De la synthèse des ARNm jusqu'à leur dégradation, le complexe CCR4-NOT est un régulateur essentiel de l'expression des gènes eucaryotes. CAF1 est une sous-unité catalytique qui joue un rôle central dans la fonction de ce complexe. La protéine humaine hCAF1 possède une activité déadénylase, régule la méthylation des arginines dépendante de PRMT1 et est un régulateur transcriptionnel des récepteurs nucléaires. Bien que l'ensemble des travaux publiés sur hCAF1 lui confère une place importante dans la régulation de l'expression des gènes, son mécanisme d'action et surtout les voies de signalisation qu'elle régule restent encore mal compris dans les cellules humaines. Lors de ce travail de thèse, nous avons mis en évidence une nouvelle fonction de la protéine hCAF1 comme régulateur de la voie des interférons via le contrôle du facteur de transcription STAT1 et la dégradation de ses ARNm cibles. L'identification de hCAF1 comme régulateur de l'activité de STAT1 et de la réponse aux interférons est très importante car des activations anormales de ces voies sont associées à de nombreuses pathologies telles que le cancer ou des maladies immunitaires. En parallèle, nous avons caractérisé un nouvel isoforme nommé hCAF1v2 produit par le gène humain Caf1 suite à un évènement d'épissage alternatif. Nos résultats indiquent que hCAF1v2 présente une divergence fonctionnelle vis-à-vis de hCAF1 puisqu'elle ne possède pas d'activité déadénylase intrinsèque et s'avère requise pour la régulation de la méthylation des arginines via son interaction avec l'enzyme PRMT1. L'ensemble des résultats obtenus identifient une nouvelle voie de signalisation régulée par la protéine hCAF1 dans les cellules humaines et permettent de mieux comprendre l'implication du complexe CCR4-NOT dans les mécanismes de régulation de l'expression des gènes / The multi-subunit CCR4-NOT complex has been implicated in all aspects of the mRNA life cycle, from synthesis of mRNAs in the nucleus to their degradation in the cytoplasm. The CAF1 protein is a catalytic subunit which plays a central role inside the complex. Human CAF1 is a deadenylase, modulates arginine methylation, and is a transcriptional cofactor of several nuclear receptors. The main objective of the thesis was to elucidate the molecular mechanism of hCAF1- mediated gene expression. We reported that hCAF1 is an important negative regulator of the interferon pathway and that hCAF1 is associated in the cytoplasm of resting cells with STAT1, a crucial transcription factor of this pathway. We found that hCAF1 participates in the extinction of the IFN signal via its deadenylase activity, by speeding up the degradation of some STAT1-induced mRNAs. Our findings are important because abnormal activations of this pathway are frequently associated with cancer and auto-immune diseases. In parallel, we characterized a novel isoform called hCAF1v2 produced by alternative splicing of the Caf1 gene. We reported that hCAF1v2 displays divergent functions compared with hCAF1. In fact hCAF1v2 does not have a deadenylase activity and is preferentially associated with PRMT1 to modulate arginine methylation. Altogether, our findings identify a new signalling pathway which is regulated by hCAF1, and reveal novel mechanisms utilized by the CCR4-NOT complex to control gene expression

The level to which genes are expressed depends on the rate at which the mRNA is generated, and the rate at which it is utilised and destroyed. Almost all eukaryotic mRNAs contain a stretch of adenosine nucleotides known as the poly(A) tail. The removal of the polyA tail from an mRNA, a process called deadenylation, is an important mechanism of gene expression regulation. It is the first step in the decay of the transcript, and is also linked to repression of translation. Deadenylation is predominantly catalysed by a conserved multi-protein complex called Ccr4-Not. While the poly(A) tail is a feature of almost all mRNAs, cells control the rate at which each undergoes decay by the precise targeting of Ccr4-Not in both a gene-dependent and a context-dependent fashion. Substrate-selective deadenylation is therefore a central biochemical process to the control of gene expression. It plays a pivotal role in most cellular processes including differentiation, cell cycle control and adaptation to environmental change. The inflammatory response and embryogenesis are two systems in which deadenylation has been well studied. The subject of this dissertation is the biochemical mechanisms by which mRNAs are selected for deadenylation by Ccr4-Not. Despite its importance, intact Ccr4-Not has not previously been obtained in sufficient quantity and purity for rigorous biochemical and structural analysis. Here I present the purification of recombinant Ccr4-Not. An experimental system was devised to quantify the rate and pattern of the deadenylation reaction that it catalyses in vitro. Two models of Ccr4-Not regulation were characterised in detail: the recruitment of Ccr4-Not by RNA-binding adaptor proteins, and the effect of the protein Pab1, which binds to the poly(A) tail. These have yielded insight into the features of the proteins and RNA sequences that are critical to deadenylation. In addition, a structural study of the Ccr4-Not complex was performed using electron cryomicroscopy and single-particle analysis.

La dégradation des ARN messagers (ARNm) est un processus universel extrêmement complexe. D’une manière semblable aux polymerases pour la transcription et ribosomes pour la traduction, les complexes de protéines effectuant la dégradation des ARNm sont précisément régulés. La dégradation des ARNm eucaryotes s’effectue selon un schéma conservé évolutivement qui est initié par la déadénylation résultant dans la formation de transcrits avec des queues polyA courtes. De tels intermédiaires sont alors dégradés par le clivage de leur coiffe suivi par une digestion exonucléolytique 5’-3’ effectuée par Xrn1, ou alternativement par une digestion 3 ’-5’ catalysée par l’exosome. Dans ma thèse je présente une dissection fonctionnelle du complexe de déadénylation CCR4-NOT basée sur son analyse structurale. Je me suis essentiellement intéressé à cinq questions fondamentales concernant ce complexe : La formation du complexe CCR4-NOT complexe est-elle requise pour la déadénylation ? Quel est le rôle moléculaire de sous-unités Not2/3/5 du complexe ? Pourquoi la protéine Not1 est-elle essentielle chez la levure ? Le complexe CCR4-NOT joue-t-il un rôle dans la répression de la traduction ? Comment le complexe CCR4-NOT est-il ciblé sur ses substrats ARNm ? / MRNA degradation is a highly complex and versatile process. In a manner similar to polymerase complexes in transcription and ribosomes in translation, protein complexes mediating mRNA decay are tightly regulated. Eukaryotic mRNA decay follows a conserved pathway initiated by deadenylation that generates transcripts with short polyA tails. The latter intermediates are degraded either by decapping followed with 5’-3’ trimming mediated by Xrn1, or by exosome-mediated digestion in the 3’-5’ direction. In my thesis I present a functional dissection of the Ccr4-Not deadenylase complex based on its structural analysis. Essentially, I addressed five fundamental questions related to this complex: Is CCR4-NOT complex formation required for deadenylation activity? What is the molecular role of associated Not2/3/5 subunits? Why is the Not1 protein essential in yeast? Does the CCR4-NOT complex play role in translation regulation? How is the CCR4-NOT complex targeted to its mRNA substrates?

Le recyclage des ARN débute par un étape de déadenylation ou la queue poly (A) est enzymatiquement clivée. La deadenylation est l’étape limitante dans le processus de dégradation des ARN. In vivo la deadenylation s’effectue successivement par les complexes multi-protéiques Pan2-Pan3 et Ccr4-Not. Le complexe Ccr4-not est conservé chez les eucaryotes et considéré comme le complexe prédominant responsable de l’activité de déadenylation dans la cellule. Le complexe est compose de neuf protéines organisées autour de la protéine d’échafaudage Not1. Le complexe comprend quatre modules distincts ; le module de déadenylation, la module Caf40, le module N-terminal et le module C-terminal. Mon mémoire de thèse regroupe les études structurales qui ont contribuées à caractériser les structures des différents modules à la fois chez la levure et chez l’humain / MRNA turnover begins with deadenylation where in the poly(A) tail at the 3’ end of the mRNA is removed. Deadenylation is the rate-limiting step of the decay pathway. In vivo, deadenylation is carried out by two major macromolecular complexes, the Pan2-Pan3 complex and the Ccr4-Not complex. The Ccr4-Not complex is a multi-protein complex that is evolutionarily conserved in all eukaryotes and is considered to be the major deadenylase complex in the cell. In S. cerevisiae, the Ccr4-Not complex is composed of nine subunits and is built around the scaffolding protein Not1. Structurally, the Ccr4-Not complex assembles into four separate modules with distinct domains of Not1 acting as a scaffold for individual modules. The four modules include the N-terminal module, the deadenylase module, the Caf40 module and the C-terminal module. With the exception of the C-terminal module, the architecture and biochemical role of all other modules of the yeast Ccr4-Not complex has been characterized. My doctoral thesis is focused on the elucidation of the architecture of the human of the yeast Ccr4-Not complex

Chez la levure fissipare S. pombe, certains gènes méiotiques sont exprimés de façon constitutive pendant la croissance végétative. Cependant, pour empêcher le déclenchement prématuré de la méiose, la cellule a mis en place un système de dégradation sélective des ARN messagers correspondant. La protéine de liaison à l’ARN Mmi1, de la famille YTH, reconnaît des répétitions de motifs spécifiques (UNAAAC) au sein des transcrits et dirige ces derniers vers la dégradation par l’exosome nucléaire. Lors de l’entrée en méiose, Mmi1 est séquestré par un complexe ribonucléoprotéique comprenant la protéine de méiose Mei2 et l’ARN noncodant meiRNA, ce qui permet aux ARNm méiotiques d’être exportés et traduits. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle de Mmi1 dans la dégradation des transcrits méiotiques pendant la croissance végétative. En accord avec des études récentes, nos travaux montrent que Mmi1 interagit étroitement avec le complexe Ccr4-Not de déadenylation des ARNm. Cette interaction est fonctionnelle car Ccr4-Not est requis pour la dégradation des ARNs méiotiques. De façon surprenante, cependant, l’activité de déadénylation n’est pas requise. Nos analyses génétiques et biochimiques suggèrent que la sous-unité E3 ubiquitin ligase Mot2 de Ccr4-Not ubiquitine un pool de l’inhibiteur de Mmi1, la protéine Mei2, pour faciliter sa dégradation par le protéasome. Cette voie de régulation permet de maintenir la fonction de Mmi1 et donc la répression des ARNm méiotiques dans les cellules mitotiques. Ainsi, Mmi1 a une double fonction: cibler les ARNm méiotiques vers la dégradation par l’exosome nucléaire, et recruter Ccr4-Not pour ubiquitiner et dégrader son propre inhibiteur Mei2. Ces résultats mettent également en avant un nouveau rôle pour la sous-unité E3 ligase du complexe Ccr4-Not dans le contrôle de la différenciation sexuelle. Des expériences supplémentaires indiquent que le domaine YTH de liaison à l’ARN de Mmi1, mais pas l’ARN noncodant meiRNA, est requis pour la dégradation de Mei2. De façon importante, nos données révèlent aussi que le domaine YTH de Mmi1 a un rôle clé dans l’interaction avec Mei2. Ceci suggère fortement que le domaine YTH agit comme un module bifonctionnel, permettant la liaison non seulement aux ARNs méiotiques mais aussi aux protéines comme Mei2. Nous discutons ces résultats dans le contexte de la littérature actuelle et proposons un nouveau modèle du contrôle de la différenciation sexuelle par le système Mmi1-Mei2. / In the fission yeast S. pombe, several meiotic mRNAs are constitutively expressed during the mitotic cell cycle. In order to avoid untimely entry into meiosis, cells have adopted a degradation system that selectively eliminates the corresponding mRNAs. The YTH family RNA-binding protein Mmi1 recognizes specific sequence motifs within these transcripts (UNAAAC) and allows their targeting to the nuclear exosome for degradation. Upon entry into meiosis, Mmi1 is sequestered in a ribonucleoprotein complex, composed by the meiotic protein Mei2 and the non-coding RNA meiRNA, allowing meiotic mRNAs to be exported and translated. During my PhD studies, I focused my interest on the role of Mmi1 in the degradation of meiotic transcripts during vegetative growth. In accord with recent studies, our results show that Mmi1 stably interacts with the mRNA deadenylation complex Ccr4-Not. This interaction has a functional relevance since Ccr4-Not is involved in the degradation of meiotic mRNAs. Surprisingly, however, the deadenylation activity is not required. Our genetic and biochemical analyses indicate that the E3 ubiquitin ligase Mot2, subunit of the Ccr4-Not complex, ubiquitinate a pool of the inhibitor of Mmi1, the Mei2 protein, to favor its degradation by the proteasome. This regulatory mechanism ensures the maintenance of Mmi1 in a functional state, leading to the persistent repression of meiotic mRNAs in mitotic cells. Thus, Mmi1 has a dual role: in nuclear mRNA surveillance, by targeting meiotic transcripts for degradation by the exosome, and in protein degradation, by recruiting Ccr4-Not to its own inhibitor Mei2. These results have also revealed a novel role for the ubiquitin ligase activity of the Ccr4-Not subunit Mot2 in the control of sexual differentiation in fission yeast. Our supplemental results indicate that the YTH RNA-binding domain of Mmi1, but not the non-coding RNA meiRNA, is required for the degradation of Mei2. Remarkably, our results also revealed that the YTH domain of Mmi1 has a key role in the interaction with Mei2. This strongly suggests that the YTH domain acts as a bifunctional module, allowing the binding not only to meiotic RNAs but also to proteins, such as Mei2. We discuss these results within the context of the current literature and we propose a novel model for the control of sexual differentiation by the Mmi1-Mei2 system.