27me3 deposition is necessary for theelimination of long, repeated germline DNA. Conversely, single copy IESs displaydifferential sensitivity to depletion of scnRNAs and Ezl1, unveiling the existence ofpartially overlapping pathways in programmed DNA elimination. Our study revealsthat cis-acting determinants, such as DNA length, also contribute to the definition ofgermline sequences to delete. We further showed that Ezl1 is required fortranscriptional repression of transposable elements. We suggest that H3K9me3 andH3K27me3 pathways cooperate and contribute to safeguard the Paramecium somaticgenome against intragenomic parasites.

Le système d’expression le plus utilisé pour la production des protéines membranaires, est le système basé sur l’ARN polymérase T7 (ARNpol T7) (Hattab et al., 2015). L'inconvénient de ce système est néanmoins que la vitesse de transcription de l’ARNpol T7 est dix fois plus rapide que celle de l’enzyme bactérienne. Depuis l’isolement de mutants spontanés, notamment C41 (DE3) et C43 (DE3) (Miroux et Walker, 1996) et l’identification de leurs mutations dans le génome, il apparaît clairement que la toxicité provoquée par la surproduction des protéines membranaires est liée à la quantité trop élevée d’ARNpol T7 dans la cellule (Wagner et al., 2008 ; Kwon et al., 2015). Les protéines membranaires ont besoin d’une vitesse de transcription/traduction plus basse pour se replier correctement dans la membrane de la bactérie. Le premier objectif de ma thèse était d’étendre l’amplitude du promoteur du système T7 sur laquelle est basée l’expression des protéines. Pour cela, nous avons isolé et caractérisé de nouvelles souches bactériennes dans lesquelles le niveau d’ARNpol T7 était efficacement régulé par un mécanisme non transcriptionnel très favorable à l’expression des protéines membranaires (Angius et al., 2016). Le deuxième objectif était de comprendre la prolifération des membranes intracellulaires chez E. coli suite à la surexpression de la protéine AtpF, une sous unité membranaire du complexe de l’ATP synthétase (Arechaga et al., 2000). Pour mieux comprendre les voies métaboliques impliquées dans la biogenèse, la prolifération et l’organisation des membranes, nous avons utilisé une approche de séquençage d’ARN à haut débit à différents temps après induction de la surexpression de la sous-unité AtpF dans la souche C43 (DE3). Ensuite, et en collaboration avec Gerardo Carranza and Ignacio Arechaga (Université de Cantabria, Espagne), nous avons construit et étudié des mutants de C43 (DE3) déficients pour les trois gènes codants pour des enzymes de la biosynthèse des cardiolipides afin d’évaluer leur participation dans la biogénèse des membranes intracellulaires / The most successful expression system used to produce membrane proteins for structural studies is the one based on the T7 RNA polymerase (T7 RNAP) (Hattab et al., 2015). However, the major drawback of this system is the overtranscription of the target gene due to the T7 RNAP transcription activity that is over ten times faster than the E. coli enzyme. Since the isolation of spontaneous mutants, namely C41(DE3) and C43(DE3) (Miroux and Walker, 1996) and the identification of their mutation in the genome, it becomes clear that reducing the amount of the T7 RNAP level removes the toxicity associated with the expression of some membrane proteins (Wagner et al., 2008; Kwon et al., 2015). Also, some membrane proteins require a very low rate of transcription to be correctly folded at the E. coli membrane. The first objective of my PhD was to extend the promoter strength coverage of the T7 based expression system. We used genetic and genomic approaches to isolate and characterize new bacterial strains (Angius et al., 2016) in which the level of T7 RNAP is differently regulated than in existing hosts. A second objective was to understand intracellular membrane proliferation in E. coli. Indeed it has been shown that over-expression of membrane proteins, like overexpression of AtpF of E. coli F1Fo ATP synthase is accompanied by the proliferation of intracellular membranes enriched in cardiolipids (Arechaga et al., 2000). To understand metabolic pathways involved in membrane biogenesis, proliferation and organization, we used a RNA sequencing approach at several time point upon over-expression of the F-ATPase b subunit in C43(DE3) host. On the other hand, in collaboration with Gerardo Carranza and Ignacio Arechaga (University of Cantabria, Spain) we studied C43(DE3) cls mutants, in which the cardiolipids genes A, B and C are deleted, to test how they participate to intracellular membranes structuration

Sous conditions de stress métabolique ou environnemental, l’activation instantanée de voies moléculaires puissantes permet aux cellules de prévenir la formation et l’accumulation d’agrégats protéiques toxiques. HSF1 (Heat Shock Factor 1) est le facteur de transcription majeur capable d’orchestrer cette réponse cellulaire au stress et cela via l’activation de protéines au rôle protecteur nommées chaperonnes. Cependant, il est aujourd’hui évident que les fonctions initialement attribuées au facteur HSF1 s’étendent bien au-delà de l’activation de la transcription de chaperonnes. En effet, il a été démontré que HSF1 joue un rôle essentiel dans l’activation et le remodelage de régions répétées appartenant à l’hétérochromatine péricentromérique sous stress thermique et plus récemment qu’HSF1 contribuerait significativement au processus de tumorigenèse dans différents types de cancers. Dans cette étude, nous avons identifié pour la première fois les régions subtélomériques comme étant une nouvelle cible génomique d’HSF1 sous conditions de stress thermique. Nous avons démontré, que la liaison directe et spécifique d’HSF1 avec plusieurs de ces régions sous stress thermique est à l’origine d’une surexpression de longs ARNs non codants issus des télomères, aussi connus sous le nom de TERRA. De façon intéressante nous avons trouvé que cette transcription était corrélée à un enrichissement de la marque épigénétique répressive H3K9me3 au niveau télomérique. De plus, nos données ont permis de démontrer que l’intégrité de la chromatine télomérique était significativement atteinte sous conditions de stress thermique. Nous observons à la fois, une dissociation partielle de la protéine TRF2 (Telomeric repeat-binding factor 2) et une accumulation de dommages à l’ADN détectés grâce au marqueur moléculaire H2AX-P, au niveau des télomères. Finalement, nos résultats ont également permis de souligner un rôle d’HSF1 dans le maintien de cette intégrité télomérique. L’ensemble de ce travail établit un premier lien entre la voie cellulaire puissante de réponse au stress, son acteur majeur HSF1 et les régions de l’hétérochromatine télomérique, dans des lignées de cellules humaines cancéreuses. Ces données fournissent des indications précieuses sur une voie de maintien de télomères sous stress et nous permettant de proposer un modèle dans lequel cette nouvelle fonction d’HSF1 aux télomères pourrait être étroitement liée à l’expression des ARNs non codants télomériques. Sur la base de nos données ainsi que sur les multiples publications démontrant l’implication d’HSF1 dans la tumorigenèse, la définition exacte du rôle d’HSF1 au niveau de l’intégrité des télomères dans un contexte pathologique comme le cancer apparait aujourd’hui comme un défi prometteur. / In response to metabolic or environmental stress, cells rapidly activate powerful defense mechanisms to prevent the formation and accumulation of toxic protein aggregates. The main orchestrator of this cellular response is HSF1 (Heat Shock Factor 1), a transcription factor involved in the up-regulation of protein-coding genes with protective roles. However, it is now becoming clear, that HSF1 function extends beyond what was previously predicted and that HSF1 can contribute to pericentromeric heterochromatin remodeling and activation as well as to efficiently support malignancy. In this study, we identify subtelomeric DNA as a new genomic target of HSF1 upon heat shock (HS). We show that HSF1 binding to subtelomeric regions plays an essential role in the upregulation of TERRA lncRNAs transcription and in the accumulation of repressive H3K9me3 histone mark at telomeres upon HS. Additionally, we demonstrate that HS significantly affects telomere capping and telomere integrity. We bring evidence of a partial TRF2 telomeric-binding factor dissociation and we reveal an accumulation of DNA damage at telomeres using the DNA damage marker H2A.X-P. In line with this, we bring solid evidences that under heat shock, HSF1 contributes to preserve telomere integrity by significantly limiting telomeric DNA damage accumulation. Altogether, our findings therefore reveal a new direct and essential function of HSF1 in transcription activation of TERRA and in telomere protection upon stress in human cancer cell lines. This work provides new insights into how telomeres are preserved under stressful heat shock conditions and allow us to propose a model where HSF1 may exert its protective function at telomeres via the expression of TERRA ncRNAs. Based on our results and given the important role of HSF1 in tumor development, defining the role of HSF1 with regard to telomere stability in tumor development already emerges as a promising challenge.