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Au cours de ma thèse au sein du laboratoire du Professeur Michelle Debatisse, je me suis intéressé aux mécanismes maintenant la stabilité du génome et contrôlant la dynamique de réplication dans les cellules de mammifères. J'ai étudié le rôle des kinases ATR (" Ataxia Telangectasia and Rad3 related ") et Chk1 (" Checkpoint Kinase 1 "), du point de contrôle intra-S (" checkpoint "), dans le contrôle de la dynamique de réplication. Cette première étude m'a amené à étudier la relation entre les dommages à l'ADN et la dynamique de réplication, dans des modèles cellulaires déficients pour des facteurs de la réponse aux dommages à l'ADN (DDR), appartenant soit au " checkpoint ", soit à la voie de réparation par recombinaison homologue (HR), tels que Rad51 et BRCA2. Je montre ici, que le ralentissement des fourches de réplication et l'augmentation de la densité d'événements d'initiation, observés dans des cellules déficientes pour Chk1 ou Rad51, sont la conséquence indirecte des lésions apparaissant spontanément dans de telles cellules. Le ralentissement des fourches dans ces cellules dépend d'une perturbation de la disponibilité en précurseurs de nucléotides qui dépend de la sur-expression et/ou de la re-localisation de la sous-unité p53R2 de la ribonucléotide réductase (RNR). De plus, contrairement à ce qui était proposé, je montre que Chk1 n'a pas de rôle actif dans la répression des origines latentes, mais que c'est la vitesse des fourches qui détermine l'espacement entre les origines actives, par un mécanisme de compensation découvert auparavant au laboratoire (Anglana, 2003 ; Courbet, 2008). L'ensemble de mes résultats permet de proposer un mécanisme général de communication entre la réplication et la réparation. Ce mécanisme confère un avantage aux cellules, puisque le ralentissement des fourches stabilise la machinerie de réplication qui voyage sur une matrice endommagée, et l'activation d'origines latentes procure une source de sauvetage pour les fourches bloquées.

The cell cycle of eukaryotes consists of alternation between growth and DNA replication (interphase), and DNA distribution and cell-division (mitosis or M-phase). This process is regulated by a complex network of biochemical reactions. A core part of this network, called the "Cell Cycle engine" is evolutionarily conserved. The dimer of CDK1 (a protein kinase) and Cyclin proteins (the regulatory components), called M-phase Promoting Factor (MPF), and its key regulatory proteins Cdc25 and Wee1, are central parts of this cell cycle engine. Maintaining the fidelity of the DNA during the cell cycle is critical for successful propagation of the cell lineage. In the presence of unreplicated DNA, the cell cycle engine''s progress into mitosis is slowed down (or halted) by regulation of MPF activity through Cdc25 and Wee1. This regulatory event, called the unreplicated DNA checkpoint, was modeled in a rudimentary fashion in the Novak and Tyson (1993) model of frog eggs. Since then, many new experiments have uncovered relevant parts of this network. Here, we include these parts into a detailed model of the unreplicated DNA checkpoint in the cell cycle of frog-egg extracts. This work and future studies of the unreplicated DNA checkpoint will lead to its better understanding and hopefully to some strategies for tackling cancer. / Master of Science

Poor prognosis for high-risk neuroblastoma patients makes it necessary to find novel treatmentstrategies. This work aims to understand the cell cycle behavior of various high-riskneuroblastoma cell lines following chemotherapy treatment. Here, we mapped the expressionof cell cycle dependent proteins, p21 and p27, in seven high-risk neuroblastoma celllines. All cell lines showed an overall impaired growth following doxorubicin treatment.However, regrowth was observed in all cell lines between day 6 to 15 by forming colonies.The expression of p21 and p27 was measured in all cell lines showing an upregulationof p21 in 3 out of 5 p53 mutated cell lines while it was downregulated in the 2 cell lineswith a p53 wild type. Furthermore, inhibition assays using inhibitors of CHK1/2, p21 ,andSKP2 were performed. The results were promising as the CHK1/2 inhibitor reduced cellviability in all tested cell lines, while the p21 inhibitor had an effect in 3 out of 6 testedcell lines and the SKP2 inhibitor in 4 out of 6 tested cell lines. Confluency measurementover 15 days showed impaired growth following treatment with the CHK1/2 inhibitor for3 out of 6 tested cell lines and p21 inhibitor in 1 out of 6 tested cell lines. The obtainedresults were encouraging and might aid in finding a novel treatment strategy preventingresistance and relapse in neuroblastoma. However, further studies are needed in order tovalidate the efficacy and safety of these promising drugs in neuroblastoma patients. / Dålig prognos för högrisk neuroblastompatienter gör det nödvändigt att hitta nya behandlingsstrategier.Detta arbete syftar till att förstå cellcykelbeteendet hos olika högrisk neuroblastomcellinjerefter kemoterapibehandling. I denna studie kartlades uttrycket av cellcykelberoendeproteinerna, p21 och p27, i sju högrisk neuroblastomcellinjer. Alla cellinjervisade en total nedsatt tillväxt efter doxorubicinbehandling. Återväxt observerades emellertidmellan dag 6 och 15 genom bildandet av kolonier. Uttrycket av p21 och p27 mättesi alla cellinjer. Resultaten visade en uppreglering av p21 i 3 av 5 p53-muterade cellinjermedans det nedreglerades i de två cellinjerna med en p53-vildtyp. Vidare utfördes inhiberingsanalysermed användning av hämmare mot CHK1/2, p21 eller, SKP2. Resultatenär lovande då CHK1/2-hämmaren reducerade cellviabiliteten i alla testade cellinjer, medanp21-hämmaren hade en effekt i 3 av 6 testade cellinjer och SKP2 i 4 av 6 testadecellinjer. Konfluensmätning under 15 dagar visade nedsatt tillväxt efter behandling medCHK1/2-hämmaren för 3 av 6 testade cellinjer och p21-hämmare i 1 av 6 testade cellinjer.De erhållna resultaten är lovande och kan hjälpa till att hitta en ny behandlingsstrategi somförhindrar resistens och återfall i neuroblastom. Ytterligare studier behövs emellertid föratt validera effektiviteten och säkerheten för dessa lovande läkemedel hos neuroblastompatienter.

Candida albicans, le pathogène opportuniste le plus commun, peut subir des transitions morphologiques entre la forme levure et la forme hyphe, jouant un rôle dans la formation de biofilm. Le farnésol, un lipide endogène produit par C. albicans, est une molécule de quorum sensing qui inhibe cette transition morphologique. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) l’isolat clinique SC5314, la souche la mieux caractérisée, est un répondeur au farnésol; 2) la germination, la croissance et la formation de biofilm des non répondeurs diffèrent des répondeurs; 3) l’absence de la réponse au farnésol se manifeste en dehors de conditions de culture précises; 4) le farnésol agit via un récepteur nucléaire qui présente des altérations chez les non répondeurs; 5) la différence de la réponse au farnésol entre les souches s’explique par des variations au niveau transcriptionnel de certains gènes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 et DPP3). Les non répondeurs produisent un plus grand nombre d’hyphes, forment 60% plus de biofilm et croissent 50% moins vite que les répondeurs. La souche SC5314 se comporte comme un répondeur. L’absence de la réponse au farnésol se manifeste indépendamment des conditions de culture. Cependant, elle ne s’explique pas par une différence dans le niveau d’expression des gènes proposés, excepté pour DPP3 qui est surexprimé chez le non répondeur ATTC® 36802, suggérant ainsi une surproduction de farnésol chez cette souche. De plus, si le farnésol agit via un récepteur nucléaire, il sera d’un type non décrit précédemment. / Candida albicans, the most common fungal pathogen, can undergo morphological transitions between yeast and hyphal forms, which are associated with biofilm formation. Farnesol, an endogenous lipid produced by C. albicans, is a quorum sensing molecule that inhibits this transition. Previous work identified two clinical isolates that didn’t respond to farnesol in colony morphology and biofilm assays. Our goal is to better understand C. albicans response to farnesol using these natural farnesol non responders. We have hypothesized that : 1) clinical isolate SC5314, the most characterized strain, is a farnesol responder; 2) non responders’ germination, growth and biofilm formation are different from those of responders; 3) lack of response to farnesol occurs even outside specific culture conditions; 4) farnesol acts through a nuclear receptor that is altered in non responders; 5) difference in farnesol response between strains is explained by transcriptional variations of specific genes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 and DPP3), that were previously shown to be potentially involved in farnesol’s mechanism of action. Non responders produce more hyphae, form 60 % more biofilm and grow 50% slower than responders. The SC5314 strain acts like a responder. Lack of response to farnesol occurs regardless of culture conditions. However, the refractory response to farnesol is not explained by a difference in the proposed genes expression level, except for DPP3 that is upregulated in ATTC® 36802 non responder, suggesting an overproduction of farnesol by this strain. Furthermore, if farnesol acts trough a nuclear receptor, it will be a type not previously described.

Candida albicans, le pathogène opportuniste le plus commun, peut subir des transitions morphologiques entre la forme levure et la forme hyphe, jouant un rôle dans la formation de biofilm. Le farnésol, un lipide endogène produit par C. albicans, est une molécule de quorum sensing qui inhibe cette transition morphologique. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) l’isolat clinique SC5314, la souche la mieux caractérisée, est un répondeur au farnésol; 2) la germination, la croissance et la formation de biofilm des non répondeurs diffèrent des répondeurs; 3) l’absence de la réponse au farnésol se manifeste en dehors de conditions de culture précises; 4) le farnésol agit via un récepteur nucléaire qui présente des altérations chez les non répondeurs; 5) la différence de la réponse au farnésol entre les souches s’explique par des variations au niveau transcriptionnel de certains gènes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 et DPP3). Les non répondeurs produisent un plus grand nombre d’hyphes, forment 60% plus de biofilm et croissent 50% moins vite que les répondeurs. La souche SC5314 se comporte comme un répondeur. L’absence de la réponse au farnésol se manifeste indépendamment des conditions de culture. Cependant, elle ne s’explique pas par une différence dans le niveau d’expression des gènes proposés, excepté pour DPP3 qui est surexprimé chez le non répondeur ATTC® 36802, suggérant ainsi une surproduction de farnésol chez cette souche. De plus, si le farnésol agit via un récepteur nucléaire, il sera d’un type non décrit précédemment. / Candida albicans, the most common fungal pathogen, can undergo morphological transitions between yeast and hyphal forms, which are associated with biofilm formation. Farnesol, an endogenous lipid produced by C. albicans, is a quorum sensing molecule that inhibits this transition. Previous work identified two clinical isolates that didn’t respond to farnesol in colony morphology and biofilm assays. Our goal is to better understand C. albicans response to farnesol using these natural farnesol non responders. We have hypothesized that : 1) clinical isolate SC5314, the most characterized strain, is a farnesol responder; 2) non responders’ germination, growth and biofilm formation are different from those of responders; 3) lack of response to farnesol occurs even outside specific culture conditions; 4) farnesol acts through a nuclear receptor that is altered in non responders; 5) difference in farnesol response between strains is explained by transcriptional variations of specific genes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 and DPP3), that were previously shown to be potentially involved in farnesol’s mechanism of action. Non responders produce more hyphae, form 60 % more biofilm and grow 50% slower than responders. The SC5314 strain acts like a responder. Lack of response to farnesol occurs regardless of culture conditions. However, the refractory response to farnesol is not explained by a difference in the proposed genes expression level, except for DPP3 that is upregulated in ATTC® 36802 non responder, suggesting an overproduction of farnesol by this strain. Furthermore, if farnesol acts trough a nuclear receptor, it will be a type not previously described.

Hypoxia (low physiological O₂ levels) is a characteristic of solid tumours. It not only alters the chemical microenvironment of a tumour but initiates a number of mechanisms which enable cells to cope and thrive under these conditions, resulting in therapy-resistant and aggressive tumours. The replication stress induced by severe hypoxia activates a DNA damage response which involves the kinases ATR and Chk1. Moreover, periods of hypoxia are often followed by reoxygenation, which induces DNA damage. Chk1 inhibitors have been used to potentiate chemotherapy with cytotoxic agents and have recently been proposed as single agents in tumours with high levels of replication stress. However, inhibition of Chk1 also affects normal DNA replication, cell cycle progression and DNA repair. The herein presented study chose known inhibitors of Chk1 and, with methods of synthetic organic chemistry, modified them into agents to selectively target hypoxic cells. Three different Chk1 inhibitors were selected and bioreductive analogues synthesised which were evaluated in chemical, biochemical and cellular assays. We found a convenient route to access a precursor of the bioreductive 2-nitroimidazole group and established a three-step protocol for the testing of bioreductive drugs. This protocol allows us to determine whether a bioreductive drug undergoes reduction and prodrug activation. In addition, bioreductive Chk1 inhibitors were shown to induce DNA damage and cellular toxicity in a hypoxia-selective fashion. While reduction of the prodrugs occurred in all three cases, fragmentation was always the rate-limiting step. We propose that the use of bioreductive Chk1 inhibitors is a promising strategy to target the most therapy-resistant tumour fraction while sparing normal tissue.

Abstract Two major genes are involved in hereditary predisposition to breast and ovarian cancer – BRCA1 and BRCA2. However, germline mutations in these tumor suppressors account for a maximum 20% of the familial breast cancer cases. A significant portion of the genes predisposing to this disease is unknown and therefore needs to be discovered. The aim of this study was to identify novel breast cancer susceptibility genes from the interweaving BRCA/Fanconi anemia (FA) pathway. Five candidate genes – MERIT40, ABRAXAS, BRIP1, CHK1, and FANCA – were screened for mutations by utilizing conformation-sensitive gel electrophoresis and sequencing, or with multiplex ligation-dependent probe amplification in blood DNA samples of Finnish familial breast cancer patients. Investigation of the MERIT40 gene revealed novel nucleotide changes, being the first report on mutation screening of this gene. None of the observed alterations, however, appeared to be disease related, suggesting that germline mutations in MERIT40 are rare or absent in breast cancer patients. A missense alteration (c.1082G>A, leading to Arg361Gln) was identified in ABRAXAS in 3 out of 125 Northern Finnish breast cancer families (2.4%), but not in any of the 867 healthy controls. The prevalence of the mutation between familial and control cases was statistically significantly different (p=0.002). ABRAXAS c.1082G>A appears to have pathological significance based on its exclusive occurrence in cancer cases, evolutionary conservation, disruption of a putative nuclear localization signal, reduced nuclear localization of the protein, and defective accumulation at DNA damage sites. The BRIP1 (FANCJ) and CHK1 genes were screened for large genomic rearrangements, but no abnormalities were detected, ruling out a significant contribution to breast cancer susceptibility in the Northern Finnish population. A novel large heterozygous deletion was identified in the FANCA gene in one out of 100 breast cancer families, removing the promoter and the first 12 exons. The deletion allele was not present in the tested controls, suggesting that it might contribute to breast cancer susceptibility. This is the first report on the association of a large-size germline deletion in a gene acting in the upstream part of the FA signaling pathway with familial breast cancer. / Tiivistelmä BRCA1 ja BRCA2 ovat kaksi tärkeintä perinnöllisen rinta- ja munasarjasyövän alttiusgeeniä. Niissä esiintyvät ituradan muutokset selittävät kuitenkin vain noin 20 % familiaalisista rintasyöpätapauksista. Suurin osa alttiusgeeneistä on edelleen tunnistamatta ja näitä tekijöitä etsitään aktiivisesti. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ollut tunnistaa uusia alttiustekijöitä toisiinsa läheisesti liittyviltä BRCA/Fanconin anemia (FA) signaalinsiirtoreiteiltä. Viisi kandidaattigeeniä - MERIT40, ABRAXAS, BRIP1, CHK1 ja FANCA – kartoitettiin mutaatioiden suhteen suomalaisissa rintasyöpäperheissä käyttämällä konformaatiosensitiivistä geelielektroforeesia ja sekvensointia, tai multiplex ligation-dependent probe amplification- menetelmää. MERIT40-geenissä havaittiin useita aikaisemmin raportoimattomia nukleotidimuutoksia, mutta yhdenkään niistä ei havaittu liittyvän rintasyöpäalttiuteen. MERIT40-geenimuutosten mahdollista yhteyttä rintasyöpäalttiuteen ei ole tutkittu aikaisemmin. ABRAXAS-geenissä havaittiin missense-mutaatio (c.1082G>A, joka johtaa Arg361Gln aminohappokorvautumiseen) kolmessa pohjoissuomalaisessa rintasyöpäperheessä (3/125, 2.4 %). Muutosta ei havaittu terveissä kontrolleissa (N=867), ja ero mutaation esiintyvyydessä familiaalisten rintasyöpätapausten ja terveiden kontrollien välillä oli tilastollisesti merkitsevä (p=0.002). ABRAXAS c.1082G>A-muutos on todennäköisesti patogeeninen, sillä kyseinen aminohappopaikka on evolutiivisesti konservoitunut ja sijaitsee todennäköisellä tumaanohjaussignaalialueella. Funktionaaliset kokeet osoittivat, että mutatoitunut proteiinituote lokalisoitui villityypin proteiinia heikommin tumaan ja sen ohjautuminen DNA-vaurioalueille oli puutteellista. BRIP1- (FANCJ) ja CHK1-geeneistä etsittiin laajoja genomisia uudelleenjärjestelyjä, mutta niitä ei havaittu. Näin ollen kyseisillä muutoksilla ei ole merkittävää roolia perinnöllisessä rintasyöpäalttiudessa suomalaisessa väestössä. FANCA-geenissä havaittiin laaja heterotsygoottinen deleetio yhdessä tutkitusta 100 rintasyöpäperheestä. Deleetio poistaa geenin promoottorialueen lisäksi sen 12 ensimmäistä eksonia. Deleetioalleelia ei havaittu terveissä kontrolleissa, joten se mahdollisesti liittyy perinnölliseen rintasyöpäalttiuteen. Tutkimus on ensimmäinen, jossa raportoidaan laaja genominen deleetio FA-signaalinsiirtoreitin ylävirran geenissä familiaalisessa rintasyövässä.

Les ectéinascidines (la trabectédine, la lurbinectédine) sont de nouveaux dérivés de produits naturels marins qui se lient de façon covalente à l'ADN, actifs contre les cancers chimio-résistants. L'objectif de ma thèse est 1) d'identifier les principales voies de transduction activées en réponse à l'apparition des lésions de l'ADN induites par les ETs 2) d'établir si l'abrogation pharmacologique de la réponse cellulaire induite par l'endommagement de l'ADN (ATM, ATR, Chk1, Chk2) peut moduler l'activité thérapeutique des ETs. Dans un premier temps, nous avons montré que la voie ATR/Chk1 activée principalement en réponse à l'apparition d'un stress réplicatif et la voie ATM/Chk2 qui initie la réponse cellulaire suite à la formation de lésions double-brins, sont activées en réponse aux adduits créés par les ETs. Dans un second temps, nous avons montré que les combinaisons des ETs avec les inhibiteurs Chk1/Chk2 ou les inhibiteurs ATR ou ATM seuls s'accompagnent d'une modeste potentialisation. Inversement, la combinaison simultanée des ETs avec les inhibiteurs ATR et ATM entraine une forte synergie dans les modèles du cancer de l'utérus et de l'ovaire sensibles ou résistants au cisplatine. Enfin, nous avons montré que cette potentialisation passe par l'inhibition du recrutement des protéines impliquées dans l'initiation et la réalisation des mécanismes de réparation par recombinaison homologue. Ces résultats suggèrent qu'en inhibant simultanément les vois initiés par ATR et ATM, l'activité thérapeutique des ETs pourrait être potentialisée en clinique. / Ecteinascidins (Trabectedin, Lurbinectedin) are novel marine derived natural products, DNA minor groove binders and active against chemo-resistant cancers. The purpose of my thesis was to 1) characterize the DNA damage response (DDR) to both trabectedin and lurbinectedin 2) to establish whether the pharmacological abrogation of cell response induced by DNA damage (ATM, ATR, Chk1, Chk2) can modulate the therapeutic activity of ETs. Our results show that both compounds activate the ATM/Chk2 (ataxia-telangiectasia mutated/checkpoint kinase 2) and ATR/Chk1 (ATM and RAD3-related/checkpoint kinase 1) pathways. Interestingly, the pharmacological inhibition of either Chk1/2, ATR or ATM kinases is not accompanied by a significant improvement of either trabectedin or lurbinectedin cytotoxic activity. However, the simultaneous inhibition of both ATM and ATR strongly potentiates the activity of both ETs. Importantly, these results are not restricted to HeLa cells but can also be extended to cisplatin-sensitive or -resistant ovarian carcinoma cell lines. Finally, we showed that the concomitant inhibition of both ATR and ATM is an absolute requirement to efficiently block the initiation and realization of homologous recombination repair mechanisms. Together, our data identify ATR and ATM as central coordinators of the DDR to trabectedin and lurbinectedin and provide a mechanistic rational for combinations of these compounds with both ATR and ATM inhibitors.

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