Chez la levure fissipare S. pombe, certains gènes méiotiques sont exprimés de façon constitutive pendant la croissance végétative. Cependant, pour empêcher le déclenchement prématuré de la méiose, la cellule a mis en place un système de dégradation sélective des ARN messagers correspondant. La protéine de liaison à l’ARN Mmi1, de la famille YTH, reconnaît des répétitions de motifs spécifiques (UNAAAC) au sein des transcrits et dirige ces derniers vers la dégradation par l’exosome nucléaire. Lors de l’entrée en méiose, Mmi1 est séquestré par un complexe ribonucléoprotéique comprenant la protéine de méiose Mei2 et l’ARN noncodant meiRNA, ce qui permet aux ARNm méiotiques d’être exportés et traduits. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle de Mmi1 dans la dégradation des transcrits méiotiques pendant la croissance végétative. En accord avec des études récentes, nos travaux montrent que Mmi1 interagit étroitement avec le complexe Ccr4-Not de déadenylation des ARNm. Cette interaction est fonctionnelle car Ccr4-Not est requis pour la dégradation des ARNs méiotiques. De façon surprenante, cependant, l’activité de déadénylation n’est pas requise. Nos analyses génétiques et biochimiques suggèrent que la sous-unité E3 ubiquitin ligase Mot2 de Ccr4-Not ubiquitine un pool de l’inhibiteur de Mmi1, la protéine Mei2, pour faciliter sa dégradation par le protéasome. Cette voie de régulation permet de maintenir la fonction de Mmi1 et donc la répression des ARNm méiotiques dans les cellules mitotiques. Ainsi, Mmi1 a une double fonction: cibler les ARNm méiotiques vers la dégradation par l’exosome nucléaire, et recruter Ccr4-Not pour ubiquitiner et dégrader son propre inhibiteur Mei2. Ces résultats mettent également en avant un nouveau rôle pour la sous-unité E3 ligase du complexe Ccr4-Not dans le contrôle de la différenciation sexuelle. Des expériences supplémentaires indiquent que le domaine YTH de liaison à l’ARN de Mmi1, mais pas l’ARN noncodant meiRNA, est requis pour la dégradation de Mei2. De façon importante, nos données révèlent aussi que le domaine YTH de Mmi1 a un rôle clé dans l’interaction avec Mei2. Ceci suggère fortement que le domaine YTH agit comme un module bifonctionnel, permettant la liaison non seulement aux ARNs méiotiques mais aussi aux protéines comme Mei2. Nous discutons ces résultats dans le contexte de la littérature actuelle et proposons un nouveau modèle du contrôle de la différenciation sexuelle par le système Mmi1-Mei2. / In the fission yeast S. pombe, several meiotic mRNAs are constitutively expressed during the mitotic cell cycle. In order to avoid untimely entry into meiosis, cells have adopted a degradation system that selectively eliminates the corresponding mRNAs. The YTH family RNA-binding protein Mmi1 recognizes specific sequence motifs within these transcripts (UNAAAC) and allows their targeting to the nuclear exosome for degradation. Upon entry into meiosis, Mmi1 is sequestered in a ribonucleoprotein complex, composed by the meiotic protein Mei2 and the non-coding RNA meiRNA, allowing meiotic mRNAs to be exported and translated. During my PhD studies, I focused my interest on the role of Mmi1 in the degradation of meiotic transcripts during vegetative growth. In accord with recent studies, our results show that Mmi1 stably interacts with the mRNA deadenylation complex Ccr4-Not. This interaction has a functional relevance since Ccr4-Not is involved in the degradation of meiotic mRNAs. Surprisingly, however, the deadenylation activity is not required. Our genetic and biochemical analyses indicate that the E3 ubiquitin ligase Mot2, subunit of the Ccr4-Not complex, ubiquitinate a pool of the inhibitor of Mmi1, the Mei2 protein, to favor its degradation by the proteasome. This regulatory mechanism ensures the maintenance of Mmi1 in a functional state, leading to the persistent repression of meiotic mRNAs in mitotic cells. Thus, Mmi1 has a dual role: in nuclear mRNA surveillance, by targeting meiotic transcripts for degradation by the exosome, and in protein degradation, by recruiting Ccr4-Not to its own inhibitor Mei2. These results have also revealed a novel role for the ubiquitin ligase activity of the Ccr4-Not subunit Mot2 in the control of sexual differentiation in fission yeast. Our supplemental results indicate that the YTH RNA-binding domain of Mmi1, but not the non-coding RNA meiRNA, is required for the degradation of Mei2. Remarkably, our results also revealed that the YTH domain of Mmi1 has a key role in the interaction with Mei2. This strongly suggests that the YTH domain acts as a bifunctional module, allowing the binding not only to meiotic RNAs but also to proteins, such as Mei2. We discuss these results within the context of the current literature and we propose a novel model for the control of sexual differentiation by the Mmi1-Mei2 system.

La cytométrie de masse CMM) a révolutionné l'étude de la diversité cellulaire et phénotypique, en augmentant de manière significative le nombre de marqueurs pouvant être analysés simultanément (41 à ce jour). En permettant de définir précisément l'état des populations de lymphocytes, notamment en ce qui concerne leur différenciation, activation et leur entrée dans le cycle cellulaire, la CMM a mis au jour de petits sous-ensembles jusqu'ici inconnus. Dans cette étude, la CMM a été utilisée pour tenter de mieux caractériser les réservoirs du VIH. Avec l'introduction de la thérapie antirétrovirale combinée (ART) en 1996, l'infection par le VIH est passée d'un destin fatal à une maladie chronique gérable avec une durée de vie normale grâce à une réduction de la réplication virale active (la quantité de virus est en deçà des limites de détection optimales). Cependant, si le traitement est interrompu, la charge virale chez le patient augmente à nouveau du fait des réservoirs de provirus viables localisés dans des populations de cellules à longue durée de vie et qui ne peuvent pas être éliminées par les traitements actuels. Ces cellules infectées réservoirs constituent un obstacle majeur à l'éradication du VIH. Le réservoir le mieux caractérisé est celui des lymphocytes T CD4+ et est principalement hébergé dans les TCM, les TTM, les TSCM et les Tfh. Une première étude nous a permis d’évaluer les stades du cycle cellulaire en association à des marqueurs de différenciation, d'activation et d'épuisement, pour aboutir à une évaluation poussée de l'état de quiescence des lymphocytes T CD4 susceptibles d’abriter les réservoirs latents de VIH. Cette large analyse multiplexe démontre que certains sous-ensembles des LTCD4+CD25-HLA-DR- classiquement considérés "au repos"- contiennent en fait des quantités notables de cellules en cycle ou exprimant des récepteurs inhibiteurs, ouvrant de nouvelles voies pour une redéfinition des cellules T CD4 quiescentes du sang périphérique. Une deuxième étude avait pour but de définir les populations de LT CD4 produisant du VIH in vivo. Nous avons développé une analyse multiparamétrique sur des cellules de patients VIH+ sous ART et en phase d’interruption thérapeutique (ATI). Cette étude met en évidence que les cellules CD3+CD4+CD32high expriment un fort taux de marqueurs d’activation et reçoivent d’importants signaux d’activation via des cytokines, à l'inverse des cellules CD32a-. D'autre part, l'analyse des LTCD4+ producteurs de VIH (exprimant la protéine de capside p24), nous a permis de détecter un très faible nombre de cellules positives p24+ (inférieur à 0,004% en phase d’ATI mais aucun avant). Le phénotype des cellules productrices a ensuite été mis en évidence. Il s’agit de lymphocytes T n’exprimant pas de CD8, enrichis d’un facteur 4 en cellules TSCM, et d'un facteur 2 en TFH. Ces populations sont très enrichies en cellules activées co-exprimant 3 marqueurs d’activation (augmentés d’un facteur 20) et sont en cycle (Ki67+) et/ou sur-expriment des molécules de contrôle immunitaire (ICP) avec un enrichissement d’un facteur 500. Ceci nous permet de détecter des cellules productrices avec des fréquences beaucoup plus élevées dans ces populations TCD3+CD8- en cycle à hauteur de 0,08%, et en phase G2 (2,46%), mais également dans les cellules présentant une poly-expression des 4 immune-checkpoints (2,27%). L’avènement de la cytométrie de masse a augmenté de façon exponentielle les informations que nous pouvions obtenir sur une cellule. Grâce à cet outil, l’identification du cycle cellulaire, en corrélation avec différents marqueurs phénotypiques, permet d’explorer des informations jusque-là inaccessibles, entre autre l’analyse des réservoirs latents et productif du VIH. Ce travail permet ainsi de caractériser le plus précisément possible ces cellules productrices de VIH, mais aussi les cellules latentes, et potentiellement réservoirs du virus. / Mass cytometry (CMM) has revolutionized the study of cell and phenotypic diversity, significantly increasing the number of markers that can be analyzed simultaneously (41 to date). By making it possible to precisely define the state of the lymphocyte populations, particularly regarding their differentiation, activation and entry into the cell cycle, the CMM has revealed small subsets so far unknown. In this study, the CMM was used to try to better characterize the HIV’s reservoirs. With the introduction in 1996 of Combined Antiretroviral Therapy (ART), HIV infection has shifted from a fatal destiny to a manageable chronic disease with a normal life span through a reduction in active viral replication (the amount of virus is below optimal detection limits). However, if treatment is interrupted, the viral load increases again in the patient due to viable provirus reservoirs located in long-lived cell populations that cannot be eliminated by current treatments. These reservoirs constitute a major obstacle to the eradication of HIV. The best characterized reservoir is that of CD4+ T cells and is mainly hosted in TCM, TTM, TSCM and Tfh. A first study allowed us to evaluate the stages of the cell cycle in association with markers of differentiation, activation and exhaustion, leading to a thorough assessment of the quiescent state of CD4 T cells likely to harbour latent reservoirs of HIV. This broad multiplex analysis demonstrates that some subsets of LTCD4+CD25-HLA-DR- classically considered "at rest" – do actually contain significant amounts of cells in cycling or expressing inhibitory receptors, opening new pathways for redefining CD4 T quiescent cells from peripheral blood. A second study aimed to define CD4+ T Cells populations producing HIV in vivo. We have developed a multiparametric analysis on cells of HIV+ patients under ART and in therapeutic interruption phase (ATI). This study shows that CD3+CD4+CD32high cells express a high level of activation markers and receive important activation signals via cytokines, unlike CD32a- cells. On the other hand, the analysis of HIV-producing LTCD4+ (expressing the p24 capsid protein), allowed us to detect a very small number of p24+ positive cells (less than 0.004% in ATI phase but none before). The phenotype of the producing cells was then highlighted. These are T lymphocytes that do not express CD8, enriched with a factor 4 in TSCM cells, and a factor 2 in TFH. These populations are highly enriched in activated cells co-expressing 3 activation markers (increased by a factor of 20) and are in cycle (Ki67+) and/or over-express immune control molecules (ICPs) with an enrichment of a factor of 500. This allows us to detect producing cells with much higher frequencies in these TCD3+CD8- populations in cycles up to 0.08%, and in G2 phase (2.46%), but also in cells with poly-expression of 4 immune-checkpoints (2.27%). The advent of mass cytometry has exponentially increased the information we could get on a cell. Thanks to this tool, cell cycle identification, in correlation with different phenotypic markers, makes possible the exploration of previously inaccessible information, including the analysis of latent and productive reservoirs of HIV. This work enables us to characterize as precisely as possible these HIV-producing cells, but also the latent cells, and potentially reservoirs of the virus.

TP53 est l'un des gènes les plus fréquemment mutés dans le cancer du sein (~ 30% de tumeurs) et code pour le suppresseur de tumeur p53. La majorité des mutations TP53 observées dans le cancer du sein sont exclusives à chaque sous-type, avec une fréquence de mutation élevée (75-80%) dans les sous-types de récepteurs aux œstrogènes négatifs (statut ER-), qu’ils soient de type HER2 + ou basal, alors que cette fréquence est plus faible (15-30%) dans les tumeurs ER + de sous-types de luminal A ou B. Les tumeurs mammaires ER + dépendent des œstrogènes pour leur croissance et peuvent être traitées avec des anti-œstrogènes, alors que les tumeurs ER- sont résistantes à un tel traitement. Il a été publié que p53 régule positivement l'expression de ER, suggérant que des mutations pourraient contribuer à la perte de ER. Nous avons donc émis l'hypothèse que les mutations TP53 trouvées dans les sous-types ER- pourraient provoquer la perte d'expression de ER, de la dépendance aux œstrogènes pour la prolifération, et de la sensibilité aux anti-œstrogènes. L'expression de TP53, qui n’est pas muté dans la lignée cellulaire de cancer du sein ER + MCF-7, a été supprimée par une approche CRISPR-Cas9. Un panel de mutations de TP53 a été sélectionné en fonction de leur distribution dans les différents sous-type, des niveaux ER associés à la présence de ces mutations et de leur fréquence dans des collections de tumeurs à grande échelle. Ces mutations ont ensuite été introduites dans une lignée cellulaire clonale TP53 KO par rétrovirus. Ni la suppression de TP53 ni l'introduction de mutations en combinaison avec la stimulation Nutlin-3a n'ont affecté l'expression de ER dans les cellules MCF7. En outre, alors que la sensibilité à Nutlin-3a est abolie dans les lignées cellulaires KO ou porteuses de mutations de p53, aucune capacité proliférative supplémentaire n'a été observée en présence d'estradiol. Enfin, l'arrêt du cycle cellulaire par les anti-œstrogènes n'a pas été aboli par le KO de TP53. Cependant, le TP53 KO a démontré, outre une résistance à la doxorubicine et aux rayonnements ionisants, une capacité accrue de croissance clonale en l'absence d'oestrogènes. Cela suggère que la mutation TP53 n'est pas impliquée dans les phénotypes liés à ER+, mais pourrait constituer un médiateur de transition vers une croissance indépendante des œstrogènes. / TP53 is one of the most commonly mutated genes in breast cancer (~30% tumors) and encodes the tumour suppressor p53. The majority of TP53 mutations observed in breast cancer are enriched in different subtypes, with an overall higher frequency of mutation found in the estrogen receptor negative (ER-) subtypes of HER2+ and basal-like (75-80%) compared to the ER+ subtypes of luminal A and B (15-30%). ER+ breast tumours are dependent on estrogens for growth and may be treated with endocrine therapies, whereas ER- tumours are resistant to such treatments. p53 has been reported to regulate ER expression, suggesting that mutations could contribute to loss of ER. We therefore hypothesized that the TP53 mutations found in ER- subtypes may directly or indirectly lead to loss of ER expression levels and of estrogen-dependent proliferation and antiestrogen sensitivity. Wildtype TP53 expression in the ER+ breast cancer cell line MCF-7 was suppressed by CRISPR-Cas9. A panel of TP53 mutations was selected based on subtype bias, associated ER levels, and mutation frequency. This panel was then stably expressed into the TP53 KO clonal cell lines using retroviral expression vectors. Neither suppression of TP53 or introduction of mutations in combination with Nutlin-3a stimulation suppressed estrogen receptor expression in MCF7 cells. Furthermore, while sensitivity to Nutlin-3a was abolished in the mutant p53 bearing cell lines in proliferation assays in the presence of estradiol, no estrogen-independent proliferative capacity was observed. Finally, antiestrogen-mediated cell cycle arrest was not relieved upon TP53 KO. However, TP53 KO demonstrated an increased capacity for clonal growth in the absence of estrogens, and resistance to doxorubicin and ionizing radiation. Our results suggest that TP53 mutations are not involved in loss of ER+ related phenotypes but may act as mediators of transition to estrogen-independent growth.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La progression mitotique est principalement régulée par la phosphorylation et la déphosphorylation des protéines. La kinase dépendante des cyclines liée à la cycline B (Cdk1 - cycline B) et d'autres kinases phosphorylent une myriade de protéines pour promouvoir l’entrée à la mitose. Ces phosphorylations sont réversées par les phosphatases lors de la sortie mitotique. La protéine phosphatase 2A avec sa sous-unité régulatrice B55 (PP2A-B55) est une des principales phosphatases neutralisant les phosphorylations par Cdk1. Dans ce projet, nous avons vu que Ankle2 participe à la sortie de la mitose. En utilisant D. melanogaster comme modèle puissant, nous avons observé que Ankle2 est important pour le recrutement des protéines BAF et Lamin associées à l'enveloppe nucléaire (NE) à la télophase, assurant la formation d'un seul noyau. In vivo, nos résultats indiquent que Ankle2 est crucial pour le développement de l'embryon de drosophile, car les embryons ARNi Ankle2 sont arrêtés lors de la première mitose. Pour amorcer l’étude des mécanismes moléculaires par lesquels Ankle2 remplit ces foncions, nous avons identifié ses partenaires d’interactions. Nous avons constaté que Ankle2 est associé à une forme active de PP2A, suggérant Ankle2 comme une sous-unité régulatrice potentielle de PP2A. De plus, Ankle2 forme un complexe avec la cycline B et les Cdks mitotiques, et nos résultats génétiques suggèrent que les deux protéines peuvent avoir des rôles opposés. Nous avons également découvert que Ankle2 interagit avec la protéine du réticulum endoplasmique (ER) Vap33 à travers son motif FFAT. Dans ce projet, nous avons constaté que Ankle2 est une protéine associée au ER chez la drosophile qui est cruciale pour la complétion de la mitose, et que pourrait réguler l'activité des kinases et phosphatases mitotiques. Cette étude servira de base pour déchiffrer les mécanismes moléculaires précis par lesquels Ankle2 favorise la sortie de la mitose. / Protein phosphorylation and dephosphorylation is one of the mechanisms that regulates mitotic progression. Cyclin dependent kinase 1 bound to cyclin B (Cdk1 – cyclin B) and other kinases phosphorylate a myriad of proteins to promote early mitotic events. These phosphorylations are reversed by phosphatases during mitotic exit. The Protein Phosphatase 2A with its regulatory subunit B55 (PP2A-B55) is the major phosphatase counteracting Cdk1 phosphorylations. In this project, we have found that Ankle2 participates in mitotic exit. Using D. melanogaster as a model, we have found that Ankle2 is important for the Nuclear Envelope (NE)-associated proteins BAF and Lamin recruitment at telophase, ensuring the formation of a single nucleus. In vivo, we have found that Ankle2 is crucial for Drosophila embryo development, as RNAi Ankle2 embryos are arrested in the first mitosis. To study the molecular mechanisms by which Ankle2 promotes mitotic exit, we identified its interacting partners. We found that Ankle2 is associated with an active form of PP2A, suggesting Ankle2 as a potential regulatory subunit of PP2A. Moreover, Ankle2 engages in a complex with cyclin B and mitotic Cdks, and our genetic results suggest that Ankle2 and mitotic cyclin – Cdk complex may have opposite roles. We have also found that Ankle2 interacts with the Endoplasmic-Reticulum (ER) protein Vap33 through its FFAT motif. In this project, we have found that Ankle2 is an ER-associated protein in Drosophila that is crucial for completion of mitosis, probably regulating the activity of mitotic kinases and phosphatases. This study will serve as a basis to decipher the precise molecular mechanisms by which Ankle2 promotes mitotic exit.

Le cycle cellulaire eucaryote se divise en une série de phases ordonnées qui ont pour finalité la division cellulaire. Ce processus est primordial dans la prolifération des cellules normales et le développement, mais il est aussi très fortement dérégulé dans les cellules cancéreuses. Les phases de cycle cellulaire sont différenciées par les tâches effectuées au cours de celles-ci et requièrent l’expression de gènes spécifiques à chacune des phases. Chez l’humain, il existe environ 1000 gènes dont l’expression est dépendante de la phase du cycle cellulaire. Les mécanismes impliqués dans le contrôle de l’expression périodique de ces gènes ont principalement été étudié aux niveaux transcriptionnels et post-traductionnels. Cependant, la régulation post-transcriptionnelle demeure encore peu étudiée dans le contexte du cycle cellulaire, malgré son importance dans le contrôle de l’expression génique. Afin d’identifier des régulateurs post-transcriptionnels du cycle cellulaire, nous avons analysé la corrélation existante entre l’expression des gènes périodiques du cycle cellulaire et celle de 687 protéines liant l’ARN (RNA-binding protein; RBP) sur plus de 1000 spécimens de cancer du sein. Cette analyse nous a permis d’identifier 39 RBP dont les protéines Nuclear Factor 45 (NF45) et Nuclear Factor 90 (NF90). NF45 et NF90 forment un hétérodimère qui lie des structures d’ARN double brin et qui contrôle l’expression génique à différents niveaux de l’épissage à la stabilisation des ARNm. La déplétion de NF45 ou NF90 inhibe la prolifération des cellules en induisant de nombreux défauts mitotiques qui résultent d’une baisse d’expression de plusieurs gènes essentiels à la mitose. D’autre part, à l’aide d’une méthode de protéomique nous avons réalisé l’interactome du complexe NF45-NF90 afin de déterminer à quels niveaux ce mécanisme de régulation prend place et avons identifié une interaction avec le complexe Staufen1/2-UPF1 responsable de la dégradation des ARNm. Ainsi, les niveaux d’expression de certains ARNm importants à la mitose sont conditionnés par une compétition entre NF45-NF90 et Staufen1/2 pour la liaison à ces ARNm. Dans une seconde étude, nous avons recherché les régulations potentielles sur NF45 et NF90 au cours du cycle cellulaire et avons i découvert des évènements de phosphorylation sur NF90 prenant place en phase G2/M. Nous avons montré que cette phosphorylation est médiée par CDK1, et l’activation de CDK1 provoque la translocation de NF90 du noyau vers le cytoplasme. Enfin, au vu de l’implication du complexe NF45-NF90 dans la prolifération des cellules cancéreuses, nous avons réalisé un essai de criblage à haut débit de 120 000 molécules sur l’interaction entre NF45 et NF90. Cet essai nous as permis d’identifier plus de plus 1000 molécules pouvant potentiellement interférer avec le complexe NF45-NF90. Parmi celles-ci, nous avons retrouvé 14 molécules de la famille des glycosides cardiaques, qui sont des composés antiarythmiques mais qui par ailleurs possèdent des effets anticancéreux décrits depuis plusieurs décennies. De façon intéressante, le traitement des cellules à ces composés mène à un phénotype mitotique très similaire à la déplétion de NF45 ou NF90, suggérant une implication du complexe NF45-NF90 dans les effets antimitotiques induits par les glycosides cardiaques. En conclusion, ces études nous ont permis d’éclairer le rôle du complexe NF45-NF90 dans la prolifération cellulaire, mais aussi d’approfondir la compréhension des différents mécanismes impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire. / The eukaryotic cell cycle is divided into a series of ordered phases leading to cell division. This process is essential in normal cell proliferation and development, but it is also largely deregulated in cancer cells. Cell cycle phases are differentiated by the different molecular processes performed and expression of specific genes at each phase is determinant. In humans, there are approximately 1000 genes that are periodically expressed throughout the cell cycle. Control of this periodic expression has been well characterized at the transcriptional and post-translational levels. However, post-transcriptional regulation remains little studied in the context of the cell cycle, despite its importance in the control of gene expression. In order to identify post-transcriptional cell cycle regulators, we have correlated the expression of cell cycle genes with the expression of 687 RNA-binding proteins (RBP) in more than 1000 breast cancer specimens. This analysis allowed us to identify 39 RBPs, including Nuclear Factor 45 (NF45) and Nuclear Factor 90 (NF90). NF45 and NF90 form a heterodimer that binds double-stranded RNA structures and controls gene expression at various levels, from splicing to stabilization of mRNAs. Depletion of NF45 or NF90 inhibits cell proliferation by inducing several mitotic defects resulting from decreased expression of many genes essential for mitosis. In order to determine at which levels this regulatory mechanism takes place, we performed a proteomic method to identifyNF45-NF90 proximal interactors and identified an interaction with the Staufen1/2-UPF1 complex responsible for the degradation of mRNAs. Thus, it appears that the expression of some mitotic mRNAs is controlled by a competition between NF45-NF90 and Staufen1/2 for binding to these mRNAs. In a second study, we looked for potential regulations on NF45 and NF90 during the cell cycle and found phosphorylation events on NF90 taking place in the G2/M phase of the cell cycle. We have shown that this phosphorylation is CDK1-dependent, and that CDK1 activation leads to the translocation of NF90 from the nucleus to the cytoplasm. Finally, based on the involvement of the NF45-NF90 complex in cancer cell proliferation, we carried out a high-throughput screening assay of 120,000 ii. Abstract ii molecules on the interaction between NF45 and NF90. This assay allowed us to identify more than 1000 molecules that could potentially interfere with the NF45-NF90 complex. Amongst them, we found 14 molecules belonging to the cardiac glycoside family, which are antiarrhythmic drugs that also display anticancer effects. Interestingly, treatment with cardiac glycosides leads to a mitotic phenotype very similar to the depletion of NF45 or NF90, suggesting an involvement of the NF45-NF90 complex in the antimitotic effects induced by cardiac glycosides. In conclusion, these studies have shed light on the role of the NF45-NF90 complex in cell proliferation, but also deepened our understanding of the different mechanisms involved in cell cycle control.

Durant la division cellulaire, la ségrégation des chromosomes et le partage du cytoplasme sont essentiels pour maintenir l'intégrité génomique. Cependant, les erreurs de ségrégation sont fréquentes chez l'embryon préimplantatoire de mammifère et entraînent un gain ou une perte de chromosomes, appelé aneuploïdie. L'aneuploïdie est préjudiciable au développement et est la principale cause de pertes de grossesse. La mitose est coordonnée par cycle cellulaire, notamment la Cycline-B. Comprendre comment la destruction de la Cycline-B contrôle la sortie de la mitose des embryons pourrait expliquer pourquoi l'aneuploïdie est courante en clinique de fertilité. Nous avons étudié la destruction de la Cycline-B en fonction du stade de développement et de l'aneuploïdie. La littérature suggère que l’aneuploïdie perturbe le cycle cellulaire conduisant les cliniques de fertilité à utiliser la durée du cycle cellulaire et la morphologie (morphocinétique) pour prédire la santé de l'embryon. Cependant, la prédiction de la ploïdie par morphocinétique reste à démontrer. Notre objectif était de savoir comment l'aneuploïdie affecte le cycle cellulaire et le développement de l'embryon. Après une micro-injection de CyclineB1:GFP (Cycline-B) et H2B:RFP (chromosomes), les embryons de souris furent imagés par microscopie confocale. Des cellules aneuploïdes furent générées chimiquement pour évaluer leurs morphocinétiques. Curieusement, l'apparition de la Cycline-B après nuclear envelope breakdown a été devancée avec la progression du développement indépendamment de la taille des cellules. De plus, les erreurs de ségrégation ont peu impacté le développement et la destruction de la Cycline-B. Nous concluons que la morphocinétique est un outil prédictif peu fiable pour identifier les embryons aneuploïdes. / During cell division, it is essential that chromosome segregation during mitosis, and the partitioning of the cytoplasm at cytokinesis occur in successive timing to maintain genomic integrity. However, segregation errors are frequently observed in the early mammalian embryo, causing daughter cells to inherit whole chromosome gains and losses, termed aneuploidy. Aneuploidy is detrimental to development, being the leading cause of pregnancy loss and developmental disorders. The timing of mitosis is coordinated by the cell cycle component, Cyclin B. Understanding how Cyclin B destruction temporally controls mitotic exit in embryos could help elucidate why aneuploidy is common in IVF clinics. We investigate how Cyclin B destruction changes in different developmental stages and the presence of aneuploidy. Literature suggests aneuploidy disrupts the cell cycle, leading IVF clinics to use cell cycle timings and morphology (morphokinetics) to predict embryo health. However, whether morphokinetics predicts embryo ploidy is uncertain. We seek to investigate how aneuploidy affects the cell cycle and embryo development. We used live-cell confocal imaging and microinjection of CyclinB1:GFP and H2B:RFP mRNA to visualise Cyclin B and chromosomes during mitosis in the 2-, 4- and 8-cell stage mouse embryo. Secondly, we pharmacologically-induced aneuploidy to assess aneuploid morphokinetics. Interestingly, we observe a developmental trend, independent of cell size, where Cyclin B onset begins progressively sooner after NEBD at the 2-, 4- and 8-cell stage. Additionally, chromosome segregation errors had little impact on Cyclin B destruction and development. Finally, we find morphokinetics to be a poor predictive tool in identifying aneuploid embryos.

Les expériences suivantes testent l’hypothèse que la sérine/thréonine kinase p38α/β MAPK inhibe la rentrée dans le cycle cellulaire des cardiomyocytes ventriculaires de rats nouveau-nés (CVRNs), et induit l’expression d’un panel de cytokines/chimiokines inflammatoires. Le traitement des CVRNs par le phorbol 12,13-butyrate (PDBu), activateur de la protéine kinase C (PKC), aboutit au recrutement de l’isoforme conventionnelle (PKC-α) et des isoformes nouvelles (PKC-δ et PKC-ε) de PKC en l’absence de la rentrée dans le cycle cellulaire. Cette absence d’entrée dans le cycle cellulaire à la suite du traitement par PDBu est associée à une augmentation d’expression des ARNm des gènes qui bloquent la rentrée dans le cycle cellulaire. Les gènes comprennent Runx1(Runt-related transcription factor 1) et CDKN2a (cyclin-dependent kinase inhibitor 2A) également connu sous le nom de p16, inhibiteur du cycle cellulaire. En présence de l’inhibiteur de p38α/β MAPK, SB203580, le traitement PDBu induit une entrée dans le cycle cellulaire de deux populations distinctes de cardiomyocytes caractérisées par l’absence ou l’expression de novo de la protéine filamenteuse Nestine. En parallèle, le co-traitement PDBu/SB203580 atténue l’augmentation du niveau d’expression de l’ARNm de Runx1 et CDKN2a. L’inhibition pharmacologique du recrutement de PKC-α par GF109203X, inhibe sélectivement la rentrée dans le cycle cellulaire des CVRNs qui présentent une expression de novo de Nestine. En parallèle, le traitement par PDBu augmente le niveau d’ARNm d’un panel de cytokines inflammatoires et la co-administration de SB203580 inhibe cette réponse. Ces données révèlent que le cœur des rats nouveau-nés contient deux sous-populations distinctes de cardiomyocytes ventriculaires qui rentrent dans le cycle cellulaire à la suite d’un co-traitement PDBu / SB203580, et que la réponse proliférative est associée à une diminution des cytokines inflammatoires. Collectivement, ces résultats mettent en relief une nouvelle prémisse selon laquelle le recrutement de p38α/β MAPK médié par PKC-α joue un rôle central dans l’inhibition de l’entrée dans le cycle cellulaire et induit une réponse inflammatoire robuste par les CRVNs. / The following experiments test the hypothesis that the serine/threonine kinase p38α/β MAPK inhibits the cell cycle re-entry of neonatal rat ventricular cardiomyocytes (NNVMs) and induces the expression of a panel of inflammatory cytokines/chemokines. Treatment of NNVMs with phorbol 12,13-butyrate (PDBu), an activator of protein kinase C (PKC), results in the recruitment of the conventional isoform (PKC-α) and novel isoforms (PKC-δ and PKC-ε) of PKC in the absence of cell cycle re-entry. This lack of cell cycle re-entry following PDBu treatment is associated with an increase in the expression of mRNA of genes that inhibit cell cycle re-entry. These genes include Runx1 (Runt-related transcription factor 1) and CDKN2a (cyclin-dependent kinase inhibitor 2A), also known as p16, a cell cycle inhibitor. In the presence of the p38α/β MAPK inhibitor, SB203580, PDBu treatment induces cell cycle re-entry in two distinct populations of cardiomyocytes characterized by the absence or de novo expression of the filamentous protein Nestin. In parallel, co-treatment with PDBu/SB203580 attenuates the increase in Runx1 and CDKN2a mRNA levels. Pharmacological inhibition of PKC-α recruitment by GF109203X selectively inhibits cell cycle re-entry of NNVMs exhibiting de novo Nestin expression. Additionally, PDBu treatment increases the mRNA levels of a panel of inflammatory cytokines, and co-administration of SB203580 inhibits this response. These data reveal that the heart of neonatal rats contain two distinct subpopulations of ventricular cardiomyocytes that re-enter the cell cycle following PDBu/SB203580 co-treatment, and that the proliferative response is associated with a decrease in inflammatory cytokines. Collectively, these results highlight a novel premise whereby p38α/β MAPK recruitment mediated by PKC-α plays a central role in inhibiting cell cycle re-entry and induces a robust inflammatory response by NNVMs.

Nous proposons un modèle d’automate pour le cycle cellulaire lié à l’horloge circadienne. Ce modèle est utilisé pour déterminer la toxicité de différents schémas d’administration d’agents anticancéreux selon un profil temporel déterminé, dans le but d’optimiser l’efficacité de la chronothérapie des cancers. Fondé sur les transitions séquentielles entre les phases successives du cycle cellulaire G1, S (réplication de l’ADN), G2 et M (mitose), le modèle permet de simuler la distribution des phases du cycle cellulaire et son entraînement par l’horloge circadienne. Le modèle est utilisé pour évaluer l’effet du profil d’administration circadienne de deux agents anticancéreux, le 5-fluorouracile (5-FU) et l’oxaliplatine (l-OHP). Ces médicaments diffèrent par leur mode d’action mais sont complémentaires dans le traitement du cancer colorectal. Le 5-FU, considéré en premier, exerce ses effets cytotoxiques sur les cellules en phase S. Divers profils d’administration circadienne sont comparés, qui diffèrent par le temps du maximum d’administration du 5-FU. Le modèle explique pourquoi un minimum de cytotoxicité est obtenu lorsque le temps du pic d’administration approche 4h du matin, ce qui correspond au profil temporel d’administration utilisé en pratique clinique pour le 5-FU. Nous montrons comment la cytotoxicité de l’agent anticancéreux est affectée par la variabilité de la durée des phases du cycle cellulaire et par la durée du cycle cellulaire en présence et en absence d’entraînement par l’horloge circadienne. Les résultats indiquent qu’un même profil temporel d’administration peut avoir une cytotoxicité minimale pour une population cellulaire (correspondant à une population de cellules saines), et une cytotoxicité élevée pour une seconde population (correspondant à des cellules tumorales). Ainsi le modèle permet de mettre en lumière les mécanismes susceptibles d’améliorer simultanément la chronotolérance et la chronoefficacité des agents anticancéreux. Le cas de l’oxaliplatine (l-OHP) est considéré dans un second temps. Contrairement au 5-FU, l’oxaliplatine élimine les cellules quelle que soit sa phase dans le cycle cellulaire. La phamacocinétique des thiols plasmatiques et du glutathion intracellulaire est incorporée au modèle. Ces composés interfèrent avec l’action de l’OHP en formant des complexes inactifs. Le modèle montre comment des variations circadiennes dans la cytotoxicité de l-OHP peuvent résulter de rythmes circadiens dans les niveaux de thiols plasmatiques et de glutathion. En accord avec les résultats expérimentaux et cliniques, les simulations numériques du modèle d’automate pour le cycle cellulaire montrent que les profiles temporels minimisant la cytotoxicité de l’oxaliplatine sont en antiphase avec ceux minimisant la cytotoxicité du 5-fluorouracile./We propose an automaton model for the cell cycle coupled to the circadian clock. We use this model to assess the toxicity of various circadian patterns of anticancer drug delivery so as to enhance the efficiency of cancer chronotherapy. Based on the sequential transitions between the successive phases G1, S (DNA replication), G2, and M (mitosis) of the cell cycle, the model allows us to simulate the distribution of cell cycle phases as well as its entrainment by the circadian clock. We use the model to evaluate circadian patterns of administration of two anticancer drugs, 5-fluorouracil (5-FU) and oxaliplatin (l-OHP). These drugs, which differ by their mode of action, are complementary in the clinical treatment of colorectal cancer. We first consider the case of 5-FU, which exerts its cytotoxic effects on cells in S phase. We compare various circadian patterns of drug administration differing by the time of maximum drug delivery. The model explains why minimum cytotoxicity is obtained when the time of peak delivery is close to 4 a.m. which corresponds to the temporal pattern of administration used clinically for 5-FU. We also determine how cytotoxicity is affected by the variability in duration of cell cycle phases and by cell cycle length, in the presence or absence of entrainment by the circadian clock. The results indicate that the same temporal pattern of drug administration can have minimum cytotoxicity toward one cell population, e.g. of normal cells, and at the same time can display high cytotoxicity toward a second cell population, e.g. of tumour cells. Thus, the model allows us to uncover factors that may contribute to improve simultaneously chronotolerance and chronoefficacy of anticancer drugs. We next consider the case of oxaliplatin (l-OHP), which, in contrast to 5-FU, kills cells in different phases of the cell cycle. We incorporate into the model the pharmacokinetics of plasma thiols and intracellular glutathione, which interfere with the action of the drug by forming with it inactive complexes. The model shows how circadian changes in l-OHP cytotoxicity may arise from circadian variations in the levels of plasma thiols and glutathione. Corroborating experimental and clinical results, the numerical simulations of the automaton model for the cell cycle account for the observation that the temporal profiles minimizing l-OHP cytotoxicity are in antiphase with those minimizing cytotoxicity for 5-FU.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN. / Nucleotide excision repair (NER) is a critical pathway in humans for repairing highly genotoxic helix-distorting DNA lesions that strongly block both replication and transcription. Among these lesions are ultraviolet-induced 6-4 photoproducts (6-4PPs) and cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs). The physiological importance of NER is highlighted by individuals afflicted with Xeroderma pigmentosum (XP), who carry mutations in NER pathway genes and as such exhibit extreme photosensitivity and remarkable predisposition to cutaneous tumorigenesis (1000-fold increase). On the other hand patients with the variant form of Xeroderma pigmentosum (XPV) are considered proficient in NER, and rather carry germline mutations in the gene encoding DNA polymerase η (polη). Polη is a specialized translesion DNA polymerase able to accurately bypass certain lesions including CPDs which otherwise completely inhibit the progression of normal replicative polymerases, thereby preventing mutations and allowing the resumption of DNA synthesis. The main goal of this thesis was to elucidate the potential role in NER of major DNA damage signalling cascades, including that regulated by the ataxia telangiectasia and rad 3-related kinase (ATR). Following UV irradiation, ATR is rapidly activated and phosphorylates hundreds of proteins that regulate cell cycle checkpoints and maintain genomic stability. We postulated that ATR might regulate NER in a cell cycle-specific manner. However testing this presented a great challenge, as (for technical reasons) traditional NER assays have to date not been adapted for evaluation of repair kinetics during individual phases of the cell cycle. We therefore developed a novel flow cytometry-based assay for sensitive quantification of 6-4PPs and CPDs repair efficiency during each of G0/G1, S, and G2/M. With this new assay, we were able to show that inhibition of either ATR or polη results in strong inhibition of NER capacity exclusively during S phase of the cell cycle. This revealed, for the first time, a critical function for these proteins in removal of replication-blocking DNA adducts. In addition, we demonstrated that active DNA synthesis is required for S phase-specific repair inhibition, reflecting a potential relationship between NER and replication. Intriguingly, we also showed that among six tumor cell lines, three exhibit total abrogation of NER uniquely during S phase, indicating that many human cancers may be characterized by such a defect. Our findings therefore could harbour important implications for cancer treatment. Indeed, NER status of tumors clearly appears to constitute a major determinant in the clinical response to chemotherapeutic drugs such as cisplatin, which inhibit the growth of rapidly proliferating cancer cells through induction of replication-blocking DNA lesions.