La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm. / The quantity of data generated within the framework of protein-protein interaction network large-scale studies exceeds our capacity to analyze them and to understand their meaning; on one hand, by their complexity and their number, and on the other hand, by the quality of the produced data, which are populated with spurious interactions. This dissertation describes new applications of a protein-fragments complementation assay (PCA) to screen for interactions among all proteins in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. This approach is carried out in intact cells, with proteins expressed in their native contexts and under their endogenous promoter, thus assuring correct post-translational modifications and subcellular localization. A further novel application of PCA is described for investigating proteome wide changes in response to cellular adaptation to stresses, such as nutrient starvations and drug treatments. Finally, as a result of the latter strategy applied to characterizing proteome-wide response to the immunosuppressant drug, rapamycin, I describe the discovery of an unforeseen mechanism of modulating cell cycle progression through control of cyclin mRNA stability. In the first chapter of this dissertation, I present a pairwise screen of interactions among proteins resulting from the ~6000 open reading frames in Saccharomyces cerevisiae. We identified 2770 interactions among 1124 proteins. We estimated the quality of our screen by comparing our results to curated gold standard data and coverage of known interactions to all previous studies. The majority of our interactions were novel, but overlap with data from previous studies was as high as 40%. PCA is based on refolding of the reporter protein from complementary N- and C- terminal fragments following interaction of the two proteins to which they are fused. Thus, reporter activity is sterrically limited to interactions in which the termini of the proteins to which the complementary reporter fragments are fused are sufficiently close in space. In the case of our reporter, this limit was 8 nm. Thus PCA is a molecular ruler, providing information on both direct protein-protein interactions and sterrically restricted distances between proteins in complexes. We benchmarked and demonstrated correct topological relationships for a number of known complexes, including the proteasome, RNA polymerase II and the nuclear pore complex. Thus our study provided, for the first time, a topological map of complex organization in a living cell. The integration of the results from such efforts with those of gene regulation dynamics and protein modifications will lead to a fuller understanding of how complex cellular processes are orchestrated at a molecular and structural level in the living cell. In chapter 2, I describe the results of an application of PCA to study the dynamic rearrangement of the proteome under a specific stress; treatment of cells with rapamycin. The results of these efforts were the identification of a novel mechanism of cell cycle control at the level of cyclin mRNA. Specifically, we discovered that the balance between the phosphorylated and dephosphorylated forms of the Saccharomyces cerevisiae arginine methyltransferase, Hmt1, regulates both its assembly into a hexamer and its enzymatic activity. The Hmt1 activity modulates cell cycle progression through stabilizing the B cyclin CLB2 mRNA. We then used PCA to identify the Hmt1 regulators under rapamycin treatment. We identified the catalytic subunit of the PP2a phosphatase, Pph22, activated by the inhibition of TOR, and the kinase Dbf2, activated during entry into mitosis, as the phosphatase and the kinase responsible for the modification of Hmt1 and for its regulatory functions in the cell cycle. I thus, in the end close the circle I began in this summary, going from large-scale discovery of protein-protein interactions, to mapping dynamics of proteome changes during an adaptation and finally to mechanistic insight into a primordial control mechanism in cellular dynamics. The strategies that we devised to discover this mechanism can be generalized to identify and mechanistically link genes together, including those of unknown function, to any cellular process.

ADN subit une série de transformations structurelles complexes au cours de la division cellulaire, ce qui entraîne dans son compactage chromosomes mitotiques par un processus appelé la condensation des chromosomes. Le complexe de condensine pentamérique est fortement impliqué comme un effecteur majeur de ce phénomène. Il s'agit d'un complexe protéine de sous-unités multiples avec deux sous-unités catalytiques [SMC- Structural Maintenance of Chromosomes] et de trois sous-unités de régulation, hautement conservés de la levure à l'homme. Le complexe de condensine dans Saccharomyces cerevisiae est constitué de deux sous-unités de SMC [Smc2 et Smc4] et trois protéines non réglementaires [Brn1, Ycs4, Ycg1]. Malgré son importance, le mécanisme d'action de condensine reste largement inconnu. Par conséquent, l'objectif de cette recherche est de comprendre le mécanisme d'action de condensine et comment elle est affectée par l'interaction entre ses sous-unités réglementaires et non-réglementaires. Cette thèse identifie quatre morphologies dépendants du cycle cellulaire distincts du locus d'ADNr. Cette transformation du phénotype ADNr de G1 à la mitose dépend condensine. Afin de déterminer le rôle de l'interaction entre les sous-unités catalytiques et réglementaires de condensine dans la régulation du complexe condensine, nous avons identifié six résidus positifs sur l'extrémité C-terminale de BRN1 qui affectent la formation du complexe condensine, l'activité de la condensation et l'interaction avec tubuline, ce qui suggère que ces résidus ont un rôle dans la régulation de condensine. Ensemble, nos résultats suggèrent un modèle de règlement du condensine par l'interaction entre les sous-unités de condensine. / DNA undergoes a series of complex structural transformations during cell division, resulting in its compaction into intact mitotic chromosomes called chromosome condensation. The pentameric condensin complex has been strongly implicated as a major effector of this phenomenon. It is a multi-subunit protein complex with two catalytic “Structural maintenance of chromosome” [SMC] subunits and three regulatory subunits, highly conserved from yeast to humans. The condensin complex in Saccharomyces cerevisiae is made up of two SMC subunits [Smc2 and Smc4] and three regulatory non-SMC proteins [Brn1, Ycs4, Ycg1]. Despite its importance, the mechanism of action of condensin remains largely unknown. Hence, the objective of this research is to understand the mechanism of action of condensin and how it is affected by interaction between its regulatory and non-regulatory sub-units. This thesis identifies four distinct cell cycle dependent morphologies of the rDNA locus. The transformation of the rDNA phenotype from G1 to mitosis is condensin dependent. In order to determine the role of the interaction between the catalytic and regulatory subunits of condensin in the regulation of the condensin complex, we have identified six positive residues on the C-terminus of Brn1 which affect complex formation, condensation activity and interaction with tubulin, suggesting that these residues have a role in condensin regulation. Together, our results suggest a model for condensin regulation by interaction between condensin subunits.

Le virus d’Epstein-Barr (EBV) est un gamma-Herpesvirus associé à de nombreux cancers chez l’homme. In vitro, l’infection de lymphocytes B primaires par EBV conduit à leur immortalisation (genèse de lignées lymphoblastoides (LCL)). Dans ces cellules, seules 9 protéines virales (protéines dites de latence) sont exprimées et coopèrent pour stimuler la prolifération des cellules. Afin de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les 3 protéines de latence de la famille EBNA3 (-3A, -3B et -3C) participent à l’induction et au maintien de la prolifération cellulaire induite par EBV, nous avons réalisé un crible deux-hybrides dans la levure en utilisant EBNA-3A, -3B ou -3C comme appâts. Ce crible nous a permis d’identifier de nombreux nouveaux partenaires particulièrement pertinents au vu de ce que l’on connaît des rôles respectifs des protéines EBNA3. Parmi les nouveaux partenaires de la protéine EBNA-3A se trouve le facteur de transcription Miz-1 qui est connu pour jouer un rôle clef dans l’arrêt du cycle cellulaire en transactivant l’expression de gènes tels CDKN1A, CDKN1C et CDKN2B. Nous avons validé cette interaction par GST-pull down ainsi que par co-immunoprécipitation en cellules humaines. Nous avons ensuite étudié l’effet de la protéine virale EBNA-3A sur l’activation de la transcription induite par Miz-1. Pour cela, nous avons comparé le niveau des transcrits de certains gènes cibles de Miz-1 dans des LCL exprimant ou non EBNA-3A et avons trouvé que certains gènes codant des inhibiteurs du cycle cellulaire sont différemment exprimés en présence d’EBNA-3A. Enfin, nous avons pu montrer que la protéine virale EBNA-3A est capable de réprimer l’activation de la transcription de Miz-1 en inhibant le recrutement de l’une de ses protéines co-activatrices, la protéine NPM. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes par lesquels les protéines EBNA3 et plus largement EBV, dérégulent le cycle cellulaire. / Epstein-Barr Virus (EBV) is a human Herpesvirus that infects over 90% of the world population and is associated with several malignancies. EBV has the unique capacity to activate and to induce growth transformation of resting primary human B-lymphocytes, upon their in vitro infection, leading to the establishment of lymphoblastoid cell lines (LCLs). In these cells (called Lymphoblatoid cell lines (LCLs)), nine latent proteins are expressed driving the activation and proliferation of the infected B cells. In order to understand the molecular mechanism by which the EBNA3s latent proteins play a role in growth transformation, we used a large scale two-hybrid yeast screen. Thanks to that screen we identified several cellular partners very interesting in relation to what we know about the EBNA3s functions. One of the proteins identified in this screen is the transcription factor Miz-1, which has a cell growth arrest activity via inhibition of cell-cycle progression and has been shown to activate transcription of target genes including CDKN1A, CDKN1C and CDKN2B. We confirmed the interaction between EBNA-3A and Miz-1 by GST-pull down assay as well as by co-immunoprecipitation in HeLa cells We next investigated the effect of EBNA-3A on Miz-1-dependent regulation by comparing the transcript levels of selected Miz-1 target genes between EBNA-3A positive and negative LCLs by RT-qPCR. Interestingly, several Miz-1 target genes, among which CDKN2B, were found to be differentialy regulated in the presence of EBNA-3A. We found that EBNA-3A inhibits Miz-1 dependant activation by inhibiting the recrutement of the co-activator NPM. Those results bring new insights to the mechanisms by which the EBNA3s, and more largely EBV, regulate the cell cycle.

L'empreinte génomique parentale est un mécanisme de régulation épigénétique conduisant à la répression d'un allèle d'un gène en fonction de son origine parentale. Ce mécanisme affecte un nombre restreint de gènes chez les mammifères métathériens et euthériens. Ces gènes, dits gènes soumis à empreinte (GSE), ont des fonctions moléculaires variées et sans lien apparent. Cependant, deux thèmes reviennent de manière récurrente dans leurs fonctions: le contrôle de la croissance embryonnaire et la tumorigenèse. Ma thèse a consisté à démontrer l'existence d'un lien fonctionnel entre les GSE. Nous montrons que les GSE s'inscrivent dans un même réseau de co-expression transcriptionnelle et qu'ils sont co-régulés dans différentes situations biologiques lors des transitions entre les différents états cellulaires. En effet, une induction coordonnée de la plupart des GSE a lieu lors des sorties du cycle cellulaire, réversibles (quiescence) ou non (différenciation). Les perturbations individuelles de l'expression de plusieurs GSE dans le modèle des pré-adipocytes 3T3-L1 confirment un rôle du réseau des GSE dans le contrôle des transitions entre prolifération, quiescence et différenciation. De plus, l'analyse des gènes bi-alléliques inclus dans le même réseau de co-régulation que les GSE montre un enrichissement en gènes de la matrice extracellulaire. La fonction associée à ce réseau serait donc le contrôle des transitions entre les différents états cellulaires, via le remodelage de la matrice extracellulaire. Pour conclure, outre l'identification d'une fonction commune aux GSE, nos résultats suggèrent un scénario pour le ciblage de ces gènes par l'empreinte génomique parentale au cours de l'évolution des mammifères. / Genomic imprinting is an epigenetic mechanism leading to the repression of one allele of a gene, depending on its parental origin. This mechanism affects a small number of genes in metatherian and eutherian mammals. These genes, named imprinted genes (IGs), display various molecular functions and thus seem unrelated. However, their alterations are frequently associated with the control of embryonic growth and tumorigenesis. My PhD project has consisted in demonstrating a functional link between IGs. We show that IGs are frequently co-expressed and belong to a common gene network. They are co-regulated in biological situations corresponding to the transitions between different cellular states. Coordinated induction of most IGs takes place at the outputs of the cell cycle. Loss and gain of function experiments of several IGs in the 3T3-L1 pre-adipocyte model demonstrate a role of the IG network in controlling transitions between cellular states (proliferation, quiescence and differentiation). In addition to IGs, this network also includes bi-allelic genes, with many extracellular matrix genes. Therefore, the function associated with the IG network could be the fine control of transitions between cellular states through a remodeling of the extracellular matrix.To conclude, in addition to the identification of a common cellular function for IGs, our results suggest a possible scenario for the targeting of these genes by parental genomic imprinting during mammalian evolution.

Le comportement et le devenir des lymphocytes T (LT) est conditionné par l’intégration de nombreux signaux solubles et cellulaires. Lorsque les LT ne sont pas stimulés, les facteurs de transcription FoxO orchestrent un réseau moléculaire important participant au maintien de la quiescence et à la capacité migratoire des LT. Longtemps considéré comme un état par défaut, le maintien des LT dans cet état quiescent est hautement régulé par un ensemble de signaux parmi lesquels la signalisation via le récepteur à l’interleukine 7 (IL7) et le récepteur à l’antigène (TCR) activé par des molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) chargées avec des peptides du soi. Etonnamment, ces mêmes signaux sont nécessaires pour induire l’entrée des cellules dans le cycle cellulaire. L’inhibition de la prolifération des LT est donc un mécanisme actif qui peut être levé par des signaux externes. Le mécanisme moléculaire permettant le maintien de cet état quiescent reste très peu décrit. Mon projet de thèse a consisté à étudier les conséquences fonctionnelles de l’expression de Fam65b, une nouvelle cible transcriptionnelle de FoxO, sur la prolifération. Au cours de mon travail, j’ai montré que dans des cellules transformées, ayant donc perdu la capacité de réguler leur prolifération, l’expression forcée de Fam65b perturbe la mise en place du fuseau mitotique, induisant un arrêt en phase G 2 /M et la mort des cellules. Au cours de ce processus, Fam65b agit avec deux partenaires connus pour leur implication dans le cycle cellulaire, l’histone déacétylase 6 (HDAC6) et la protéine d’échafaudage 14-3-3. J’ai également pu établir que, dans les LT primaires humains, Fam65b est un facteur de quiescence. En effet, l’engagement du TCR induit une diminution d’expression de Fam65b et le maintien de son expression bloque la prolifération des LT, suggérant que l’inhibition de son expression est un pré-requis à la prolifération. Inversement, l’inhibition de l’expression de Fam65b dans des LT naïfs diminue leur seuil d’activation. L’ensemble de ces résultats désigne donc Fam65b comme une nouvelle cible pour le contrôle de la prolifération des cellules primaires et transformées. Nous avons également développé au laboratoire un modèle murin invalidé pour Fam65b dans le lignage T afin d’étudier son rôle dans un modèle plus intégré. J’ai pu initier l’analyse du phénotype de ces souris en l’absence de toute stimulation. L’ensemble de ces travaux, en complément de ceux précédemment obtenus au laboratoire, laissent apparaître Fam65b comme un nouvel effecteur de FoxO capable d’interagir avec divers partenaires afin de contrôler conjointement des fonctions cellulaires majeures. / T cell fate is conditioned by the integration of many soluble and cellular signals. When T cells are not stimulated, FoxO transcription factors orchestrate an important molecular network involved in maintaining the quiescent state and migratory ability of the cells. Considered as a "default" state, it is now known that maintenance of T cell quiescence is a process highly regulated by a set of signals including IL7 signaling and sustained contact with MHC molecules presenting self-peptides. Surprisingly, these same signals are required to induce entry of cells into the cell cycle. Inhibition of T cell proliferation is an active mechanism that can be lifted by external signals. The molecular mechanism maintaining this quiescent state is poorly described. My thesis project was studying the functional consequences of Fam65b expression, a new transcriptional target of FoxO, on proliferation. I showed that, in transformed cells, that have lost the ability to regulate their proliferation, forced expression of Fam65b disrupts the establishment of the mitotic spindle, inducing an arrest in G 2 /M phase and cell death. During this process, Fam65b acts with two partners, known to be involved in the cell cycle process, the histone deacetylase HDAC6 and the 14-3-3 protein scaffold. I have also been able to establish that in human primary T cell, Fam65b is a quiescence factor. Indeed, the TCR stimulation induces a reduction of Fam65b expression and maintaining its expression blocks the proliferation of T cells, suggesting that inhibition of Fam65b expression is a prerequisite for proliferation. Conversely, inhibition of Fam65b expression in naive T cells reduces their activation threshold. Altogether these results show that Fam65b is a new target for the control of the proliferation of primary and transformed cells. We have also developed, in the laboratory, a mouse model invalidated for Fam65b in T cell lineage. I initiated the phenotype analysis of these mice in the absence of any stimulation. This work, in addition to the previous results obtained in the laboratory, reveal that Fam65b is a new effector of FoxO factors, able to interact with various partners to jointly control major cellular functions.

Les cortico-surrénalomes (CCS) sont considérés comme des tumeurs malignes endocriniennes rares, associées à un pronostic sombre. Les trois mécanismes moléculaires les plus fréquemment altérés dans les CCS comprennent les mutations inactivatrices du gène suppresseur de tumeur TP53,la surexpression de IGF-II et l'activation constitutive de la voie de signalisation Wnt/β-caténine. En utilisant des modèles de souris transgéniques, nous avons montré que ces altérations, même combinées, ne sont pas suffisantes pour permettre la progression maligne.Nous avons précédemment identifié l'histone méthyltransférase EZH2 comme le modificateur d'histone le plus dérégulé dans les CCS. Nous avons également montré que sa surexpression est associée à une progression tumorale et à un mauvais pronostic. Cependant, les mécanismes sous-jacents de cette agressivité sont largement inconnus. Dans cette étude, nous avons cherché à identifier les gènes cibles de EZH2 dans les CCS, qui sont soient activés, soient réprimés. Ainsi, nous avons effectué une analyse bio-informatique des données du transcriptome de trois cohortes de patients porteurs de CCS. L’analyse montre une forte corrélation entre la surexpression de EZH2 et les gènes régulés positivement, suggérant un rôle majeur d’inducteur transcriptionnel de EZH2 dans les CCS. Nous avons montré que cette activité positive repose sur une interaction entre EZH2 et E2F1, qui entraîne la surexpression de gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire et la mitose tels que RRM2,PTTG1 et PRC1/ASE1. Nous avons montré que l'inhibition de RRM2 par ARN interférent ou traitement pharmacologique avec le GW8510 inhibe la croissance cellulaire, la capacité à combler les blessures, la croissance clonogénique, la migration et induit l'apoptose des cellules H295R en culture. En revanche, l'expression du facteur pro-apoptotique NOV/CCN3 est diminuée dans les CCS, ce qui est corrélé au développement de tumeurs agressives. Nos analyses moléculaires montrent que l'inhibition de EZH2 augmente l'expression de NOV/CCN3, suggérant que la surexpression de EZH2 pourrait favoriser la progression maligne des CCS en inhibant les stimulateurs de l'apoptose. Le facteur NOV a déjà été identifié comme cible négative du récepteur nucléaire SF1 dans les cellules du CCS, bien que les mécanismes moléculaires à l'origine de cette inhibition n'aient pas été identifiés. De manière intéressante, dans le cancer de la prostate, l'expression de NOV est inhibée par le récepteur des androgènes AR, grâce au recrutement de EZH2 qui pose la marque répressive H3K27me3. Nous avons pu identifier une coopération similaire entre SF1 et EZH2 pour réprimer l'expression de NOV et bloquer ainsi l'apoptose dans les CCS.Au total, ces résultats identifient SF1 et E2F1 comme deux partenaires indépendants de EZH2, induisant la répression de facteurs pro-apoptotiques et l'activation des gènes du cycle cellulaire respectivement, conduisant ainsi à l'agressivité des CCS. / Adrenocortical carcinomas (ACC) are regarded as rare endocrinemalignancies associated with dismal prognosis. The three common molecularmechanisms predominantly altered in ACC include inactivating mutations of theTP53 tumor suppressor gene, overexpression of IGF-II and constitutive activationof the Wnt/β-catenin signaling pathway. Using transgenic mouse models, wehave shown that these alterations, even when combined together, were notsufficient to induce malignant progression.We previously identified the histone methyltransferase EZH2 as the mostderegulated histone modifier in ACC. We have also shown that its overexpressionis associated with tumor progression and poor prognosis. Yet, the mechanismsunderlying this aggressiveness are largely unknown. Here, we aimed to identifyEZH2 target genes in ACC, which are either activated or repressed.Thus, we conducted a bio-informatics analysis of transcriptome data fromthree cohorts of ACC patients. The analysis showed a strong correlation betweenhighly expressed EZH2 and positively regulated genes suggesting a major role of‘transcriptional inducer‘ for EZH2 in ACC. We have shown that this positiveactivity relies on an interaction between EZH2 and E2F1 that results in theupregulation of genes implicated in cell cycle regulation and mitosis such asRRM2, PTTG1 and PRC1/ASE1. We showed that Inhibition of RRM2 by RNAinterference or pharmacological treatment with GW8510 inhibits cellular growth,wound healing, clonogenic growth, migration and induces apoptosis of H295Rcells in culture.In contrast, expression of the pro-apoptotic factor NOV/CCN3 is decreasedin ACC, which is correlated with development of aggressive tumours. Ourmolecular analyses show that EZH2 inhibition increases expression ofNOV/CCN3, suggesting that EZH2 overexpression may also favour malignantprogression in ACC by inhibition of apoptosis stimulators. NOV has previouslybeen identified as a negative target of the nuclear receptor SF1 in ACC cells,although the molecular mechanisms underlying this inhibition were unidentified.Interestingly, in prostate cancer, NOV expression is inhibited by the androgenreceptor, through recruitment of EZH2 and deposition of the H3K27me3 mark.We have been able to identify a similar cooperation between SF1 and EZH2 tosuppress NOV expression and block apoptosis in ACC.Altogether, these findings identifiy SF1 and E2F1 as two independentpartners of EZH2, inducing repression of proapoptotic factors, and activation ofcell cycle genes respectively, thus leading to aggressiveness of ACC.

Cette thèse est dédiée au développement d’un modèle mathématique multi-échelle pour la régulation du cycle cellulaire par l’horloge circadienne. Ceci est motivé par le fait que plusieurs études ont montré un lien direct entre certains cancers et un dysfonctionnement du mécanisme de l’horloge circadienne. Le but est de comprendre l’effet des rythmes circadiens et leur perturbation sur la prolifération d’une population de cellules / This thesis is dedicated to the development of a multiscale mathematical model that describes the regulation of the cell cycle by the circadian clock. What motivated this work is the fact that several tumorigenic diseases are linked to circadian rhythms disruption. We would like to understand the effect of circadian rhythms on the proliferation of a cell population and hence give plausible explanation for diseases that arise form circadian clock disruption. The mammalian cell cycle and the circadian clock are two molecular processes that operate in a rhythmic manner and exquisite precision. On one hand, the cell cycle is driven by the rhythmic activity of cyclin dependent kinases which dictate the time a cell must engage mitosis and the time it must divide giving birth to two daughter cells. On the other hand, the circadian clock is a system of transcriptional and translational feedback-loops that generates sustained oscillations of different mRNAs and proteins with a period of approximately 24 h. It turns out that several components of the circadian clock regulates various cyclin-dependent kinases at different stages of the cell cycle. This makes the circadian clock a key player of the temporal organization of the cell cycle and makes these two biological processes act as two tightly coupled oscillators. Our modeling approach consists of using a molecular-structured partial differential equation that describes the proliferation of a cell population. Proliferation depends on the coupled cell cycle-circadian clock molecular state of cells. Due to the large number of molecular components involved in the cell cycle-circadian clock system, the problem becomes of high-dimensionality and specific numerical techniques are needed to solve the equation

L'acétylation des lysines est une modification post-traductionnelle des protéines dont l’ajout et l’élimination sont catalysés respectivement par les histones acétyltransférases (HAT) et les désacétylases d'histones (HDAC). Cette modification joue un rôle majeur dans la régulation de processus cellulaires tels que l'expression génique, la mobilité cellulaire et le métabolisme. Il est maintenant bien établi qu'une altération de l'activité des désacétylases, entrainant ainsi une dérégulation de l'acétylome, est associée au développement tumoral. Par conséquent, les HDAC sont considérées comme des cibles prometteuses en thérapie anti-cancéreuse ce qui a conduit au développement de nombreux inhibiteurs de HDAC. Cependant, la recherche de nouvelles molécules avec un potentiel anti-cancéreux accru et moins d’effets secondaires est indispensable. Nous avons identifié cinq acides 4-hydroxybenzoïques comme nouveaux inhibiteurs de HDAC, trois inhibiteurs qui ciblent plusieurs HDAC et deux inhibiteurs spécifiques de HDAC6. Les inhibiteurs qui ciblent plusieurs HDAC induisent l'acétylation de certaines lysines des histones H3 et H4 dans les cellules de leucémie myéloïde chronique humaine K-562. Le traitement des cellules induit un arrêt de la progression du cycle cellulaire associé à la modulation de l'expression des cyclines et l'activation de la transcription du gène codant p21. Enfin, les trois composés qui inhibent plusieurs HDAC induisent une mort par apoptose qui est confirmée par l'observation du clivage et de l'activation des caspases. Les inhibiteurs spécifiques de HDAC6 induisent une hyperacétylation importante de la tubuline-α corrélée à une condensation des microtubules dans les cellules cancéreuses adhérentes de prostate (cellules PC-3 et LNCaP). Ces composés induisent une mort par apoptose des cellules cancéreuses en suspension K-562 accompagnée du clivage des caspases et de l'activation de la protéine pro-apoptotique BAX. Enfin, les molécules altèrent la fonction de la protéine chaperonne HSP90α observée par une forte diminution de l'expression de ses protéines clientes: Bcr-Abl et le récepteur aux androgènes. Par ailleurs, les cinq composés n'affectent pas la viabilité des cellules saines. L'ensemble de ce travail révèle que les acides 4-hydroxybenzoïques sont des molécules prometteuses pour le développement de nouveaux composés ayant des propriétés anti-tumorales intéressantes / Lysine acetylation is a post-translational modification characterized by addition and removal acetyl group by histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs), respectively. This modification plays a crucial role in multiple cellular processes including gene expression, cell motility and metabolism. It is now well established that disruption of deacetylase activity, leading to a pathological acetylation profile, is associated to cancer development. Consequently, HDACs are considered as promising targets for anticancer therapy, which led to the development of novel HDAC inhibitors. However, discovery and synthesis of new molecules is essential to increase anticancer potential and decrease adverse health effects of already known compounds. We identified five 4-hydroxybenzoic acids as new HDAC inhibitors: three pan-HDAC inhibitors and two HDAC6-specific inhibitors. Pan-HDAC inhibitors induce acetylation of selected lysines within histones H3 and H4 in human chronic myeloid leukemia K-562 cells. Treatment of cells induces cell cycle arrest associated with increased cyclin expression and the transcriptional activation of p21. Finally, these pan-HDAC inhibitors induce apoptotic cell death further confirmed by the cleavage and activation of caspases. HDAC6-specific inhibitors induce hyperacetylation of α-tubulin in correlation with microtubule condensation in adherent prostate cancer cells (PC-3 and LNCaP cells). These compounds induce apoptotic cell death in K-562 cells accompanied by caspase cleavage and the activation of the pro-apoptotic protein BAX. Furthermore, these molecules alter the chaperon function of HSP90α, which is observed through the robust decrease of the expression of its client proteins (i.e. Bcr-Abl and androgen receptor). Noteworthy, the five compounds did not affect healthy cell viability. Taken together these results revealed that 4-hydroxybenzoic acids are attractive molecules for the development of new compounds with promising anticancer properties

L’agence internationale de recherche sur le cancer (IARC) a indiqué que le travail posté qui provoquait une disruption circadienne était probablement cancérogène chez l’Homme. Ainsi, une perturbation expérimentale sévère du système circadien accélère-t elle la progression tumorale et pourrait favoriser la cancérogénèse. Durant ma thèse, j’ai démontré que la disruption circadienne résultant d’une mutation ou d’une mise au silence des gènes de l’horloge Per ou Cry accélérait la cancérogénèse hépatique induite par la diéthylnitrosamine, en favorisant l’instabilité génomique, la prolifération cellulaire, et l’inflammation. J’ai montré que l’alimentation programmée ou la dexaméthasone modifiaient la régulation circadienne de ces trois caractéristiques du cancer, suggérant ainsi qu’une intervention thérapeutique ciblant le système circadien pourrait prévenir la cancérogénèse. J’ai ainsi mis en évidence le contrôle circadien de trois mécanismes moléculaires de la cancérogenèse précoce et proposé deux interventions ciblant l’horloge circadienne dans un but de prévention de la cancérogenèse. / The International Agency for Research on Cancer (IARC) concluded that “shift-work that involves circadian disruption is probably carcinogenic to humans”. Severe disruption alteration accelerated tumor progression and enhanced carcinogenesis. During my PhD, I demonstrated that circadian disruption resulting from mutation of Per and Cry clock genes accelerated liver carcinogenesis induced by diethylnitrosamine through promoting genomic instability, cellular proliferation, and inflammation. I showed that meal timing or dexamethasone altered circadian regulation of these three characteristics of cancer, suggesting a therapeutic intervention targeting the circadian system could prevent carcinogenesis. I have thus demonstrated the circadian control of three molecular mechanisms of early carcinogenesis and proposed two interventions targeting the circadian clock for liver carcinogenesis prevention.

Les microARN constituent une classe de petits ARN non codants d’une vingtaine de nucléotides, issus de transcrits cellulaires, qui inhibent l’expression de gènes cibles au niveau post-transcriptionnel. Chez les mammifères, bien qu’ils puissent agir sur une cible parfaitement complémentaire (mode parfait), les microARN ont presqu’exclusivement des cibles partiellement complémentaires (mode imparfait). Puisqu’en mode imparfait une coupure endonucléolytique de la cible est impossible, il est généralement proposé que le mode imparfait soit moins efficace que le mode parfait : conduisant à un silencing moins efficace, nécessitant plus de complexes effecteurs (miRISC) et facilement saturable par une augmentation du nombre de cible. Dans ce travail j’ai développé une approche expérimentale reposant sur l’expression de protéines fluorescentes pour mesurer précisément le silencing au niveau de chaque cellule. J’ai fait trois observations inattendues sur l’efficacité de la régulation par les microARN : i) le silencing en mode parfait et imparfait nécessite des quantités similaires de petit ARN, ii) une augmentation, même très importante, de l’expression du gène cible ne lui permet pas d’échapper à la régulation, iii) le silencing n’est pas intrinsèquement plus faible en mode imparfait (qu’en mode parfait) mais n’est pas actif dans toutes les cellules. Si les deux premiers points sont facilement explicables dans le cadre de l’induction de la dégradation de l’ARNm cible sur un mode catalytique via la déadénylation de l’ARNm, le troisième indique l’existence d’une régulation forte du silencing qui est spécifique du mode imparfait. De plus, comme dans les deux modes le silencing dépend principalement du même partenaire, Ago2, cette régulation intervient après l’assemblage du complexe minimal (Ago2/petit ARN). Ainsi, les différences entre les modes parfait et imparfait ne se situent pas au niveau proposé puisque lorsque la cellule est compétente, leurs efficacités sont comparables. Par contre, mes travaux mettent en évidence l’existence d’un contrôle de la régulation en mode imparfait dont la nature reste à préciser. / MicroRNAs are endogenous small non-coding RNAs about 21 nucleotides in length that inhibit the expression of target genes primarily at the post-transcriptional level. The target recognition of microARN is sequence-specific and requires a partial complementarity between the microRNA and target sequences that are present on the mRNA molecules. microRNAs are part of an effector complex, miRISC, containing multiple proteins which can participate to a repression of translation and/or promotes destabilization of the target mRNA. The mechanism of microRNA silencing is not completely understood to date, but it is assumed that it is globally less potent than that of siRNA acting on perfect targets. By using fluorescent proteins expressing reporter plasmids and flow cytometry, we observed an efficient silencing by microRNA which does not require more active complexes than the perfect target silencing and cannot be easily saturated. This suggests that in cells in culture, microRNA silencing works in a catalytic manner leading to mRNA degradation. In addition, our data also indicates that the efficiency of microRNA silencing is variable among cells and can be almost completely abrogated under some conditions contrary to the siRNA silencing which is active in all cells. As we observed that the protein Ago2 is the only member of Ago family that is implicated in the microRNA silencing, it follows that the regulation of microRNA silencing acts after the formation of the core complex (Ago2/small RNA). So the difference between the silencing in the perfect and imperfect mode are not what is usually proposed, but pertain to a level of cellular control, which remains to be deciphered.