Le complexe cohésine est un complexe protéique en forme d'anneau composé de quatre sous-unités essentielles très conservées: Smc1, Smc3, Rad21 et Scc3. Par sa capacité à encercler les molécules d’ADN, les cohésines participent à de nombreux processus cellulaires tels que la ségrégation des chromosomes, la signalisation et la réparation des dommages à l’ADN, la régulation de la transcription et l'organisation du génome. Pour assurer ces différentes fonctions biologiques les cohésines doivent être finement régulées à la fois dans le temps et l’espace. Ces régulations reposent en partie sur le contrôle de leur association à la chromatine (capture de l’ADN). Cela nécessite l'action d'un «facteur de chargement » composé de deux protéines conservées et essentielles, Mis4 et Ssl3 chez la levure S. pombe. Comment ce complexe régule la capture de l’ADN par l’anneau de cohésine dans l'espace et le temps demeure à ce jour très mal compris. Afin d’identifier des régulateurs de l’association des cohésines à la chromatine, nous avons réalisé un crible génétique visant à rechercher des suppresseurs de la mutation thermosensible mis4-367. Ce crible a conduit à l’identification de la Cyclin-Dependent Kinase Pef1 qui agit comme un régulateur négatif de la cohésion des chromatides soeurs en contrôlant vraisemblablement négativement l’association des cohésines à la chromatine. De forts arguments expérimentaux indiquent que Pef1 exerce sa fonction en régulant directement la phosphorylation de la sous-unité Rad21 du complexe cohésine. De façon intéressante, via un autre crible génétique, nous avons identifié la phosphatase Pph3/Psy2 qui joue un rôle dans l’établissement de la cohésion des chromatides soeurs en contrôlant la déphosphorylation de Rad21.Ensemble, ces données suggèrent que le contrôle de l’état de phosphorylation de la sous-unité Rad21 du complexe cohésine joue un rôle central dans le processus de cohésion chez la levure S. Pombe. / Cohesin is a highly conserved ring-shaped protein complex made of four essential subunits: Psm1, Psm3, Rad21 and Psc3. By its ability to capture DNA molecules within its ring-like structure, cohesion plays a key role in many cellular processes such as chromosome segregation, DNA damage signalling and repair, transcriptional gene regulation and nuclear organization. To ensure all of its biological functions, cohesin must be tightly regulated in space and time. This regulation relies in part on the control of cohesin binding to chromatin (DNA capture). Cohesin recruitment to chromatin requires the action of a “loading complex” made of two conserved and essential proteins named Mis4 and Ssl3 in the fission yeast. How this complex regulates where and when DNA capture by the cohesin ring must occur remains poorly understood. To identify regulators of cohesin binding to chromatin we have performed a genetic screen for suppressors of the thermosensitive mutation mis4-367. This genetic screen has led to the identification of the cyclin-dependent-kinase Pef1 that acts as a negative regulator of sister chromatids cohesion may be bynegatively controlling cohesin binding to chromatin. Strong experimental evidences indicate that Pef1 exerts its function at least in part by directly phosphorylating the Rad21 subunit of the cohesin complex. Interestingly, a genetic screen made in parallel identified the Pph3/Psy2 phosphatase as implicated in the establishment of sister chromatid cohesion by regulating Rad21 dephosphorylation. Strikingly, the control of Rad21 phosphorylation status appears central to the cohesion process in the fission yeast S. pombe.

Nous avons étudié la régulation et les fonctions de Cell division cycle 25A (CDC25A), phosphatase impliquée dans l'activation des cyclin-dependent kinases durant le cycle cellulaire, dans les leucémies aiguës myéloïdes portant la mutation de la tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, de mauvais pronostic. Nous montrons que CDC25A est une cible précoce en aval de FLT3-ITD, contrairement aux autres protéines du cycle cellulaire, par un mécanisme impliquant STAT5. L'inhibition de CDC25A était à l'origine d'une inhibition de la prolifération et d'une réinduction de la différenciation des cellules primaires ou de lignées FLT3-ITD, in vitro et in vivo, en faisant une cible prometteuse dans les LAM avec la mutation FLT3-ITD. Enfin, nous avons évalué la valeur pronostique de l'expression de CDC25A au niveau ARN messager et protéique sur une série de patients traités au CHU de Toulouse par chimiothérapie intensive. / We studied the regulation and functions of Cell division cycle 25A (CDC25A), a phosphatase involved in the activation of the cyclin-dependent kinases during the cell cycle, in acute myeloid leukemia baring the mutation of the tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, which confers adverse prognosis. We show that CDC25A is an early target downstream of FLT3-ITD, contrarily to other cell cycle proteins, by a mechanism involving STAT5. CDC25A inhibition gives rise to inhibition of proliferation and reinduction of differentiation in FLT3-ITD primary cells and FLT3-ITD cell lines, in vitro and in vivo. CDC25A appears as a promising target in FLT3-ITD acute myeloid leukemia. We finally evaluated the prognostic value of CDC25A expression, at the mRNA and proteic level in a series of patients treated by intensive chemotherapy at Toulouse University Hospital.

La division cellulaire constitue le principe fondamental de la vie et repose sur des changements architecturaux cellulaires spectaculaires. Plusieurs de ces changements sont dirigés par le remodelage précis de structures mécano-sensibles à base d'actine. De plus en plus d'évidences suggèrent une relation étroite entre le contrôle de qualité des protéines et la régulation spatiotemporelle de la dynamique des structures d'actine entre autres, par l'intermédiaire de mécanismes de séquestration ou de dégradation des protéines. Les petites protéines de choc thermique (HSPB) sont des chaperons moléculaires qui font partie intégrante du réseau de contrôle de qualité des protéines, lesquelles contribuent à l'homéostasie du protéome. Ces chaperons émergent comme des modulateurs des structures à base d'actine en conditions physiologiques et comme des protecteurs de l'intégrité de ces structures en conditions de stress. Selon le modèle prévalent, l'assemblage des HSPB en structures oligomériques dynamiques leur confère leur fonction dans la séquestration de composantes cellulaires pour prévenir une agrégation protéique non-spécifique. Néanmoins, leur mode d'action demeure encore élusif : le fait que certaines HSPB ne formeraient pas d'oligomères suggère un autre mécanisme d'action pour ces HSPB. C'est le cas de HSPB8, qui forme un complexe avec le co-chaperon moléculaire BAG3. Les prémices des travaux de cette thèse ont été la découverte d'un nouveau rôle pour ce complexe au cours de la mitose : BAG3, d'une manière dépendante de son association avec HSPB8, facilite le remodelage drastique du cytosquelette d'actine requis pour le positionnement du fuseau mitotique et la ségrégation adéquate des chromosomes. L'objectif de cette thèse était d'identifier le mode de régulation de la fonction mitotique de BAG3-HSPB8 et de disséquer les mécanismes moléculaires impliqués qui facilitent le remodelage du cytosquelette d'actine mitotique. Les travaux de cette thèse apportent des évidences que la modulation des fonctions mitotiques de BAG3 est dépendante de sa phosphorylation par la kinase mitotique CDK1 sur des résidus spécifiques ; Thr285 et Ser386. Ces phosphorylations lui confèrent une activité différentielle sur l'arrondissement cellulaire versus le positionnement du fuseau mitotique. De plus, BAG3 serait phosphorylée dès la phase G2/M sur le résidu Ser195, ce qui modulerait son enrichissement en périphérie du noyau à la transition G2/M. Nos résultats suggèrent que ces phosphorylations seraient impliquées dans la modulation d'associations protéiques différentielles, selon les phases du cycle cellulaire. En outre, l'entrée des cellules en mitose est marquée par l'association de BAG3 avec des protéines du cytosquelette d'actine, telle que cortactine, ainsi qu'avec des acteurs du contrôle de qualité des protéines, notamment le récepteur autophagique p62/SQSTM1 et la déacétylase HDAC6. De manière cruciale, la phosphorylation et les associations protéiques mitotiques de BAG3 sont dépendantes de sa liaison à HSPB8. Nos résultats suggèrent un model selon lequel le complexe BAG3-HSPB8 régule l'assemblage de p62/SQSTM1 en corps supramoléculaires qui pourraient offrir une plateforme pour isoler et réguler l'assemblage de complexes protéiques impliqués dans le remodelage des structures d'actine mitotiques. Via ce mécanisme d'action, BAG3-HSPB8 limiterait la polymérisation de l'actine branchée dépendante d'Arp2/3, en modulant négativement l'activité déacétylase de HDAC6 sur son substrat cortactine, un processus qui faciliterait l'arrondissement mitotique. Ainsi, nos résultats mettent en avant un rôle central pour la phosphorylation de BAG3 dans la modulation de son action mitotique, en étroite collaboration avec ses partenaires HSPB8 et p62/SQSTM1. L'ensemble de nos données contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels le complexe chaperon BAG3-HSPB8 orchestre le remodelage dynamique des structures cellulaires mitotiques à base d'actine et facilite les changements de forme des cellules requis pour la progression mitotique. Ces travaux ont également permis l'identification de nouvelles cibles moléculaires du complexe chaperon, entre autres impliquées dans la dynamique du cytosquelette d'actine. Ces travaux offrent de nouvelles pistes d'investigations intéressantes concernant le développement de pathologies associées à une dérégulation du complexe BAG3-HSPB8, notamment dans la progression tumorale. / Cell division is the fundamental principle of life and is based on spectacular cellular architectural changes. Many of them are driven by the accurate remodeling of mechanosensitive actin-based structures. Growing evidence suggests a close relationship between protein quality control and the spatiotemporal regulation of actin remodeling, through mechanisms that would promote protein sequestration and/or degradation. Small heat shock proteins (HSPBs) are molecular chaperones that are an integral part of the protein quality control network, which contribute to maintain proteome homeostasis. They emerge as modulators of actin-based structures under physiological conditions and as guardians of the integrity of cytoskeletal structures under stress conditions. According to the prevailing model, the assembly of HSPBs into large oligomers confers them with the ability to sequester cellular components and prevent unspecific aggregation of damaged proteins. Nevertheless, their mode of action remains elusive: the observation that some HSPBs do not form oligomers suggests another mechanism of action for these HSPBs. This is the case for HSPB8, which forms a complex with the molecular co-chaperone BAG3. The working model of this thesis is based on the initial discovery in our laboratory of a new role for this complex during cell division: BAG3 facilitates the drastic remodeling of the actin cytoskeleton required for spindle positioning and proper segregation of chromosomes, in a manner that requires HSPB8. The aim of this thesis was to identify the mechanisms whereby such a function of the BAG3-HSPB8 chaperone complex is regulated, and to investigate how the complex can facilitate mitotic actin cytoskeleton remodeling. The work presented here provides evidence that the modulation of BAG3 mitotic functions depends on its phosphorylation by the mitotic kinase CDK1 at specific residues, Thr285 and Ser386, which confers differential activity on cell rounding versus mitotic spindle positioning. Evidence also suggests that BAG3 would be phosphorylated earlier in the G2/M phase, at Ser195, which would modulate its perinuclear enrichment. Our results suggest that these phosphorylations could be involved in defining specific protein associations, in a cell-cycle dependent manner. In addition, we found that mitotic entry is marked by the stimulation of BAG3'sassociation with proteins that organize the actin cytoskeleton, such as cortactin, as well as with protein quality control actors, notable, the autophagic receptor p62/SQSTM1 and the deacetylase HDAC6. Critically, BAG3 phosphorylation and its associations with mitotic protein partners rely on its binding to HSPB8. The results suggests a model whereby the BAG3-HSPB8 complex would regulate the molecular assembly of p62/SQSTM1 into mitotic bodies that could provide a platform to sequester and facilitate protein complex assembly implicated in mitotic actin cytoskeleton remodeling. Via this mechanism, BAG3-HSPB8 could limit branched actin polymerization that depends on Arp2/3 activity, by down-modulating HDAC6 deacetylase activity towards its substrate cortactin, a process that would facilitate mitotic cell rounding. Thus, our results highlight a central role of BAG3 phosphorylation in the modulation of its mitotic action, in close relationship with its partners HSPB8 and p62. Altogether, our data contribute to a better understanding of the molecular mechanisms by which the BAG3-HSPB8 chaperone complex orchestrates the dynamic remodeling of mitotic cell structures and thereby, facilitates the cell shape changes required for mitotic progression. This study has also identified new molecular targets of the chaperone complex there are, among others, involved in the dynamics of the actin cytoskeleton. Thus, this work offers new avenues of investigation regarding the development of pathologies associated with a deregulation of the BAG3-HSPB8 complex, particularly in tumor progression.

Peu de données sont connues à savoir comment des protéines méiotiques régulent la recombinaison homologue de façon biochimique. Lors d'études effectuées chez l'humain, il a été démontré que hRad51 se comporte sensiblement comme le fait son homologue bactérien, RecA. Malgré que hDmc1 possède une séquence d'acides aminés possédant 52% d'identité à celle de hRad51, ses caractéristiques et ses capacités sont différentes. Afin d'étudier si cette disparité est conservée chez l'organisme Schizosaccharomyces pombe nous avons purifié et étudié biochimiquement la protéine Dmc1 de cet organisme. Nous montrons que spDmc1 lie préférentiellement l'ADN simple brin et protubérant à l'ADN double brin, une propriété similaire à son homologue bactérien RecA. SpDmc1 purifiée est capable de catalyser des réactions d'échange de brins, telles que rencontrées durant la recombinaison homologue. Contrairement à la protéine humaine, spDmc1 a la capacité de lier l'ADN et d'y former un filament hélicoïdal, la signature des recombinases classiques.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / Le processus complexe de division des cellules eucaryotes repose en grande partie sur l'organisation et la régulation méticuleuses de divers composants cellulaires, tels que les microtubules et le cortex d'actine. La coordination entre ces deux structures est essentielle au cours de la division cellulaire car un défaut de cette dernière peut conduire à une aneuploïdie. Le rôle des microtubules est central dans la division cellulaire, en particulier lors de la mitose. Lorsque les cellules entrent en mitose, elles subissent un processus de remodelage rapide et dynamique, au cours duquel les microtubules de l'interphase se désassemblent et se réassemblent, à partir des centrosomes, en microtubules plus courts et plus dynamiques. Lorsque la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD) se produit, ces microtubules s'étendent et atteignent les chromosomes, formant un fuseau bipolaire au centre duquel les chromosomes seront alignés. Une fois les chromosomes alignés correctement, le point de contrôle d'assemblage du fuseau est satisfait et les cellules entrent en anaphase, au cours de laquelle les chromosomes se séparent. L'importance du cytosquelette d'actine au cours de la mitose est largement reconnue. Lors de l'entrée en mitose, les cellules perdent leurs adhésions focales, leurs extrémités se rétractent, elles s'arrondissent et le fuseau mitotique se forme. La mise en place de cette réorganisation cellulaire nécessite l'activation du complexe Cyclin B/CDK1 puis sa relocalisation vers le noyau. La géométrie de l'adhésion cellulaire peut influencer la position du fuseau mitotique et la mémoire des événements cellulaires entre générations, soulignant l'importance du cytosquelette d'actine dans le processus d'entrée en mitose. Alors que les changements dans la dynamique des microtubules et du cytosquelette d'actine lors de l'entrée en mitose semblent indépendant l'un de l'autre, des observations récentes suggèrent qu'il y aurait des interactions entre le fuseau mitotique et le cortex d'actine par l'intermédiaire des GTPases (Matthews et al., 2012). Les GTPAses de la famille RHO sont activées par les facteurs d'échange nucléotidiques (GEFs) en réponse à une pléthore de stimuli extracellulaires, régulant plusieurs réponses cellulaires telles que la prolifération, la différentiation et le mouvement. De nombreux événements de signalisation cellulaire sont contrôlés par les GTPAses de la famille RHO, notamment les changements dans la morphologie cellulaire, l'adhésion, la motilité, la progression du cycle cellulaire, la survie, l'apoptose et la cytokinèse. ARHGEF17, aussi appelé TEM4 (tumor endothelial marker 4), une protéineGEF de la famille RHO, qui est spécifique de RHOA/B/C, est impliquée dans la régulation du cytosquelette interphasique. Il a été démontré que TEM4 se lie directement à l'actine et aux filaments d'actine dynamiques nouvellement assemblés via son extrémité N-terminale, indépendamment de son activité RHOGEF. Dans les cellules en interphase, il est suspecté que TEM4 et RHOC suppriment la contractilité de la myosine et contrôlent le désassemblage des adhésions focales. TEM4 a aussi été identifiée comme une protéine essentielle à la mitose requise pour la localisation du fuseau monopolaire 1 (MPS1) au kinétochore. L'objectif de cette thèse est d'identifier les fonctions de TEM4 au cours du cycle cellulaire. Cette étude met en évidence le manque de spécificité de l'anticorps commercial le plus communément utilisé pour marquer TEM4 et démontre que cette protéine joue un rôle crucial dans l'entrée en mitose, l'alignement des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. L'inhibition de l'expression de TEM4 empêche les cellules de s'arrondir et altère l'actine corticale dans les cellules mitotiques, entrainant une augmentation de RHOA actif, comme le montre la quantification de la RHOA-GTP au niveau du cortex mitotique, ce qui confirme sa fonction de régulateur de la contractilité cellulaire. Les phénotypes mitotiques observés en absence de TEM4 sont dus en partie à de faible niveaux de Cyclin B, expliquant le délai mitotique observé. L'expression exogène de Cyclin B rétablit la progression du cycle cellulaire, augmente l'index mitotique et résout l'excès de chromosomes retardés observé en absence de TEM4. Dans l'ensemble, cette étude apporte un nouvel éclairage sur l'importance de TEM4 dans le cycle cellulaire et contribue aux connaissances de son rôle dans les mécanismes cellulaires. / The intricate process of eukaryotic cell division relies heavily on the meticulous organization and regulation of various cellular components, such as the microtubules and the actin-based cortex. Proper coordination between these two structures is essential during cell division, as failure to do so can result in aneuploidy. The role of microtubules is central to cell division, particularly during mitosis. When cells enter mitosis, they undergo a rapid and dynamic remodeling process, during which the interphase microtubules disassemble and give rise to shorter, more dynamic microtubules emanating from centrosomes. Once Nuclear Envelope Breakdown (NEBD) occurs, these microtubules extend and reach the chromosomes, forming a bipolar spindle in the midzone of which captured chromosomes will align. Upon achieving proper orientation and satisfying the spindle assembly checkpoint, cells enter anaphase, during which the chromosomes separate. The importance of the actin cytoskeleton during the process of mitosis is widely recognized. Mitotic entry is characterized by the retraction of the cell margin, followed by the rounding up of the cell and the formation of the mitotic spindle. CDK1-Cyclin B activation and subsequent translocation into the nucleus are required for this process to occur. Upon activation of the complex and its translocation to the nucleus, there is a loss of cellular adhesion, followed by cell rounding up, culminating in mitotic entry. The geometry of cell adhesion can also impact the position of the mitotic spindle and the memory of cellular events between cell generations, highlighting the significance of the actin cytoskeleton to the mitotic entry process. While changes in the dynamics of the microtubule and actin cytoskeletons at the onset of mitosis appear to occur independently, recent evidence suggests that there may be crosstalk between the mitotic spindle and the actin cortex through GTPases (Matthews et al., 2012). RHO family GTPases are activated by guanine nucleotide-exchange factors (GEFs) in response to a plethora of extracellular stimuli, regulating several cellular responses, such as proliferation, differentiation, and movement. Among the numerous signaling events driven by RHO family GTPases are changes in cell morphology, adhesion, motility, cell cycle progression, survival, apoptosis, and cytokinesis. ARHGEF17, also called TEM4 (tumor endothelial marker 4), a RHO family GEF specific for RHOA/B/C, has been shown to regulate the interphase cytoskeleton. TEM4 has been shown to directly bind actin, specifically dynamic newly assembled actin filaments, via its N-terminus independently of its RHOGEF activity. In interphase cells, TEM4 and RHOC are proposed to suppress myosin contractility and to control focal adhesion disassembly. TEM4 has also been identified as an essential mitotic protein required for the localization of Monopolar Spindle 1 (MPS1) at the kinetochore. This thesis aims to understand the functions of TEM4 during the cell cycle. This study highlights the lack of specificity of the most commonly used commercial antibody against TEM4 and provides evidence that TEM4 plays a crucial role in mitotic entry, chromosome alignment, and spindle formation. The downregulation of TEM4 prevents cells from rounding up and alters cortical actin in mitotic cells, leading to an increased activation of RHOA, as shown by quantification of RHOA-GTP at the mitotic cortex, confirming its function as a regulator of cellular contractility. The mitotic phenotypes observed in the absence of TEM4 are found to be partially due to low levels of Cyclin B, explaining the observed mitotic delay. The expression of exogenous Cyclin B restores cell cycle progression, increases the mitotic index, and rescues the excessively lagging chromosomes observed in the absence of TEM4. Overall, despite the limited literature available on TEM4, this study sheds new light on the importance of TEM4 in the cell cycle and contributes to our understanding of this protein's role in cellular processes.

Au cours de ce travail de thèse, nous avons établi un modèle global pour le réseau de kinases dépendantes des cyclines (Cdks) qui contrôle la dynamique du cycle cellulaire chez les mammifères. Le modèle contient quatre modules Cdk régulés par phosphorylation-déphosphorylation, par des inhibiteurs de Cdk, et par la synthèse ou la dégradation de protéines. Les facteurs de croissance suscitent la transition d’un état stationnaire stable, état de quiescence, à un état de prolifération caractérisé par des oscillations entretenues du réseau de cyclines/Cdk. Ces oscillations correspondent à l’activation transitoire et répétitive des complexes cycline D/Cdk4-6 en phase G1, cycline E/Cdk2 à la transition G1/S, cycline A/Cdk2 en phase S et à la transition S/G2, et cycline B/Cdk1 à la transition G2/M. Le modèle rend compte de plusieurs propriétés majeures du cycle cellulaire des mammifères :(1) oscillations entretenues du réseau de Cdk en présence d’un niveau suffisant d’un facteur de croissance ;(2) contrôle de la progression dans le cycle cellulaire par la balance entre les effets antagonistes du suppresseur de tumeur pRB et du facteur de transcription E2F ;(3) existence d’un point de restriction situé dans la phase G1, au-delà duquel la cellule n’a plus besoin de la présence d’un facteur de croissance pour compléter son cycle de division cellulaire ;(4) entraînement du cycle cellulaire par l’horloge circadienne. Le modèle rend compte également du phénomène d’endoréplication qui correspond au découplage entre réplication de l’ADN et mitose :la cellule duplique à de multiples reprises son ADN sans entrer en phase de mitose. En incorporant des points de contrôle («checkpoints») dans le modèle pour le cycle cellulaire, et en particulier le point de contrôle de réplication de l’ADN régulé par les kinases ATR et Chk1, nous montrons comment ce point de contrôle ralentit la dynamique du cycle cellulaire et mène à une meilleure séparation des phases de réplication de l’ADN et de mitose. Le modèle pour le cycle cellulaire des cellules de mammifères montre comment la structure de régulation du réseau de cyclines/Cdk suscite son auto-organisation temporelle, menant à l’activation répétitive et séquentielle des quatre modules Cdk qui assurent la progression ordonnée dans les différentes phases du cycle cellulaire./We propose an integrated computational model for the network of cyclin-dependent kinases (Cdks) that controls the dynamics of the mammalian cell cycle. The model contains four Cdk modules regulated by reversible phosphorylation, Cdk inhibitors, and protein synthesis or degradation. Growth factors trigger the transition from a quiescent, stable steady state to self-sustained oscillations in the Cdk network. These oscillations correspond to the repetitive, transient activation of cyclin D/Cdk4-6 in G1, cyclin E/Cdk2 at the G1/S transition, cyclin A/Cdk2 in S and at the S/G2 transition, and cyclin B/Cdk1 at the G2/M transition. The model accounts for the following major properties of the mammalian cell cycle: (1) repetitive cell cycling in the presence of supra-threshold amounts of growth factor ;(2) control of cell cycle progression by the balance between antagonistic effects of the tumor suppressor pRB and the transcription factor E2F ;(3) existence of a restriction point in G1, beyond which completion of the cell cycle becomes independent of growth factor ;(4) entrainment of the cell cycle by the circadian clock. The model also accounts for endoreplication and for self-sustained oscillations in the presence of only Cdk1 or in the absence of pRB. Incorporating the DNA replication checkpoint mediated by kinases ATR and Chk1 slows down the dynamics of the cell cycle without altering its oscillatory nature and leads to better separation of the S and M phases. The model for the mammalian cell cycle shows how the regulatory structure of the Cdk network results in its temporal self-organization, leading to the repetitive, sequential activation of the four Cdk modules that brings about the orderly progression along cell cycle phases. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La progression à travers le cycle cellulaire est assurée par l’activation séquentielle d’une série de complexes cycline-CDK. Les complexes cycline D-CDK4 assurent la progression au cours de la phase G1 du cycle cellulaire en phosphorylant les protéines « antioncogéniques » de la famille Rb. L’activation de la CDK4 nécessite son association à une cycline D et sa phosphorylation sur Thr172 par la CAK nucléaire (CDK activating kinase). Le rôle essentiel des protéines de la famille Cip/Kip dans la régulation de l’activité de ces complexes reste controversé. Les protéines de cette famille (comprenant p27 et p21) ont initialement été identifiées comme des inhibiteurs puissants des complexes cycline-CDK et comme les intermédiaires de l’action antimitogénique de différents signaux intra ou extra-cellulaires. Il a été proposé que la liaison de la p27 ou de la p21 aux complexes cycline D-CDK4 empêche leur phosphorylation activatrice par la CAK et leur activité pRb kinase. Cependant, l’observation que des complexes cycline D-CDK4 associés à p21/p27 possèdent une activité pRb kinase a donné naissance à une seconde hypothèse sur la régulation de ces complexes par la p27 ou la p21. Ces « inhibiteurs » ont été paradoxalement proposés comme facteurs nécessaires et suffisants d’assemblage et de localisation nucléaire des complexes cycline D-CDK4. Dans le modèle physiologiquement relevant des thyrocytes de chien en culture primaire, la mitogénèse dépendante de l’AMPc activée par la TSH diffère des cascades des facteurs de croissance puisqu’elle n’induit pas les cyclines D mais au contraire augmente l’accumulation de l’«inhibiteur» de CDK p27. L’AMPc stimule l’assemblage des complexes cycline D3-CDK4, leur translocation nucléaire et leur association à p27. Dans ce modèle, le TGF&61538; inhibe la mitogénèse dépendante de l’AMPc en inhibant la translocation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4 et leur association à la p27.<p><p>Nous avons étudié l’activité catalytique et l’activation des complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien en culture primaire ou produits en cellules d’eucaryotes supérieurs (CHO et Sf9). Nous avons pu montrer que les complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien stimulés par la TSH présentent une activité pRb-kinase qui est inhibée par le TGF&61538; En outre, la production des complexes cycline D3-CDK4-p27 en cellules CHO ou Sf9 nous a permis de montrer que l’impact de la p27 sur l’activité catalytique des complexes cycline D3-CDK4 dépend de sa stoechiométrie de liaison à ces complexes. L’analyse du profil de séparation par électrophorèse bidimensionnelle de la CDK4 issue de ces trois systèmes montre que la p27 n’empêche pas la phosphorylation activatrice de la CDK4, même aux concentrations de p27 qui empêchent l’activité pRb kinase du complexe cycline D3-CDK4. Nous avons également montré dans les cellules CHO que la p27 détermine la localisation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4, ceux-ci étant relocalisés dans le cytoplasme par la transfection d’un mutant de la p27 dépourvu de son signal de localisation nucléaire. Ces résultats valident les observations réalisées par immunofluorescence dans les thyrocytes de chien dans lesquels nous avons mis en évidence une étroite corrélation au niveau des cellules individuelles stimulées par la TSH entre la translocation nucléaire de la CDK4 et l’apparition de la p27 nucléaire. Cette colocalisation est partiellement inhibée par le TGF&61538; Ces observations renforcent l’hypothèse d’un rôle de la p27 dans l’ancrage nucléaire des complexes cycline D3-CDK4. <p><p>Alors que la localisation de la CAK est considérée comme exclusivement nucléaire et son activité catalytique constitutive, nous avons pu montrer que la phosphorylation activatrice de la CDK4 associée à la cycline D3 n’est pas affectée par sa localisation sub-cellulaire et qu’elle est régulée par le TGF&61538; dans les thyrocytes de chien et par le sérum dans les cellules T98G indépendamment de l’association de la CDK4 à la p27. De plus, la phosphorylation de la CDK4 sur Thr172 dans les cellules T98G est stimulée par le sérum, alors que la phosphorylation activatrice de la CDK6, son homologue fonctionnel, ne l’est pas. La comparaison de la séquence de ces deux CDKs à proximité des Thr phosphorylées (Thr177 pour la CDK6) révèle, outre une forte similarité de séquence, une différence au niveau de l’acide aminé situé en aval de la thréonine :il s’agit d’une proline dans la CDK4 et d’une sérine dans la CDK6. La mutation P173S de la CDK4 abolit la phosphorylation sur Thr172 et l’activité de la CDK4 associée à la cycline D3 dans les cellules CHO, mais n’affecte pas la phosphorylation et l’activation de la CDK4 par la CAK recombinante in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que la/les CAKs régulée(s) responsables de l’activation de la CDK4 n’ont pas encore été identifiées et que la proline située en aval de la Thr172 de la CDK4 est essentielle pour sa phosphorylation activatrice et son activité pRb kinase.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le glioblastome multiforme est le plus fréquent et le plus agressif des gliomes malins. Suite au diagnostic, la survie médiane des patients est de 12 à 15 mois. Le traitement de première ligne consiste en une chirurgie de résection suivie de chimiothérapie combinée à la radiothérapie. Malgré la combinaison de plusieurs modalités de traitement, la survie des patients n'est prolongée que de quelques mois. Or, plusieurs études ont démontré que les extraits de pelure de pomme peuvent inhiber la prolifération et induire la mort cellulaire de lignées cancéreuses in vitro, dont quelques-unes sur des cellules provenant de gliomes malins. Des propriétés anticancéreuses ont été observées in vivo sur des tumeurs d'hépatome, de cancer du sein et de mélanome. Dans ce contexte, il apparaissait intéressant d'évaluer le potentiel thérapeutique de la pelure de pomme dans le cancer cérébral. Nous avons donc conçu une étude en 2 volets: tout d'abord un volet in vitro impliquant 3 lignées cellulaires de gliomes de haut grade (F98, U-118 MG et U-87 MG) exposées à 0,1, 0,2 et 0,4 mg/mL de PPPS; puis un volet in vivo portant sur des tumeurs développées suite à l'implantation de cellules F98 chez les rats Fischer, qui ont été gavés quotidiennement avec de la PPPS (61,71 mg/kg ou 123,43 mg/kg) ou de l'eau (contrôle) à partir du 10e jour post implantation. Dans les 3 lignées cellulaires, les traitements de PPPS diminuent de façon significative le métabolisme cellulaire et augmentent la proportion de la population hypodiploïde. En présence de PPPS, la croissance et l'invasion des sphéroïdes de F98 et de U-87 MG sont inhibées. La PPPS diminue de moitié la proportion de cellules F98 en phase S, et fait augmenter dans les U-118 MG les deux marqueurs d’autophagie étudiés, soit p62 et LC3-II. Par contre, aucune différence dans la survie des rats Fischer-F98 n'a été observée entre le groupe contrôle et les groupes traités. La taille des tumeurs ainsi que les marqueurs d'apoptose et d'autophagie ne présentaient pas de différence entre les groupes. Les résultats obtenus ouvrent la voie à l'exploration plus approfondie des mécanismes des effets in vitro observés, tout en suggérant d'envisager d'autres voies d'administration de la PPPS in vivo.

Les petites protéines G de la famille Rho sont des régulateurs importants de la fonction cellulaire. Elles lient les signaux extracellulaires à l'activation de diverses voies de signalisation telles que celles menant à la phagocytose, la mitogénèse, l'adhésion cellulaire, l'expression génique,... Toutefois leur fonction principale est l'assemblage et l'organisation du cytosquelette d'actine. Ces GTPases fonctionnent comme des interrupteurs moléculaires, actifs lorsque liés au GTP et inactifs sous la forme liée au GDP. Le but de notre thèse est d'investiguer, dans les cellules thyroïdiennes de chien en culture primaire, l'implication des protéines de la famille Rho et de l'organisation du cytosquelette d'actine dans les actions diverses que la TSH exerce, via l'AMPc, sur la morphologie, la prolifération, la différenciation et la fonction des thyrocytes de chien en culture primaire. Trois cascades conduisant à la mitogénèse coexistent dans la cellule thyroïdienne de chien: la voie de l'AMPc stimulée par la TSH ou la forskoline (activateur direct de l'adénylate cyclase), la voie des facteurs de croissance (tels que l'EGF, l'HGF) activant leur récepteur à activité tyrosine kinase et la cascade dépendante de la protéine kinase C activée par les esters de phorbol (TPA). Contrairement aux voies indépendantes de l'AMPc qui répriment l'expression des caractéristiques de différenciation, la cascade de l'AMPc stimule à la fois la prolifération, l'expression des gènes de l'état différencié et la fonction (iodation, formation d'H2O2, sécrétion hormonale). Dans la cellule thyroïdienne de chien, les agents activant les cascades dépendantes et indépendantes de l'AMPc ont des effets différents sur l'organisation du cytosquelette d'actine. La TSH/AMPc et le TPA induisent une destruction des microfilaments d'actine et un "ruffling" membranaire, tandis que les autres agents (insuline, EGF, HGF, sérum) ne modifient pas le réseau de fibres d'actine (fibres de stress) présent dans les cellules quiescentes. Parmi les protéines de la famille Rho, RhoA, Rac1 et Cdc42 sont les premières à avoir été identifiées et sont actuellement les mieux caractérisées. Nous montrons que la TSH, via l'AMPc, induit une diminution de la concentration de la forme active des protéines Rac1, Cdc42 et RhoA. En revanche, les autres agents mitogènes, tels que l'EGF et le TPA, qui activent des voies indépendantes de l'AMPc, n'affectent pas les taux de Rac1 et Cdc42 activés, mais augmentent le taux de RhoA-GTP. L'activation ou l'inactivation des protéines RhoA, Rac1 et Cdc42 est donc un nouvel élément distinguant les voies dépendantes et indépendantes de l'AMPc. Grâce à deux toxines bactériennes, la toxine B qui inactive les protéines Rho et la toxine CNF1 qui au contraire les active, nous montrons que, dans les thyrocytes, celles-ci jouent un rôle critique dans l'organisation du cytosquelette, dans la transition G1-S, dans l'expression des gènes de différenciation Tg, ThOXs, NIS et TPO, mais pas dans la génération d'H2O2. En effet, l'activité d'un ou plusieurs membres de cette famille est nécessaire à l'entrée des thyrocytes en phase S et à la phosphorylation de la protéine pRb, étape pré-requise à la transition G1-S. L'activation de ces protéines n'induit cependant pas, à elle seule, la prolifération. Nous mettons également en évidence l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel ces protéines contrôleraient l'activité des complexes cycline D3-CDK4 indépendamment de leur assemblage. Par l'utilisation de la dihydrocytochalasine B, qui comme la toxine B via l'inactivation des Rhos, désorganise le cytosquelette, nous démontrons que l'intégrité de celui-ci n'est pas requise pour la progression des thyrocytes en phases G1 et S. L'inactivation des protéines Rho est par contre nécessaire à l'induction, par l'AMPc, de l'expression des gènes de différenciation incluant Tg, ThOXs, NIS et TPO, puisque ce processus est inhibé par la toxine CNF1. De plus, l'inactivation des Rhos par la toxine B, ainsi que le désassemblage des fibres de stress et du cytosquelette induit par la dihydrocytochalasine B, suffisent à imiter l'induction dépendante de l'AMPc de Tg et ThOXs, mais pas de NIS et TPO. La toxine B et la dihydrocytochalasine B imitent aussi l’effet de la voie TSH/AMPc sur l’accumulation de p27kip1. Enfin, nous montrons que l'augmentation de la production d'H2O2, nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes, ne requiert pas l'activité de la protéine Rac (ni des autres protéines de la famille Rho) alors que celle-ci joue un rôle déterminant dans la génération d'H2O2 dans le leucocyte.

Gene regulation allows cells to control their metabolism, growth, division and adaptation to environmental changes. Every step of the genetic information transmission chain is regulated. One of the targets of gene regulation is the mRNA that acts as an intermediate between DNA and proteins. Regulation of the mRNA can happen at the level of its synthesis, processing and degradation. The RNase III of Saccharomyces cerevisiae , Rnt1p, is a nuclear enzyme implicated in the processing of many non-coding RNAs. Rnt1p binds and cleaves double-strand RNA structures capped by NGNN tetra-loops. Such structures can also be found in many mRNAs. Cleavage within the coding sequence of a mRNA results in its degradation and thus contributes to negatively regulate the expression of its gene. The work presented in this thesis characterized the effects of the loss of Rnt1p in yeast. A first publication highlighted the relationship between the localization of this enzyme and cell cycle progression. A change in localization of Rnt1p from the nucleolus to the nucleoplasm contributes to passage through G2/M. A second publication focused on the interaction between Rnt1p and the rRNA transcription machinery. Rnt1p was found to interact with RNA pol I and to be implicated in its transcription termination. We also used Rnt1p as a tool to uncover mRNAs that are posttranscriptionaly regulated in the nucleus. The case studied in this work shows a role for this nuclear degradation mechanism towards promoting the robustness of the cell wall stress response.