Le VIH-1, ou Virus de l’ImmunoDéficience Humain de type I, est un pathogène intracellulaire dont le cycle de réplication dépend entièrement des machineries cellulaires. Des interactions entre les protéines virales et cellulaires sont donc essentielles pour l’achèvement de chaque étape du cycle de multiplication du VIH-1. Comprendre comment le virus VIH-1 détourne la machinerie cellulaire à son profit est un élément clé pour le combattre. L’objectif de mon travail de thèse était d’explorer le rôle de la protéine Bécline-1 dans la formation et la libération des particules virales. Cette protéine, composant du complexe phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III), est impliquée dans l’autophagie, le trafic intracellulaire et la cytocinèse.Au cours de ma thèse, nous avons développé les outils d’ARN interférence afin de décrypter le rôle de Bécline-1 dans le cycle réplicatif du VIH-1. De manière très intéressante, nous avons mis au jour un nouveau rôle de Bécline-1 lors des étapes précoces de la mitose, jamais décrit, ni publié à ce jour. Un mauvais déroulement de la mitose induit de l’instabilité génomique pouvant conduire à la mort cellulaire ou à une transformation maligne. Au cours de cette thèse, nous avons établi que l’extinction de Bécline-1 induit un défaut d’attachement des chromosomes, via leurs kinétochores, aux microtubules, conduisant à un blocage des cellules en prométaphase. Cette extinction provoque un défaut d’organisation du kinétochore en diminuant le recrutement des protéines CENP-E, CENP-F et ZW10 au niveau de cette structure protéique. Nous avons également montré une interaction directe entre Bécline-1 et Zwint-1, une protéine du kinétochore, jouant un rôle essentiel pour l’accrochage des microtubules aux kinétochores. Enfin, nous avons montré que ce nouveau rôle de Bécline-1 dans l’alignement des chromosomes en mitose est indépendant de son association avec ses partenaires du complexe PI3K-III et de son rôle dans l’autophagie.Le second volet de ma thèse a porté sur l’étude du rôle de Bécline-1 au cours du cycle réplicatif du virus. Nos résultats montrent que cette protéine est nécessaire à l’établissement des phases tardives du cycle viral. Nos expériences de production virale montrent que l’extinction de Bécline-1 provoque une forte accumulation des sous-produits de la protéine Gag du virus dans les cellules, et réduit la libération des particules virales dans le milieu extracellulaire. Par immunofluorescence, nous observons que des composants viraux s’accumulent massivement à la membrane sous l’effet de l’extinction de Bécline-1 dans les cellules. Par ailleurs, ces résultats sont dépendants de l’expression du facteur de restriction BST2 dans la cellule. Ces derniers résultats ouvrent d’importantes perspectives quant au rôle de Bécline-1 et du PI3K-III sur le cycle de réplication du VIH-1.L’ensemble de ces travaux démontre l'importance de la protéine Beclin-1, pour le maintien de l'intégrité du génome pendant la mitose et pour le cycle de réplication du VIH 1. / HIV-1, or Human Immunodeficiency Virus type 1, is an intracellular pathogen whose replication cycle entirely depends on cellular machineries. Interactions between the viral and cellular proteins are therefore essential to the completion of each step of HIV-1's multiplication cycle. Understanding how the HIV-1 virus uses the cellular machinery to its own benefit is a key element to combat it. The objective of my thesis work was to explore the role of the Beclin-1 protein in the formation and the release of viral particles. This protein, a component of the phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III) complex, is involved in autophagy, intracellular trafficking and cytokinesis. Throughout my thesis researches, we have developed the RNA interference tools in order to decipher the role of Beclin-1 in HIV-1's replicative cycle. Very interestingly, we have found out a new role of Beclin-1 in the early stages of mitosis which had never been described nor published before. A bad execution of mitosis induces genomic instability which can lead to cell death or malignant transformation. During this thesis work, we have demonstrated that the extinction of Beclin-1 causes a defect in the attachment of chromosomes to microtubules through their kinetochores, leading to the locking of cells in prometaphase. This extinction provokes a defect in the organization of the kinetochore by diminishing the recruitment of the CENP-E, CENP-F and ZW10 proteins at the level of this protein structure. We have also found out that there is a direct interaction between Beclin-1 and Zwint-1, a protein of the kinetochore that plays an essential role in the attachment of the kinetochores to the microtubules. Finally, we have demonstrated that this new role of Beclin-1 in the alignment of the chromosomes during mitosis is independent of both its association with its partners from the PI3K-III complex and its role in autophagy. The second strand of my thesis dealt with the role of Beclin-1 in the virus replicative cycle. Our results show that this protein is essential to the setting up of the late phases of the viral cycle. Our experiments of viral production have shown that the extinction of Beclin-1 causes a high accumulation of the by-products of the virus' Gag protein in the cells, and reduces the release of viral particles in the extracellular medium. By immunofluorescence, we detected a massive accumulation of viral components on the membrane as a result of the extinction of Beclin-1 in the cells. Besides, these results depend on the expression of the BST2 restriction factor in the cell. These latter results open up significant prospects regarding the role of Beclin-1 and that of the PI3K-III complex in HIV-1's replication cycle. All these researches demonstrate the importance of the Beclin-1 protein in two mechanisms that allow the maintenance of genomic integrity during mitosis and the HIV-1 replication cycle.

Le cycle cellulaire est l'ensemble des étapes qui conduisent une cellule mère à se diviser en deux cellules filles. La protéine Checkpoint kinase 1 (Chk1) est importante pour sa progression. Nous avons d'une part cherché à savoir si Chk1 intervenait lors des mécanismes de production des plaquettes, car ces cellules permettant la coagulation du sang sont issues d'un cycle cellulaire particulier. Par ailleurs, nous avons étudié le rôle de Chk1 dans la Leucémie Aiguë Myéloïde (LAM), cancer des cellules sanguines. Les patients atteints de LAM sont traités par une chimiothérapie visant à endommager l'ADN afin d'entrainer la mort des cellules cancéreuses. Chk1 est garante du contrôle de la réparation des dommages de l'ADN, ce qui contrecarre l'effet de la chimiothérapie. Elle pourrait donc favoriser l'apparition de résistance. Son rôle dans les LAM étant peu connu, l'objectif de ce projet est donc de vérifier si Chk1 favorise la résistance des cellules leucémiques aux chimiothérapies. / The cell cycle is a series of events that takes place in a mother cell, leading to its division into two daughter cells. The protein Checkpoint kinase 1 (Chk1) is mandatory for its coordinated progression. In this PhD projet, we wondered on the one hand whether Chk1 could be involved in the platelets production process, because these componants of blood that enables coagulation are produced due to a particular cell cycle dedicated to this end. On the other hand, we studied the role of Chk1 in Acute Myeloid Leukemia (LAM) physiopathology. LAM is a cancer of blood cells, in which patients are treated with drugs that create DNA damages, causing the death of tumoral cells. The role of Chk1 in the drug response in LAM is not well studied, but, as it enables DNA repair, it may render theses medicines less efficient, leading to relapses to therapies. So the goal of this project is to check wether Chk1 favors the resistance of some LAM cells to chemotherapeutic treatments.

Les cellules souches embryonnaires de souris (mESC) présentent un cycle cellulaire atypique caractérisé par l'absence d'une voie Rb fonctionnelle et la forte expression de la cycline E pendant toutes les phases du cycle cellulaire. En conséquence, les mESC sont constitutivement amorcées pour la réplication de l'ADN. Pour comprendre comment la cycline E, un régulateur clé de la transition de la phase G1 à S, est régulée dans les mESC, nous avons analysé la régulation transcriptionnelle de son gène Ccne1 par des facteurs de transcription du réseau de pluripotence naïve. Nous avons observé que les facteurs Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 se lient à la région du promoteur de Ccne1 sur plusieurs sites situés entre 0 et 1kb en amont du site d'initiation de la transcription. Un test luciférase nous a permis de monter qu'une mutation de ces sites de liaison diminue ou abolie l'activité transcriptionnelle du promoteur. De plus, la surexpression inductible à la doxycycline des facteurs Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 augment le niveau d'expression d'ARNm de Ccne1. Ces résultats suggèrent que Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 contrôlent l'expression de la cycline E. Ils mettent en évidence un lien direct entre le réseau de pluripotence naïve et la régulation du cycle mitotique dans les mESC. Nous avons utilisé le système rapporteur FUCCI pour étudier en fonction du cycle cellulaire l'expression des facteurs de transcription qui forment le réseau de pluripotence naïve. Nous avons observé que l'expression de Esrrb, Klf4, Tfcp2l1 et Nanog oscille au cours du cycle cellulaire avec une diminution de l'expression entre la phase G1 précoce et le début de S, puis une ré-augmentation entre le début de S et la phase G2/M. Ces résultats suggèrent que le réseau de pluripotence naïve est déstabilisé transitoirement lors du passage de la phase G1 à la phase S du cycle cellulaire / Mouse embryonic stem cells (mESCs) display an unorthodox cell cycle characterised by the lack of a functional Rb pathway and robust expression of cyclin E during all cell cycle phases. Therefore, mESCs are constitutively primed for DNA replication. To understand how cyclin E, a key regulator of the G1-to-S phase transition, is regulated in mESCs, we analysed the transcriptional regulation of Ccne1 by transcription factors of the naive pluripotency network. We observed that Esrrb, Klf4 and Tfcp2l1 bound the Ccne1 promoter region on multiple sites between 0 and 1kb upstream transcription start site. Disrupting the binding sites reduced or abolished transcriptional activity in a luciferase assay. Moreover, the doxycyclin-inducible expression of Essrb, Klf4 and Tfcp2l1 up-regulated the Ccne1 mRNA level. Taken together, these results strongly suggest that Essrb, Klf4 and Tfcp2l1 control Cyclin E expression and highlight a direct connection between the naïve pluripotency network and regulation of the mitotic cycle in mESCs. We used the FUCCI reporter system to study cell-cycle dependent expression of the transcription factors that form the naïve pluripotency network. Esrrb, Klf4, Tfcp2l1 and Nanog expression oscillated during the cell cycle with a down-regulated expression between the early G1-phase and the beginning of S-phase, and then up-regulated expression between the beginning of S-phase and the G2/M-phase. These results suggest that the naive pluripotency network is destabilized transiently during the transition from the G1-phase to the S-phase of the cell cycle

La bioingénierie de greffons endothéliaux cornéens est une des solutions réalistes en cours de développement dans quelques laboratoires pour palier au grand déséquilibre entre pénurie mondiale de dons de cornée et besoins immenses et croissant des populations. Cette véritable médecine régénérative consistera à injecter des cellules endothéliales (CEs) dans la chambre antérieure aux stades précoces des dystrophies endothéliales et, pour les stades avancées des pathologies endothéliales, à reconstruire in vitro des greffons endothéliaux composés d'un support transparent et biocompatible colonisé par une monocouche des CEs. Dans les 2 cas, la première étape obligatoire est la production de masse de CEs ou de "CE-like". Dans ce travail, nous avons exploré les différentes possibilités pour obtenir suffisamment de CEs fonctionnelles pour envisager des applications cliniques : 1- L'expansion de CEs natives prélevées sur des cornées de donneurs, ou culture primaire, se heurtent aux capacités prolifératives limitées des CEs in vitro. Un des prérequis étant la compréhension des mécanismes d'arrêt de la prolifération des CEs humaines, nous avons fait la synthèse bibliographique des connaissances sur leur cycle cellulaire et leur sénescence, et présentons 2 articles originaux: le premier utilise un microarray spécifique de 112 gènes de contrôle du cycle cellulaire pour comparer les profils transcriptionnels des CEs de 6 modèles biologiques comportant théoriquement un stimulus prolifératif croissant: in vivo, post mortem, organoculture, culture primaire confluente, culture primaire non confluente et lignée immortalisée. Nous identifions de nombreux acteurs impliqués dans l'arrêt du cycle, en particulier ceux impliquant une réponse à des dommages oxydatifs de l'ADN. Le second article explore les capacités prolifératives résiduelles des CEs de donneurs âgés de plus de 50 ans, sont les plus nombreux en Europe et donc les pourvoyeurs habituels de CEs pour la bioingénierie. Nous montrons qu'une optimisation des techniques de culture permet d'obtenir in vitro une mosaïque endothéliale de 2000 cellules/mm2. Enfin, un troisième article montre qu'un stimulus physique inattendu constitué d'un train d'impulsion électrique permet d'obtenir un très grand nombre de figures mitotiques mais uniquement dans des zones de faible DCE, démontrant encore une fois l'importance majeur de l'inhibition de contact dans l'arrêt prolifératif. 2- La sélection et l'expansion, par culture en sphère, des progéniteurs endothéliaux de la périphérie endothéliale pourrait être un moyen de contourner la sénescence de la majorité des CEs. La synthèse bibliographique montre que la plupart des travaux publiés émanent d'une seule équipe japonaise. Dans notre second article, nous avons montré l'existence de rares "label-retaining cells" dans les cornées de donneurs âgés, qui pourraient correspondre à ces progénieteurs. Nous avons aussi montré qu'il était possible d'obtenir des sphères avec ces donneurs. 3- La différenciation de cellules souches embryonnaires, mésenchymateuses ou des cellules pluripotentes induites est enfin la troisième voie qui pourrait permettre de produire des CEs en grand nombre. La méthode d'induction de la différenciation pourrait reproduire le schéma physiologique et désormais bien caractérisé de formation de l'endothélium à partir du mésenchyme périoculaire dérivé de la crête neurale et que nous rappelons au début de notre mémoire bibliographique. Nous rappelons également les méthodes utilisables pour caractériser les cellules obtenues: vérification de leur identité par immunomarquage d'un panel de protéines caractéristique (en absence de marqueur unique spécifique) et vérification de leur fonctionnalité par mesures de leurs capacités de pompage ionique, au minimum de façon indirecte sur chambre d'électrophysiologie de type Ussing, au mieux de façon directe en quantifiant la déturgescence d'une cornée humaine conservée dans le bioréacteur breveté du BiiGC / Corneal endothelial engineering is becoming a more and more realistic solution to restore vision from corneal edema. This method focus to regenerate corneal endothelium by direct injection of corneal endothelial cells (ECs) into patient anterior chamber at the early stage of endothelial dystrophies, or by grafting a transparent biocompatible material covered by a monolayer of ECs. These two techniques require both in vitro isolation and amplification of ECs or endothelial-like cells. In this thesis, different strategies to obtain a high quantity of functional ECs for clinical application are explored: 1- Due to the limit proliferative capacity of EC, the first strategy consists to analyze mechanisms implicated EC cell cycle arrest and then to optimize protocol for native EC isolation or for cell proliferation activation ex vivo. This is summarized in three publications. The first publication describes the cell cycle regulation by comparing transcriptional expression of 112 genes in 6 biological models of EC with different proliferative profile: in vivo, postmortem, organ-culture, confluent primary culture, non confluent primary culture and immortalized cell line. , The key molecular actors identified using the combining microarray analysis and gene ontology methods are consistent with previous findings about oxidative DNA damage mechanism. The second publication characterizes EC differentiation process and its impact on EC proliferative capacity in old donor corneas. Analyses of differentiation/progenitor markers and of proliferative capacity underline the differentiation process of EC from the centre to the peripheral corneal endothelium. Thereby, an optimized culture protocol was developed, allowing the formation of high-density monolayer (> 2000 cells/mm2) with stable endothelial morphology. We proved the possibility to make profit from a majority of old-donor cornea grafts invalidated for penetrating graft In the third publication, the activation of endothelial cell cycle by electric pulses directly in corneal graft was characterized. We confirm the activation of endothelial cell cycle at different phases but also the damage of tissue during electroporation. 2- Second strategy consists of the amplification of ECs from potential EC progenitors. Using sphere forming culture and a new method to detect slow-cycling cells, we demonstrate the existence of "young" ECs population with higher proliferative capacity in corneal periphery. The isolation of ECs by sphere formation is one possible step for ECs selection in vitro. 3- The differentiation of embryonic stem cells, mesenchymal stem cells or induced pluripotent stem cells into corneal endothelial cells is the third approach considered by our laboratory. The manipulation of stem cells differentiation would be based on the molecular mechanisms implicated in the formation of corneal endothelium from periocular mesenchymal cells described in the first part of the bibliography. Finally, in order to validate the quality of endothelial cell mass obtained, we revisited recent methods for the evaluation of corneal endothelial identity (immunolocalisation of specific markers), for the measurement of pump activity of cell monolayer (Ussing chamber, perfusion chamber) or directly in deswelled cornea using the bioreactor patented by the BiiGC laboratory

Chez les plantes, les méristèmes ont la capacité de se diviser tout au long de la vie de la plante, qui peut dépasser 1000 ans pour certaines espèces. De plus, la lignée germinale n'est pas définie dès l'embryogenèse mais provient des cellules méristématiques et s’individualise relativement tard au cours du développement. Il est donc crucial que le cycle cellulaire soit finement régulé afin d'éviter une accumulation de mutations au cours de la croissance végétative et de la reproduction. Chez tous les eucaryotes, les protéines CDT1 sont impliquées dans l’initiation de la réplication de l'ADN en permettant la formation du complexe de pré-réplication et l'ouverture de la fourche de réplication avant le recrutement des ADN polymérases. Leur activité est strictement régulée afin que chaque partie du génome soit répliquée une fois et une seule au cours de la phase S. Le génome d’Arabidopsis thaliana code pour deux protéines homologues du facteur d’initiation de la réplication CDT1 (CDC10 Target1) : AtCDT1a et AtCDT1b. La sur-expression de CDT1a stimule la réplication de l’ADN et, chez Arabidopsis, cette protéine aurait une double fonction dans la régulation du cycle cellulaire et dans la division des plastes. Nous avons étudié ici les fonctions respectives de AtCDT1a et AtCDT1b. En utilisant des approches génétiques, nous avons montré que ces deux protéines jouent des rôles partiellement redondants pour maintenir l’intégrité du génome et permettre le développement des gamétophytes. De plus, en réalisant une approche de TAP (Tandem Affinity Purification), nous avons montré qu’elles interagissent avec l’ADN polymérase ε, une ADN polymérase réplicative, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche concernant le rôle des protéines CDT1de plantes lors de la réplication de l'ADN. En parallèle, nous avons essayé d'élucider les spécificités de CDT1a et plus précisément de son extension N-terminale qui est absente de CDT1b. Nous avons constaté que ce domaine de CDT1a est requis pour son interaction avec l'ADN pol ε, et que les mutants cdt1a complémentés par une version tronquée de la protéine présentent une croissance considérablement réduite, un arrêt prématuré du méristème racinaire, et un stress de l'ADN constitutif, ce qui suggère que l’interaction CDT1a/pol ε est indispensable à la progression normale de la phase S. L’ensemble de nos résultats ont révélé de nouvelles fonctions pour les homologues de CDT1 de plantes. Une question importante sera de déterminer si celles-ci sont caractéristiques du cycle cellulaire chez les plantes, ou si nous avons identifié de nouveaux mécanismes qui sont conservés chez tous les eucaryotes. / In plants, meristems retain the ability to divide throughout the life cycle of plants, which can last for over 1000 years in some species. Furthermore, the germline is not laid down early during embryogenesis but originates from the meristematic cells relatively late during development. Thus, accurate cell cycle regulation is of utmost importance to avoid the accumulation of mutations during vegetative growth and reproduction. In all eukaryotes, CDT1 proteins are involved in the onset of DNA replication by allowing the formation of the pre-replication complex and subsequent opening of the replication fork. Their activity is strictly regulated to ensure faithful duplication of the genome during S-phase. The Arabidopsis thaliana genome encodes two homologs of the replication licensing factor CDT1 (CDC10 Target 1): AtCDT1a and AtCDT1b. Overexpression of CDT1a stimulates DNA replication, and this protein would have a function both in cell cycle regulation and plastid division.Here, we have investigated the respective roles of Arabidopsis CDT1a and CDT1b. Using genetic approaches, we have shown that the two proteins function partially redundantly to maintain genome integrity and allow gametophyte development. In addition, using Tandem Affinity Purification, we have shown that they interact with DNA pol ε, a replicative DNA polymerase, opening further research prospects regarding the role of plant CDT1 proteins during DNA replication. In parallel, we have tried to elucidate the specificities of CDT1a and more precisely of its N-terminal extension that is absent from CDT1b. We have found that this domain of CDT1a is required for its interaction with DNA pol ε, and that cdt1a mutants complemented with a truncated version of the protein show drastically reduced growth, premature meristem arrest, and constitutive DNA stress, suggesting that the CDT1a/pol ε interaction is indispensible to the normal progression of S-phase. Together, our results have unraveled new functions for plant CDT1 homologues, and one important aspect of future research will be to determine whether these are features of the plant cell cycle, or if we have identified new mechanisms that are conserved in all eukaryotes.

Le système ubiquitine-protéasome joue un rôle central dans le contrôle de la progression du cycle cellulaire par la dégradation régulée de nombreuses protéines. Dans ce système, Fbw7 (aussi appelée Fbxw7, hCdc4, hAgo, Sel-10), est l'une des protéines F-box qui sert d'adaptateur de substrats pour l'une des plus importantes familles d'ubiquitine ligases : les complexes SCF (Skp1/Cullin/ F-box). Fbw7 assure la dégradation de plusieurs régulateurs positifs du cycle cellulaire : la cycline E, cMyc, c-Jun, Notch, Aurora A, mTOR, MCL1. En conséquence, l'altération des fonctions de Fbw7 conduit à des défauts de prolifération cellulaire, de différenciation et à de l'instabilité génomique. La mutation de Fbw7 dans les cancers entraîne une dérégulation de l'expression périodique cycline E qui n'est alors plus restreinte à la transition G1/S du cycle cellulaire. Nos résultats montrent qu'une isoforme, Fbw7, est exprimée dans les œufs de xénope matures arrêtés en métaphase II mais n'est pas fonctionnelle, expliquant la présence de grande quantité de cycline E dans les œufs à cette phase mitotique. Nous montrons que Fbw7 est maintenue inactive sous forme poly-ubiquitylée suite à sa phosphorylation par une PKC jusqu'à la fin des cycles embryonnaires rapides, au moment où la cycline E est brutalement dégradée. Nous montrons que la régulation négative de Fbw7 par PKC est conservée au cours des cycles cellulaires somatiques des cellules humaines, et contribue à l'expression périodique de la cycline E. Ces résultats mettent en évidence un nouveau mécanisme critique pour la régulation de Fbw7 au cours du cycle cellulaire et suggèrent que les fonctions de Fbw7 peuvent être altérées par une dérégulation de PKC, un phénomène observé dans de nombreux types de tumeurs humaines. / The ubiquitin-proteasome system plays a central role in the control of cell cycle progression through the regulated degradation of numerous critical proteins. In this process, one key family of ubiquitin ligases are the SCF (Skp1/Cul-1/F-box) complexes, in which F-box-bearing proteins act as substrate-recruiting factors. Fbw7 (also known as Fbxw7, hCdc4, hAgo, Sel-10) is one such F-box protein. It controls the stability and thus the levels of several positive regulators of the cell cycle, including cyclin E, cMyc, c-Jun, Notch, Aurora A, mTOR, Mcl1. As a consequence of its biological roles, alterations of the functions of Fbw7 lead to defects in cellular proliferation, differentiation and genetic instability. As seen in cancers, mutation of Fbw7 leads to deregulation of cyclin E expression, which is no more restricted to the G1-S phase boundary of the cell cycle. Here we report that Fbw7, although expressed in mature Xenopus eggs arrested in metaphase II, is not functional, explaining why cyclin E can be stockpiled in this mitotic-like phase. We found that, in these eggs as well as in early Xenopus embryos, Fbw7 is maintained under a PKC-dependent poly-ubiquitylated state until the end of the early rapid cleavage cycles where cyclin E is abruptly degraded. Importantly, we show that this PKC-dependent negative regulation of Fbw7 is conserved during human somatic cell cycles, resulting into the periodic expression of cyclin E. These findings reveal a novel mechanism critical for the temporal regulation of Fbw7 and suggest that the key functions of Fbw7 can be altered by PKC dysregulation, a mechanism known to occur in many types of human tumours.

Comme pour tous les organismes pluricellulaires, la croissance et le développement des plantes nécessitent une coordination de la production de cellules via la mitose et la différenciation cellulaire. La progression du cycle cellulaire est contrôlée par les complexes CDK-cycline. Les inhibiteurs de ces complexes, les CKIs, représentent d’excellents candidats pour réguler cet équilibre entre les processus de prolifération et différentiation cellulaires qui ont lieu au cours du développement. Afin de mettre en évidence le rôle d’intégrateurs potentiel des CKIs, le développement floral a été utilisé en tant que modèle.Grâce à l’utilisation de la qRT-PCR, nous avons montré que durant le développement floral d’Arabidopsis thaliana, un groupe restreint de CKIs était exprimé. Nous avons choisi de travailler sur les deux CKIs les plus exprimés, KRP6 et KRP7. Une caractérisation fine de leur profil d’expression durant le développement a été réalisée en utilisant des approches complémentaires telles que l’analyse de l’activité de leur promoteur, de la dynamique de leur transcrit, de leur expression protéique et de leur régulation post-traductionnelle.Jusqu’à présent, seules des approches ‘gain de fonction’ ont été utilisées pour étudier le rôle des CKIs chez les plantes. C’est pour cela que nous avons choisi des approches ‘perte de fonction’ pour analyser le rôle de KRP6 et de KRP7 au cours du développement floral. Ainsi, nous avons généré des doubles mutants d’insertion krp6-krp7, krp3-krp6, krp3-krp7, des triples mutants d’insertion krp3-krp6-krp7 et diverses lignées ARN interférence avec des promoteurs spécifiques. Malgré l’étude de ces nombreuses lignées, nous n’avons pas réussi à mettre en évidence des effets phénotypiques associés à l’absence de la fonction CKI au cours du développement floral. Ces résultats mettent en évidence la redondance fonctionnelle qui semble exister entre les KRPs, ainsi un quadruple mutant pourrait être nécessaire pour entrainer des modifications développementales. Afin de mieux comprendre cette fonction d’intégrateurs des KRPs au cours du développement floral, les partenaires de KRP6 et de KRP7 ont été recherchés. Des criblages double-hybride ont été réalisés afin d’identifier des ADNc, spécifiques du développement floral, codant des protéines capables d’interagir avec KRP6 et KRP7. De façon intéressante, mis à part les cyclines de type D, un nouveau type d’interaction a pu être mis en évidence. Un sous-groupe de la famille des rémorines est capable d’interagir avec KRP6 ou KRP7 en système double-hybride. Les rémorines sont des protéines spécifiques du règne végétal, associées à la membrane plasmique mais dont la fonction reste à clarifier. Une approche BiFC en protoplastes BY-2 a permis de confirmer l’existence de ce type d’interaction. De plus, l’influence des rémorines sur la localisation intracellulaire des KRPs a été étudiée. En présence de ces nouveaux partenaires, KRP7 est capable d’adopter une localisation nucléo-cytoplasmique.Enfin, des résultats récents ont montré que l’AMPK était capable de phosphoryler p27KIP1, l’homologue fonctionnel des KRPs chez les mammifères. Ces évènements de phosphorylation entrainent des modifications de sa localisation intracellulaire et de son activité inhibitrice vis-à-vis des complexes CDK-cycline. Après la réalisation d’analyses in silico ayant permis de prédire des sites putatifs de phosphorylation par SnRK1, l’homologue de l’AMPK chez A. thaliana, pour certains KRPs, la protéine KRP6 sous forme recombinante a été utilisée pour réaliser des essais kinase in vitro. Une phosphorylation de KRP6 est détectée en présence de la sous unité catalytique activée de SnRK1. Contrairement aux mammifères, cet évènement de phosphorylation entraine une altération de l’activité inhibitrice de KRP6 sans modification de sa localisation intracellulaire. Cette abolition de l’activité de KRP6 a été confirmée in planta. En effet, les phénotypes associés à la surexpression de KRP6 peuvent être atténués par la surexpression simultanée de la sous-unité catalytique de SnRK1. L’existence de ce lien entre KRP6 et SnRK1 met en évidence une relation directe entre l’homéostasie énergétique et la prolifération cellulaire. / As in all multicellular organisms, growth and development in plants require the coordination of cell production by division and cell differentiation. Progression through cell cycle is controlled by the kinase activity of CDK/cyclin complexes. Inhibitors of these complexes, CKIs, represent excellent candidates to regulate the balance between proliferation and differentiation processes during development. To get insight in the potential integrator role of CKIs, floral development was chosen as a developmental model. Using a real time quantitative PCR approach, we bring to light that during floral development of Arabidopsis thaliana, a restricted subset of CKIs was preferentially expressed. It was decided to focus our work on the two major expressed CKIs, KRP6 and KRP7. A better characterization of their expression patterns of during development was undertaken using complementary approaches such as promoter activity analysis, mRNA dynamics, protein expression and post-translational regulation analysis. Because until now ‘gain of function’ approaches have been largely applied to unravel the role of plant CKIs, our challenge was to detect a floral phenotype for KRP6 and KRP7 loss of function mutants, either using knock-out mutants or RNAi lines. We generated krp6-krp7, krp3-krp6, krp3-krp7 double mutants and krp3-krp6-krp7 triple mutant and also several RNAi lines with specifics promoters. Despite the study of these numerous lines, we were not able to highlight phenotypic effects associated with the absence of CKI function during floral development. All these results emphasis functional redundancy which appears to exist between all KRPs, thus quadruple mutant might be needed to provoke some developmental modification.In order to better understand the integrative function of KRPs during floral development, partners of KRP6 and KRP7 were assessed. Two-hybrid screens were performed to identify cDNAs from a “floral-buds-development” library encoding proteins that are able to interact with KRP6 and KRP7. Interestingly, apart from D-type cyclins, we brought to light a new type of interaction. Indeed, a sub-class of the remorin protein family was able to interact with KRP6 or KRP7 in yeast two-hybrid. Remorins are plant specific plasma membrane associated proteins with unknown function. A BiFC approach in BY-2 protoplasts allowed us to confirm remorins/KRP6-7 interactions. Furthermore, the influence of the presence of remorin proteins on KRP6/7 localisation was assessed. KRP7 is able to adopt a nucleo-cytoplasmic localisation in presence of its new partners.Finally, recent results have shown that AMPK is phosphorylating p27KIP1, KRPs functional counterpart in mammals. These phosphorylation events lead to changes in its cellular localisation and its inhibitory activity toward CDK-cyclin complexes. After in silico analysis aiming to predict potential AMPK Arabidopsis homologue SnRK1 phosphorylation sites within some KRPs protein sequences, recombinant KRP6 was used in order to perform in vitro kinase assays. Phosphorylation occurs efficiently on KRP6 when activated SnRK1 catalytic subunit is present. Furthermore, unlike in mammals, this phosphorylation event leads to an alteration of KRP6 inhibitory activity without modification of its cellular localisation. This abolition of KRP6 activity was confirmed by in planta analysis. Indeed, KRP6 overexpression phenotype can be attenuated by simultaneous SnRK1 catalytic subunit overexpression. The existence of this link between KRP6 and SnRK1 underscores a direct relationship between energy homeostasis and cell proliferation.

Au sein de l’unité mixte de recherche 619 de l’Institut National de Recherche Agronomique, le groupe « Organogénèse du Fruit et Endoréduplication » étudie les acteurs moléculaires prenant part au contrôle du cycle cellulaire dans le fruit de tomate. L’objet de la présente thèse est l’étude de l’inhibiteur du cycle cellulaire Kip-Related Protein, et son rôle durant le développement du fruit. Identification de motifs protéiques fonctionnels chez l’Inhibiteur de Kinase Cycline-Dependent SlKRP1 chez Solanum lycopersicum : Leur rôle dans les interactions avec des partenaires du cycle cellulaire Les Kip-related proteins (KRPs) jouent un rôle majeur dans la régulation du cycle cellulaire. Il a été montré qu’ils inhibent les complexes CDK/Cyclin et ainsi bloquent la progression du cycle cellulaire. Malgré leur manque d’homologie avec leurs homologues animaux au delà de leur motif de liaison CDK/Cyclin, localisé à l’extrémité C-terminal de la protéine dans les séquences de plante, des études antérieurs ont montré la présence de motifs conservés spécifiques aux plantes chez certaines KRPs. Nous n’avons cependant que peu d’information concernant leur fonction. Nous montrons ici que les KRPs sont distribués en deux sous groupes phylogénétiques, et que chaque sous-groupe dispose de courts motifs spécifiques conservés. Les KRPs du sous-groupe 1 disposent ainsi de six motifs conservés entre eux. Utilisant SlKRP1, qui appartient au sous-groupe 1, nous avons identifié des motifs responsables de la localisation de la protéine et de ses interactions protéine-protéine. Nous montrons que le motif 2 est responsable de l’interaction avec CSN5, une sous-unité du complexe signalosome, et que le motif 5 a un effet redondant avec le motif 3 pour ce qui est de la localisation sub-cellulaire de la protéine. Nous montrons de plus que SlKRP1 est capable de guider SlCDKA1 et SlCycD3;1 vers le noyau, et ce même en l’absence du motif de liaison CDK/Cycline précédemment référencé. Ce nouveau site d’interaction est probablement localisé dans la partie centrale de la séquence de SlKRP1. Ces résultats apportent de nouveaux indices quant au rôle de la partie encore méconnue de cette protéine. La surexpression de SlKRP1 dans le mésocarpe de tomate détruit la proportionnalité entre endoréduplication et taille cellulaire Le fruit est un organe spécialisé résultant du développement de l’ovaire après pollinisation et fertilisation, et qui offre un environnement adéquat pour la maturation des graines et leur dispersion. De part leur importance en nutrition humaine et leur importance économique, les espèces à fruit charnu ont été le sujet d’étude développementales principalement orientée vers la formation de l’ovaire, la mise à fruit et la maturation du fruit. La phase de croissance du fruit a été beaucoup moins étudiée, bien que la division cellulaire et la croissance cellulaire prenant place durant cette période soient cruciales à la détermination de la taille finale du fruit, ainsi que de sa masse et sa forme. Le développement du mésocarpe du fruit de tomate se déroule par la succession d’une phase de division cellulaire suivie d’une phase d’expansion cellulaire associée à l’endoréduplication, menant à la formation de cellules géantes (jusqu’à 0,5mm) avec des niveaux de ploïdie pouvant atteindre 256C. Bien qu’une relation évidente entre endoréduplication et croissance cellulaire ait été montrée par de nombreux exemples chez les plantes, le rôle exact de l’endoréduplication n’a toujours pas été élucidé, étant donné que la plupart des expériences induisant une modification du niveau d’endoréduplication dans la plante affectaient aussi la division cellulaire. Nous avons étudié la cinétique du dévelopement du mésocarpe de tomate au niveau morphologique et cytologique et avons étudié l’effet de la diminution du niveau d’endoréduplication sur le dévelopement du fruit en sur-exprimant l’inhibiteur du cycle cellulaire Kip-Related Protein 1 (SlKRP1) spécifiquement dans les cellules en croissance du mésocarpe de tomate. Nous montrons une proportionnalité directe entre endoréduplication et taille cellulaire durant le développement normal du fruit, ce qui nous a permis de construire un modèle de développement du mésocarpe définissant l’épaisseur du péricarpe en ne prenant en compte que le nombre de divisions cellulaires et le nombre de tours d’endoréduplication. De façon surprenante, les mésocarpes de tomate affectés dans leur niveau d’endoréduplication par la sur-expression de SlKRP1 ne sont pas affectés au niveau de la taille des cellules ou du fruit, ni dans leur contenu métabolique. Nos résultats démontrent pour la première fois qu’alors que le niveau de ploïdie est étroitement lié avec la taille des cellules et du fruit, l’endoréduplication n’est pas responsable de la croissance cellulaire du mésocarpe de tomate. / Within the Joint Research Unit 619 of the National Institute of Agronomic Research (INRA), the group "Organogenesis of the Fruit and endoreduplication" examines the molecular players involved in cell cycle control in tomato fruit. The purpose of this thesis is the study of the cell cycle inhibitor Kip-Related Protein and its role during fruit development. Identification of protein motifs in the functional inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase in Solanum lycopersicum SlKRP1: Their role in interactions with partners in the cell cycle The Kip-related proteins (KRPs) play a major role in the regulation of cell cycle. It has been shown to inhibit the CDK / Cyclin and thus block cell cycle progression. Despite their lack of homology with their counterparts in animals beyond their binding motif CDK / Cyclin, located at the C-terminal protein sequences in the plant, previous studies have shown the presence of conserved motifs plant specific in some KRPs, but there is little information about their function. We show here that the KRPs are distributed into two phylogenetic groups, and that each subgroup has specific short conserved motifs. The KRPs from subgroup 1 have six conserved motifs. Using SlKRP1, which belongs to subgroup 1, we have identified the motifs responsible for the localization of the protein and protein-protein interactions. We demonstrate that the pattern 2 is responsible for the interaction with CSN5, a subunit of the signalosome complex, and that the motif 5 is redundant with motif 3 with respect to the sub-cellular localization of the protein. We also show that SlKRP1 is capable of guiding SlCDKA1 and SlCycD3; 1 to the nucleus, even in the absence of CDK / cyclin binding motif previously referenced. This new site of interaction is probably located in the central part of the sequence of SlKRP1. These results provide new clues about the role of the little-known part of this protein. Overexpression of SlKRP1 in tomato mesocarp disrupts the proportionality between endoreduplication and cell size The fruit is a specialized organ which results from the ovary after pollination and fertilization, and provides a suitable environment for seed maturation and dispersal. Because of their importance in human nutrition and economic importance, fleshy fruit species have been the subject of study mainly focused on the developmental formation of the ovary, fruit set and fruit ripening. The stage of fruit growth has been much less studied, although cell division and cell growth taking place during this period are crucial to determining the final size of the fruit, as well as its mass and shape. The development of tomato fruit mesocarp occurs by the estate of a phase of cell division followed by a phase of cell expansion associated with endoreduplication, leading to the formation of giant cells (up to 0.5 mm) with ploidy levels of up to 256C. Although a clear relationship between endoreduplication and cell growth has been shown by many examples in plants, the exact role of endoreduplication has still not been elucidated, since most of the experiments leading to a change in the level of endoreduplication in plants also affected cell division. We studied the kinetics of the development of tomato mesocarp morphologically and cytologically and studied the effect of the reduced level of endoreduplication in the development of the fruit over-expressing the cell cycle inhibitor Kip-Related Protein 1 (SlKRP1) specifically in the growing cells of the tomato mesocarp. We show a direct proportionality between endoreduplication and cell size during normal development of the fruit, which allowed us to build a model for development of mesocarp defining the thickness of the pericarp by taking into account the number of cell divisions and the number of rounds of endoreduplication. Surprisingly, the tomato mesocarps affected in their level of endoreduplication by over-expression of SlKRP1 are not affected in terms of cell size and fruit, or on their metabolic content. Our results demonstrate for the first time that while the level of ploidy is closely linked with cell size and fruit, endoreduplication is not responsible for the cell growth of tomato mesocarp.

Le cycle cellulaire chez les bactéries est un processus très étudié mais il apparait que les modèles actuels ne rendent pas compte de la complexité et surtout de la diversité des machineries et des mécanismes de régulation impliqués. En fait, notre connaissance du cycle cellulaire repose sur l'étude de quelques organismes modèles. Or les analyses comparatives ont montré que certains systèmes et mécanismes décrits sont peu conservés et donc difficilement transposables d'un taxon à l'autre. Des approches évolutives telles que la phylogénomique peuvent être utilisées pour l'étude fonctionnelle de tels systèmes biologiques à l'échelle des bactéries. Ces approches permettent notamment de déterminer les évènements évolutifs clés qui ont conduit à une telle diversité mais également d'identifier des liens fonctionnels potentiels entre protéines. De plus, le développement des méthodes de séquençage à très haut débit a conduit à une accumulation de données génomiques sans précèdent, notamment chez les procaryotes. Dans ce contexte, j'ai réalisé une analyse phylogénomique à très large échelle des protéines impliquées dans le cycle cellulaire et sa régulation chez les Firmicutes. Mon objectif était de rechercher des patrons de coévolution entre familles protéiques pouvant refléter des liens fonctionnels. L'application des méthodes développées dans le cadre cette thèse aux protéines impliquées dans le cycle cellulaire chez les Firmicutes a permis de reconstruire l'histoire évolutive de ce processus cellulaire fondamental à l'échelle de ce phylum bactérien majeur. En particulier, j'ai pu mettre en évidence l'existence de quelques points chauds correspondant par exemple à l émergence des Bacilli ou des Streptococcaceae. L'émergence de ces taxa s'est accompagnée de nombreuses acquisitions et/ou de pertes de gènes ainsi que de nombreux réarrangements dans l'organisation des clusters de gènes codant pour ces protéines, suggérant que des changements majeurs se sont produits au niveau du cycle cellulaire et de sa régulation. J'ai également pu mettre en évidence de possibles liens fonctionnels qui n'ont jamais été décrits jusqu'à présent entre des gènes impliqués dans différentes machineries du cycle cellulaire. L'application de ces approches à l'ensemble des protéomes de Firmicutes a également permis d'identifier des protéines présentant des patrons de coévolution communs avec les protéines impliquées dans la division cellulaire et sa régulation, suggérant de possibles liens fonctionnels qu'il serait nécessaire de tester expérimentalement / The bacterial cell cycle is a very well studied process but current models don't reflect the complexity and diversity of involved molecular machineries and associated regulation mechanisms. In fact, our knowledge of cell cycle is based on study of a few model organisms. Yet, comparative analyses showed that some described systems and mechanisms are not conserved and not transposable from a taxon to another. Evolutionary approach such as phylogenomic can be used for functional studies of such systems at the bacterial scale. Those approaches allow to determine the key evolutionary events that lead to a such diversity but also to identify potential functional links between proteins. Furthermore, the development of high throughput sequencing methods leads to a big amount of genomic data, particularly for prokaryotes. In this context, I realized a very large scale phylogenomic analysis of proteins involved in cell cycle and its regulation in Firmicutes. My goal was to search some coevolution patterns between protein families reflecting potentially functional links. The application of methods that I developed during my PhD to cell cycle proteins allowed to reconstruct the evolutionary history of this cell process in Firmicutes. Notably, I highlighted some hot-spots corresponding for example to the emergence of Bacilli or Streptococcaceae. The emergence of such taxa has been accompanied by many acquisitions/losses of cell cycle genes but also many genomic rearrangements in gene clusters suggesting that major changes have occurred at the level of the cell cycle and its regulation. I also highlighted some potential functional links between genes involved in different machineries of cell cycle that have never been described. The application of these approaches to the entire proteomes of Firmicutes allowed to identify proteins presenting same evolution patterns than cell cycle proteins suggesting potential functional links that have to be experimentally tested

Des liens de caténation sont progressivement crées lors de la réplication de l’ADN et sont responsables de la cohésion des chromatides sœurs. La topoisomérase IV est une topoisomérase de type II impliquée dans la résolution de ces liens de caténation accumulés derrière la fourche de réplication, et lors de la dernière étape de séparation des chromatides sœurs à la fin de la réplication. Nous avons étudié la liaison de la topoIV à l’ADN ainsi que son activité catalytique à l’aide de méthodes de biologie moléculaire et de génomique. Une expérience de ChIPseq a révélé que l’interaction de la topoIV de chez E.coli avec l’ADN est contrôlée par la réplication. Durant la réplication, la topoIV a accès à des centaines de sites sur l’ADN mais ne se lie qu’à quelques sites où elle exerce son activité catalytique. La conformation locale de la chromatine et l’expression des gènes influencent la sélection de certains sites. De plus, une forte liaison et une activité catalytique renforcée a été trouvée au site de résolution des dimers, dif. Le site dif est situé à l’opposé de l’origine de réplication dans le macrodomaine ter. Nous avons montré qu’il existe une interaction physique et fonctionnelle entre la topoIV et la recombinase XerCD, qui agit au site dif. Cette interaction est médiée par MatP, une protéine essentielle dans l’organisation du macrodomaine ter. L’ensemble de ces résultats montre que la topoIV, XerCD/dif et MatP œuvrent ensemble pour permettre l’étape finale de ségrégation des chromosomes lors du cycle cellulaire. / Catenation links between sister chromatids are formed progressively during DNA replication and are involved in the establishment of sister chromatid cohesion. Topo IV is a bacterial type II topoisomerase involved in the removal of catenation links both behind replication forks and after replication during the final separation of sister chromosomes. We have investigated the global DNA-binding and catalytic activity of Topo IV in E. coli using genomic and molecular biology approaches. ChIP-seq revealed that Topo IV interaction with the E. coli chromosome is controlled by DNA replication. During replication, Topo IV has access to most of the genome but only selects a few hundred specific sites for its activity. Local chromatin and gene expression context influence site selection. Moreover strong DNA-binding and catalytic activities are found at the chromosome dimer resolution site, dif, located opposite the origin of replication. We reveal a physical and functional interaction between Topo IV and the XerCD recombinases acting at the dif site. This interaction is modulated by MatP, a protein involved in the organization of the Ter macrodomain. These results show that Topo IV, XerCD/dif and MatP are part of a network dedicated to the final step of chromosome management during the cell cycle.