Le NMD (nonsense-mediated mRNA decay) est un mécanisme qui reconnaît et dégrade les ARNm portant un codon stop prématuré afin d’empêcher la synthèse de protéines tronquées qui pourraient avoir des effets néfastes pour la cellule ou tout simplement être non fonctionnelles. Cependant, dans un certain nombre de cas, selon la position du codon stop prématuré, la protéine tronquée qui serait synthétisée si le NMD n’existait pas, pourrait remplir complètement ou partiellement la fonction de la protéine sauvage. Il faut noter qu’un codon stop prématuré est retrouvé dans le gène responsable d’une pathologie dans un tiers des maladies génétiques et de nombreuses formes de cancer. Dans la plus grande majorité des cas, la maladie se développe non pas parce qu’une protéine tronquée non fonctionnelle ou instable est synthétisée, mais plutôt parce que le gène muté n’est pas exprimé du fait de l’intervention du NMD sur l’ARNm qui en dérive. Une nouvelle approche thérapeutique de ces maladies serait d’inhiber le NMD afin de permettre la synthèse de protéines tronquées fonctionnelles et sauver le phénotype clinique. Nous avons donc décidé de rechercher des inhibiteurs du mécanisme du NMD parmi des petites molécules chimiques. Pour cela, nous avons mis au point un système de criblage en culture cellulaire reliant l’efficacité du NMD dans une cellule avec une activité luciférase mesurable directement sur les cultures cellulaires, au moyen d’un luminomètre. A partir d’un premier criblage d’environ 1500 composés chimiques, nous avons identifié une nouvelle molécule capable d’inhiber efficacement le NMD. De façon intéressante, cette nouvelle molécule est capable également d’induire la synthèse de protéines entières à partir d’un ARNm portant un codon stop prématuré. Nous avons utilisé cet inhibiteur dans des expériences pour déterminer son potentiel thérapeutique sur des modèles cellulaires de maladies génétiques tels que la dystrophie musculaire de Duchenne, la mucoviscidose et le cancer. Nos résultats démontrent que l’inhibition du NMD peut être en effet envisagée comme une nouvelle approche thérapeutique pour des maladies causées par l’apparition d’une mutation non sens. Nous avons aussi identifié une autre molécule chimique capable d’inhiber le NMD et permettant de faire un lien entre efficacité du NMD et intégrité du cytosquelette. / MRNAs harboring a premature termination codon are rapidly degraded by a mechanism called nonsense-mediated mRNA decay (NMD). NMD is a surveillance pathway that prevents the synthesis of truncated proteins that could be harmful for the cell or simply be non-functional. However in some cases, depending on the position of the premature stop codon, the truncated protein that would be synthesized if there were no NMD would be partially or fully as functional as the wild-type protein. It is noteworthy that premature termination codons are found in approximately one-third of inherited genetic disorders and several forms of cancer. In most of cases the disease arises not because a non-functional or unstable truncated protein is synthesized, but instead because the degradation of the transcript by NMD leads to complete loss of protein production. Therefore, NMD inhibition could be an interesting therapeutic approach in some cases of nonsense-related genetic diseases in which functional truncated proteins can restore the clinical phenotype. We decided to search for NMD inhibitors among thousands of small molecules. We developed a cell-based screening method which couples NMD efficiency into the cell to a luciferase activity that can be measured directly into cells by a luminometer. From a screening of approximately 1500 compounds, we have identified one molecule capable of efficiently inhibit NMD. Interestingly, this compound is also able to induce the synthesis of full-length proteins from an mRNA bearing a premature termination codon. We evaluated the therapeutic potential of this compound in different cellular models of genetic disorders such as Duchenne’s muscular dystrophy, cystic fibrosis and cancer. Our results demonstrate that NMD inhibition in general can be considered as an useful therapeutic approach to rescue PTC consequences in genetic diseases provoked by the apparition of a nonsense mutation. We have also identified another compound that inhibits NMD and uncovers a relationship between the NMD efficiency and the integrity of the cytoskeleton.

Environ un tiers des maladies humaines, héréditaires ou acquises, sont dues à la génération d’un codon stop prématuré (PTC). Le système de contrôle appelé dégradation des ARNm non-sens (NMD) permet de détecter puis de dégrader des ARNm contenant un PTC. Les facteurs principaux de la NMD : UPF1, UPF2 et UPF3 reconnaissent les PTCs en interagissant avec le complexe de terminaison de traduction contenant les ribosomes, les facteurs de terminaison eRF1, eRF3 et la protéine poly(A) binding (Pab1p en levure). Nous avons pu résoudre la structure d'un tel complexe en levure comprenant un ribosome en cours de traduction en présence d’un ARNt dans le site P et de facteurs de terminaisons dans le site A. Aucune densité n’a pu être observée pour Pab1p indiquant la flexibilité de l’interaction avec ce complexe. Nous avons aussi évalué l’impact des facteurs de la NMD sur la terminaison dans un système de traduction in vitro humain. UPF3B retarde la reconnaissance du codon stop et favorise la dissociation des sous-unités ribosomales. UPF2 abolit l’effet de UPF3B tandis que l’addition de UPF1 n’a pas d’influence dans la terminaison. Par in vivo et in vitro pulldowns, nous avons montré que UPF3B interagit avec eRF3a et UPF1 et pourrait constituer le lien manquant entre la terminaison et la NMD. Nos résultats illustrent la complexité des mécanismes de la terminaison et de la NMD. / Premature termination codons (PTCs) account for approximately one third of inherited and acquired diseases. A surveillance pathway called nonsense-mediated mRNA decay (NMD) detects and degrades PTC-containing transcripts. NMD core factors UPF1, UPF2 and UPF3 mediate the recognition of PTCs by associating with the terminating translation machinery composed of the ribosome, the release factors eRF1 and eRF3 and the poly(A) binding protein (Pab1p in yeast). Using electron cryo-microscopy, we solved such a complex in yeast and observed the translating ribosome, containing a P-site tRNA and an A-site density for the release factors but not for Pab1p indicating that Pab1p is flexibly bound. We also probed the function of NMD factors in mammalian termination using a reconstituted human in vitro translation system. Surprisingly, we found that UPF3B delayed stop codon recognition and promoted ribosomal dissociation. The addition of UPF2 could abolish UPF3B’s effect on translation termination. UPF1 had no influence in the termination process alone or in combination with UPF2. Using in vitro and in vivo pulldowns we found that UPF3B interacts with eRF3a and UPF1, indicating that UPF3B could be the missing link between termination and NMD. Our results point to a complex interplay between the NMD factors and the termination apparatus.

Rôle du métabolisme post-transcriptionnel des ARNm dans la régulation de la dormance des semences d’Arabidopsis thaliana.Une étude physiologique nous a permis d'identifier l'influence de la température et de l'humidité relative (HR) lors du stockage des graines dormantes d’Arabidopsis. Après une levée de dormance atteinte en 7 semaines avec des cinétiques variables selon les conditions, on observe une induction de la dormance secondaire à faible HR et une perte progressive de la viabilité à forte HR. La levée et l’induction de la dormance sont associées à la régulation de gènes liés aux voies de l'acide abscissique et des gibbérellines. Nous avons étudié la dynamique d’association des ARNm aux polysomes et comparé la transcription et la traduction des graines dormantes et non dormantes au cours de l’imbibition. Nous montrons qu'il n'y a pas de corrélation entre transcriptome et traductome et que la régulation de la germination est principalement liée à la traduction. Ceci suppose un recrutement sélectif et dynamique des ARNm liés aux polysomes dans les graines dormantes et non dormantes. Certaines caractéristiques de la région 5'UTR des transcrits semble impliquées dans la sélection des ARNm traduits pendant la germination. Les phénotypes de mutants d’éléments du catabolisme des ARN montrent que la dormance est également associée à une dégradation sélective des ARNm. Les P-bodies (localisés dans des lignées YFP-DCP1) sont d’ailleurs en quantité plus importante dans les graines non-dormantes. La comparaison des transcriptomes des mutants vcs-8 et xrn4-5 a permis l'identification de plusieurs transcrits dégradés via VCS ou XRN4, dont le rôle sur la dormance a été confirmé par génétique inverse. Certains motifs spécifiques semblent être impliqués dans la sélection de transcrits pour leur dégradation. / Role of mRNA post-transcriptional metabolism in the regulation of Arabidopsis thaliana dormancy.A physiological study allowed us to reveal the effect of temperature and relative humidity (RH) during Arabidopsis seed storage. Seven weeks of after ripening lead to alleviation of dormancy with different kinetics according to the conditions. Longer storage induced an induction of secondary dormancy at low RH and progressive loss of viability at high RH. Dormancy release and induction of secondary dormancy were associated with induction or repression of key genes related to abscissic acid and gibberellins pathways. We have studied the dynamics of mRNAs association with polysomes and compared transcriptome and translatome of dormant and non-dormant seeds. There was no correlation between transcriptome and translatome and germination regulation is largely translational, implying a selective and dynamic recruitment of mRNAs to polysomes in both dormant and non-dormant seeds. Some identified 5'UTR features could play a role in this selective. Dormancy is also associated with mRNA decay as demonstrated by phenotyping mutants altered in mRNA metabolism. Moreover we have shown that P-bodies were more abundant in non-dormant seeds that in dormant ones. Transcriptome analysis of xrn4-5 and vcs-8 mutants allowed us to identify several transcripts degraded via VCS ou XRN4 proteins, having a role in dormancy. This role was confirmed by reverse genetics for some of them. Some specific motifs were identified as involved in mRNA decay selection.

La régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique est basée sur un réseau complexe et dynamique d’interactions ARN-protéines. Un défi important est de comprendre les mécanismes par lesquels ces protéines de liaison à l’ARN (RBPs) influencent chaque étape du métabolisme des ARNm. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de caractériser de nouvelles fonctions de la RBP virale EB2 qui est indispensable à la production du virus d’Epstein-Barr (EBV). Des travaux antérieurs ont montré qu’EB2 favorise l’accumulation cytoplasmique de la majorité des ARNm viraux, dont la caractéristique est d’être transcrit à partir de gènes sans intron. Nous montrons que le rôle d’EB2 ne se limite pas à celui de facteur d’export des ARNm car cette RBP stabilise aussi ses ARNm cibles dans le noyau en les protégeant de la dégradation par l’exosome. Nos résultats indiquent qu’en absence d’EB2 : (i) certains ARNm viraux sont instables car ils contiennent des sites cryptiques d’épissage ; (ii) le facteur d’épissage SRSF3 déstabilise ces ARNm en interagissant à la fois avec l’exosome et le complexe NEXT, un des cofacteurs nucléaires de l’exosome. Par ailleurs, nous montrons également qu’EB2 est associée aux polysomes et stimule efficacement la traduction de ses ARNm cibles, en interagissant avec les facteurs d’initiation de la traduction eIF4G et PABP. Le développement d’un nouveau système de traduction in vitro nous a permis de montrer que l’effet d’EB2 sur la traduction nécessite le passage nucléaire de ses ARNm cibles. Ainsi, l’ensemble de nos travaux démontre le rôle clé d’une RBP virale dans le couplage entre les étapes nucléaires et cytoplasmiques de la biogenèse des ARNm. / Post-transcriptional regulation of gene expression is based on a complex and dynamic network of RNA-proteins interactions. A major challenge is to understand the precise contribution of these RNA-binding proteins (RBPs) to each step of mRNA metabolism. During this thesis, we have characterized new functions of the EB2 viral RBP which is essential for the production of the Epstein-Barr virus (EBV). Previous works have shown that EB2 promotes cytoplasmic accumulation of most intronless viral mRNAs. Here, we show that EB2 is not just an mRNA export factor because this RBP also stabilizes its target mRNAs in the nucleus by protecting them from RNA exosome degradation. Our results indicate that in the absence of EB2 : (i) some viral mRNAs are unstable because they contain cryptic splice sites ; (ii) the splicing factor SRSF3 destabilizes these mRNAs by interacting with both the RNA exosome and the Nuclear EXosome Targeting (NEXT) complex. Moreover, we also show that EB2 is associated with polysomes and it strongly stimulates translation of its target mRNAs through interactions with the eIF4G and PABP initiation factors. Interestingly, the development of a new in vitro translational assay allowed us to show that EB2’s translation stimulation requires that EB2 binds its target mRNAs in the nucleus. Taken together, our works demonstrate the key function of a viral RBP in the coordination of the nuclear and cytoplasmic steps of mRNA biogenesis.

Les P-bodies sont des granules cytoplasmiques de fonction inconnue. Ils sont néanmoins conservés de la levure à l’homme, suggérant un rôle important chez les eucaryotes. L’analyse de l’influence de l’expression de certaines protéines pouvant se localiser dans ces granules a permis de mettre en évidence le rôle crucial de DDX6 dans l’assemblage des P-bodies. En effet, l’inhibition de l’expression de DDX6 dans les cellules humaines empêche l’assemblage des P-bodies. L’étude de la protéine DDX6 semblait donc être un bon point de départ pour comprendre d’avantage le rôle des P-bodies. Cette hélicase à motif DEAD de 54 kDa interagit avec des protéines du complexe répression de la traduction CPEB chez le Xénope, mais également avec des protéines des complexes de dégradation 5’-3’ et 3’-5 ‘ des ARNm chez les mammifères, les levures et les drosophiles, ou encore avec les protéines Argonautes du complexe miRISC chez les mammifères. Nos travaux se sont donc intéressés à déterminer les principales fonctions de DDX6 dans les cellules humaines. Les complexes protéiques contenant DDX6 ont été purifiés à partir de lysats cytoplasmiques de cellules HEK293 transfectées avec un plasmide codant pour la protéine FLAG-DDX6-HA. Plus de 300 partenaires protéiques ont été identifiés en spectrométrie de masse. Trois complexes majeurs contenant DDX6 ont été mis en évidence : un complexe de répression « CPEB-like », le complexe de décoiffage des ARNm, et un complexe contenant les ataxin-2 et ataxin-2-like. Les protéines du cœur du complexe de jonction d’exons sont également en interaction avec DDX6, suggérant que DDX6 interagit avec des ARNm tout juste sortis du noyau. Enfin, le grand nombre et les hauts scores avec lesquels ont été identifiés les protéines ribosomales nous ont conduit à analyser la présence de DDX6 au niveau des polysomes. L’analyse de lysats cytoplasmiques sur gradient de sucrose nous a permis de mettre en évidence l’association d’une fraction de DDX6 aux polysomes. Toutes ces observations mettent en évidence le rôle multiple de DDX6 entre répression et dégradation des ARNm, dans les cellules humaines. L’hélicase pourrait permettre le recrutement du complexe de répression par des ARNm activement traduits. La fixation multiple de DDX6 à l’ARNm pourrait être un moyen de recruter simultanément les complexes de répression et de dégradation des ARNm sur un même ARNm. / P-bodies are cytoplasmic granules. Their function is unknown, but they are conserved from the yeast to humans, suggesting an important role through eukaryotes. The expression inhibition of several proteins localized in P-bodies leads to their disassembly. In most cases, a cellular stress induced by arsenite treatment causes P-body assembly, except in cells depleted for DDX6. Since this observation showed that DDX6 is necessary for P-body assembly, to study this protein is a good starting point to further understand the role of P-bodies. This 54 kDa DEAD-box helicase interacts with proteins of the CPEB repression complex in xenopus oocytes, but also with protein of the déadénylation and dacapping complex in yeasts, drosophila and mammals, and with proteins of the miRISC complex. Our project was to determine the DDX6 main protein partners in human cells. To do so, DDX6 containing complexes were purified using HEK293 cells transfected with a plasmid encoding for the FLAG-DDX6-HA. Over 300 partners were identified by mass spectrometry. Three main DDX6 containing complexes were highlighted in human cells: A “CPEB-like” repression complex, the decapping complex, and a complex containing ATXN2 and ATXN2L proteins. Exon junction complex core proteins were also identified as DDX6 partners, raising the possibility that DDX6 interacts with mRNA not yet translated. A large number of ribosomal proteins were also identified with high scores, suggesting that DDX6 interacts with actively translated mRNA. Analyze of cytoplasmic lysates on sucrose gradients showed that DDX6 is partially associated with polysomes. To conclude, these observations showed the multiple roles of DDX6 in human cell, between mRNA repression and degradation. The helicase could allow the recruitment of the repression complex on actively translated mRNA. In a nutshell, the multiple binding of DDX6 on one mRNA could be a way to enable the fixation of repression and degradation complexes at the same time, on the same mRNA.

La traduction des ARNm en protéine est un processus finement régulé grâce aux mécanismes développés par la cellule pour en contrôler l’efficacité et la fidélité. En effet, les ARNm sont sujets à diverses erreurs au cours de leur transcription et leur maturation. En particuliers, les erreurs entrainant l’apparition de codons stop précoces peuvent conduire à la synthèse de protéines tronquées à effet néfaste sur la cellule. C’est pour cela que de tels ARNm sont rapidement dégradés grâce à un mécanisme régulateur appelé la NMD (Nonsence mediated mRNA Decay). Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, cette voie est régie par l’action coordonnée des protéines Upf1, Upf2 et Upf3 formant le complexe de surveillance, mais elle fait également intervenir les facteurs de terminaison classique eRF1 et eRF3, ainsi que d’autres facteurs peu caractérisés tels que la protéine Ebs1. Par ailleurs, la dégradation de ces ARNm défectueux est accélérée par la dégradation rapide de la coiffe ou « decapping ». Au cours de ce travail, nous avons caractérisé des domaines fonctionnels de protéines impliquées dans la détection et la dégradation de ces ARNm. En particuliers, nous nous sommes intéressés à l’étude structurale de la protéine Upf2 qui constitue l’élément central du complexe de surveillance. Nous avons également caractérisé un domaine de la protéine Pat1, puissant activateur du « decapping ». Cette étude nous a permis de mieux comprendre le rôle de ces protéines dans le contrôle qualité et la dégradation des ARNm. / MRNA translation process is finely tuned thanks to the regulatory mechanisms evolved by the cell controlling its rate, efficiency and fidelity. Indeed, mRNAs are often subjected to transcription and maturation errors. In particular, mRNA harboring premature stop codons (PTC) in their open reading frames could be translated into truncated proteins with a deleterious impact on the cell. Thus, such mRNAs are rarely detected in the cell as they are rapidly degraded thanks to the NMD (Nonsence mediated mRNA Decay) pathway. In yeast Saccharomyces cerevisiae, this process is governed by the Upf1, Upf2 and Upf3 proteins forming the “surveillance complex”, the termination factors (eRF1 and eRF3) as well as some other poorly characterized factors like Ebs1 protein. In addition, degradation of such mRNAs is enhanced by rapid degradation of the 5’ cap or decapping. In this work, we focused on the characterization of some proteins involved in this process. In particular, we addressed the structural characterization of Upf2 protein, the central component of the surveillance complex. In addition, we characterized a functional domain of Pat1 protein, a strong decapping enhancer. This study allowed us to give a new insight into the role of these proteins in mRNA quality control and decay.

Au cours de mon travail de thèse j’ai étudié la relation entre les facteurs participant à la terminaison de la traduction et ceux participant à la dégradation des ARNm chez S. cerevisiae.D’une part, je me suis intéressée au facteur Tpa1, caractérisé pour son rôle dans la terminaison de la traduction et la stabilité des ARNm chez S. cerevisiae et dont l’homologue chez S. pombe, Ofd1, participe au contrôle de la réponse hypoxique. Je me suis basée sur la structure de ce facteur, établie par nos collaborateurs pour comprendre plus précisément la fonction moléculaire de Tpa1 et rechercher des similitudes avec sa fonction chez S. pombe.Tpa1 est composée de deux domaines de type DSBH dont le premier, contenant le site catalytique, présente des homologies structurales avec la famille des prolyl-hydroxylases.Nous avons reproduit l’effet de la protéine Tpa1 sur la translecture in vivo et montré que son site catalytique prédit, ainsi que la présence des deux domaines étaient nécessaires pour cette activité. Nous avons aussi observé que Tpa1 inhibait par un mécanisme inconnu le facteur de transcription Hap1, qui régule des gènes en fonction de la quantité d’oxygène. Basé sur l’existence d’un inhibiteur d’Ofd1 chez S. pombe, nous avons ensuite montré qu’Ett1 (l’homologue de cet inhibiteur chez S. cerevisiae) avait un rôle similaire à Tpa1 dans la translecture. Une étude structurale collaborative d’Ett1 a mis en évidence une région conservée, se liant à une molécule de sulfate et à un ligand inconnu. Cette région est importante pour la translecture. Cependant, le substrat de Tpa1 reste pour l’instant inconnu comme les rôles précis de Tpa1 et Ett1 dans la terminaison de la traduction et dans la réponse à l’hypoxie.D’autre part, j’ai étudié le processus de NMD, particulièrement en me focalisant sur le mécanisme de discrimination entre un codon stop précoce (PTC) et un codon stop normal, et en analysant également la modification post-traductionnelle d’un facteur central du NMD, Upf1. Nous avons mis en évidence, qu’en plus de la région aval, la région en amont du PTCparticipait à sa reconnaissance. Nous avons testé plusieurs hypothèses sur le rôle de cette région, qui ont confirmé son rôle sans permettre de démontrer un mécanisme définitif. En parallèle, l’étude de la protéine Upf1 s’est concentrée sur ses modifications posttraductionnelles, particulièrement par phosphorylation. En effet, une telle modification est importante chez son homologue humain. Nous avons pu confirmer l’existence d’une forme modifiée et démontrer que celle-ci était localisée entre les acides aminés 153 et 971. Cette modification s’est avérée être très labile ce qui n’a pas permis de confirmer qu’il s’agissait d’une phosphorylation, ni de la cartographier plus précisément. / During my PhD thesis, I analyzed the relation between factors that participate intranslation termination and those participating in mRNA decay in yeast S. cerevisiae.First, I focused on Tpa1, that had been proposed to participate in translationtermination and mRNA decay in S. cerevisiae, and whose homologue in S. pombe, Ofd1,participates to the control of hypoxic response. Based on the structure of Tpa1, established byour collaborators, I performed functional analysis to understand more precisely the molecularfunction of Tpa1 and similarities with its role in S. pombe. Tpa1 is composed of two DSBHdomains; the first, which contains the catalytic site, has structural homologies with the familyof prolyl-hydroxylase. We could reproduce the effect of Tpa1 on stop codon readthrough invivo and we showed that the predicted catalytic site and the presence of the two domains ofTpa1 were necessary for its activity. We also showed that Tpa1 inhibited one factor, Hap1,implicated in regulation of gene expression by oxygen. The existence of an inhibitor of Ofd1in S. pombe, allowed the identification of Ett1 (its homologue in S. cerevisiae). We showedthat Ett1 has a role similar to the one of Tpa1 in translational readthrough. A collaborativestructural and functional study of Ett1 revealed a conserved region, which binds a sulfate ion,and an unknown ligand. This region is important for the readthrough. However, thesubstrate(s) of Tpa1 remain(s) for the moment unknown, and the precise roles of Tpa1 andEtt1 in translation termination and in response to hypoxia remain to be deciphered.I also analyzed the NMD process by focusing more particularly on the mechanism thatallows the discrimination between a normal stop and a PTC (premature termination codon)and on the analysis of the post-translational modification of an important factor for the NMD,Upf1. This study revealed that, not only the region downstream of the PTC but also theupstream region participates to its recognition. We have tested several hypotheses on the roleof this upstream region, which confirmed its implication but did not reveal a definitivemechanism. In parallel, we started the study of the post-translational modifications of Upf1,and more particularly by phosphorylation. Indeed, the phosphorylation of Upf1 in human isvery important for the NMD process. We could confirm the presence of a modified form ofyeast Upf1 and we have demonstrated that it was localized between amino acids 153 and 971.This modification appeared to be highly labile. This prevented us to confirm definitively thatit was really a phosphorylation and to cartography precisely its location.

Le dégradosome d'E. coli est un complexe protéique impliqué dans la dégradation des ARNm constitué de quatre protéines majeures : RNase E, PNPase, RhlB et l'Enolase. Dans le but de mieux comprendre l'action du dégradosome, des études de l'interaction de RhlB et des autres hélicases DEAD-box de la cellule avec la RNase E ont été menées. Deux sites distincts d'interaction ont été mis en évidence dont l'un spécifique de RhlB. Ceci suggère l'existence de dégradosome alternatif différents selon les conditions de croissance. Des travaux menés sur l'Enolase afin de déterminer son rôle au sein du complexe semblent écarter un rôle structural du complexe ou global de la dégradation des ARNm. L'hypothèse d'un effet plus spécifique est privilégiée. Enfin, des travaux sur la régulation de la RNase E par phosphorylation ont conduit à plusieurs modèles de mécanismes son inhibition par ce processus. Une relation étroite entre le domaine NTH et CTH de la RNase E a ainsi été mise en évidence. De plus, il semble qu'une kinase endogène de E. coli puisse phosphoryler le CTH de la RNase E, uniquement en absence du NTH.

Le NMD (nonsense-mediated mRNA decay) est un mécanisme qui reconnaît et dégrade les ARNm portant un codon stop prématuré afin d'empêcher la synthèse de protéines tronquées qui pourraient avoir des effets néfastes pour la cellule ou tout simplement être non fonctionnelles. Cependant, dans un certain nombre de cas, selon la position du codon stop prématuré, la protéine tronquée qui serait synthétisée si le NMD n'existait pas, pourrait remplir complètement ou partiellement la fonction de la protéine sauvage. Il faut noter qu'un codon stop prématuré est retrouvé dans le gène responsable d'une pathologie dans un tiers des maladies génétiques et de nombreuses formes de cancer. Dans la plus grande majorité des cas, la maladie se développe non pas parce qu'une protéine tronquée non fonctionnelle ou instable est synthétisée, mais plutôt parce que le gène muté n'est pas exprimé du fait de l'intervention du NMD sur l'ARNm qui en dérive. Une nouvelle approche thérapeutique de ces maladies serait d'inhiber le NMD afin de permettre la synthèse de protéines tronquées fonctionnelles et sauver le phénotype clinique. Nous avons donc décidé de rechercher des inhibiteurs du mécanisme du NMD parmi des petites molécules chimiques. Pour cela, nous avons mis au point un système de criblage en culture cellulaire reliant l'efficacité du NMD dans une cellule avec une activité luciférase mesurable directement sur les cultures cellulaires, au moyen d'un luminomètre. A partir d'un premier criblage d'environ 1500 composés chimiques, nous avons identifié une nouvelle molécule capable d'inhiber efficacement le NMD. De façon intéressante, cette nouvelle molécule est capable également d'induire la synthèse de protéines entières à partir d'un ARNm portant un codon stop prématuré. Nous avons utilisé cet inhibiteur dans des expériences pour déterminer son potentiel thérapeutique sur des modèles cellulaires de maladies génétiques tels que la dystrophie musculaire de Duchenne, la mucoviscidose et le cancer. Nos résultats démontrent que l'inhibition du NMD peut être en effet envisagée comme une nouvelle approche thérapeutique pour des maladies causées par l'apparition d'une mutation non sens. Nous avons aussi identifié une autre molécule chimique capable d'inhiber le NMD et permettant de faire un lien entre efficacité du NMD et intégrité du cytosquelette.

La formation de nouveaux vaisseaux sanguins ou angiogenèse soutient la croissance tumorale en fournissant l'oxygène et les nutriments qui lui sont nécessaires. Le rôle clé du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire VEGF dans ce processus a suscité le développement de stratégies anti-angiogéniques pour le traitement du cancer. Cependant, des travaux précliniques et des données cliniques suggèrent l'émergence de résistances aux anti-angiogéniques, en raison notamment de la redondance des facteurs de croissance pro-angiogéniques. Il est donc nécessaire de développer des stratégies alternatives plus efficaces. En 2010, notre laboratoire a apporté la preuve de concept d'une thérapie anti-tumorale et anti-angiogénique innovante basée la dégradation des ARNm à demi-vie courte par la protéine à doigts de zinc TIS11b. Néanmoins, l'instabilité de la protéine thérapeutique a entravé la caractérisation plus détaillée de cette stratégie. Dans ce contexte, l'objectif majeur de ma thèse était l'optimisation de la stabilité et de l'activité de TIS11b et l'évaluation de son efficacité thérapeutique. Pour cela, nous avons généré une nouvelle protéine TIS11b génétiquement modifiée sur la base d'études biochimiques et moléculaires. Notamment, nous avons observé que la phosphorylation de la sérine 334 située dans le domaine C-terminal de TIS11b augmente de façon très significative la stabilité de la protéine et potentialise son activité déstabilisatrice de l'ARNm du VEGF. De plus, la délétion du domaine N-terminal augmente également la stabilité de TIS11b sans altérer son activité. Nous avons alors généré deux nouvelles protéines thérapeutiques, la protéine ZnC et la protéine ZnC334D pour laquelle la troncation du domaine N-terminal et la substitution de la sérine S334 par un aspartate mimant une phosphorylation ont été combinées. Les nouvelles protéines ont été fusionnées à une étiquette polyarginine R9 leur permettant de traverser les membranes cellulaires (R9-ZnC et R9-ZnCS334D). Nous avons montré que R9-ZnC et R9-ZnCS334D inhibent l'expression de VEGF in vitro dans la lignée de cancer du sein murin 4T1. De plus, R9-ZnCS334D exerce une activité anti-proliférative, anti-migratoire et anti-invasive dans ces cellules. In vivo, l'injection intra-tumorale de R9-ZnCS334D dans des tumeurs 4T1 préétablies inhibe significativement l'expression du VEGF, la croissance et la vascularisation tumorales. De façon remarquable, l'analyse des extraits tumoraux indique que le traitement diminue l'expression de chimiokines clés dans les processus d'angiogenèse, d'inflammation et d'invasion (Fractalkine, MCP-1, NOV, SDF-1, Pentraxin…). Enfin, R9-ZnC et R9-ZnCS334D inhibent l'expression de marqueurs de la transition épithélio-mésenchymateuse, un processus impliqué dans la dissémination métastatique. L'ensemble de ces travaux indique que R9-ZnC et R9-ZnCS334D sont des molécules anti-tumorales multi-cibles, qui inhibent plusieurs étapes clés de la progression tumorale. Cette étude confirme que le ciblage de la stabilité des ARNm est une stratégie prometteuse et novatrice pour le développement de nouvelles thérapies anti-cancéreuses. / One of the innovative aspects of anti-cancer therapies is the possibility of preventing tumor growth by blocking blood supply. Cancer cells induce the formation of their own blood vessels from pre-existing vasculature, a process called angiogenesis. One of the most important proangiogenic factors is vascular endothelial growth factor (VEGF). The success of bevacizumab (a humanized anti-VEGF monoclonal antibody) combined to chemotherapy for the treatment of human metastatic cancers has validated VEGF as an efficient target. However, despite the initial enthusiasm, resistance to these anti-angiogenic treatments resulting from compensatory mechanisms occurs upon time. For this reason, there is a real need for new anti-angiogenic drugs that will target the angiogenic process through distinct mechanisms. In 2010, our laboratory has successfully developed an anti-angiogenic and anti-tumoral therapy based on destabilization of short-lived mRNAs by the zinc finger protein TIS11b. However, the therapeutic protein was highly unstable, thus making it difficult to further characterize the experimental therapy. In this context, the main task of my thesis was the optimization of TIS11b stability and activity followed by the evaluation of the multi-target action of our novel protein on tumor development. In a first part of this work, biochemical and molecular approaches allowed us to demonstrate that phosphorylation of the C-terminal serine S334 in TIS11b protein markedly increases its stability. In addition, deletion of the N-terminal domain of TIS11b highly increases its protein stability without affecting its activity. Therefore, we integrated N-terminal truncation (ZnC) and C-terminal substitution of S334 by an aspartate to mimic a permanent phosphorylation at S334 (ZnCS334D) as a novel TIS11b engineering strategy. Both proteins were fused subsequently to a cell-penetrating peptide polyarginine (R9). In vitro studies revealed that R9-ZnC and R9-ZnCS334D inhibit VEGF expression in the murine breast cancer cells 4T1. In addition, R9-ZnCS334D impaired proliferation, migration, invasion and anchorage-independent growth of 4T1 cells. In vivo, intra-tumoral injection of either protein significantly reduced VEGF expression and tumor vascularization. Strikingly, antibody array analyses of tumor extracts demonstrated a reduced expression of several chemokines such as Fractalkine, MCP-1, NOV, SDF-1 and Pentraxin upon R9-ZnC or R9-ZnCS334D treatment. These factors, which are produced by several cell types within tumor tissue, are key drivers of tumor angiogenesis, tumor-promoting inflammation and invasion. Furthermore, the expression of markers of the epithelial-to-mesenchymal transition was also significantly reduced, suggesting an anti-metastatic effect of R9-ZnC and R9-ZnCS334D. Thus, we provide R9-ZnC and R9-ZnCS334D as potential novel multi-target agents which inhibit key hallmarks of cancer progression. This work supports the emerging link between mRNA stability and cancer and proposes novel concepts for the development of innovative anti-cancer therapies.