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Le matériel génétique (l’ADN) d’un organisme contient l’information nécessaire à sa survie, sa croissance et sa reproduction. La perte de cette information affecte grandement la santé de l’organisme et cette altération est l’un des facteurs les plus courants dans le vieillissement ou le cancer. Quasiment toutes les cellules d’un organisme contiennent une copie de ce matériel génétique, communément appelé le génome, et font usage de plusieurs mécanismes pour en réparer les sections endommagées ainsi que pour le copier avec précision lors de la division cellulaire. Nous avons cherché à étudier les processus cellulaires qui maintiennent la stabilité génomique en inactivant systématiquement chacun des gènes avec la technique de criblage par CRISPR afin d’en étudier les rôles. Nous avons effectué ces criblages à l’échelle du génome dans des lignées cellulaires humaines en combinaison avec des perturbations chimiques dans le but d’identifier l’effet du traitement chimique ou le rôle de gènes qui exacerbent ou atténuent la perturbation. Nous nous sommes d’abord concentrés sur le resvératrol, une molécule initialement extraite de plantes qui a démontré des propriétés antivieillissement dans certains organismes modèles ainsi que la capacité d’inhiber la prolifération cellulaire. Notre criblage génétique a révélé que le resvératrol inhibait la réplication de l’ADN. En comparant les effets cellulaires du resvératrol à l’hydroxyurée, un agent connu pour causer du stress réplicatif, nous avons montré que ces deux traitements menaient à une diminution similaire de la progression de la fourche de réplication ainsi qu’à une activation de la signalisation en réponse au stress réplicatif. Nous avons également démontré que l’inhibition de la réplication de l’ADN dans les cellules humaines par le resvératrol est l’un des effets principaux de la molécule sur la prolifération cellulaire et ne requiert pas la présence de la déacétylase d’histone Sirtuin-1, protéine qui a été suggérée comme étant la cible principale du resvératrol pour son effet antivieillissement. Nous avons également étudié la perturbation d’un second processus cellulaire, soit le maintien des télomères. Ces séquences spéciales aux extrémités des chromosomes sont indispensables à la protection du génome et leur érosion graduelle est contrebalancée par l’activité enzymatique de la télomérase. Nous avons effectué un crible génétique par CRISPR à l’échelle du génome dans une lignée cellulaire dont nous avons inhibé la télomérase en utilisant BIBR1532, un inhibiteur spécifique de la télomérase. Nous avons découvert une forte interaction génétique entre la télomérase et C16orf72, un gène non-annoté que nous avons nommé TAPR1. Nous avons montré que les cellules déficientes en TAPR1 possèdent des niveaux élevés de la protéine p53, un facteur de transcription central à la réponse cellulaire aux dommages télomériques et aux dommages à l’ADN. Nous suggérons que TAPR1 agit comme un inhibiteur de la stabilité protéique de p53. En somme, ces travaux mettent en évidence la capacité des cribles génétiques CRISPR à approfondir nos connaissances sur le fonctionnement des processus de maintien de la stabilité génomique chez l’humain. / The genetic material (DNA) of an organism contains the necessary information for survival, growth and reproduction. Loss of this information strongly impacts the health of the organism and is the leading factor in aging and cancer. Almost all cells in an organism contain a copy of said genetic material (genome) and employ several mechanisms to repair any damaged section of the genome and to accurately copy it during cell division. We sought to understand the cellular processes by which cells maintain genome stability by systematically inactivating individual genes to uncover their role using pooled CRISPR-Cas9 screening. We employed genome-wide CRISPR screening in human cell lines in combination with specific chemical perturbations to identify gene deletions that enhance or suppress the phenotype of the chemical treatment, thereby shedding light on the effect of the treatment or the role of said enhancer/suppressor genes. We first focused on resveratrol; a small molecule first discovered in plants that has been suggested to extend lifespan in model organisms while also inhibiting cell proliferation ex vivo. Chemical-genetic screening pinpointed a role of resveratrol in inhibition of DNA replication. When we compared the cellular effects of resveratrol to hydroxyurea, a known inducer of replicative stress, we found that both treatments led to slower replication fork progression and activation of signaling in response to replicative stress. Importantly, we showed that the inhibition of DNA replication by resveratrol in human cells is a primary effect on cell proliferation and independent of the histone deacetylase Sirtuin-1, which has been implicated as the primary target in lifespan extension by resveratrol. We then studied the perturbation of a second cellular process, namely telomere maintenance. These specialized sequences at the termini of chromosomes are critical for the protection of chromosome ends and their erosion is counteracted by the enzymatic activity of telomerase. We performed a genome-wide CRISPR screen in cells that were concomitantly treated with a specific telomerase inhibitor, BIBR1532. We uncovered a strong genetic interaction between telomerase and a previously unannotated gene, C16orf72, which we named TAPR1. We found that TAPR1-depleted cells led to elevated p53 levels, a transcription factor central for the cellular response to telomeric and global DNA damage. We propose that TAPR1 is a negative regulator of p53 protein levels by promoting its turnover. Altogether, these studies highlight the power of CRISPR-Cas9 in genetic screening to uncover novel insight into the human genome stability maintenance network.

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Au cours des processus de croissance folliculaire et d'ovulation, les cellules stéroïdogéniques, y compris les cellules de granulosa (CG), jouent un rôle crucial dans la maturation et la libération de l'ovocyte. Notre laboratoire a identifié et caractérisé pour la première fois tribbles pseudokinase 2 (TRIB2) dans les CG de follicules ovariens. Des études ont démontré que TRIB2 joue un rôle dans la coordination de la mitose et la morphogenèse chez la drosophile alors que chez la souris, son expression dans les cellules du cumulus serait liée à la maturation ovocytaire. Cependant, le rôle exact de TRIB2 dans la fonction des CG et ses effets sur les voies de signalisation impliquées dans la croissance folliculaire restait à être défini. La présente étude de doctorat avait donc pour but d’étudier la fonction et les partenaires de liaison de TRIB2 dans les CG de follicules ovariens bovins. À l’aide d’un modèle d’étude in vivo consistant en des CG obtenues à partir de follicules à différents stades de développement, nous avons démontré une régulation à la baisse de TRIB2 par l’hormone lutéinisante (LH) et la gonadotrophine chorionique humaine (hCG) aussi bien au niveau du messager que de la protéine. De plus, les analyses utilisant un modèle in vitro de CG en culture ont montré que la FSH stimule l'expression de TRIB2 tandis que l'inhibition de TRIB2 via CRISPR/Cas9 entraîne une réduction significative de la prolifération des CG (P<0,05). Les analyses Western blot ont montré une augmentation des niveaux de phosphorylation d’ERK1/2 (MAPK3/1) et p38MAPK (MAPK14) suite à la surexpression de TRIB2. Ces résultats suggèrent un rôle de TRIB2 dans la croissance folliculaire et la modulation des voies MAPK. Avec l’approche double hybride chez la levure, nous avons identifié CALM1, INHBA, INPPL1, NT5E, SCD, SDHB et RAB14 comme partenaires de liaison de TRIB2. Les analyses RT-PCR ont montré que ces partenaires sont régulés différemment au cours du développement folliculaire et les manipulations de l’expression de TRIB2 (inhibition ou surexpression) résulte en une régulation différente (augmentation ou diminution) de l’expression des partenaires dans les CG. Ces résultats suggèrent un rôle de TRIB2 dans la régulation de cibles effectrices en lien avec la fonction des CG et le développement folliculaire. Enfin, un modèle de CG provenant de vaches en période post-partum a été utilisé pour mieux comprendre le contrôle de l’activité des CG. Des analyses complémentaires avec ce modèle ont révélé une réduction significative de TRIB2 chez les vaches ayant un taux élevé de BHB (>1.4mmol/L) comparé à celles ayant un faible taux de BHB (<1.2mmol/L). Cette réduction était concomitante à une augmentation d’interleukines pro-inflammatoires et une réduction d’interleukines anti-inflammatoires dans les CG. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de TRIB2 dans la modulation de la signalisation MAPK dans les CG, apporte une preuve solide que TRIB2 pourrait agir comme un régulateur de la prolifération et de la fonction des CG et de l’expression de gènes cibles, et suggère que TRIB2 pourrait affecter la stéroïdogenèse au cours du développement folliculaire et lors de la période post-partum. / During the processes of follicular growth and ovulation, steroidogenic cells, including granulosa cells, play a crucial role in the maturation and release of the oocyte. Our lab identified and characterized for the first time tribble pseudokinase 2 (TRIB2) in GC of ovarian follicles. Previous studies have shown that TRIB2 plays a role in the coordination of mitosis and morphogenesis in Drosophila while in mice its expression in cumulus cells is linked to oocyte maturation. However, the exact mechanism of action of TRIB2 as well as its function and effects on signaling pathways in GC during follicular growth remained to be defined. This study aimed therefore to further investigate TRIB2 function and identify its binding partners in GC. TRIB2 inhibition and overexpression experiments were conducted using, respectively, CRISPR/Cas9 technology and the pQE1 system. Using an in vivo model consisting of GC obtained from follicles at different stages of development, we demonstrated a downregulation of TRIB2 by the endogenous luteinizing hormone (LH) and human Chorionic Gonadotropin (hCG) at both the messenger and protein levels. In addition, analyzes using an in vitro model of cultured GC, we showed that FSH stimulates the expression of TRIB2 while inhibition of TRIB2 via CRISPR-Cas9 resulted in a significant reduction in GC proliferation (P<0.05). Western blot analyzes showed an increase in the phosphorylation levels of ERK1/2 (MAPK3/1) and p38MAPK (MAPK14) following TRIB2 overexpression. These results suggested a role of TRIB2 in follicular growth and modulation of MAPK pathways. In the second part of the thesis, we identified CALM1, INHBA, INPPL1, NT5E, SCD, SDHB and RAB14 as binding partners of TRIB2 in GC using the yeast two-hybrid approach. RT-qPCR analyzes showed that all of these partners are present in the dominant follicles but are differently regulated during follicular development. Moreover, TRIB2 manipulation (inhibition or overexpression) results in a different regulation (up- or down-regulation) of these partners expression in GC. These results suggest a role of TRIB2 in the regulation of effector targets genes related to follicular development and GC activity. In the third part of the thesis, a GC model from postpartum cows was also used to better understand the control of GC activity. Further analyses using this model revealed a significant decrease of TRIB2 in cows with high level of BHB (>1.4 mmol/L) as compared to those with a low BHB levels (<1.2 mmol/L). This reduction of TRIB2 was concomitant with an increase in pro-inflammatory interleukins and a reduction in anti-inflammatory interleukins in GC. Overall, these results support a role of TRIB2 in the modulation of MAPK signaling in GC, provide strong evidence that TRIB2 could act as a regulator of GC proliferation and function as well as expression of target genes in GC, and suggests that TRIB2 might affect steroidogenesis during follicular development and during the post-partum period.

La leucémie aigüe myéloïde est un cancer hautement létal notamment parce que le taux de rechutes est élevé, ce qui traduit l’importance du développement de nouvelles thérapies. Ces dernières peuvent tirer avantage du fait que les cellules leucémiques peuvent exprimer des antigènes qui ne sont pas exprimés par les tissus sains, soit les antigènes spécifiques aux tumeurs (TSA). À cet effet, nos collaborateurs ont découvert une source importante « d'aberrantly expressed TSA » (aeTSA) dans les régions non codantes de l’ADN. Ces aeTSA sont présentés par les molécules de CMH I et plusieurs ont provoqué la réactivité des lymphocytes T (LTs) in vitro. En plus d'être spécifiques aux cellules cancéreuses, ces aeTSA sont partagés entre plusieurs patients ce qui fait d'eux des cibles intéressantes dans le cadre d’immunothérapies. Sachant que c’est le récepteur de cellules T (TCR) qui confère la spécificité aux LTs, le but est d'isoler et de caractériser des TCR anti-aeTSA en vue de leur utilisation comme outils thérapeutiques. Pour ce faire, l’expansion de LTs CD8+ naïfs provenant de donneurs sains a été réalisée grâce à une co-culture avec des cellules dendritiques autologues chargées avec l'aeTSA d’intérêt. Les LTs CD8+ spécifiques du aeTSA ont été triés à l’aide d'un marquage dextramères et l’ARN a été isolé afin de réaliser le séquençage du TCR. Ce dernier a révélé que le répertoire de TCR anti-aeTSA est nettement oligoclonal, facilitant l'identification des séquences des chaînes α et β des clonotypes les plus abondants. En revanche, les répertoires de TCR anti-LMP2 426-434 (antigène viral) et anti-WT1 37-45 (antigène associé aux tumeurs) étaient plus diversifiés. De plus, des tests d'avidité fonctionnelle réalisés à l'aide d'ELISpot en concentrations décroissantes de peptides ont révélé que l'avidité fonctionnelle des LTs qui reconnaissent les aeTSA est similaire à celle du peptide LMP2 426-434, ce qui suggère que les aeTSA stimulent des réponses T de hautes avidités. Ensuite, la délétion du TCR endogène a été réalisée à l'aide de la technique CRISPR-Cas9, montrant plus de 90% d'efficacité. À des fins d'optimisation de protocoles, le TCR 1G4 spécifique de NY-ESO-1 a été introduit dans le locus TRAC et, simultanément, le knock-out de la chaîne α du TCR endogène a été réalisé afin de limiter les mésappariements et la compétition entre ces deux TCR. Les prochaines étapes seront d’introduire le gène codant pour le TCR spécifique d'aeTSA dans des LTs et de vérifier que les cellules éditées sont réactives envers ces aeTSA. Finalement, ce projet pourrait ouvrir la voie au ciblage d'aeTSA à l’aide de l’ingénierie du TCR pour rediriger un grand nombre de LTs envers les cellules leucémiques. / Acute myeloid leukemia is a highly lethal cancer for which effective immunotherapies are actively sought. These immunotherapies can take advantage of the fact that leukemia cells can express antigens that are not expressed by healthy tissues, namely tumor-specific antigens (TSA). In this regard, our collaborator's team has discovered an important source of aberrantly expressed TSA (aeTSA) in the non-coding regions of DNA. These aeTSAs are presented by MHC 1 molecules and can elicit T cells reactivity in vitro. In addition to being specific to cancer cells, these aeTSAs are shared between several patients, which makes them interesting targets in the context of immunotherapies. Knowing that the T cell receptor (TCR) is responsible for T cells specificity, the goal is to isolate and characterize anti-aeTSA TCRs for their use as therapeutic tools. To this end, we expanded aeTSA-specific T cells from naive CD8+ T cells obtained from healthy donors through co-culture with autologous dendritic cells loaded with the relevant aeTSA. The aeTSA-specific CD8+ T cells identified by dextramer staining were sorted for RNA extraction TCR sequencing. Amplicon sequencing reveals that the expanded anti-aeTSA TCR repertoire is markedly oligoclonal, facilitating the identification of dominant TCR α and β chains. In contrast, the anti-LMP2 426-434 (viral antigen) and anti-WT1 37-45 (tumor-associated antigen) TCR repertoires were more diverse. In addition, functional avidity tests, performed using ELISpot in decreasing concentrations of peptides, revealed that the functional avidity of T cells recognizing aeTSA is similar to LMP2 426-434 peptide, suggesting that aeTSAs stimulate high-avidity responses. Then, endogenous TCR knock-out was performed using the CRISPR-Cas9 technique, showing more than 90% efficiency. For protocol optimization purposes, the 1G4 TCR specific for NY-ESO-1 was introduced into the TRAC locus and, simultaneously, the knock-out of the α chain of the endogenous TCR was achieved in order to limit mismatches and competition between these two TCRs. The next steps will be to introduce the gene coding for the aeTSA-specific TCR into T cells and to validate that the edited cells are reactive toward these aeTSAs. Ultimately, this project could pave the way for targeting aeTSAs using TCR engineering to redirect large numbers of T cells toward leukemic cells.

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