La sénescence est un mécanisme de défense antiprolifératif dont la cellule est munie afin de prévenir l’accumulation de mutations pouvant mener à sa transformation et l’éventuel développement d’une tumeur. Ce programme consiste en un arrêt permanent du cycle cellulaire. Il peut être activé par de nombreux stimuli tels que le raccourcissement des télomères, le stress oxydatif, ou l’expression d’un oncogène constitutivement actif. Sa régulation requiert l’activation de protéines appelées des suppresseurs de tumeur dont les plus importants sont p53 et RB. De manière plus spécifique, les sénescences induites par l’expression des oncogène RASV12 ou STAT5A(1*6) sont respectivement caractérisées par l’augmentation de l’expression des protéines PML et CHES1/FOXN3. Le but de cette thèse est, dans un premier temps, de mettre en évidence le mécanisme de régulation de la sénescence par PML. PML est un suppresseur de tumeur dont l’expression dans des cellules diploïdes normales est suffisante pour induire la sénescence. Cette protéine forme des corps nucléaires sphériques au sein desquels est recruté, parmi d’autres molécules, la protéine du rétinoblastome RB. RB est un régulateur négatif du cycle cellulaire capable de lier et inhiber les facteurs de transcription E2F dont les gènes cibles sont nécessaires à la prolifération. Nos travaux démontrent que le mécanisme d’induction de la sénescence par PML implique le recrutement du complexe RB/E2F aux corps de PML afin de renforcer l’inhibition de l’activité des E2F par RB. Également, les E2F sont recrutés aux corps de PML en compagnie de leurs promoteurs ce qui favorise la formation d’hétérochromatine au niveau de ces gènes, aidant à leur répression et donc à l’établissement de la sénescence. D’autre part, cette thèse a pour but de caractériser le rôle de CHES1/FOXN3 dans la régulation du cycle cellulaire. CHES1 est un facteur de transcription de la famille des Forkheads. Son expression dans des cellules cancéreuses provoque un ralentissement de leur prolifération. Afin de comprendre son mécanisme de fonctionnement, une analyse sur micropuce d’ADN de l’expression des gènes de cellules cancéreuses exprimant CHES1 a été réalisée. Cette analyse a montré que, dans la cellule, CHES1 joue un rôle de répresseur transcriptionnel. Plus précisément, CHES1 réprime, entre autres, l’expression de gènes nécessaires à la synthèse des protéines tels que PIM2 et DYRK3. De manière intéressante, la réexpression de PIM2 dans des cellules cancéreuses exprimant CHES1 permet de rétablir partiellement la prolifération cellulaire. Également, l’analyse sur micropuce a révélé que CHES1 régule l’expression de nombreux gènes impliqués dans la formation des cilia dont l’une des fonctions semble être de moduler la synthèse protéique. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que le mécanisme antitumoral de CHES1 consiste en une inhibition de la synthèse de protéines. / Senescence is an antiproliferative defense mechanism that protects the cell against the accumulation of mutations and, eventually, her transformation and the development of a tumor. This program consists of a permanent cell cycle arrest. It can be activated by many stimuli, such as telomere shortening, oxidative stress, or the expression of a constitutively active oncogene. Senescence regulation requires activation of proteins called tumor suppressors which the most important are p53 and RB. More specifically, senescences induced by the expression of oncogenic RASV12 or STAT5A (1 * 6) are respectively characterized by increased expression of the proteins PML and CHES1/FOXN3. The purpose of this thesis is, firstly, to identify the mechanism of regulation of senescence by PML. PML is a tumor suppressor whose expression in normal diploid cells is sufficient to induce senescence. This protein forms spherical nuclear bodies in which is recruited, among other molecules, the retinoblastoma protein RB. RB is a negative regulator of the cell cycle due to its capacity to bind and inhibit the E2F transcription factors whose target genes are necessary for proliferation. Our work demonstrates that the mechanism of induction of senescence by PML involves the recruitment of the complex RB/E2F to the PML body to enhance the inhibition of E2F activity by RB. Also, the E2Fs are recruited to PML bodies together with their promoters which promotes the formation of heterochromatin in these genes, helping their repression and thus the establishment of senescence. On the other hand, this thesis aims to characterize the role of CHES1/FOXN3 in regulating the cell cycle. CHES1 is a transcription factor of the Forkheads family which expression in cancer cells causes a growth reduction. To understand the antitumoral mechanism of CHES1, a microarray analysis of cancer cells expressing CHES1 was performed. This analysis shows that CHES1 is a transcriptional repressor. Specifically, CHES1 represses, among others, the expression of genes required for the synthesis of proteins such as PIM 2 and DYRK3. Interestingly, re-expression of PIM 2 in cancer cells expressing CHES1 partially restores cell proliferation. Also, microarray analysis revealed that CHES1 regulates the expression of many genes involved in the formation of cilia which one of the functions seems to be to modulate protein synthesis. Taken together, these results suggest that the antitumor mechanism of CHES1 involves inhibition of protein synthesis.

La synthèse translésionnelle (TLS) est un processus important pour franchir des lésions de l’ADN au cours de la duplication du génome dans les cellules humaines. Le modèle « d’échange de polymérases » suggère que la polymérase réplicative est transitoirement remplacée par une polymérase spécialisée, qui va franchir le dommage et permettre de continuer la synthèse d’ADN. Ces ADN polymérases spécialisées appelées Pol êta (η), iota (ι), kappa (κ), zêta (ζ), et Rev1 ont été bien caractérisées pour leur capacité à franchir différents types de lésions in vitro. Un concept en émergence est que ces enzymes pourraient également être requises pour répliquer des zones spécifiques du génome qui sont « difficiles à répliquer ». Polζ est constituée d’au moins 2 sous-unités : Rev3 qui est la sous-unité catalytique et Rev7 sous-unité augmentant l’activité de Rev3L. Jusqu'ici, la fonction la mieux caractérisée de Polζ était de sa capacité à catalyser l'extension d'un mésappariement en face d'une lésion d'ADN. Cependant, il a été montré que la sous unité catalytique Rev3 de levure et humaine interagissent avec les deux sous-unités accessoires de Polδ que sont pol31 et pol32 chez la levure et p50 et p66 chez l’humain. Il a aussi été mis en évidence que Rev3L est importante pour la réplication des sites fragiles (SFCs) dans les cellules humaines, zones connues pour être à l’origine d’une instabilité génétique et pour être répliquées de manière tardive (en G2/M). Tout ceci suggère que Polζ pourrait jouer un rôle dans la réplication du génome non endommagé, et plus spécifiquement lorsque des barrières naturelles (e.g. ADN non-B) entravent la progression normale des fourches de réplication.Chez la levure S. cerevisiae, l’inactivation du gène rev3 est viable et conduit à une diminution de la mutagenèse spontanée ou induite par des agents génotoxiques suggérant que Polζ est impliquée dans le franchissement mutagène des lésions endogènes ou induite. En revanche, l’inactivation du gène Rev3L chez la souris est embryonnaire létale alors que la plupart des autres ADN polymérases spécialisées ne sont pas vitales. Ceci suggère que Polζ a acquis des fonctions essentielles au cours de l’évolution qui restent inconnues à ce jour. Les fibroblastes embryonnaires murins (MEF) Rev3L-/- présente une grande instabilité génétique spontanée associée une forte augmentation de cassures et de translocations chromosomiques indiquant que Polζ est directement impliquée dans le maintien de la stabilité du génome. Afin de clarifier le rôle de cette polymérase spécialisée au cours de la réplication du génome, nous avons entrepris de procéder à une étude sur les relations structure/fonction/localisation de la protéine Rev3. Notre étude met en évidence que la progression en phase S des cellules Rev3L-/- est fortement perturbée, notamment en fin de phase S. Dans ces cellules invalidées pour Rev3L, on constate des changements dans le programme de réplication et plus particulièrement dans des régions de transition (TTR) répliquées à partir du milieu de la phase S. Nous montrons aussi un enrichissement global en marques épigénétiques répressives (marques associées à l’hétérochromatine et méthylation de l’ADN) suggérant qu’un ralentissement de la progression de la fourche de réplication à des loci particuliers peut promouvoir une hétérochromatinisation lorsque Rev3L est invalidé. De manière intéressante, nous constatons une diminution de l’expression de plusieurs gènes impliqués dans le développement qui pourrait peut-être expliquer la létalité embryonnaire constatée en absence de Rev3L. Enfin, nous mettons en évidence une interaction directe entre la protéine d’organisation de l’hétérochromatine HP1α et Rev3L via un motif PxVxL. Tout ceci nous suggère fortement que Polζ pourrait assister les ADN polymérases réplicatives Polδ et Polε dans la réplication des domaines compactés de la chromatine en milieu et fin de phase S. / DNA polymerase zeta (Polζ) is a key player in Translesion DNA synthesis (TLS). Polζ is unique among TLS polymerases in mammalian cells, because inactivation of the gene encoding its catalytic subunit (Rev3L) leads to embryonic lethality in the mouse. However little is known about its biological functions under normal growth conditions.Here we show that S phase progression is impaired in Rev3L-/- MEFs with a delay in mid and late S phase. Genome-wide profiling of replication timing revealed that Rev3L inactivation induces changes in the temporal replication program, mainly in particular genomic regions in which the replication machinery propagates a slower velocity. We also highlighted a global enrichment of repressive histone modifications as well as hypermethylation of major satellites DNA repeats in Rev3L-deficient cells, suggesting that fork movements can slow down or stall in specific locations, and a delay in restarting forks could promote heterochromatin formation in Rev3L-depleted cells. As a direct or indirect consequence, we found that several genes involved in growth and development are down-regulated in Rev3L-/- MEFs, which might potentially explain the embryonic lethality observed in Rev3L KO mice. Finally we discovered that HP1α directly interacts and recruits Rev3L to pericentromeric heterochromatin. We therefore propose that Polζ has been co-opted by evolution to assist DNA polymerase ε and δ in duplicating condensed chromatin domains during mid and late S phase.

La sénescence cellulaire est une réponse à un stress des cellules de mammifère caractérisée par un arrêt durable du cycle cellulaire. Celle-ci peut être déclenchée par un dysfonctionnement des télomères, des stress génotoxiques et l’activation d’oncogènes. La sénescence constitue une puissante ligne de défense contre le développement de cancers et intervient aussi dans le vieillissement. Les cellules en sénescence réorganisent leur génome par l’assemblage en hétérochromatine sous forme de SAHFs (senescence-associated heterochromatin foci). Nous avons mis en évidence que la désacétylation globale de H4-K16Ac par la désacétylase SIRT2 est impliquée dans l’assemblage de l’hétérochromatine en sénescence. De plus, nous avons identifié une accumulation de variants d’histones H2A et H2B spécifiquement dans des cellules en sénescence présentant des dommages persistants à l’ADN. Ces variants d’histone pourraient avoir des fonctions spécifiques dans ces cellules et pourraient représenter un biomarqueur du vieillissement in vivo.Mes travaux apportent des éléments pour la compréhension des rôles de l’information épigénétique dans la sénescence cellulaire. / Cellular senescence is a stress response of mammalian cells characterized by a stable cell proliferation arrest. It can be triggered by telomere dysfunction, genotoxic stress and oncogene activation. Cellular senescence acts as a natural barrier against cancer development and is involved in ageing. Senescent cells reorganize their genome by the assembly of chromatin into senescence-associated heterochromatin foci (SAHF). We showed that SIRT2-mediated global deacetylation of H4-K16Ac is involved in heterochromatin assembly in senescence. Moreover, we identified the accumulation with time of specific H2A and H2B variants in senescence triggered by persistent DNA damage signaling. These histone variants could have specific functions in senescent cells and could be a useful ageing biomarker in vivo.This work provides novel insights into chromatin modification and epigenetic regulation in cellular senescence.

Les habitats sur le substrat de serpentine représentent un environnement hostile pour le développement des plantes. Ils sont caractérisés par un faible nombre d’espèces mais un haut niveau d’endémisme. Cette étude présente pour la première fois une série des données sur la taille du génome, du nombre chromosomique, du niveau de ploïdie, de l’affinité pour le substrat, du cycle de vie, du type et de la forme de croissance des serpentinophytes dans l’extrême nord-ouest de la zone de serpentine dans les Balkans. Les 308 taxons des plantes étudiées comprennent appartenant à 213 genres, dont la taille du génome est donnée pour la première fois pour 28 genres et 99 espèces. En utilisant les critères de Leitch, plus de la moitié des taxons (55.63%) appartiennent au groupe des très petits génomes, 22.19% aux petits, 18.75% aux moyens, 3.13% aux grands, et seulement 0.31% aux très grands génomes. Concernant l'affinité au substrat, la majorité d’espèces (171) sont indifférentes ou des serpentinophytes facultatives (103). Selon le type de cycle de vie, ~ 4% des espèces sont annuelles, 88.31% pérennes, dont 57% possèdent de très petits génomes. Les hémicryptophytes représentent une forme de vie dominante (48.38%), tandis que les phanérophytes représentent 17%, les chaméphytes 15%, les thérophyte 9% et les géophytes 9%. Il est évident que le stress hydrique, les températures élevées et la présence de métaux lourds dans les habitats sur la serpentine jouent une haute pression sélective et favorisent des espèces pérennes à très petits génomes.Le Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), serpentinophyte facultative, est l’ancêtre des narcisses cultivés. C'est la première étude de N. poeticus et de sa rhizosphère dans les populations naturelles. Il montre une tolérance au pH du sol qui varie du 4.64 à 7.85. Les concentrations totales de nickel, de cobalt et de magnésium sont plus élevées dans les sols sur serpentine que dans ceux sur calcaires. Narcissus poeticus est caractérisé par une plus grande accumulation de manganèse, de nickel et de magnésium dans ses parties aériennes. Le cobalt, par contre, a une concentration totale uniforme dans toutes les parties de la plante. Une autre caractéristique inhabituelle de N. poeticus est son plus grand rapport molaire Ca/Mg dans les parties souterraines, probablement dû à sa forme de vie (géophytes) et une dormance estivale. Il est évident que, même si N. poeticus accumule certaines quantités de métaux lourds estimés (Mn, Ni, Co, Fe), il n'est pas pour autant un hyperaccumulateur.Une partie importante de ce travail concerne la variabilité de la structure chromosomique, la taille du génome, le niveau de ploïdie et la présence de chromosomes B dans 13 populations naturelles de N. poeticus poussant sur différents substrats géologiques et dans différentes conditions environnementales. La technique de la cytométrie en flux a été utilisée pour estimer la taille du génome, l’hybridation in situ fluorescente (FISH) pour la cartographie physique de l'ADNr, le fluorochrome banding pour l'organisation de l’hétérochromatine et la coloration au nitrate d’argent pour estimer l'activité des gènes ribosomiques. L’organisation des gènes ribosomiques et l’existence des triploïdes naturels ont été rapportés ici pour la première fois. Présence des individus portant de chromosomes B (dans 9 populations sur 13) et de translocations chromosomiques a été détectée. Un système particulier de chromosomes B présente trois différents morphotypes. Le submétacentrique type, le plus fréquent, possède quatre paternes différents dans l’organisation de l’hétérochromatine et de l'ADNr. La coloration à l’AgNO3 a montré que le nombre de nucléoles formés augmente en présence des chromosomes B portant des gènes ribosomiques, dont l’activité est ainsi prouvée. Les résultats obtenus démontrent que N. poeticus possède un génome dynamique avec la quantité d’ADN variable en raison de la présence de polyploïdie, de chromosomes B et de réarrangements chromosomiques. Il semble que les modifications observées reflètent la réponse du génome à différentes conditions environnementales où les individus portant les chromosomes B pourraient avoir des avantages sélectifs. / Habitats on serpentine substrate present a hostile environment for the plants development. They are characterized by a small number of species, but high levels of endemism. This study shows for the first time a series of data on genome size, chromosome number, ploidy level, the affinity to the substrate, the life cycle, the type and form of growth in the extreme northwest region of serpentine area in the Balkans. The sample includes 308 taxa belonging to 213 genera, with new values recorded for 28 genera and 99 species. Using Leitch’s criteria, more than half of estimated taxa (55.63%) belong to the group of very small genomes, 22.19% small, 18.75% intermediary, 3.13% large and only 0.31% to very large genomes. Regarding the affinity to the substrate, the majority of species (171) were indifferent or facultative serpentinophytes (103). Concerning the life cycle, ~ 4% of species are annuals and 88.31% perennials, and 57% had very small genomes. Hemicryptophytes represent a dominant life form (48.38%), phanerophytes 17%, 1chamaephytes5%, therophytes 9% and geophytes 9%. It is clear that the water stress, high temperatures and presence of heavy metals in serpentine habitats have the high selective pressure and favor perennial species with very small genome.The Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), facultative serpentinophyte, is the ancestor of cultivated daffodils. This is the first study of N. poeticus and its rhizosphere in natural populations. It shows tolerance to soil pH ranging from 4.64 to 7.85. Serpentine soils have total concentrations of nickel, cobalt and magnesium highest, compared with calcareous soils. Narcissus poeticus is characterized by the greater accumulation of manganese, nickel and magnesium in the aerial parts of plant. Against the cobalt has a uniform total concentration in all parts of the plant. Another unusual feature of N. poeticus is the highest molar ratio Ca / Mg in the underground parts, probably du to his life form (geophytes) and summer dormancy. It is obvious that although N. poeticus accumulate certain amounts of estimated heavy metals (Mn, Ni, Co, Fe), it does not a hyperaccumulator.An important part of this work concerns the variability of the chromosome structure, genome size, the ploidy level and the presence of B chromosomes in 13 natural populations growing on different soils and under different environmental conditions. The technique of flow cytometry was used to estimate the genome size, fluorescent in situ hybridization (FISH) for the physical mapping of rDNA, the fluorochrome banding for the organization of heterochromatin and silver staining to estimate the activity of ribosomal genes. Organization of ribosomal genes and natural triploids have been reported here for the first time. Presence of individuals carrying B chromosomes (in 9 / 13 populations) and chromosomal translocations were detected. A particular system of B chromosomes presents three different morphotypes. The most common submetacentric type shows four different patterns in the organization of heterochromatin and rDNA. The AgNO3 staining showed that the number of nucleoli formed increases in the presence of B chromosomes carrying ribosomal genes, which proved their activity. The obtained results show that N. poeticus has a dynamic genome with the variable amount of DNA due to the presence of polyploidy, B chromosomes and chromosomal rearrangements. It seems that the observed changes reflect the response of the genome to different environmental conditions in which individuals carrying B chromosomes may have some selective advantages / Habitati na serpentinskim substratima predstavljaju nepovoljne uvjete za razvoj biljaka. Karakteriziraju se sa malim brojem vrsta, ali prisustvom velikog broja endema. U ovoj studiji se po prvi put prezentira serija podataka o veličini genoma serpentinofita, njihovom hromosomskom broju, nivou ploidije, sklonosti ka supstratu, tipu životnog ciklusa i životne forme na krajnjem sjeverozapadnom dijelu serpentinskog područja Balkanskog poluostrva. Uzorak je obuhvatao 308 svojti iz 213 rodova, sa novim vrijednostima za 28 rodova i 99 vrsta. Prema Leitch-evim kriterijima, više od polovine analiziranih svojti (55.63%) pripadale su grupi vrlo malih genoma, 22.19% malim, 18.75% srednjim, 3.13% velikim i samo 0.31% vrlo velikim genomima. U odnosu na sklonost ka supstratu, glavnina vrsta (171) su bile indiferentne ili fakultativne serpentinofite (103). U zavisnosti od životnog ciklusa, ~ 4% vrsta su bile jednogodišnje, a 88.31% višegodišnje, od kojih je 57% imalo vrlo male genome. Hemikriptofite su predstavljale dominantnu životnu formu (48.38%), koju slijede fanerofite (17%), hamefite (15%), terofite (9%) i geofite (9%). Iz dobivenih rezultata proizilazi da vodni stres, visoke temperature i prisustvo teških metala u serpentinskim habitatima imaju visok selektivni pritisak i favoriziraju višegodišnje vrste sa vrlo malim genomom.Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), fakultativna serpentinofita, je predak kultiviranih narcisa. Ovo je prva studija o N. poeticus i njegovoj rizosferi u prirodnim populacijama. Ova vrsta pokazuje toleranciju na promjene pH vrijednosti u dijapazonu od 4.64 do 7.85. Totalne koncentracije nikla, kobalta i magnezija u serpenitnskim tlima su bile veće nego u krečnjačkim. Narcissus poeticus se karakterizirao većom akumulacijom mangana, nikla i magnezija u nadzemnim dijelovima biljke. Suprotno, kobalt je imao skoro istu totalnu koncentraciju u svim dijelovima biljke. Druga neuobičajena karakteristika N. poeticus je najveći iskazani molarni odnos Ca/Mg u podzemnim dijelovima, vjerovatno zbog njegove životne forme (geofita) i ljetne dormancije. Očito je da iako N. poeticus akumulira određene količine istraživanih teških metala (Mn, Ni, Co, Fe) on se ne moze smatrati nije njihovim hiperakumulatorom.Važan dio ove studije se odnosi na varijabilnost hromosomske strukture, veličine genoma, nivoa ploidije i prisustva B-hromosoma u 13 prirodnih populacija N. poeticus koje rastu na različitim geološkim supstratima i pod različitim okolišnim uslovima. Korištena je tehnika protočne citometrije za određivanje veličine genoma, fluorescentna in situ hibridizacija (FISH) za fizicko mapiranje rDNK, fluorohrom banding za organizaciju heterohromatina i bojenje srebrenim nitratom za utvrđivanje aktivnosti ribozomalnih gena. Organizacija ribosomalnih gena i prisustvo prirodnih triploida su u ovoj studiji saopćeni po prvi put. Uočeno je prisustvo individua koje nose B-hromosome (u 9 od 13 populacija) i hromosomske translokacije. Poseban sistem B-hromosoma je predstavljen sa tri različita morfotipa. Najčešći submetacentrični tip pokazuje četiri različita obrasca u organizaciji heterohromatina i rDNK. Bojenje s AgNO3 je pokazalo da se formirani broj nukleolusa povećava u prisustvu B-hromosoma koji nose ribosomalne gene, što potvrđuje njihovu aktivnost. Dobiveni rezultati pokazuju da N. poeticus ima dinamičan genom sa različitom količinom DNK usljed prisustva poliploidije, B-hromosoma i hromosomskih rearanžmana. Uočene promjene najvjerovatnije odražavaju odgovor genoma na različite okolišne uslove u kojima individue koje posjeduju B-hromosome imaju izvjesnu selektivnu prednost.

Toxoplasma gondii est un parasite intracellulaire qui appartient au phylum des Apicomplexa. Il est l'agent pathogène de la toxoplasmose. Ce parasite opportuniste est responsable de la toxoplasmose cérébrale chez les individus immunodéprimés et le fœtus. L'interconversion du parasite de la forme tachyzoïte virulente à la forme bradyzoïte quiescente est au centre de la pathogénèse de cette infection. Ce processus repose sur une régulation fine de l'expression des gènes. Des études suggèrent un contrôle transcriptionnel de l'interconversion avec l'expression exclusive de certains gènes dans un stade donné de différenciation parasitaire. Cependant, ce parasite et son phylum se distinguent des autres eucaryotes par un nombre limité de facteurs spécifiques de transcription. Nous avons émis l'hypothèse que le niveau d'expression des gènes de Toxoplasma gondii est étroitement régulé par la structure physique et la nature chimique de la chromatine. Au début de ma thèse, peu de choses étaient connues sur le remodelage de la chromatine chez Toxoplasma gondii. L'ensemble de nos résultats et ceux d'autres équipes, convergent vers l'idée de l'existence d'un « code histone parasitaire » hautement sophistiqué. Pendant ma thèse, nous avons identifié et caractérisé une histone lysine méthyltransférase de la famille de SET8 responsable de la méthylation de H4K20. Le rôle de H4K20-me dans la stabilité du génome est considérée comme une fonction apparue précocement dans l'évolution tandis que son rôle dans l'hétérochromatine est considérée comme une fonction apparue plus tardivement avec la complexification des génomes. Chez Toxoplasma gondii, TgSET8 est capable de mono-, di-, et triméthyler H4K20 ; ce qui la distingue de son homologue humain SET8 qui catalyse exclusivement la monométhylation. La différence d'activité entre les deux enzymes semble reposer sur un seul résidu du site catalytique. TgSET8 et sa marque H4K20-me1 sont régulées au cours du cycle cellulaire et localisent au niveau des régions d'hétérochromatine péricentriques et télomériques chez T. gondii et P. falciparum. L'ensemble de nos résultats montrent que la fonction de SET8 et H4K20 dans l'hétérochromatine n'est pas restreinte aux métazoaires. Nous avons également étudié le rôle de KMTox, une autre histone lysine-méthyltransferase de Toxoplasma gondii. Localisée dans le noyau, elle possède un domaine HMG capable de se lier à l'ADN. Cette enzyme catalyse la méthylation des histones H4 et H2A in vitro, avec une augmentation de l'activité en conditions réductrices. KMTox interagit spécifiquement avec une 2-cys peroxiredoxine-1 typique et l'interaction semble être favorisée en condition oxydative. Parmi d'autres fonctions cellulaires, KMTox semble réguler majoritairement les gènes impliqués dans la réponse antioxydante et le maintien de l'homéostasie cellulaire. Elle pourrait réguler l'expression des gènes chez Toxoplasma gondii par la mis en place d'un remodelage rapide de régions chromatiniennes et contribuer à la mise en place de la réponse antioxydante via son interaction avec le senseur redox TgPrx1.

Les séquences satellites III (SATIII) représentent la majeure partie de l'hétérochromatine du<br />chromosome X de drosophile et jouent un rôle dans la variégation d'effet de position du gène<br />white dans l'inversion white-mottled. Leurs caractéristiques structurales dues à leur richesse en<br />dA•dT sont ciblées par des ligands synthétiques du petit sillon de l'ADN, outils qui ont permis de<br />caractériser la fonction des SATIII dans l'assemblage de l'hétérochromatine. Nous avons mis en<br />évidence un rôle de D1, qui reconnaît spécifiquement les SATIII, mais aussi de la topoïsomérase<br />II, dans l'initiation de l'assemblage de l'hétérochromatine. Nos résultats suggèrent que les<br />SATIII pourraient constituer un réservoir de protéines servant à la régulation de la transcription<br />du locus des gènes ribosomiques (rDNA) adjacent aux SATIII. Enfin, nous avons pu identifier un<br />élément frontière qui contrôle le cloisonnement de l'hétérochromatine et jouerait un rôle dans la régulation de l'expression du rDNA

Les séquences satellites III (SATIII) présentes dans les régions péricentriques du<br />chromosome X sont les seules séquences satellites alphoïdes chez la drosophile,<br />similaires à celles retrouvées autour du centromère chez les mammifères. Leurs<br />caractéristiques structurales liées à leur composition nucléotidique A•T riche en font<br />des cibles pour différentes classes de molécules artificielles. Nous proposons<br />d'utiliser le modèle des SATIII de la drosophile pour améliorer notre compréhension<br />du code des histones, de la fonction des régions péricentriques ainsi que pour<br />l'évaluation du potentiel pharmacologique des diamidines. Nos travaux à l'aide de<br />ligands du petit sillon nous ont permis de mettre en évidence un rôle de la<br />topoïsomérase II, une cible thérapeutique majeure, dans l'assemblage de<br />l'hétérochromatine et dans le mode d'action antiprolifératif des diamidines.

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Des décennies d'études ont montré que la structure de la chromatine est étroitement liée aux processus métaboliques de l'ADN. Une bonne organisation des chromosomes tout au long du cycle cellulaire est particulièrement importante pour assurer le maintien de l'intégrité de l'ADN. Le but de mon projet de doctorat était de caractériser dans quelle mesure la réorganisation de la chromatine pendant le cycle cellulaire pourrait influencer la stabilité des chromosomes. Pour ce faire, nous avons d'abord effectué une étude complète de la réorganisation des chromosomes de la levure modèle Saccharomyces cerevisiae pendant tout un cycle cellulaire. Ce travail, en plus de récapituler les caractéristiques chromosomiques attendues, a conduit à la caractérisation de structures chromosomiques particulières, telle qu'une boucle d'ADN reliant l'ADNr et les centromères. Le rôle des complexes SMC et des microtubules a été étudié en profondeur. Une deuxième partie de mon travail a porté sur la description de l'organisation de la chromatine de cellules qui ont quitté le cycle cellulaire prolifératif et sont entrées en quiescence. Nous avons ainsi caractérisé le statut dense de l'hétérochromatine silencieuse dans des loci spécifiques tels que les télomères. Enfin, nous avons essayé de mieux comprendre l'interaction fonctionnelle entre la stabilité chromosomique et l'architecture 3D du génome durant la réplication en étudiant la stabilité génomique à des sites de pause de réplication. Nos résultats indiquent une adaptabilité frappante des structures de réplication sous différentes contraintes. Le travail futur vise à cartographier les réarrangements chromosomiques dépendants de la réplication. / Decades of studies showed that chromatin structure is tightly linked to DNA related metabolic processes, through the dynamic regulation of a myriad of molecular factors. The proper organization of chromosomes is notably important to ensure the maintenance of DNA integrity during cell cycle progression. Using the model S. cerevisiae, the aim of my PhD project was to characterize to which extent chromatin reorganization during the cell cycle may influence chromosome stability. To do so, we first generated a comprehensive genome-wide study of the reorganization of yeast’s chromosomes during an entire cell cycle. This work, besides recapitulating expected chromosomal features of the replication and mitotic stages, led to the characterization of peculiar chromosome structures such as a DNA loop bridging the rDNA and the centromeres. The role of structural maintenance of chromosomes (SMC) complexes and of microtubules were thoroughly investigated. A second part of my work focused on describing features of the chromatin organization of cells that exited the proliferative cell cycle and entered into quiescence. We characterized the dense status of silenced heterochromatin at specific loci, such as telomeres, in relation to the silent information regulators (SIRs). Finally, we tried to achieve a better understanding of the functional interplay between chromosome stability and the 3D genome architecture during replication, by investigating the genomic stability at replication pausing sites. Overall, our results point at a striking plasticity of replication structures to different stresses. Future work aims to map replication-dependent chromosomal rearrangements on the genomic maps.

Les noyaux des cellules eucaryotes contiennent différents compartiments définis fonctionnellement ou structurellement et à multiples échelles qui présentent une distribution spatiale très ordonnée. Un défi majeur est alors d'identifier les règles selon lesquelles les compartiments nucléaires sont organisés dans l'espace et de décrire comment ces règles peuvent varier en fonction des conditions physiologiques ou expérimentales. Les statistiques spatiales ont rarement été utilisées à cette fin et se sont généralement limitées à l'évaluation de l'aléatoire complet. Ici, nous développons une approche de statistiques spatiales qui combine la cytologie, l'analyse d'image et la modélisation spatiale pour mieux comprendre les configurations spatiales à l'intérieur du noyau. Notre première contribution est un cadre méthodologique qui permet de tester des modèles d'organisation spatiale au niveau de la population. Plusieurs modèles spatiaux ont été proposés et mis en œuvre, en particulier l'aléatoire, l'aléatoire orbitale, la régularité maximale, l'aléatoire territoriale et l'aléatoire territoriale orbitale, pour analyser la distribution d'objets biologiques dans des domaines 3D finis et de formes arbitraires. De nouveaux descripteurs spatiaux, combinés aux descripteurs classiques, sont utilisés pour comparer les motifs observés à des configurations attendues sous les modèles testés. Une version non biaisée d'un test statistique publié précédemment est proposé pour évaluer la qualité de l'ajustement des modèles spatiaux sur les distributions observées. Après, nous étudions les propriétés de l'approche proposée à partir de données réelles et simulées. La robustesse de l'approche proposée aux erreurs de segmentation et la fiabilité des évaluations spatiales sont examinées. En outre, la base d'une méthode pour comparer les distributions spatiales entre différents groupes expérimentaux est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, notre approche est appliquée à des images de noyaux cellulaires de la feuille chez A. thaliana, pour analyser la distribution spatiale de compartiments dynamiques et plastiques d'hétérochromatine, les chromocentres, qui ont un rôle important dans la structure du génome. Des noyaux isolés et des cryo-sections provenant de plantes de type sauvage ont été analysés. Nous montrons que les chromocentres présentent une distribution très régulière, ce qui confirme les résultats publiés précédemment. En utilisant nos nouveaux descripteurs, nous démontrons pour la première fois, objectivement et quantitativement, que les chromocentres présentent une localisation préférentielle périphérique. En employant un nouveau modèle spatial, nous rejetons l'hypothèse selon laquelle l'organisation régulière observée est uniquement expliquée par un positionnement périphérique. Nous démontrons en outre que les chromocentres affichent une régularité spatiale proche de la régularité maximale à l'échelle globale, mais pas à l'échelle locale. Enfin, nous utilisons des simulations pour tester un modèle selon lequel le positionnement des chromocentres est déterminé par les territoires chromosomiques et par des interactions avec l'enveloppe nucléaire. Nous avons ensuite vérifié s'il la distribution des chromocentres pouvait être modifiée par différentes mutations. Nous avons analysé les données de noyaux des mutants crwn et kaku, qui sont connus pour influencer la morphologie nucléaire. Les résultats suggèrent que ces mutations impactent en effet la morphologie nucléaire et les caractéristiques de l'hétérochromatine, mais ne modifient pas la régularité de la distribution des chromocentres même si la distance à la frontière du noyau est affectée. La généricité du cadre proposé pour analyser les distributions d'objets dans des domaines 3D finis et la possibilité d'ajouter de nouveaux modèles et descripteurs spatiaux devrait permettre d'analyser des organisations spatiales au sein de différents systèmes biologiques et à différentes échelles. / Eukaryotic cell nuclei contain distinct functionally or structurally defined compartments at multiple scale that present a highly ordered spatial arrangement. Several studies in plants and animals have pointed out to links between nuclear organization and genome functions. A key challenge is to identify rules according to which nuclear compartments are organized in space and to describe how these rules may vary according to physiological or experimental conditions. Spatial statistics have been rarely used for this purpose, and were generally limited to the evaluation of complete spatial randomness. In this Thesis, we develop a spatial statistical approach, which combines cytology, image analysis and spatial modeling to better understand spatial configurations inside the nucleus. Our first contribution is a methodological framework that allows to test models of spatial organization at the population level. Several spatial models have been developed and implemented, including randomness, orbital randomness, maximum regularity, territorial randomness or orbital territorial randomness of biological objects within finite 3D domains of arbitrary shape. New spatial descriptors, in combination with classical ones, are used to compare observed patterns to expected configurations under the tested models. An unbiased version of a previously published statistical test is proposed to evaluate the goodness-of-fit of spatial models over populations of observed patterns. In the second part of this Thesis, we investigate the properties of the proposed approach using simulated and real data. The robustness of the proposed approach to segmentation errors and the reliability of the spatial evaluations are examined. Besides, the basis for a method to compare spatial distributions between different experimental groups is proposed. In the last part of this work, the proposed approach is applied on A. thaliana leaf cell nuclei images to analyze the spatial distribution of chromocenters, which are dynamic and plastic heterochromatic compartments that have an important structural role in the genome. A first application was to analyze isolated and cryo-section nuclei from wild type plants. We show that chromocenters present a highly regular distribution, confirming previously published results. Using new spatial statistical descriptors, we then demonstrate objectively and quantitatively, for the first time, that chromocenters exhibit a preferentially peripheral localization. Employing a new spatial model, we then reject the hypothesis that the regular organization is explained solely by the peripheral positioning. We further demonstrate that chromocenters organization displays a close-to-maximum spatial regularity at the global scale, but not at the local one. Lastly, we use simulations to examine a model according to which chromocenters positioning is constrained by chromosome territories and by interactions with the nuclear boundary. The second application was to elucidate whether chromocenters distribution could be altered under different mutations. We analyze nuclei data from crwn and kaku mutants, which are known to affect nuclear morphology. The results suggest that these mutations impact on nuclear morphology and on heterochromatin features but do not alter the regularity of chromocenters distribution even when the relative distance to the border is affected. The genericity of the proposed framework to analyze object distributions in finite 3D domains and its expandability to add more spatial models and spatial descriptors should be of interest to decipher spatial organizations within biological systems at various scales.