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.

Pour augmenter l'affinité des anticorps sécrétés en réponse à un antigène, les gènes d'immunoglobulines subissent l'hypermutation somatique, une mutagénèse adaptative initiée par l'action de l'activation-induced cytidine deaminase (AID). L'uracile provenant de la désamination des cytosines par cette enzyme est réparé de façon erronée par la suite : si il est pris en charge par l'uracile N-glycosylase (UNG), enzyme à l'origine d'une réparation poursuivie habituellement par des composantes de la voie du "base-excision repair", il reste à sa place un site abasique franchissable par les ADN polymérases translésionnelles avec un taux d'erreur très élevé. Si le mésappariement U:G est reconnu par la voie du " mismatch repair ", le brin d'ADN entourant le U est dégradé puis néo-synthétisé par une autre ADN polymérase translésionnelle particulièrement mutagène en face des bases T et A, la polymérase eta. Nous avons proposé que le choix entre ces deux voies de réparation mutagènes puisse être régulé en fonction du cycle cellulaire: les mutations des paires A:T seraient introduites dans les gènes d'immunoglobulines par la voie du mismatch repair en phase G1 alors que la voie erronée d'UN introduirait les autres mutations lors de la phase S. Nous sommes parvenus à restreindre l'activité de l'AID à deux parties distinctes du cycle, la phase G1 ou les phases S/G2/M, et nous avons établi le fonctionnement de ce système dans le modèle murin. De façon surprenante, nous avons détecté un taux de mutation proche du bruit de fond chez toutes les souris dont l'AID opérait uniquement dans les phases S/G2/M. Par contre, les souris dont l'AID a été restreinte en G1 présentaient un spectre de mutation diversifié sur les quatre bases et similaire au normal. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les lésions introduites tout au long du cycle par l'AID soient diversifiées par les acteurs de l'hypermutation somatique pendant la phase G1, alors que les lésions seraient soit réparées de façon fidèle en dehors de cette phase-là, soit de faible impact. Afin d'expliquer le biais de brin dans l'hypermutation somatique observé pour les mutations sur les bases A :T, nous proposons pour l'ADN polymérase eta un rôle inhabituel de réparation du brin portant la " lésion ", et non de synthèse translésionnelle classique en face de cette lésion. Nous avons analysé le profil, le taux et la distribution des mutations introduites par Pol eta sur un oligonucléotide cible pour l'hypermutation, qui a été inséré au locus des immunoglobulines et utilisé pour l'établissement des souris knock-in avec un fond génétique déficient ou non en UNG. Nos résultats, selon lesquels Pol eta continue de cibler le brin codant indépendamment de la localisation des " points d'entrée " en forme d'uraciles, contredisent les rapports déjà publiés sur ce sujet. De façon inattendue, nos résultats mettent en évidence une coopération entre les voies UNG et et les activités endonucléasique du mismatch repair, fournissant la cassure simple brin qui va permettre d'initier la resynthèse à fort taux d'erreur à l'origine de la mutagénèse A/T. Ces résultats résolvent aussi le paradoxe de la non-participation apparente du complexe effecteur du mismatch repair (Mlh1/Pms2) dans le processus d'hypermutation, en proposant qu'il fonctionne en redondance avec UNG, dans une distribution des tâches qui dépend du contexte de la séquence ciblée et de la densité du processus de deamination.

Pour augmenter l'affinité des anticorps sécrétés en réponse à un antigène, les gènes d'immunoglobulines subissent l'hypermutation somatique, une mutagénèse adaptative initiée par l'action de l'activation-induced cytidine deaminase (AID). L'uracile provenant de la désamination des cytosines par cette enzyme est réparé de façon erronée par la suite : si il est pris en charge par l'uracile N-glycosylase (UNG), enzyme à l'origine d'une réparation poursuivie habituellement par des composantes de la voie du "base-excision repair", il reste à sa place un site abasique franchissable par les ADN polymérases translésionnelles avec un taux d'erreur très élevé. Si le mésappariement U:G est reconnu par la voie du " mismatch repair ", le brin d'ADN entourant le U est dégradé puis néo-synthétisé par une autre ADN polymérase translésionnelle particulièrement mutagène en face des bases T et A, la polymérase eta. Nous avons proposé que le choix entre ces deux voies de réparation mutagènes puisse être régulé en fonction du cycle cellulaire: les mutations des paires A:T seraient introduites dans les gènes d'immunoglobulines par la voie du mismatch repair en phase G1 alors que la voie erronée d'UN introduirait les autres mutations lors de la phase S. Nous sommes parvenus à restreindre l'activité de l'AID à deux parties distinctes du cycle, la phase G1 ou les phases S/G2/M, et nous avons établi le fonctionnement de ce système dans le modèle murin. De façon surprenante, nous avons détecté un taux de mutation proche du bruit de fond chez toutes les souris dont l'AID opérait uniquement dans les phases S/G2/M. Par contre, les souris dont l'AID a été restreinte en G1 présentaient un spectre de mutation diversifié sur les quatre bases et similaire au normal. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les lésions introduites tout au long du cycle par l'AID soient diversifiées par les acteurs de l'hypermutation somatique pendant la phase G1, alors que les lésions seraient soit réparées de façon fidèle en dehors de cette phase-là, soit de faible impact. Afin d'expliquer le biais de brin dans l'hypermutation somatique observé pour les mutations sur les bases A :T, nous proposons pour l'ADN polymérase eta un rôle inhabituel de réparation du brin portant la " lésion ", et non de synthèse translésionnelle classique en face de cette lésion. Nous avons analysé le profil, le taux et la distribution des mutations introduites par Pol eta sur un oligonucléotide cible pour l'hypermutation, qui a été inséré au locus des immunoglobulines et utilisé pour l'établissement des souris knock-in avec un fond génétique déficient ou non en UNG. Nos résultats, selon lesquels Pol eta continue de cibler le brin codant indépendamment de la localisation des " points d'entrée " en forme d'uraciles, contredisent les rapports déjà publiés sur ce sujet. De façon inattendue, nos résultats mettent en évidence une coopération entre les voies UNG et et les activités endonucléasique du mismatch repair, fournissant la cassure simple brin qui va permettre d'initier la resynthèse à fort taux d'erreur à l'origine de la mutagénèse A/T. Ces résultats résolvent aussi le paradoxe de la non-participation apparente du complexe effecteur du mismatch repair (Mlh1/Pms2) dans le processus d'hypermutation, en proposant qu'il fonctionne en redondance avec UNG, dans une distribution des tâches qui dépend du contexte de la séquence ciblée et de la densité du processus de deamination.

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.

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Chez Arabidopsis thaliana, les protéines SIAMESE-RELATED (SIM/SMR1 à 13) forment une famille plante-spécifique d’Inhibiteurs de Kinase Cycline-dépendante (CKI), homologue des Kip-Related Proteins. SIM et SMR1 sont des régulateurs positifs de la transition du cycle mitotique vers l’endoréplication. L’expression des gènes SIM/SMR est induite en réponse àdes stress. L’un des stress abiotiques majeurs pour les plantes est la sécheresse. Les SIM/SMR pourraient être dégradées par la voie de la protéolyse spécifique de l’Ubiquitin Proteasome System (UPS). Les SIM/SMR sont de bons candidats pour relier l'activité du cycle cellulaire aux stimuli de l'environnement. Ce travail a démontré l’implication de la protéolyse UPS dans le contrôle posttraductionnel de tous membres SIM/SMR testés. Il démontre que SIM, SMR2 et SMR1 sont nécessaires à l’endoréplication des cellules foliaires. Lors d’un stress hydrique, l’expression des gènes SIM, SMR1, SMR3 et SMR5 est induite. Le profil spatio-temporel de ces inductions a mis en évidence deux groupes de gènes avec des fonctions distinctes. Les mutants sim, smr5 et sim.smr1.smr2 sont hypersensibles au stress hydrique. / In Arabidopsis thaliana, the SIAMESE-RELATED proteins (SIM/SMR1 to 13) are a plantspecific family of Cyclin-dependent Kinase Inhibitors (CKIs), homologous to the Kip-Related Proteins. SIM and SMR1 are positive regulators of the switch from mitotic cycle to endoreplication. The expression of SIM/SMRs genes is induced in response to stress. One of the major abiotic stress for plants is the drought stress. The SIM/SMRs could be degraded through the specific proteolysis of Ubiquitin Proteasome System (UPS). The SIM/SMRs proteins are good candidates to link cell cycle activity with environmental stimuli.This research work has shown the involvement of the UPS proteolysis in the posttranslational control of all the tested members of the SIM/SMR family. It also shows that SIM, SMR2 and mostly SMR1 are required in endoreplication of leaf cells. During drought stress, the expression of SIM, SMR1, SMR3 and SMR5 genes is induced. The spaciotemporal pattern of those inductions revealed two groups of genes with distinct functions. In addition, the sim, smr5 and sim.smr1.smr2 loss-of-function mutants tested are hypersensitive to drought stress.

Bien que la compréhension des régulateurs du cycle cellulaire s'est considérablement améliorée ces dernières années, la régulation du cycle cellulaire en réponse à des signaux environnementaux tels que les reste peu connue. Un stress au niveau de l'ADN est un stress ubiquitaire pour tous les organismes. Celui-ci peut-être causé soit par une source exogène soit par une source interne comme lors de la séparation des chromatides ou bien celle des brins d'ADN pendant la réplication. La régulation post-traductionnelle des kinases de type cdk1 au travers de la phosphorylation inhibitrice des kinases de type Wee1 sur le résidu Tyr15, ou à des positions analogues, de la boucle appelée P-loop a été dommages à l'ADN décrite comme étant le mécanisme pivot conduisant à l'arrêt du cycle cellulaire après un dommage à l'ADN chez la levure et les animaux. Cependant, il semblerait que ce mécanisme ne soit pas conservé chez les plantes comme le suggère l'hypersensibilité des dephospho-mutants de CDKA;1. La première partie de cette étude se concentre sur la possible régulation de CDKA;1 au travers de la phosphorylation de la T-loop en réponse à un stress lié à la réplication chez Arabidopsis. La phosphorylation du résidu T161 et de ses analogues agit positivement sur la boucle appelée T-loop de la kinase, ce qui est nécessaire pour avoir une activité CDK complète, et sert dans la reconnaissance du substrat. De manière remarquable, un mutant qui imite la phosphorylation de la T-loop est quasiment résistant à 100% à l'hydroxyurée (HU) et peut partiellement compenser l'hypersensibilité des mutants wee1 à l'HU. La phosphorylation de la T-loop est catalysée par les kinases activatrices des CDK (CAKs) qui sont elles-mêmes des CDKs comportant des régions P- et T-loop particulières. La preuve a été obtenue que WEE1 inhibe les Cyclin Dependent Kinases de type D ce qui va résulter en une activité réduite de CDKA;1 et ainsi déclencher l'arrêt du cycle cellulaire après un dommage causé à l'ADN. Il a été démontré que les mutants qui imitent la déphosphorylation de CDKD2 et 3, ne pouvant pas être inhibés par WEE1 montrent une hypersensibilité à l'HU mais pas à la bléomycine. Cela suggère donc de leur implication dans l'arrêt du cycle cellulaire spécifiquement après un stress de réplication. L'hypersensibilité du double mutant cdk2cdk3 aux stress de réplication permet de penser qu'une activation de CDKA;1 par l'intermédiaire de CDKD;1 et de manière indépendante de WEE1 est possible. L'hypothèse d'un rôle essentiel desCDKDs dans la stabilisation de l'activité kinase de CDKA;1 pendant le développement des gamètes a été émise. En effet, des défauts, observés chez les mutants cdka;1VFcdkd pendant la méiose mais pas chez les mutants cdka;1VF souligne l'importance de la phosphorylation de la T-loop de CDKA;1 dans le bon déroulement de la division méiotique. Dans la seconde partie de cette étude, l'interaction entre le cycle cellulaire et le cercle circadien a été étudiée. Il a été suggéré qu'une boucle rétroactive existait, et dans laquelle le cycle cellulaire pouvait réguler le cercle circadien. En effet, on a montré grâce à une expérience de microarray réalisée sur des mutants holomorphiques CDKA;1, que de nombreux gènes circadiens sont dérégulés. Ainsi, dans le cadre de l'étude du cercle circadien, la division cellulaire de mutants cdka;1 ainsi que de plantes sauvages a été étudiée en conditions de croissance diurnes. Le temps de division altéré observé chez les mutants supporte l'idée que la régulation du cycle cellulaire se fait également d'une manière dépendante du temps. Les profils d'expression de gènes du cycle circadien chez les mutants cdka;1 ont été analysés par essai luciférase. La période et l'intensité d'expression observées chez ce mutant en comparaison du sauvage étant altérée, ceci suggère que l'activité de CDKA;1 a un effet direct ou indirect sur ces gènes. / Even though the understanding of cell-cycle regulators in plants has tremendously increased over the last years, still little is known about cell-cycle regulation in response to environmental signals like DNA damage. A ubiquitous stress for any organism is DNA stress that can either be caused by exogenous sources or internal processes like chromatid separation or DNA strands separation during replication. The posttranslational regulation of Cdk1-type kinases through inhibitory phosphorylation through Wee1-type kinases in the so-called P-loop at the residue Tyr15 or the analogous positions has been found to be of pivotal importance for the arrest of the cell cycle after DNA damage in yeast and animals. But this mechanism is apparently not conserved in plants, as suggested by the hypersensitivity analysis of CDKA;1 dephospho-mutants. The first half of this study focus on possible regulation of CDKA;1 through T-loop phosphorylation upon replication stress in Arabidopsis. The positively acting phosphorylation on T161 and analogous residues in the so-called T-loop of the kinase that is required for full CDK activity and serves in substrate recognition. Remarkably, a T-loop phospho-mimicry mutant of CDKA;1, was almost 100% resistant to hydroxyurea (HU) and can partially rescue the hypersensitivity of wee1 to HU. T-loop phosphorylation is catalyzed by CDK activating kinases (CAKs) that are themselves CDKs with typical P- and T-loop regions. Evidence is obtained that WEE1 might inhibit CDKDs (Cdk-activating kinases) that would subsequently result in reduced CDKA;1 activity, and thus, cell-cycle arrest upon DNA damage. It is revealed that dephospho-mimicry mutants of CDKD;2 and 3, which can not be inhibited through WEE1 showed hypersensitivity to HU and not to bleomycin, suggesting their involvement in cell-cycle arrest specifically upon replication stress. Hypersensitivity of cdkd;2cdkd;3 to replication stress suggested possible activation of CDKA;1 through CDKD;1 independent of WEE1. An essential role of CDKDs in stabilizing CDKA;1 kinase activity during gamete development has been suggested. Defects observed in cdka;1VFcdkd mutants during meiosis but not in cdka;1VF mutants emphasize on importance of CDKA;1 T-loop phosphorylation for appropriate meiotic division.In second part of this study interaction between cell-cycle and circadian has been studied. A feedback loop in which the cell cycle could potentially regulate the circadian clock was suggested as a number of circadian genes were found to be deregulated in a microarray experiment with holomorphic CDKA;1 mutants. Thus the circadian gating of cell division of wildtype and cdka;1 mutants was studied under diurnal growth conditions. The altered time of division observed in cell-cycle mutants supported the idea of cell-cycle regulation in a time dependent manner. Expression profile of clock genes were analyzed in cdka;1 mutants through luciferase assay system. An altered period and intensity of expression observed in these mutants compared to wild type plants suggested a direct or indirect effect of CDKA;1 activity on clock gene expression.

Dans ce travail, j'ai utilisé les trichomes (poils foliaires) d'Arabidopsis comme modèle pour étudier la différenciation cellulaire et l'endoréplication. Mon travail a révélé que les cycles d’endoréplication chez Arabidopsis étaient contrôlés par les protéines inhibitrices CYCLIN DEPENDENT KINASE (CDK), elles-mêmes contrôlées par dégradation via l'action de complexes SKP-CULLIN-F-BOX (SCF). Ceci crée vraisemblablement des niveaux variables d'activité de CDK, qui sont nécessaires pour la progression répétée au travers des phases de synthèse d'ADN dans les cellules entrées en endoréplication. Cependant, la sur-expression des inhibiteurs des CDK ne bloque pas seulement l'endoréplication mais résulte aussi dans la dédifférenciation des cellules précurseurs des trichomes. Des résultats similaires ont été obtenus en utilisant des allèles faibles de perte de fonction pour CDKA;1, la principale CDK chez Arabidopsis, laissant émerger la notion que l'endoréplication est nécessaire à la maintenance du devenir des cellules. De manière surprenante, la dédifférenciation peut être au moins partiellement réprimée quand RBR1, l'homologue chez Arabidopsis de la protéine animale suppresseur de tumeur RETINOBLASTOMA (Rb), est mutée de manière concomitante. De même, une mutation de la methyltransferase CURLY LEAF, composante du complexe PRC2, rétablit le défaut de maintenance des trichomes chez les mutants faibles pour CDKA;1. Pris dans leur ensemble, ces résultats suggèrent que le complexe PRC2 et la protéine RBR1 établissent, au niveau tissulaire, un seuil pour la différenciation cellulaire au cours du développement de l'épiderme chez Arabidopsis. / Cell differentiation is often linked with a switch from a mitotic to an endoreplication cycle, in which cells re-replicate their DNA without cell division. The molecular regulation of endoreplication and its biological fonction are only poorly understood. Here, I have used trichomes (leaf hairs) of Arabidopsis as a model to study cell differentiation and endoreplication. My work revealed that endoreplication cycles in Arabidopsis are controlled by cyclin dependent kinase (CDK) inhibitor proteins, which in turn are subject to protein degradation mediated by the action of SKP-CULLIN-F-BOX (SCF) complexes. This presumably creates oscillating levels of CDK activity, which are needed for repeated progression through DNA synthesis phases in endoreplicating cells. However, overexpression of CDK inhibitors did not only block endoreplication but also resulted in the dedifferentiation of trichome precursor cells. Similar observations were made with weak- loss-of-function alleles for the major CDK in Arabidopsis, CDKA;1, giving rise to the notion that endoreplication is required for cell fate maintenance. Trichome dedifferentiation was enhanced when trichome fate regulators were mutated. Surprisingly, the dedifferentiation could be at least partially repressed when RBR1, the Arabidopsis homolog of the animal tumor suppressor protein Retinoblastoma (Rb), was concomitantly mutated. Similarly, a mutation in PRCZ-methyltransfcrase CURLY LEAF (CLF) rescued the trichome maintenance defect of weak CDKA;1 mutants. Taken together, this suggests that PRC2 and RBR1 set a dynamic tissue threshold for cell differentiation during epidermis development in Arabidopsis.

Nous avons décrit la présence de tubules inter-cellulaires [inter-cellular tubules (ICTs)], qui apparaissent entre les deux cellules filles lors de la cytokinèse d’une cellule infectée. Nos données suggèrent que ces structures sont des vestiges de SITs qui connectaient les SCVs initialement présentes dans la cellule mère et qui ont été distribuées dans les cellules filles. Les effecteurs de T3SS2 sont nécessaires à la formation de ces tubules. De plus, nous avons établit une corrélation entre la formation des ICTs et la distribution asymétrique des vacuoles bactériennes entre les cellules filles. Les protéines effectrices de T3SS2 peuvent donc modifier la distribution des bactéries pendant la cytokinèse. Il a été démontré l’existence de différents types de SITs, de composition différentes et qui interagissent avec différents compartiments de la cellule hôte. Pendant la deuxième partie de ma thèse, nous avons caractérisé des tubules dépourvus de protéines de l’hôte mais riches en protéines effectrices [LAMP1-negative tubules (LNT)]. Nous avons montré que les effecteurs de T3SS2 SseF et SseG sont nécessaires à la formation de ces structures. L’inhibition de la formation des LNTs par la suppression de sseF/G est corrélée à un recrutement réduit de LAMP1 sur les SCVs. Cela suggère que la formation des tubules favorise la capture et le transport de LAMP1 vers les SCVs. Nous avons également observé une interaction indépendante de SKIP entre Arl8b et les deux domaines de l’effecteur SifA. En absence de SifA ou de Arl8b, les tubules ont une capacité limitée à capturer les protéines membranaires lysosomales. / We describe the presence of inter-cellular tubules (ICTs) that arise between daughter cells during cytokinesis of an infected cell. Our data suggest that these structures are remnants of SITs that connect bacterial vacuoles originally present in the parent cell and that have been distributed between daughters. T3SS-2 effectors are required for the formation of these tubules. Importantly, there is a correlation between the formation of ICTs and the asymmetric distribution of bacterial vacuoles in daughters. Thus, T3SS-2 effector proteins can manipulate the distribution of bacteria during cytokinesis. This may further increase bacterial spreading and the systemic character of the infection. Different kinds of SITs with diverse host protein contents have been characterised, suggesting the capacity of these tubules to interact with different host compartments. In the second part of my thesis, we performed a biochemical and functional characterization of LAMP1-negative tubules (LNT) that are decorated with effector proteins but essentially devoid of host proteins. We show that T3SS2 effectors SseF and SseG are required for the formation of these structures. The inhibition of LNTs formation by deletion of sseF/G is correlated with a reduced recruitment of LAMP1 to the SCVs. It suggests that formation of tubules favours the capture and the transport of LAMP1 towards the SCV to keep vacuole stable. An additional observation added to this study is that there is a SKIP-independent interaction between Arl8b and both domains of SifA. In the absence of SifA or Arl8b, tubules have a limited capacity to capture host membrane proteins from the late endosomal compartments.

La connaissance de la dynamique interne du noyau d’une cellule vivante semble essentielle pour la compréhension du fonctionnement des cellules eucaryotes. Ainsi, depuis plus d'une quinzaine d’année, de nombreuses études ont été menées pour sonder cette dynamique. Le projet de recherche de cette thèse s’est inscrit dans cette problématique. Nous avons monté une expérience originale de diffusion dynamique de la lumière pour sonder la dynamique interne du noyau d’une cellule. Le principe est simple, nous faisons passer un faisceau laser à travers le noyau d’une cellule et nous détectons les variations temporelles de l’intensité lumineuse diffusée. Les signaux obtenus sont complexes, non stationnaires, avec plusieurs échelles de temps. Une partie importante du travail de thèse a consisté à trouver une manière fiable de les analyser pour en extraire la dynamique interne du noyau ; nous arrivons à sonder cette dynamique sur quasiment 7 ordres de grandeurs (10-5 – 40 s). En utilisant ce montage et les techniques de traitement du signal qu’on a développé, nous avons étudié la dynamique interne du noyau de cellules issues de deux lignées humaines (SHEP et HeLa) au cours de leur cycle cellulaire. Nous observons des différences notables entre les phases G1, S et G2 et nous pouvons voir les gammes de temps affectées par le changement de phase du cycle cellulaire. Ensuite, nous avons étudié la dynamique du noyau de cellules (SHEP et HeLa), en phase G1, en présence d’une drogue cytobloquante dans le milieu de culture. Nous avons aussi étudié l’effet de la température. Pour des cellules en phase G1, nous avons baissé la température de 37°C à 25° C. Nous avons pu suivre l’évolution de la dynamique lors du refroidissement et à 25°C. Enfin, nous avons étudié la dynamique du noyau des cellules SHEP et HELA fixées. / The knowledge of the internal dynamics of a living cell nucleus appears essential for the comprehension of the activity of eukaryotic cells. Therefore, for the last fifteen years, many studies have been conducted to probe this dynamics. The research project of this thesis is a part of this issue. We set up an original experience of dynamic light scattering to probe the internal dynamics of a cell nucleus. The principle is simple, we pass a laser beam through the nucleus of a cell and we detect the temporal variations of the scattered light intensity. The signals obtained are complex, non-stationary, with different time scales. An important part of the thesis was to find a reliable way to analyze them to extract the internal dynamic of the nucleus; we can probe this dynamic on almost 7 orders of magnitude (10-5 – 40 s). By using this experience and the signal procession techniques that we developed, we studied the internal dynamics of the nucleus of two human cell lines (HELA and SHEP) in their cell cycle. We observe significant differences between the G1 phase, S and G2 and we can see the time ranges affected by phase change of the cell cycle. Next, we have studied nucleus dynamics of cells (SHEP and HELA), in the G phase, in the presence of cytobloquante drug in the culture environment. We also studied the effect of temperature. For cell in G1 phase, we lowered the temperature of 37°C to 25° C. We were able to follow the changing dynamics during the cooling and at 25°C. Finally, we have studied nucleus dynamics of fixed SHEP and HELA cells.