Le mécanisme d’homéostasie de taille chez les cellules animales est très peu compris actuellement. Cette question est pourtant d’un intérêt majeur car le maintien de l’homéostasie de taille dans une population de cellules prolifératives doit se faire par une coordination entre la croissance et la division. Chez la levure S. pombe, il a ainsi été montré que la taille est une information cruciale pour déclencher l’entrée en mitose (Fantes, 1977). Chez plusieurs bactéries et les cellules filles de la levure S. cerevisiae au contraire, de récentes études ont au contraire montré que l’homéostasie de taille était le résultat d’une addition constante de volume, indépendamment de la taille initiale des cellules (Campos et al., 2014; Soifer et al., 2016; Taheri-Araghi et al., 2015). Ce mécanisme est appelé « adder » et génère une régression des tailles à la moyenne, génération après génération. Ces résultats ont été possibles grâce au développement de techniques permettant la mesure dynamique du volume à l’échelle de la cellule unique et sur plusieurs générations. Une telle mesure est cependant très difficile chez les cellules de mammifère dont le volume fluctue constamment et qui cyclent sur des temps plus longs (environ 20 heures). Pour cette raison, la plupart des approches proposées sont indirectes (Kafri et al., 2013; Sung et al., 2013; Tzur et al., 2009) ou reposent sur une mesure de la masse plutôt que du volume (Mir et al. 2014; Son et al., 2012). Ensemble, ces études ont montré que les cellules de mammifère croissaient de manière exponentielle. Elles ont aussi remis en cause le modèle traditionnel qui proposait que l’homéostasie de taille reposait sur l’adaptation de la durée du cycle et mis en avant un rôle de la régulation de la vitesse de croissance. Cependant, aucun modèle n’a réellement été proposé ou démontré. La nature et l’existence même d’un mécanisme maintenant l’homéostasie de taille des cellules de mammifère est en fait discutée (Lloyd, 2013).Pour caractériser l’homéostasie de taille des cellules de mammifères, nous avons développé une technique permettant pour la première fois la mesure du volume de ces cellules sur des cycles complets (Cadart et al., 2017; Zlotek-Zlotkiewicz et al. 2015). Nous montrons que plusieurs types cellulaires (HT29, MDCK et HeLa) se comportent d’une manière similaire à celle d’un « adder ». Pour tester davantage cette observation, nous induisons artificiellement des divisions asymétriques en confinant les cellules dans des micro-canaux. Nous observons que les asymétries de tailles sont réduites mais pas complètement corrigées au cours du cycle suivant, à la manière d’un « adder ». Pour comprendre comment la croissance et la progression dans le cycle sont coordonnées et génère cet « adder », nous combinons notre méthode de mesure de volume avec un suivi de la progression dans les différentes phases du cycle. Nous montrons que la durée de la phase G1 est inversement corrélée au volume initial des cellules. Cependant, cette corrélation semble contrainte par une durée minimale de G1 mise en évidence lors de l’étude de cellules artificiellement poussées à atteindre de grandes tailles. Néanmoins, même dans cette condition où la modulation de la durée du cycle est perdue, l’observation du « adder » est maintenue. Ceci suggère un rôle complémentaire de la régulation de la vitesse de croissance des cellules. Nous proposons donc une méthode pour estimer théoriquement la contribution relative de l’adaptation de la vitesse de croissance et de la durée du cycle dans le contrôle de la taille. Nous utilisons cette méthode pour proposer un cadre général où comparer le processus homéostatique des bactéries et de nos cellules. En conclusion, notre travail apporte pour la première fois la démonstration que les cellules de mammifères maintiennent l’homéostasie grâce à un mécanisme similaire au « adder ». Ce mécanisme semble impliquer à la fois une modulation de la durée du cycle et du taux de croissance. / The way proliferating mammalian cells maintain a constant size through generations is still unknown. This question is however central because size homeostasis is thought to occur through the coordination of growth and cell cycle progression. In the yeast S. pombe for example, the trigger for cell division is the reach of a target size (Fantes, 1977). This mechanism is referred to as ‘sizer’. The homeostatic behavior of bacteria and daughter cells of the yeast S. cerevisiae on the contrary was recently characterized as an ‘adder’ where all cells grow by the same absolute amount of volume at each cell cycle. This leads to a passive regression towards the mean generation after generation (Campos et al., 2014; Soifer et al., 2016; Taheri-Araghi et al., 2015). These findings were made possible by the development of new technologies enabling direct and dynamic measurement of volume over full cell cycle trajectories. Such measurement is extremely challenging in mammalian cells whose shape constantly fluctuate over time and cycle over 20 hours long periods. Studies therefore privileged indirect approaches (Kafri et al., 2013; Sung et al., 2013; Tzur et al., 2009) or indirect measurement of cell mass rather than cell volume (Mir et al. 2014; Son et al., 2012). These studies showed that cells overall grew exponentially and challenged the classical view that cell cycle duration was adapted to size and instead proposed a role for growth rate regulation. To date however, no clear model was reached. In fact, the nature and even the existence of the size homeostasis behavior of mammalian cells is still debated (Lloyd, 2013).In order to characterize the homeostatic process of mammalian cells, we developed a technique that enable measuring, for the first time, single cell volume over full cell cycle trajectories (Cadart et al., 2017; Zlotek-Zlotkiewicz et al. 2015). We found that several cell types, HT29, HeLa and MDCK cells behaved in an adder-like manner. To further test the existence of homeostasis, we artificially induced asymmetrical divisions through confinement in micro-channels. We observed that asymmetries of sizes were reduced within the following cell cycle through an ‘adder’-like behavior. To then understand how growth and cell cycle progression were coordinated in way that generates the ‘adder’, we combined our volume measurement method with cell cycle tracking. We showed that G1 phase duration is negatively correlated with initial size. This adaptation is however limited by a minimum duration of G1, unraveled by the study of artificially-induced very large cells. Nevertheless, the adder behavior is maintained even in the absence of time modulation, thus suggesting a complementary growth regulatory mechanism. Finally, we propose a method to estimate theoretically the relative contribution of growth and timing modulation in the overall size control and use this framework to compare our results with that of bacteria. Overall, our work provides the first evidence that proliferating mammalian cells behave in an adder-like manner and suggests that both growth and cell cycle duration are involved in size control.

Les néoplasmes myéloprolifératifs classiques sont des maladies clonales dues à des mutations acquises de JAK2V617F ou de la Calréticuline (CALRm) au niveau des cellules souches hématopoïétiques (CSH) et conduisant à une surproduction de cellules myéloïdes. L’interféron alpha (IFNa) est le seul traitement curatif qui induit une réponse hématologique et moléculaire. Le but de notre projet est de comprendre son mécanisme d’action en utilisant une cohorte de 47 patients, des lignées cellulaires et des modèles de souris JAK2V617F. Ainsi, nous avons constaté que l’IFNa cible plus rapidement les CSH que les cellules matures chez les patients JAK2V617F, ce qui semble différent des patients CALRm. Grâce aux lignées cellulaires et aux souris, nous avons montré que JAK2V617F induit une pré-activation des voies de l’IFNa et une inhibition du cycle cellulaire des CSH. La découverte complète de ce mécanisme d’action conduira à l’amélioration du traitement. / Classical BCR-ABL-negative myeloproliferative neoplasms (MPN) include Polycythemia Vera (PV), Essential Thrombocytemia (ET) and Primary Myelofibrosis (PMF). They are acquired clonal disorders of hematopoietic stem cells (HSC) leading to the hyperplasia of one or several myeloid lineages. They are due to three main recurrent mutations affecting the JAK/STAT signaling pathway: JAK2V617F and mutations in calreticulin (CALR) and thrombopoietin receptor (MPL). Interferon alpha (IFNα) is the only curative treatment that induces not only a hematological response of ET, PV and early MF but also a molecular response both on JAK2V617F or CALR mutated cells. In this study, we wanted to know how and with what kinetics IFN impacts the different mutated hematopoietic compartments. Thus, we have performed a prospective study with a cohort of 50 patients treated by IFNα for 3-5 years. The MPN diseases distribution was 44% ET, 45% PV and 11% MF. This cohort included 33 JAK2V617F-mutated patients, 11 CALR-mutated patients (7 type 1/type 1-like and 4 type 2/type 2-like), 2 both JAK2V617F- and CALR-mutated patients and 1 MPLW515K-mutated patient. At 4-month intervals, the JAK2V617F or/and CALR mutation variant allele frequency was measured in mature cells (granulocytes, platelets). Simultaneously, we have also determined the clonal architecture by studying the presence of the JAK2V617F or CALR mutations in colonies derived from the different hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) populations (CD90+CD34+CD38- HSC-enriched progenitors, CD90-CD34+CD38- immature progenitors and CD90- CD34+CD38+ committed progenitors). After a median follow-up of 30 months, we observed that IFNα targets more efficiently and rapidly the HSPC particularly in HSC-enriched progenitors, than the mature blood cells in JAK2V617F patients (p<.05). Moreover, homozygous JAK2V617F clones responded more rapidly than heterozygous clones in all hematopoietic cell compartments showing that the intensity of JAK2V617F signaling is correlated with the efficacy of IFNα. These observations were slightly increased after a median follow-up of 51 months. In contrast, with a median follow-up of 30 months for CALR mutated patients, IFNα targeted similarly the HSPC and the mature cells. Moreover, IFNα induced a less rapid response to target CALR-mutated HSPC than the JAK2V617F HSPC (p<.05). The role of associated mutations at diagnosis was also investigated in the IFNα-mediated HSPC molecular responses using a NGS targeted myeloid panel. While in JAK2V617F-mutated patients, we found that the number of associated mutations did not impact the HSPC molecular response of the JAK2V617F clone, in CALR-mutated patients, even if the number of cases was low, the only molecular responders were those not associated with other mutations. Using Ba/F3-MPL cellular models and primary cells, we observed that JAK2V617F was more prone to sensitize to IFNα signaling (increased Phospho-STAT1 and IFN-stimulating genes (ISGs)) compared to controls or CALRdel52 mutated cells.Altogether, our results show that IFNα differentially targets the human JAK2V617F- and CALR-mutated HSPC and mature cells. Moreover, the molecular response was dependent not only on the JAK2V617F or CALR mutated status but also on the presence of other associated mutations.

Les Adénovirus humains sont des virus non enveloppés se répliquant dans le noyau des cellules hôtes.Durant l’infection et après leur entrée par endocytose, les Adénovirus sont transportés au noyau pourinitier l’expression du génome viral. Dans l’endosome, les capsides virales subissent un désassemblagepartiel et libèrent le facteur viral lytique, la protéine VI (pVI). Au niveau de la membrane de l’endosome,cette protéine va alors induire sa rupture permettant ainsi le relargage des virions au sein du cytoplasmegrâce à son hélice amphipatique N-terminale. Par la suite, pVI est transportée vers des structuresnucléaires appelées PML nuclear bodies (PML-NB), associée une ubiquitine ligase cytoplasmique, laNedd4.2. Les PML-NB sont des complexes nucléaires multi-protéiques qui ont des propriétésantivirales. Celles-ci impliquent le recrutement de facteurs de transcription répressifs comme parexemple la protéine anti apoptotique Daxx ou encore le suppresseur de tumeur p53, impliqué dans larégulation du cycle cellulaire. Il a été montré que la protéine pVI en complexe avec Nedd4.2 induit larelocalisation de Daxx des PML-NB dans le cytoplasme, ce qui permet une expression efficace dugénome viral. Ainsi, l’inhibition fonctionnelle de Daxx par pVI suggère que cette protéine virale puisseaussi être impliquée dans la restriction de p53.Dans cette étude, nous avons montré que le nombre des modifications post-traductionnelles (PTM) dep53 augmentent en présence de pVI dans la cellule. De plus, les données obtenues montrent quel’expression de pVI affecte la transcription dépendante de p53 et que l’interaction avec Nedd4.2 n’estpas nécessaire pour inhiber les fonctions de p53. Pour étudier l’implication de pVI dans la modulationdu cycle cellulaire, nous avons créé une lignée cellulaire humaine exprimant cette protéine virale defaçon stable. La caractérisation de cette lignée a permis de mettre en évidence une prolifération cellulaireaccrue. Nos observations ont aussi montré une perte importante des PML-NB et une réduction desprotéines clés du cycle cellulaire p53 et pRb, un autre suppresseur de tumeur. Par des techniques demicro-injection et l’utilisation de l’inhibiteur MG132, nous avons observé que ces deux facteurscellulaires sont ciblés vers le protéasome et dégradés lors de la surexpression de pVI. L’étude desfonctions de cette protéine virale laisse penser que la protéine pVI présente un potentiel oncogéniquecar en effet, sa surexpression induit la dérégulation de l’homéostasie cellulaire et l’inhibition desuppresseurs de tumeur, comme p53 et pRb. / Human Adenovirus are non-enveloped viruses which replicate inside the host cell nucleus. Uponinfection and after receptor-mediated entry, they are transported towards the nucleus to initiate the viralgene expression. Viral capsids deliver from the endosome into the cytoplasm by partial disassembly andrelease inside the endosome mediated by viral lytic factor protein VI (pVI). pVI is targeted to themembrane via an amphipathic helix structure in the N-terminus of the viral protein. After membranerupture and capsid release, pVI is transported to sub-nuclear structures, so-called PML nuclear bodies(PML-NBs), together with the cytoplasmic ubiquitin ligase Nedd4.2. PML-NBs represent multiproteinaggregates in the host-cell nucleus with an antiviral capacity, as to several PML-associated repressivetranscription factors, such as the anti-apoptotic Daxx protein and the tumor suppressor p53 were reportedto localize at these foci. In addition, pVI-mediated displacement of Daxx from PML-NBs was shown tooccur in dependency of Nedd4.2 to support efficient viral gene expression. Therefore, we postulate thatbesides Daxx functional inhibition, pVI might also be involved in p53 restriction.Here, we show that p53 posttranslational modification (PTM) is increased when pVI protein is presentin the host-cell. Moreover, we obtained data that pVI expression severely impacts p53 inducedtransactivation of cellular transcription. Biochemical approaches indicate that pVI binding of theubiquitin ligase Nedd4.2 is no prerequisite for the capacity to inhibit p53 functions. In a next step toelucidate the role of pVI on cell cycle regulation, we generated a human cell line stably expressing theviral pVI protein. Our characterization analyses show significantly that these cells benefit from thepresence of pVI as we proved increased cell proliferation rates. We also observed an intense loss ofPML-NBs and reduced protein concentrations of cycle key regulators p53 and pRb. Usingmicroinjection and the inhibitor MG132 we were able to show that both cellular restriction factors weresequestered into the proteasomal degradation pathway of the cell. Evaluation of pVI functions temptedus to speculate, whether pVI might execute oncogenic potential upon overexpression, due toderegulation of host-cell homeostasis and inhibition of tumor suppressive determinants. / Humane Adenoviren (HAdV) sind unbehüllte Doppelstrang-DNA-Viren mit einem Proteinkapsid, diesich im Wirtzellkern replizieren. Der lytische Infektionsverlauf beginnt mit dem rezeptor-vermitteltenEintritt des Viruspartikels und dem gerichteten Transport des viralen Genoms zum Wirszellkern. Dasvirale Protein VI (pVI) ist nötig um den effizienten Austritt des bereits disassemblierten Viruspartikelsaus dem zellulären Endosom zu gewährleisten. Durch eine amphipathische Helix im N-terminalenProteinbereich interkaliert dieser lytische Faktor in die endosomale Membran und führt zum Aufbruchdes zellulären Organells. pVI wird anschließend an zelluläre Kernstrukturen, sogenannte PML nuclearbodies (PML-NBs) lokalisiert und komplexiert dort mit der zytoplasmatischen Ubiquitinligase Nedd4.2.PML-NBs stellen nukleäre Multiproteinkomplexe dar, die mittlerweile aufgrund ihrer antiviralenEigenschaften in den Mittelpunkt der virologischen Forschung gerückt sind. Diese zellulären Aggregatebestehen hauptsächlich aus repressiven Transkriptionsfaktoren, wie dem anti-apoptotischen DaxxProtein sowie dem Tumosupressor p53. In diesem Zusammenhang konnte bereits eine pVI-vermittelteRelokalisation des Daxx Proteins aus den PML-NBs gezeigt und als Vorraussetzung zur effizientenVirusgenexpression bestätigt werden. Es stellte sich im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Frage, obneben der pVI-abhängigen Daxx Inhibition, auch p53 ein Zielprotein des viralen Capsidproteinsdarstellt.Unsere Arbeiten zeigen erstmals, dass nach der pVI Expression vermehrt posttranslationaleModifikationen am p53 Protein beobachtet werden. Weitere Befunde konnten außerdem einen Einflussvon pVI auf die p53-abhängige Transaktivierung zellulärer Promotoren beweisen. Mittelsbiochemischer Analysemethoden konnten wir zeigen, dass die Kooperation zwischen pVI und Nedd4.2keine Rolle bei der p53 Inhibition zu spielen scheint. Um im nächsten Schritt die Rolle von pVI imZellzyklus genau zu beleuchten, wurde zunächst ein zell-basiertes Modelsystem mit stabilerÜberexpression des viralen Faktors generiert, Anschließende phenotypische Analysen konnten zeigen,dass die Anwesenheit von pVI zur Steigerung der Zellproliferationsrate führt. Im Rahmen unsererUntersuchungen konnten wir auch einen signifikanten Verlust zellulärer PML-NBs beobachten sowieeine Reduktion der p53 und pRb Proteinkonzentration nachweisen. Mittels unter Verwendung vonMikroinjektion und dem Inhibitor MG132 war es uns möglich zu zeigen, dass pVI den proteasomalenProteinabbau der beiden Wirtszelldeterminaten p53 und pRb induziert. Deswegen kann man basierendauf den erhobenen Befunden zur pVI vermittelten Dysregulierung des zellulären Wachstums einonkogenens Potenzial des viralen Faktors annehmen.

Le facteur de transcription à homéodomaine Otx2 est essentiel au développement du système nerveux, et en particulier du cervelet, où il est exprimé dans les précurseurs des neurones granulaires (PCGs). Au cours du développement, les PCGs passent par des périodes prolifératives très intenses qui les exposent à la transformation tumorale. Ces cellules seraient ainsi à l’origine de la formation des cancers du cervelet, les médulloblastomes (MBs). Une altération génétique particulière est cependant retrouvée dans plus de 75% des MBs : la surexpression d’Otx2. Cette thèse vise à comprendre le rôle d’Otx2 dans le contrôle de la prolifération dans un contexte normal ou tumoral. D’abord, nous avons entrepris d’identifier et d’isoler ces précurseurs à partir de souriceaux, afin d’analyser leur caractéristiques prolifératives. Nos résultats ont montré que les cellules « Otx2+ » contiennent une fraction proliférative plus importante que les cellules « Otx2-». L’analyse du cycle cellulaire des cellules « Otx2+» montre également que ces dernières présentent des propriétés prolifératives distinctes. Ensuite, nous avons mis en oeuvre une approche de gain et de perte de fonction d’Otx2 dans une lignée de MBs exprimant Otx2 (HD-MB03). Nos résultats indiquent que la surexpression d’Otx2 stimule la prolifération de cette lignée, alors que sa perte de fonction la diminue. Enfin, Nous avons identifié par des analyses protéomiques par spectrométrie de masse des partenaires impliqués dans la régulation du cycle cellulaire, en particulier au niveau des phases S et G2M. Ces résultats suggèrent un mécanisme d’action unique d’Otx2 dans la régulation du cycle cellulaire dans le cervelet et les MBs / The homeobox transcription factor Otx2 is essential for the development of the central nervous system. During cerebellum development, Otx2 is expressed by granule cell precursors (GCPs), which have a high proliferation rate. Deregulation of GCPs proliferation may favor oncogenic processes, as seems to occur in medulloblastoma (MB), a malignant and invasive tumor of the cerebellum. A recurrent genetic alteration in medulloblastoma is the overexpression of Otx2 in 75% of the cases. The objective of this thesis is to study the role of Otx2 in the control of proliferation during normal and oncogenic development of the cerebellum. First, we investigated the role of Otx2 in the control of GCPs proliferation. Our results show that Otx2+ GCPs have an increased proliferation rate compared to «Otx2-» GCPs. In the second part of this work, we tested the oncogenic potential of Otx2 using the medulloblastoma cell line HD-MB03. We performed gain and loss of function experiments to analyze the effect of Otx2 expression on the proliferation of this cell line. Our results indicate that the overexpression of Otx2 increases the proliferation rate of HD-MB03 tumor cells. Conversely, Otx2 silencing significantly decreases it. Finally, to shed the light on the mechanism of action of Otx2 in the control of proliferation in cerebellum and medulloblastoma, we analyzed Otx2 protein partners in both cases by mass spectrometry analysis after immunoprecipating Otx2-protein complexes. We identified several protein partners that play an important role in cell cycle regulation, more specifically in S and G2M phases. Our project shows a pro-proliferative effect of Otx2 in cerebellum and medulloblastoma

La forme du noyau peut varier significativement au cours du développement ou lors de processus pathologiques en raison des forces mécaniques émanant du microenvironnement ou générées par le cytosquelette. L’impact de la morphologie nucléaire sur la machinerie transcriptionnelle n’est cependant pas connu. En utilisant plusieurs approches afin de manipuler la morphologie nucléaire, nous avons observé que des changements de forme de l’enveloppe nucléaire régulent l’activité de AP1 et TEAD. Nous avons montré que l’aplatissement du noyau augmente la phosphorylation de c-Jun et la translocation de YAP, conduisant à une augmentation de la transcription des gènes cibles de AP1 et TEAD. Nous avons également observé que l’aplatissement du noyau se produit au cours du cycle cellulaire et favorise la prolifération via l’activation de TEAD et AP1 qui stimulent la progression de la phase G1 à la phase S. / .The shape of the cell nucleus can vary considerably during developmental and pathological processes as a consequence of the mechanical forces emanating from the microenvironment or generated by the cytoskeleton. However the impact of nuclear morphology on the transcriptional machinery is not known. Using a combination of tools to manipulate the nuclear morphology, we observed that changes in nuclear shape regulate the activity of AP1 and TEAD. We showed that nuclear flattening increases c-Jun phosphorylation and YAP nuclear translocation, leading to transcriptional induction of AP1 and TEAD-target genes. Surprisingly, we found that nuclear compression is necessary and sufficient to mediate c-Jun and YAP activation in response to cell- generated contractility or cell spreading. We additionally observed that nuclear flattening occurs during the cell cycle and promotes proliferation via TEAD and AP1- dependent G1 to S progression.

Le complexe de la cohésine est requis pour de nombreuses transactions chromosomiques, la cohésion des chromatides soeurs, la réparation des dommages à l'ADN, la régulation de la transcription et le contrôle de l'architecture de la chromatine en 3D. La manière dont la cohésine engage la chromatine est restée une question majeure. Les sous-unités de base de cohesin, Smc1, Smc3, Scc1 assemblent un complexe en forme d’anneau via la connexion des domaines SMC «charnières» hétérodimères fournis par Smc1 et Smc3, et par la liaison des domaines SMC ATPase par Scc1. D'autres facteurs jouent un rôle dans différents aspects de la fonction de la cohésine, tels que Scc3, qui favorise l'association de la cohésine à l'ADN, les complexes de chargement et de déchargement, Scc2-Scc4 et Pds5-Wapl, respectivement responsables du chargement de la cohésine et de sa dissociation de la chromatine. . Au cours de la phase S, une acétyltransférase appelée Eco1 acétyle le domaine ATPase de Smc3 et déclenche l’établissement de la cohésion. Pour augmenter davantage la cohésion, un facteur métazoaire supplémentaire, la sororine forme un complexe avec Pds5 pour empêcher la liaison de Wapl. Pendant la métaphase, la cohésine centromérique est protégée par shugoshin-PP2A. Chez les métazoaires, la cohésine est libérée des chromosomes en deux étapes. La première nécessite la phosphorylation de la cohésine et permet à Wapl de se lier à nouveau à Pds5 afin d'assurer la médiation de la libération de cohésine indépendante du clivage à partir des bras des chromosomes. La seconde se produit lors de la réalisation de l'assemblage de la broche et nécessite l'activation d'une protéase appelée séparase, ce qui entraîne le clivage Scc1, libérant ainsi des chromatides soeurs à séparer dans des cellules filles. Au-delà de la cohésion, il devient également évident que la cohésine joue des rôles plus divers en interagissant avec une multitude d'autres facteurs, notamment la CTCF, une protéine connue comme un isolant, dont il a été rapporté qu'elle collabore à la détermination du génome 3D. structure.Pour comprendre comment la cohesine engage l'ADN, j'ai étudié les propriétés de liaison à l'ADN de sous-complexes précédemment identifiés. En déterminant une structure cristalline de la levure Scc3 liée à un fragment de la sous-unité Scc1 kleisin et de l'ADN, j'ai pu démontrer que Scc3 et Scc1 forment un module d'interaction composite de l'ADN. Le sous-complexe Scc3-Scc1 engage un ADN double brin à travers une surface conservée, chargée positivement. Nous démontrons que ce domaine est requis pour la liaison à l'ADN par Scc3-Scc1 in vitro, ainsi que pour l'enrichissement de la cohésine sur des chromosomes et pour la viabilité cellulaire. Ces résultats suggèrent que l'interface de liaison à l'ADN Scc3-Scc1 joue un rôle central dans le recrutement des complexes de la cohésine sur les chromosomes et donc que cette dernière exécute fidèlement ses fonctions lors de la division cellulaire.Pour étudier les bases moléculaires de la collaboration fonctionnelle signalée entre la cohésine et le CTCF dans la définition de la structure chromosomique 3D, j'ai identifié et déterminé la structure d'un complexe ternaire composé de SA2 humain (un orthologue de Scc3), de Scc1 et de CTCF. La structure révélait un motif de liaison SA2-Scc1 très répandu qui était présent non seulement dans le CTCF, mais aussi dans d’autres facteurs connexes fonctionellement, tels que shugoshin et Wapl. Les tests de compétition déroulants ont indiqué que la liaison de ces facteurs à SA2-Scc1 était mutuellement exclusive, ce qui suggère fortement qu'ils interagissent avec la cohésine via des mécanismes similaires. Pour démontrer ce principe, j'ai pu déterminer une structure de shugoshin en complexe avec SA2-Scc1, ce qui a confirmé que tant le shugoshin que le CTCF se lient à la même surface conservée sur la cohésine. / The cohesin complex is required for numerous chromosomal transactions including sister chromatid cohesion, DNA damage repair, transcriptional regulation and control of 3D chromatin architecture. How cohesin engages chromatin has remained a major question. The basic subunits of cohesin, Smc1, Smc3, Scc1 assemble a ring-shaped complex via connection of the heterodimeric SMC ‘hinge’ domains contributed by of Smc1 and Smc3, and through linkage of the SMC ATPase domains by Scc1. Additional accessory factors play important roles in different aspects of cohesin function, such as Scc3, which promotes the association of cohesin with DNA, the loading and unloading complexes, Scc2-Scc4 and Pds5-Wapl respectively, responsible for cohesin loading and its disassociation from chromatin. During S phase, an acetyltransferase called Eco1 acetylates the ATPase domain of Smc3 and triggers the stabilization, or establishment, of cohesion. To further augment cohesion, an additional metazoan factor, sororin forms a complex with Pds5 to prevent Wapl binding. During metaphase, centromeric cohesin is protected by the shugoshin-PP2A complex. In metazoans, cohesin is released from chromosomes in two major steps. The first requires cohesin phosphorylation and allows Wapl to bind Pds5 again to mediate cleavage-independent release of cohesin from chromosome arms. The second transpires upon fulfilment of spindle assembly and requires activation of a protease called separase, resulting in Scc1 cleavage, thus releasing sister chromatids to be segregated into daughter cells. Beyond cohesion, it is also becoming apparent that cohesin plays more diverse roles by interacting with a plethora of other factors, most notably CTCF, a zinc finger protein that is known as an insulator, which has been reported to collaborate with cohesin in determining 3D genome structure.To understand how cohesin engages DNA, I investigated the DNA binding properties of previously identified globular sub-complexes. By determining a crystal structure of the budding yeast Scc3 bound to a fragment of the Scc1 kleisin subunit and DNA, I could demonstrate that Scc3 and Scc1 form a composite DNA interaction module. The Scc3-Scc1 subcomplex engages double-stranded DNA through a conserved, positively charged surface. We demonstrate that this conserved domain is required for DNA binding by Scc3-Scc1 in vitro, as well as for the enrichment of cohesin on chromosomes and for cell viability. These findings suggest that the Scc3-Scc1 DNA-binding interface plays a central role in the recruitment of cohesin complexes to chromosomes and therefore for cohesin to faithfully execute its functions during cell division.To investigate the molecular basis of the reported functional collaboration between cohesin and CTCF in defining 3D chromosome structure, I identified and determined the structure of a ternary complex composed of human SA2 (an orthologue of Scc3), Scc1 and CTCF. The structure revealed a wide-spread SA2-Scc1 binding motif which was found to be present not only in CTCF, but also other functionally related factors, including shugoshin and Wapl. Competition pulldown assays indicated that binding of these factors to SA2-Scc1 was mutually exclusive, which strongly suggested that they interact with cohesin via similar mechanisms. To demonstrate this principle, I was able to determine a structure of shugoshin in complex with SA2-Scc1, which confirmed that both shugoshin and CTCF bind the same conserved surface on cohesin.

Nos investigations avaient pour but premier d'identifier une nouvelle cible thérapeutique potentielle en Hypertension Artérielle Pulmonaire (HTAP) impliquée dans le remodelage vasculaire des cellules musculaires lisses (CML) au niveau des artères pulmonaires (AP). Ces recherches ont révélé que l'inhibition de Aurora Kinase B (AURKB) dans les Cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires (CMLAP) d'HTAP entraîne une perturbation du cycle cellulaire avec un blocage en phase G2/M, une induction de la mort cellulaire programmée, et une modification significative de leur signature génétique. Ces observations suggèrent un rôle crucial de AURKB dans le processus de remodelage vasculaire associé à l'HTAP. Encouragés par ces résultats, nous avons évalué l'efficacité thérapeutique de l'inhibition de AURKB in vivo en utilisant le Barasertib, un de ses inhibiteurs spécifiques. Nos expériences précliniques chez l'animal ont démontré que le traitement au Barasertib améliore significativement la dynamique vasculaire dans deux modèles animaux d'HTAP (Monocrotaline et Sugen/Hypoxie), et cette amélioration a été confirmée dans des échantillons de poumons humains, des Precision-cut lung slices (PCLS). De plus, les CMLAP d'HTAP ont développé un phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP) à la suite de différents traitements moléculaires et pharmacologiques. Une approche thérapeutique combinée, associant le Barasertib avec un agent anti-sénescent, l'UC2288, a révélé une amélioration significative du remodelage vasculaire, suggérant une nouvelle stratégie prometteuse pour le traitement de l'HTAP. Nos résultats mettent en lumière AURKB comme une cible thérapeutique potentielle pour l'HTAP et soulignent l'efficacité d'une approche combinée pour réduire le remodelage vasculaire pulmonaire associé à cette pathologie. Ces découvertes ouvrent la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients atteints d'HTAP, offrant ainsi un espoir pour améliorer leur qualité de vie et leur pronostic à long terme / The primary objective of our investigation was to identify a potential novel therapeutic target involved in the vascular remodeling of smooth muscle cells with in pulmonary arteries, specifically in Pulmonary Arterial Hypertension (PAH). Our research revealed that inhibiting Aurora Kinase B (AURKB) in PAH smooth muscle cells leads to cell cycle disruption, causing a block at the G2/M phase, induction of programmed cell death, and significant alterations in their genetic profile. These findings highlight the crucial role of AURKB in the vascular remodeling process associated with PAH. Encouraged by these results, we assessed the therapeutic potential of AURKB inhibition in vivo using Barasertib, a specific inhibitor of this kinase.Our preclinical experiments demonstrated that Barasertib treatment significantly improved vascular dynamics in two animal models of PAH (Monocrotaline and Sugen/Hypoxia). This improvement was further validated in human lung samples using Precision-cut Lung Slices (PCLS). Moreover, PAH smooth muscle cells in pulmonary arteries developed a senescence-associated secretory phenotype (SASP) following various molecular and pharmacological treatments. A combined therapeutic approach, using Barasertib together with an anti-senescent agent, UC2288, resulted in a significant reduction of vascular remodeling, suggesting a promising new strategy for PAH treatment.These results identify AURKB as a potential therapeutic target for PAH and underscore the effectiveness of a combined approach in reducing pulmonary vascular remodeling associated with the condition. These discoveries pave the way for innovative therapeutic strategies for PAH patients, offering hope for improved quality of life and long-term prognosis.

La susceptibilité d'un individu à développer un cancer du sein est le résultat d'une interaction complexe de facteurs reliés au style de vie, à l'histoire reproductive et aux déterminants génétiques propres à chaque individu. Jusqu'à présent, un nombre limité de gènes ont été impliqués dans une telle susceptibilité. Il est présentement estimé que des mutations et variations de l'ensemble des gènes de susceptibilité connus (par exemple BRCA1, BRCA2, TP53, STK11, PTEN, ATM, PALB2, CHEK2, BR1P1 et les alleles de faible penetrance identifiés récemment) ne seraient responsables que d'un maximum de 30% des cas de cancers clairement familiaux. Dans cette thèse, la contribution de certains gènes a été investiguée dans une cohorte de femmes provenant de la population canadienne française et présentant des évidences claires de l'implication forte de facteurs génétiques de susceptibilité non reliés à BRCA1 ou BRCA2. Notre étude concerne les gènes candidats ZBRK1 (Zinc finger and BRCA1-interacting protein with KRAB domain 1), GADD45A (Growth arrest and DNA-damage-inducible alpha) et NBS1 (Nijmegen breakage syndrome 1). Notre analyse de ZNF350/ZBRK1 a permis de mettre en évidence trois haplotypes modulant de façon significative le risque de cancer du sein dans notre population. Parmi ceux-ci, deux pourraient être associés à un effet protecteur (p=0.01135 et p=0.00268) alors qu'un autre haplotype est lié à une augmentation du risque (p=0.00143). Dans le cas de GADD45A, nous avons identifié un haplotype commun démontrant une fréquence plus élevée dans le groupe contrôle, bien que cette association soit faible. En ce qui concerne NBN, le variant du promoteur c.-242-l lOdelAGTA est significativement surreprésenté dans notre groupe de femmes atteintes. Des essais de type gène luciférase rapporteur n'ont pas démontré de variation d'expression dans la lignée cellulaire de cancer du sein MCF-7, mais ont indiqué une réduction de l'expression dans les lignées cellulaires HEK293 et LNCaP. Ces résultats indiquent qu'il est possible que des variations de ces gènes, bien que n'étant pas très fréquentes, soient impliquées dans la susceptibilité au cancer du sein dans notre population et des études plus approfondies sur de grandes cohortes seront nécessaires afin de confirmer ou infirmer nos résultats.

Les protéines kinases de type NIMA (NIMA related kinases - Neks) forment une famille relativement bien conservée chez les eucaryotes. Plusieurs d’entre elles, comme la protéine kinase NIMA d’Aspergillus nidulans et la protein Nek2 de mammifères ont fait l’objet d’études suffisamment approfondies pour les impliquer dans la régulation du cycle cellulaire. L’objectif du présent travail était de caractériser la famille des Neks chez les plantes, et plus particulièrement de déterminer le rôle de PNek1, une Nek de peuplier. J’ai identifié neuf PtNeks chez Populus trichocarpa, sept AtNeks chez Arabidopsis thaliana et six OsNeks chez Oryza sativa. L’analyse phylogénétique et leur distribution chromosomique suggèrent une descendance unique chez les plantes, probablement à partir de Nek1. L’analyse du profil d’expression transcriptionnelle indique que la régulation de l’expression des Neks est liée aux patrons de développement basipétal de la feuille et vasculaire de la plante. Plus particulièrement, l’analyse de l’expression du gène PNek1 révèle une concordance exacte avec les sites de production de l’auxine, du développement basipétal de la feuille et de l’initiation du système vasculaire. PNek1 n’est toutefois pas induite par la signalisation de l’auxine. La surexpression de PNek1 chez Arabidopsis induit des anomalies importantes au niveau de l’inflorescence, empêchant même la fertilisation de la fleur. Au plan cellulaire, PNek1 est localisé dans le nucléole et s’accumule lors de la phase G2 précédant la mitose. L’accumulation de PNek1 est aussi induite lors d’un stress génotoxique au point de contrôle en G1/S. Des résultats récents de double hybride indiquent que PNek1 pourrait être impliquée dans la maturation de l’ARNm puisqu’elle interagit avec DBR1, une protéine directement impliquée dans l’épissage. Le présent travail offre une perspective inédite de la littérature des Neks comme régulateurs du cycle cellulaire. Le contexte biologique particulier du peuplier m’a aussi conduit à associer les Neks au développement d’organes complexes. Cette approche et ces observations représentent donc en soit une contribution originale, se distinguant des nombreuses études antérieures faites chez les mammifères, où seule leur relation au cycle cellulaire a été étudiée. / The NIMA-related kinases family (Neks) is well conserved among eukaryotes. Several studies, especially on Aspergillus nidulans NIMA and mammalian Nek2, have tagged them as cell cycle regulators. The objective pursued in this work was to characterise the plant Nek family and, more specifically, to identify a possible role for PNek1, a Nek from poplar tree. Here, I describe nine PtNeks in Populus trichocarpa, seven AtNeks in Arabidopsis thaliana and six OsNeks in Oryza sativa. Phylogenetic analysis in addition to their chromosomal distribution suggest a unique origin for all plant Neks. Exhaustive transcript expression analysis indicates that plant Neks regulation is related to the basipetal and vascular plant development patterns. Moreover, PNek1 promoter expression analysis reveals a striking similarity with sites of auxin production, basipetal leaf development and vascular initiation. However, PNek1 is not induced by auxin signalling. PNek1 overexpression in Arabidopsis induces severe inflorescence anomalies, which can lead to flower sterility. At the cell level, PNek1 is localised in the nucleoli and accumulates during the G2 phase before the onset for mitosis. PNek1 transcript accumulation could also be induced by a genotoxic stress at the G1/S checkpoint. Yeast two-hybrid experiments indicate that PNek1 could be involved in mRNA maturation since it interacts with DBR1, a protein directly involved in RNA splicing. This work offers a unique perspective to the actual Neks literature as cell cycle regulators. The particular biological context of poplar trees also brought me to associate Neks with complex organ development. This approach and these observations represent an original contribution, distinguishing itself from the numerous mammalians studies which only looked at their relation to the cell cycle regulation.

Confidentiel / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished