Une analyse génomique (Comparative Genomic Hybridization) a été réalisée sur une cohorte d’adénomes et de tumeurs coliques et a mis en évidence, parmi d’autres altérations, la délétion de la région 1p36.12 dans 23% des adénomes et 47% des carcinomes. Parmi les 15 gènes ayant une fonction connue retrouvés dans cette zone, le gène codant pour le facteur de transcription E2F2 a été retenu en raison de son implication dans des processus cellulaires clés. Une analyse de Kaplan- Meier a montré que la délétion de E2F2 est un facteur de bon pronostic de survie sans progression. Afin de mieux cerner l’implication des gènes ciblés par la micro-délétion en 1p36.12, une étude fonctionnelle in vitro et in vivo de la perte de fonction de E2F2 a été réalisée, et étendue à celle de ID3 dont le gène est le voisin direct de E2F2. Nos observations indiquent qu’in vivo, la perte d’E2F2 favorise la croissance tumorale et bloque le développement de métastases. Dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe de biochimiste du Pr Céline TARNUS (U.H.A.), une étude pilote a été réalisée pour prouver l’efficacité anti-tumorale de nouveaux inhibiteurs hautement sélectifs pour l’aminopeptidase N. / A genomic analysis (Comparative Genomic Hybridization) evidenced, among other chromosomic alterations, a microdeletion at 1p36.12 locus in 23% and 47% of colon adenomas and carcinomas, respectively. Among the 15 genes located in the deleted region, we focused on E2F2 gene involvedin various cellular processes. The Kaplan-Meier curve analysis showed that E2F2 deletion is associated with a better progression-free survival. To better understand the involvement of genes targeted by the microdeletion in colon tumors, we assessed the functional impact of the underexpression of E2F2 and of its direct neighbor gene ID3, coding for a dominant-negative repressor involved in cell differentiation. Our results indicated that E2F2 loss favors tumor growth and prevent metastatic spread. In collaboration with the biochemical team directed by the Pr Céline TARNUS, we started a pilotstudy to prove the anti-tumor potential of new chemical inhibitors highly selective of the aminopeptidase N.

L’inhibition, par p16INK4a, de la progression du cycle cellulaire est considérée comme liée à un arrêt de la progression en phase G1 du à l’inhibition de l’activité de CDK4/6. Nous montrons que l’expression ectopique de p16INK4a dans trois lignées cellulaires malignes, p16-/- et pRb+/+, issues de tissus différents, provoque un allongement de la durée de la phase S et du cycle cellulaire total. L’ensemble de nos travaux sur p16INK4a sauvage et son mutant p16G101W indique que p16INK4a induit un allongement de la phase S i) indépendamment de l’origine tissulaire des cellules analysées et ii) en partie lié aux conséquences de l’inhibition de l’activité de CDK4/6 et peut-être des MAP-kinases. Dans sa localisation nucléaire, p16INK4a interviendrait dans la régulation du cycle cellulaire indépendamment de sa liaison à CDK4. L’expression de CDK1 est inhibée par p16INK4a dans les trois lignées analysées. Dans les cellules MCF7 et U87, cette inhibition est post-transcriptionnelle, médiée par la région 3’non traduite de l’ARNm de CDK1, et est associée à une modification de l’équilibre d’expression, tissu-spécifique, des microARN régulant potentiellement CDK1. Nous démontrons que CDK1 est une cible de miR- 410 et miR-650 induits par p16INK4a et le rôle de l’inhibition de la voie pRb/E2F par p16INK4a dans l’induction de miR-410. Ainsi, p16INK4a régule l’expression des gènes à différents niveaux en modifiant l’équilibre fonctionnel des facteurs de transcription et, en conséquence, des miARN. / The inhibition of cell cycle progression by p16INK4a, have been considered to result from arrest in G1 phase due to inhibition of CDK4/6 activity. We show that ectopic expression of p16INK4a in three human malignant cell lines, p16-/- and pRb +/ +, derived from different tissues, led to an increase in the length of S phase and of the entire cell cycle. Our studies using wild-type p16INK4a and p16G101W mutant indicated that p16INK4a induces a lengthening of S phase i) independently of tissue origins and ii) partly linked to the inhibition of CDK4/6 activity and possibly MAP-kinases. In the nucleus, p16INK4a may intervene in regulating the cell cycle independently of binding to CDK4. The expression of CDK1 is inhibited by p16INK4a in three cell lines analyzed. In MCF7 and U87cells, this inhibition is post-transcriptional, mediated by the 3' non translated region of CDK1 mRNA, and is associated with changes in the balance of the expression of microRNAs, which regulate potentially CDK1. We demonstrate that CDK1 is a target of miR-410 and miR-650, both induced by p16INK4a and the role of the inhibition of pRb/E2F pathway by p16INK4a in the induction of miR-410. Thus, p16INK4a regulates gene expression at different levels by modifying the functional balance of transcription factors and, consequently, the microRNAs

Les kinases cycline-dépendantes (CDK) sont des protéines régulatrices essentielles du cycle cellulaire. Elles contrôlent la prolifération cellulaire et sont souvent déréglées dans les cancers. De nombreux inhibiteurs de CDKs ont été élaborés et sont actuellement le sujet d'essais cliniques. Bien que Cdk1 soit un régulateur essentiel de cycle cellulaire, Cdk2 n’est pas nécessaire pour la progression du cycle cellulaire, mais favorise la tumorigenèse. Par conséquent, Cdk2 est une cible thérapeutique prometteuse. L’utilisation des inhibiteurs de kinases pour modifier la prolifération cellulaire s’apparente à appliquer une sélection Darwinienne. Cette sélection peut être modélisée mathématiquement. Cette approche a montré que des avantages sélectifs, mêmes marginaux, peuvent être d'une importance majeure dans la compétition inter-cellulaire et la progression du cancer. Selon ce principe, nous avons fait l’hypothèse que le fait que la Cdk2 ait un rôle mineur dans la progression du cycle cellulaire lui confèrerait le statut de cible pertinente pour une thérapie du cancer. Selon cette hypothèse, son inhibition serait bien tolérée, permettant de réduire le niveau d’activité CDK et ainsi agir contre la prolifération déréglée des cellules. Nous avons supposé qu’au lieu d’éliminer entièrement les cellules les plus prolifératives, qui seraient les plus sensibles au traitement, il serait potentiellement intéressant de les exploiter pour concurrencer l’émergence des cellules résistantes, moins prolifératives. L'utilisation d'un traitement continu à faible dose avec les inhibiteurs Cdk2 pourrait permettre de maintenir cet équilibre. L'objectif de la thèse était d'étudier si Cdk2 confère un avantage prolifératif aux cellules cancéreuses, si les cellules peuvent développer une résistance aux inhibiteurs de CDKs, et si oui, déterminer quels étaient les mécanismes de résistance qui permettent de réduire le « fitness » des cellules prolifératives. Pour répondre à ces questions, nous avons généré des lignées cellulaires ayant des degrés variés de résistance à un inhibiteur spécifique de Cdk2 (inhibant également Cdk1 à des concentrations élevées). Nous avons caractérisé leur capacité à proliférer en comparaison avec des cellules parentales et des cellules isogéniques n’exprimant plus Cdk2 en raison d’un « knock-out » du gène. Bien que dans ces premières cellules le gène Cdk2 est retrouvé non muté et que l'expression de la protéine Cdk2 reste inaltérée, l'activité kinase de Cdk2 est diminuée. Les cellules résistantes à l’inhibiteur prolifèrent efficacement in vitro. Cependant, lors des expériences de compétition avec les cellules parentales, sensibles aux inhibiteurs, elles sont perdantes. Ceci montre que le développement d’une résistance à un inhibiteur de kinase entraîne un désavantage sélectif. Malgré une prolifération normale en l’absence de compétiteurs, ce désavantage est mis en évidence dans une population mixte, validant ainsi l’hypothèse de départ. Nous avons constaté que les Cdk2 KO et les cellules résistantes à l’inhibiteur (R50) ont un métabolisme altéré. Ces cellules sont sensibles à l'épuisement des nutriments et du glucose ainsi qu’à l'hypoxie, malgré un taux de consommation d'oxygène normal, ce qui indique une augmentation de la glycolyse aérobique. Les cellules R50 surexpriment la protéine Cdk6, ce qui peut contribuer à la résistance à l'inhibition Cdk2. De plus elles sont sensibles à l’inhibition des Cdk4/6, cibles référencées dans le traitement de certaines classes de cancer du sein. Enfin, les cellules Cdk2 KO présentent un point de contrôle de la phase S perturbé. Ces résultats suggèrent que des inhibiteurs pharmacologiques ciblant Cdk2 pourraient être synergique avec d’autres traitements, par exemple l’inhibition concomitante de la réplication de l'ADN, de la glycolyse, ou de Cdk6. Cela pourrait ainsi diminuer la prolifération des cellules cancéreuses et empêcher l’émergence d'une résistance thérapeutique. / Cyclin-dependent kinases (Cdk) are essential regulators of the cell cycle that support cell proliferation and are often deregulated in cancer. While Cdk1 is an essential regulator of the cell cycle, Cdk2 is not required for cell cycle progression but promotes tumorigenesis. Therefore, Cdk2 is a promising drug target. Many Cdk inhibitors have been developed and are currently undergoing clinical trials. Darwinian selection can be modelled mathematically, and such studies have shown that even marginal selective advantages can be of great importance in outcomes of cell-cell competition and cancer progression. We hypothesised that the non-essential role of Cdk2 for cell cycle progression may mean that it is a good target for cancer therapy as continual inhibition should be tolerated and should counteract deregulated cell proliferation in cancer. However, as with all chemotherapeutic agents, the development of clinical resistance is likely. We further hypothesized that applying a low-dose treatment with Cdk2 inhibitors should minimize chances of developing resistance, by maintaining competition between robustly proliferating cells that are sensitive to treatment, and resistant cells.The aim of the thesis was to investigate whether Cdk2 confers a proliferative advantage to cancer cells, whether cells can develop resistance to Cdk inhibitors, and if so, whether the mechanisms allowing resistance reduce cellular proliferative fitness.To answer these questions, we have created cell lines with varying degrees of resistance to a selective Cdk2 inhibitor (that at high doses, also inhibits Cdk1) and have characterised their proliferation capacity in comparison with parental cells and isogenic Cdk2 knockout cells. Although in these cells the Cdk2 gene is not mutated and the expression of Cdk2 protein remained unaltered, the kinase activity of Cdk2 is decreased. Similarly, Cdk2 gene knockout (Cdk2 KO) cells have reduced sensitivity to Cdk2 inhibition. Inhibitor-resistant cells proliferate efficiently but are outcompeted by parental, inhibitor-sensitive cells in competition experiments, confirming that inhibitor resistance entails a selective disadvantage. We found that the proliferation of both Cdk2 knockout and inhibitor-resistant (R50) cells is sensitive to nutrient and glucose depletion as well as hypoxia, despite a normal oxygen consumption rate, indicating increased aerobic glycolysis. R50 cells have highly upregulated Cdk6, which may contribute to resistance to Cdk2 inhibition. Moreover, they are sensitised to Cdk4/6 inhibition, which is currently authorised as a treatment for some classes of breast cancer. Finally, Cdk2 knockout cells have an impaired S-phase checkpoint. These results suggest that pharmacological inhibitors targeting Cdk2 might be synthetically lethal with other treatments, eg inhibition of DNA replication, of glycolysis, or of Cdk6. This might diminish cancer cell proliferation and prevent emergence of therapeutic resistance.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

Ki-67 maintient l'hétérochromatine constitutive lors de la prolifération cellulaire. La protéine Ki-67 est fortement exprimée dans le noyau des cellules de mammifères en prolifération. Sa présence est devenue un marqueur de référence en histopathologie diagnostic dans le cancer avec 330 millions de références sur des sites Internet et plus de 18 000 articles indexés avec le mot clé Ki-67 dans PubMed. Malgré son utilisation comme référence incontestable de la prolifération cellulaire, les rôles fonctionnels, les régulations et les mécanismes moléculaires où Ki-67 est impliquée demeurent obscurs. Depuis l'identification de Ki-67 en 1983, les différentes études avec l'utilisation d'outils moléculaires (anticorps, oligonucléotide antisens, shRNA, siRNA) qui inhibent l'expression de Ki-67 dans des cellules cancéreuses de tous types ont mis en évidence une forte régression à leur prolifération. La localisation prédominate de Ki-67 est dans le nucléole, son inactivation photodynamique abroge la transcription de l'ARN ribosomal qui est requis pour la prolifération cellulaire. Le consensus est que Ki-67 favorise la prolifération cellulaire, mais à ce jour aucune étude n'a mis en évidence ni un mécanisme d'action, ni un rôle essentiel de Ki-67 dans la prolifération cellulaire in vivo. Dans notre travail, nous abordons la question du rôle de Ki-67 dans les cellules humaines cancéreuses non transformées en culture ainsi qu'in vivo chez la souris. Nous avons montré que Ki-67 n'est pas nécessaire pour la prolifération cellulaire. En revanche, Ki-67 est indispensable pour maintenir la structure de l'hétérochromatine constitutive. Nous avons mis en évidence des nouveaux mécanismes de régulation de l'expression de Ki-67 au cours du cycle cellulaire, sa transcription étant contrôlé par CDK4/6 via la phosphorylation de la protéine rétinoblastome, et sa dégradation en G1 tardive via APC/C-Cdh1. Après extinction de l'expression de Ki-67 par ARNi ou par ablation du gène de Ki-67 par la nouvelle approche TALEN, nous n'avons observé aucun effet sur la synthèse de l'ARN ribosomique, sur le déroulement normal du cycle cellulaire, sur le développement embryonnaire ou la fertilité de la souris. Par contre, son extinction inhibe la progression des tumeurs dans des modèles de Xénogreffes, et induit un remodelage du paysage de l'expression de certain gènes. Notre étude par protéomique des protéines interragissant avec Ki-67 a identifié des protéines nucléolaires à l'interface entre l'hétérochromatine périnucléolaires et les composants granulaires nucléolaires. Ces complexes protéiques empêchent la dispersion de l'hétérochromatine constitutive au cours du cycle cellulaire. Au vu de nos résultats, nous concluons que dans les cellules non-proliférantes l'anémie de Ki-67 est associée à la diffusion de l'hétérochromatine constitutive. Ki-67 est indispensable à la maintenance de cette hétérochromatine qui serait essentielle pour le développement des tumeurs. / Ki-67 links constitutive heterochromatin maintenance to cell proliferation.Ubiquitous nuclear expression of Ki-67 in proliferating mammalian cells has led to its use as a benchmark diagnostic marker for cell proliferation, especially in cancer histopathology. Its importance is reflected by over 330 million hits when searching using the keyword “Ki-67” on Google, and over 18,000 papers on PubMed. In spite of its use as a surrogate marker for cell proliferation, the mechanisms of regulation of Ki-67 expression and its physiological functions in cell proliferation remain obscure. Early functional studies found that inhibition of Ki-67 expression by injection of antisense oligonucleotides or inactivating antibodies into cultured cancer cells inhibited cell proliferation. This is in agreement with later results obtained by peptide-nucleic acid, antisense oligonucleotide, siRNA or shRNA experiments in various cancer cell lines. Photodynamic inactivation of Ki-67 abrogates ribosomal RNA transcription, consistent with its predominantly nucleolar localisation and apparent requirement for cell proliferation. However, a recent study in HeLa cells found only minor effects on the cell cycle distribution upon Ki-67 knockdown. Nevertheless, Ki-67 is required for localising several nucleolar proteins to the mitotic chromosome periphery, potentially providing a mechanism for nucleolar assembly, as previously suggested by segregating nucleolar components upon cell division and chromosome segregation. Therefore, although the consensus is that Ki-67 promotes cell proliferation, this has not been clearly demonstrated, and no studies have ascertained requirements for Ki-67 in vivo.In this work, we address these questions in non-transformed human cells and cancer cells in culture and in vivo in mice. We have shown that Ki-67 is dispensable for cell proliferation but is required to maintain constitutive heterochromatin. We found that Ki-67 expression is cell cycle-dependent due to dynamic control by CDK4/6 and Cdh1. However, silencing of Ki-67 by RNAi or a TALEN-mediated Ki-67 gene ablation had no effect on ribosomal RNA synthesis, cell cycling, mouse development or fertility, but prevented tumour progression and led to remodelling of the gene expression landscape in cycling cells. Interaction proteomics and functional assays revealed that Ki-67 defines the boundary between perinucleolar heterochromatin and the nucleolar granular components, and prevents dispersal of constitutive heterochromatin during cell cycling. Conversely, Ki-67 downregulation in non-proliferating cells is associated with constitutive heterochromatin dispersal. The results suggest that Ki-67 mediates organisation of heterochromatin, and allows efficient tumour progression.

La biogénèse des ribosomes consiste à assembler les ARN ribosomiques (ARNr) et les protéines ribosomiques de la petite sous unité (RPSs) ou de la grande sous unité (RPLs) afin de former les sous unités 40S et 60S du ribosome. Ce processus est l’un des plus complexes des cellules dont il utilise une grande quantité des ressources. Un taux élevé de biogénèse des ribosomes est une caractéristique de la prolifération cellulaire dans les conditions physiologiques ou pathologiques. L’inhibition de la biogénèse des ribosomes active un checkpoint du cycle cellulaire qui induit un arrêt du cycle cellulaire, et selon le contexte, l’apoptose. L’activation de ce checkpoint est due au facteur suppresseur de tumeur p53 qui s’accumule lorsque la biogénèse des ribosomes est inhibée grâce à l’inhibition de son facteur de dégradation, l’ubiquitine ligase E3 MDM2. Cette inhibition de MDM2 se fait par la fixation d’un complexe formé par les protéines ribosomiques RPL11 et RPL5 et l’ARNr 5S. Des études ont montré le potentiel thérapeutique de l’activation de ce checkpoint dans des cancers caractérisés par une biogenèse ribosomique élevée. Par contre l’activation de p53 semble avoir un rôle pathologique dans les ribosomopathies, un ensemble de pathologies causées par un défaut dans la biogénèse des ribosomes comme l’anémie macrocytaire de Diamond-Blackfan (ABD). p53 est clairement impliqué dans les effets anti-prolifératifs de l’inhibition de la biogénèse des ribosomes, cependant de nombreuses évidences montrent l’existence de mécanismes indépendants de p53 qui affectent l’homéostasie cellulaire. On observe par exemple dans l’ABD, des mutations de RPL11/RPL5 dont la déplétion in-vitro n’induit pas p53. Mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes mis en place par les cellules pour répondre à l’inhibition de la biogénèse des ribosomes, dans un modèle in-vitro de lignées cellulaires. Dans ces lignées, nous avons inhibé la biogénèse des ribosomes par déplétion des RPs de la grande ou de la petite sous unité, indépendamment de l’induction ou pas de p53, à savoir, RPs6, RPL7a et RPL11. Nous avons mis en évidence des liens entre l’inhibition de la biogénèse des ribosomes et l’homéostasie du réticulum endoplasmique, ou la régulation de l’expression de gènes du métabolisme tels que l’enzyme oncogénique PHGDH. / Ribosome biogenesis is the process that leads to the assembly of ribosomal RNA (rRNA) and ribosomal proteins of the small (RPS) or the large (RPL) subunit into ribosomal 40S and 60S subunits. This is a highly complex process in the cells which uses a large amount of energy and resources. High rate of ribosome biogenesis is a trait of cell proliferation in physiological or pathogenic conditions. Inhibition of ribosome biogenesis activates a cell cycle checkpoint which induces a cell cycle arrest, and apoptosis. Activation of this checkpoint is due to the inhibition of ubiquitin ligase E3 MDM2, which does not anymore address the tumor suppressor factor p53 to proteasome. The p53 tumor suppressor factor then accumulates in cells and blocks the cell cycle progression. The inhibition of MDM2 is caused by the binding of a complex formed by RPL11, RPL5 and rRNA 5S. Few studies reveal that activation of this checkpoint has a therapeutic effect on cancer cells characterized by high rate of ribosome biogenesis. However, p53 activation seems to have pathogenic effects in ribosomopathies, a set of disorders characterized by ribosome biogenesis impairment, like Diamond-Balckfan macrocytic anemia (DBA). It is clear that p53 has anti-proliferative effects when ribosome biogenesis is inhibited, but evidences show that p53independants mechanisms also exist. In DBA for example, mutations in RPL5 and RPL11 that do not lead to p53 activation are observed. The goal of this study was to investigate the cellular mechanisms induced in response to inhibition of ribosome biogenesis. These investigations have been performed in an in-vitro system of cell lines. In those cell lines, ribosome biogenesis has been inhibited by depletion of RPs of the 40S or 60S ribosomal independently of p53 status. We brought out links between inhibition of ribosome biogenesis and endoplasmic reticulum homeostasis, or metabolic genes expression regulation like oncogene PHGDH.

Mps1 est une protéine kinase à double spécificité impliquée dans le point de contrôle du fuseau mitotique et l'alignement des chromosomes. L'augmentation de l'activité de Mps1 est corrélée avec une augmentation de son niveau de phosphorylation lors de l'entrée en mitose. Cependant, les mécanismes contrôlant cette activation sont inconnus. Nous avons donc cherché à identifier les sites de phosphorylation de Mps1 afin d'étudier leur contribution à la régulation de Mps1. Par spectrométrie de masse, nous avons identifié jusqu'à 27 sites, et nous avons choisi de mutagéniser 11 d'entre eux individuellement en acides aminés non-phosphorylables (alanine), sur la base de leur conservation entre la protéine humaine et de xenope. Nous montrons que trois de ces sites de phosphorylation (S283, T697 et T707) sont essentiels pour l'activité kinase de Mps1, et pour son rôle dans le checkpoint mitotique. Deux de ces sites (T697 et T707) sont localisés dans la boucle d'activation du domaine kinase de Mps1 et sont des sites d'autophosphorylation. La phosphorylation sur le troisième site (S283) requiert une autre kinase. S283 est localisée dans le domaine non-catalytique de Mps1 qui est peu caractérisé et est impliqué dans le recrutement de Mps1 au kinétochore. Nous montrons par immunofluorescence que l'absence de phosphate sur le site S283 ne perturbe pas significativement le recrutement de Mad2 au kinétochore. Enfin, en utilisant des inhibiteurs et l'anticorps spécifique de la phosphorylation du site S283 que nous avons développé, nous montrons que le site S283 est phosphorylé en mitose par CDK, suggérant que les fonctions de Mps1 qui sont spécifiques de la mitose soient régulées par une phosphorylation dépendante des CDKs. / Mps1 is a dual-specificity protein kinase involved in the spindle assembly checkpoint and chromosome alignment. Mps1 phosphorylation state and activity increase in mitosis. However, the regulatory mechanisms underlying these observations are unknown. We therefore sought to identify Mps1 phosphorylation sites and to study their contribution to Mps1 regulation. By mass spectrometry we identified up to 27 phosphorylation sites on Mps1. We chose 11 sites that were conserved between Xenopus and human Mps1, and constructed 11 non-phosphorylatable single point mutants. We show that three phosphorylation sites (S283, T697 and T707) are essential for the kinase activity and the checkpoint signalling function of Mps1. Two of these sites (T697 and T707) are located in the activation loop of Mps1 kinase domain and are autophosphorylation sites. Phosphorylation on the third site (S283) results from the activity of an upstream kinase. S283 is located in the less characterized non-catalytic domain that is responsible for the kinetochore localization of Mps1. By immunofuorescence we show that the absence of the phosphate at S283 does not significantly perturb the kinetochore recruitment of the spindle assembly checkpoint component Mad2. Finally, using inhibitors and our developed phosphospecific antibody we demonstrate that Mps1 is phosphorylated at S283 in mitosis by cyclin-dependent kinase (Cdk), suggesting that mitosis specific functions of Mps1 kinase are regulated by Cdk-dependent phosphorylation.

Générer de la diversité cellulaire est essentiel en biologie du développement et pour préserver l'homéostasie des tissus chez l'adulte. Cela résulte du choix des cellules souches et progéniteurs à s'engager dans un destin particulier en réponse à des signaux extrinsèques et à des propriétés intrinsèques. L'objectif de ma thèse était d'élucider le rôle du cycle cellulaire dans le processus de neurogenèse (production de neurones) en utilisant comme paradigme le tube neural d'embryon de poulet. D'une part, j'ai développé une nouvelle stratégie d'imagerie permettant de mesurer la longueur des quatre phases du cycle cellulaire en temps réel dans les progéniteurs neuraux. D'autre part, j'ai réalisé des expériences de gain et perte de fonction d'un régulateur de l'entrée en mitose, la phosphatase CDC25B, dans les progéniteurs neuraux et montré que ce régulateur du cycle favorise les divisions neurogéniques au dépend des divisions prolifératives contrôlant ainsi la production neuronale. / Generating cell diversity is essential in developmental biology and to preserve tissue homeostasis in adulthood. This results from the choice of stem cells and progenitor cells to commit into a particular fate in response to extrinsic cues and to intrinsic properties. The aim of my PhD was to elucidate the role of the cell cycle in the neurogenesis process (i.e. in neuron generation) using the embryonic chick neural tube as a paradigm. On the one hand, I have developed a new real time imaging strategy to measure the length of the four cell cycle phases in neural progenitors. On the other hand, I performed gain and loss of function experiments of a regulator that control mitosis input, the CDC25B phosphatase, in neural progenitors and showed that this cell cycle regulator promotes neurogenic divisions at the expense of proliferative divisions, thus controlling neuronal production.

L'exposition aux ultraviolets solaires constitue un facteur de risque majeur dans le développement de cancers cutanés. L'initiation de ces cancers est cependant pondérée par des mécanismes cellulaires de protection qui contrecarrent l'instabilité génomique éventuellement promue par les UV. Dans ces mécanismes, le suppresseur de tumeur p53 joue un rôle fondamental en régulant l'expression de nombreux gènes permettant de bloquer le cycle cellulaire et de réparer l'ADN ou, si les dommages cellulaires sont trop importants, d'activer l'apoptose. Les régulateurs de la stabilité de la protéine p53 en réponse au stress UV sont ainsi capitaux pour assurer la stabilité du génome. En réponse au stress UV in vivo et in vitro, nous mettons en évidence que le facteur de transcription USF1 est primordial à l'activation du programme génétique contrôlé par la protéine p53. Nos données convergent vers un modèle dans lequel USF1 agit sur la voie p53 par deux moyens. D'une part, USF1, assure par interaction physique la stabilité de p53 en contrecarrant de manière mutuellement exclusive l'association du suppresseur de tumeur à MDM2 son inhibiteur physiologique. D'autre part, USF1 agit synergiquement avec le suppresseur de tumeur pour transcrire certains gènes cibles de p53 comme le régulateur du cycle cellulaire CDKN1A (p21). Ces deux niveaux de régulation dépendent étroitement du niveau de stress et permettent d'assurer un contrôle optimal de l'arrêt du cycle cellulaire en réponse à l'exposition UV. Collectivement, nos données montrent qu'USF1, par le contrôle de la voie p53, est un facteur essentiel contre l'instabilité génomique induite par les UV. / Ultraviolets (UV) solar exposure is a critical risk factor in skin cancers development. Initiation of these cancers is however lowered by cellular protective mechanisms that counteract the genomic instability potentially promoted by UV. In these mechanisms p53 protein is critical in regulating a large number of genes that blocks the cell cycle to allow DNA repair or, if damages are beyond repair, to activate apoptosis. The regulators of p53 stability in response to UV are thus crucial to ensure genomic stability. In response to UV stress, we found by in vivo and in vitro studies that USF1 is essential in the activation of p53 genetic program. Our data converge to a model whereby USF1 acts on p53 pathway by two means. On one hand, USF1 stabilizes p53 from MDM2 mediated degradation by a physical association to the tumor suppressor in a MDM2 mutually exclusive manner. On the other hand USF1 synergizes with the tumor suppressor in the transcription of several targets of p53 protein and particularly the CDKN1A inhibitor of the cell cycle. These two levels of regulation are closely dependent in the stress level and ensure an optimal control of the cell cycle progression in response to UV. Collectively, our results show that USF1, by controlling p53 pathway, is a critical factor against the genomic instability promoted by UV.

Contrairement aux animaux, les plantes ont un développement largement post-embryonnaire et forment continuellement de nouveaux organes et tissus grâce à l’activité de leurs méristèmes. Ces massifs de cellules indifférenciées conservent la capacité à se diviser tout au long de la vie de la plante, et c’est également à partir du méristème caulinaire que se forment les gamètes. Chaque cycle de division peut être la source de mutations, suite par exemple à des erreurs de réplication. De plus, les méristèmes sont relativement exposés aux stress environnementaux qui peuvent également endommager l’ADN des cellules. Les mécanismes impliqués dans la détection des lésions de l’ADN ou des défauts de réplication et l’arrêt de la prolifération cellulaire en réponse à ces dommages jouent donc un rôle fondamental dans le maintien de la stabilité du génome, aussi bien au cours du développement végétatif que lors de la reproduction sexuée. Chez tous les eucaryotes, l’ADN Polymérase ε est un acteur central de ces mécanismes parce qu’elle assure non seulement la réplication fidèle de l’ADN au cours de la phase S du cycle cellulaire, mais est également directement impliquée dans la réparation de l’ADN, et dans la perception du stress réplicatif. L’étude détaillée de sa fonction est cependant rendue difficile chez beaucoup d’organismes par le fait que son inactivation est létale. Dans ce travail, nous avons utilisé des approches de génétique pour étudier le rôle de l’ADN Pol ε d’Arabidopsis au cours de la progression du cycle cellulaire et dans la réponse au stress réplicatif et aux lésions de l’ADN. Nous avons ainsi pu montrer que la sous-unité catalytique du complexe Pol ε ainsi que sa principale sous-unité accessoire DPB2 sont essentielles à la détection des défauts de réplication, et fonctionnent en amont de la kinase ATR pour induire l’arrêt du cycle cellulaire et activer les voies de réparation au cours du développement végétatif. En outre, nous avons découvert un nouveau point de contrôle activé lors de la phase de réplication pré-méiotique qui permet l’activation d’une mort cellulaire programmée en réponse à des défauts survenus pendant cette phase, grâce au facteur de transcription SOG1.Tous les stress biotiques ou abiotiques auxquels la plante est soumise pouvant conduire à la formation de lésions au niveau de l’ADN, nos résultats ouvrent des perspectives de recherche pour comprendre la réponse des plantes aux stress environnementaux. En outre, la disponibilité de mutants viables pour différents facteurs impliqués dans la réplication ou la réponse aux lésions de l’ADN nous a permis d’explorer chez un eucaryote pluricellulaire des mécanismes qui sont pour l’instant essentiellement décrits chez la levure, et ainsi d’acquérir des connaissances qui pourront être transférées aux systèmes animaux et notamment à l’Homme. / Plant development is a largely post-embryonic process that depends on the activity of meristems. These pools of undifferentiated cells retain the ability to proliferate throughout the lifespan of the plant, and are at the origin of gamete formation relatively late in its life cycle. Mutations can arise at each round of cell division, for example due to replication errors. In addition, meristems are relatively exposed to all kinds of environmental stresses that can also induce DNA damage. Detection of DNA lesions or replication defects and subsequent cell cycle arrest are thus instrumental to the maintenance of genome integrity, both during vegetative and reproductive growth. In all eukaryotes, DNA Pol ε is a key player of these mechanisms because it is not only responsible for the faithful reproduction of the genetic information during S-phase, but also directly involved in DNA repair and replicative stress perception. Detailed analysis of its function has however been complicated by the lethality of its inactivation in most organisms. In this work, we have used genetic approaches to investigate its role during cell cycle progression and replicative stress response. We have shown that both its catalytic sub-unit and its main accessory sub-unit DPB2 are involved in replicative stress sensing and that they function upstream of the ATR kinase to induce cell cycle arrest and DNA repair during vegetative growth. In addition, we have found that a specific checkpoint exists during pre-meiotic DNA replication that activates a cell death program via the SOG1 transcription factor upon replicative stress. Because all types of biotic and abiotic stresses can generate DNA damage, our work opens new research prospects to understand how plants cope with adverse conditions. Furthermore, the viability of Arabidopsis mutants deficient for various factors involved in DNA replication or DNA Damage Response allowed us to analyse into details in a multicellular eukaryote crucial cellular mechanisms that had until now been mainly investigated in yeast. This work thus allowed us to generate data that can be transferred to animal systems and notably to Human.