Adenovirus (Ad) is a widely studied DNA virus, but the nucleoprotein structure of the viral genome in the cell is poorly characterized. Our objective is to study Ad DNA-protein associations and how these affect the viral life cycle. Most of the viral DNA condensing protein, protein VII, is lost within a few hours of infection and this loss is independent of transcription. Cellular histones associate with the viral DNA after removal of protein VII, with a preferential deposition of H3.3. Micrococcal nuclease accessibility assays at 6 hpi showed laddering of the viral DNA, suggesting the genome is wrapped in physiologically spaced nucleosomes. Although viral DNA continues to associate with H3.3 at late times of infection, the overall level of association with histones is greatly reduced. Knockdown of the H3.3 chaperone HIRA had no effect on the viral life cycle suggesting that other H3.3 chaperones are involved. Our studies have begun to elucidate the nucleoprotein structure of Ad DNA in the infected cell nucleus.

Différentes observations montrent que la protéine INT6 humaine possède une activité suppresseur de tumeurs. Il a été démontré que chez l’homme le gène int6 était sous-exprimé dans environ 30% des cancers du poumon non à petits cellules et que cette sous-expression était un facteur de mauvais pronostic. Des expériences de criblage double hybride avec INT6 comme appât ont identifié une protéine nommée SLIP1 (SLBP Interacting Protein 1). Un effet de SLIP1 sur la traduction des ARN messager des histones a été montré. Les travaux que j’ai menés indiquent qu’INT6 en interagissant avec SLIP intervient dans le contrôle de la stabilité et de la traduction des ARNs codant pour les histones. Un knockdown d’INT6 provoque une baise des niveaux des histones endogènes sans avoir un effet au niveau d’ARN. Mes études, en révélant un nouveau mécanisme de dans lequel INT6 joue un rôle direct, permettent ainsi de faire le lien entre – d’une part – les fonctions connues de cette protéine dans la traduction et son contrôle et – d’autre part – les effets oncogéniques connus de son altération. Par ailleurs, l’étude de la fonction d’INT6 dans les cellules humaines réalisée par ARN interférence montre une inhibition de la dégradation des ARNm possédant un codon stop prématuré par la voie du Nonsense Mediated mRNA Decay (NMD). Nous avons étudié son action par rapport aux ARNs HTLV-1. Nous avons observé une stabilisation significative des cibles de NMD. Ceci démontre que la protéine Tax interfère avec cette voie de dégradation des ARN d’une part en empêchant l’interaction entre UPF1 et INT6 et d’autre part en interagissant lui-même avec la protéine UPF1 phosphorylée. En agissant sur le NMD, Tax intervient à un niveau post transcriptionel qui pourrait avantager la réplication virale et aussi permettre la tolérance cellulaire aux mutations liées à l'effet mutagénique établi de Tax. / Several observations show that the human protein INT6 has a tumour suppressor activity.It has been demonstrated that in humans the expression of the int6 gene is reduced in about 30% of non-small cell lung cancers and that this under-expression is linked with a bad prognosis. Yeast two hybrid screening experiments using INT6 as bait have led to the identication ofa protein named SLIP1 (SLBP Interacting Protein 1). An effect of SLIP1 on the translation of histone messenger RNAs has been shown. My work indicates that INT6 – through its interaction with SLIP1 – plays a role in the controlof the stability and translation of histone mRNAs. INT6 knockdown induces a reduction of the level of endogenous histones without affecting that of their mRNAs. My studies, by revealing a new histone translation mechanism in which INT6 plays a direct role, establish a connection between – on one side – the known functions of this protein in translation and its control and – on the other – the known oncogenic effects of its alteration. The study of the function of INT6 in human cells by RNA interference resulted in inhibition of the degradation of mRNAs containing a premature termination codon by the Nonsense Mediated mRNA Decay pathway (NMD). Since we identified the HTLV-1 protein Tax as an interactor of INT6, and since some features of HTLV-1 mRNAs suggest that they may be potential NMD targets, we have studied the effect of Tax on the NMD pathway.We have observed that Tax significantly stabilizes NMD targets.We have demonstrated that the interference of Tax with the NMD pathway is mediated through – first – the perturbation of the interaction between INT6 and the NMD factor UPF1 and – second – through direct interaction between Tax and phosphorylated UPF1.Through its effect on NMD, Tax may favor viral replication at a post-transcriptional level as well as enable cellular tolerance for some mutations resulting from the established mutagenic activity of Tax.

Les gliomes infiltrants du tronc cérébral (DIPG) sont les gliomes pédiatriques les plus agressifs. Leur localisation dans le pont de Varole et leur caractère infiltrant les rendent inopérables. Le manque de matériel biologique et l’absence de modèles pertinents ont longtemps freiné le développement de nouvelles thérapies. Le séquençage du génome entier de ces tumeurs a identifié la substitution K27M des gènes d’histone HIST1H3B/C et H3F3A comme mutation somatique initiatrice des DIPG. Bien que partageant la mutation sur le même résidu, notre laboratoire a montré que les tumeurs mutées dans le gène codant H3.1 ou H3.3 définissent des sous-groupes de DIPG avec des programmes oncogéniques, propriétés d’invasion et survies différents.Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse a consisté à développer des modèles in vitro et in vivo pertinents de la maladie. Pour ce faire, nous avons dissocié des biopsies fraiches de DIPG naïves de tout traitement et avons, de manière systématique, mis en culture une moitié de la suspension dans du milieu sans sérum pour permettre l’expansion de cellules souches de gliomes (GSC). En parallèle, l’autre moitié a été directement injectée par stéréotaxie dans le cerveau de souris immunodéprimées, pour obtenir des modèles de xénogreffes dérivés de patients (PDX). De plus, nous avons obtenu un second type de modèle in vivo de DIPG à partir des cellules tumorales en culture greffées dans le tronc par stéréotaxie (CDX). Au préalable, les GSC ont été modifiées pour exprimer de manière stable la protéine fluorescente mKate2 et l’enzyme Luciférase, permettant le suivi longitudinal de la croissance tumorale. Nous avons pu générer des GSCs issues de 26 patients différents mutées dans le gène codant H3.1 ou H3.3 et qui maintiennent leurs propriétés de cellules souches in vitro. De plus, nous avons généré 8 modèles PDX et 6 modèles CDX développant des tumeurs infiltrantes et présentant les mêmes symptômes neurologiques que les patients. Conformément aux données cliniques, nos modèles in vivo mutés H3.3 ont développé des tumeurs infiltrant le parenchyme plus rapidement que les modèles H3.1. En somme, ces résultats indiquent que nous avons réussi à générer des modèles de DIPG à partir d’échantillons naïfs de tout traitement, et qui récapitulent les aspects cliniques et moléculaires de ce cancer.Nous avons ensuite profité des modèles GSCs pour étudier les mécanismes moléculaires qui conduisent au phénotype invasif. Dans un premier temps, nous avons montré que l’expression de CXCR4, un récepteur de chimiokines, est corrélée à la capacité migratoire des GSC in vitro. Cependant, l’inhibition de CXCR4 par un antagoniste n’a montré d’efficacité que dans une partie des GSC testées, suggérant l’implication d’autres voies de signalisations dans leur motilité. Aussi, dans le but d’identifier de manière non biaisée de nouveaux mécanismes moléculaires impliqués dans la migration des GSC, nous avons analysé le profil transcriptomique de 13 GSC présentant une mutation K27M dans les gènes codant H3.1 ou H3.3 par séquençage de l’ARN. Nous avons ensuite sélectionné les gènes dont le niveau d’expression était corrélé à la vitesse de migration des différentes GSCs. Ainsi, nous avons découvert plusieurs candidats, parmi lesquels CXCL10, le ligand du récepteur aux chimiokines CXCR3, et SPSB4, une ubiquitine-ligase, qui sont surexprimés dans les tumeurs migrant rapidement. L’implication de ces 2 gènes dans la migration sera étudiée in vitro et in vivo dans des expériences de perte de fonction en utilisant des constructions exprimant des shARN inductibles.Au total, ce travail a permis le développement de modèles pertinents de DIPG qui récapitulent les caractéristiques de la tumeur dont ils dérivent et qui reflètent l’hétérogénéité interindividuelle observée chez les patients. De plus, cette étude a permis la découverte de nouveaux mécanismes moléculaires qui favorisent la migration de ces cellules tumorales très particulières. / Diffuse Instrincic Pontine Gliomas (DIPG) are the most aggressive form of pediatric gliomas. They are infiltrative tumors originating from the brainstem. The lack of biological material and the absence of relevant models have for long hampered the development of new therapeutics. Whole genome sequencing of tumor DNA identified a K27M substitution in the histone genes HIST1H3B/C and H3F3A as a recurrent somatic driver mutation in DIPG. Despite sharing the mutation on the same residue, our lab demonstrated that H3.1- and H3.3-mutated tumors define distinct subgroups of DIPG with different oncogenic programs, overall survival or invasion properties.Thus, the first goal of my PhD project consisted in developing relevant in vitro and in vivo models from treatment-naive primary specimen of DIPG that would mimic the disease. To do so, our strategy has been to dissociate fresh biopsies upon reception from the operating room and systematically place one-half of the cell suspension in serum-free culture to allow the expansion of Glioma Stem-like cells (GSCs) while the other half is directly stereotactically injected into the brain of Nude mice to develop Patient-derived xenograft models (PDX). We also obtained a second type of in vivo DIPG models, Cell-derived Xenograft models (CDX), after stereotactic xenografting of GSCs. Cells were modified beforehand to stably express a fluorescent protein as well as the Firefly luciferase enzyme, thus allowing the longitudinal record of tumor growth. We succeeded in generating GSCs from 26 different patients harboring a K27M mutation either in H3.1 or H3.3, that maintained stemness properties in culture. In addition, we generated 8 PDX and 6 CDX models that developed infiltrative tumors with maintenance of DIPG hallmarks. All tumor-bearing mice displayed neurological disorders like impaired walking and/or hemi-paralysis, as observed in patients. In accordance with the clinical data, our H3.3-K27M in vivo models developed tumors faster than H3.1-K27M, as well as they infiltrate the parenchyma faster and deeper than H3.1-K27M models. Taken together, these results showed that we succeeded in generating models of DIPG from treatment-naïve samples that mimic the clinical and molecular aspects of the disease.We then took advantage of such GSCs models to decipher the molecular mechanisms driving the invasive phenotype of patients with DIPG. First, we showed that CXCR4 expression, a chemokine receptor, is correlated with the in vitro migration capacity of our cellular models of DIPG. However, inhibition using CXCR4-antagonist CXCR4 was only efficient in a subset of our models, suggesting that other signaling pathways could be involved in their motility. To further identify the molecular mechanisms involved in migration of GSCs in vitro in an unbiased manner, we profiled the transcriptome of 13 GSCs harboring both H3.1- and H3.3-K27M genotype by RNA-sequencing. We then selected genes which expression levels correlated with the migration speed of the different GSCs. We uncovered several candidates among which CXCL10, the ligand of the chemokine receptor CXCR3, and SPSB4, an ubiquitin-ligase, up-regulated in highly migrating tumor cells. The involvement of these 2 genes in migration will be investigated in vitro and in vivo in loss of function experiments using doxycycline-inducible shRNA expressing constructs.Altogether, this work allowed for the development of pertinent DIPG models that resemble the primary tumors they derive from and also reflect the inter-individual heterogeneity observed in patients. Additionally, we gained new insights on the molecular mechanisms promoting cell migration in these particular cells.

Der SET-Bereich befindet sich unter den verschiedenen Proteinsequenzbereichen, die mit epigentischer Regulation hauptsächlich durch die Präsenz von Trihtorax (trxG) und Polycomb (PcG) Gruppen von Chromatinmodifikatoren in Zusammenhang gebracht werden. Nach der Entdeckung des ersten SET-Bereichs vor einigen Jahren, welcher die Histon-Lysin-Methyltransferase (Su(var)39) enthält, wurde den Proteinen mit SET-Bereich sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl die Histon-Lysin-Methylierung schon länger als 30 Jahre bekannt ist, war ihre Funktion vor diesem überragenden Ergebnis größten Teils unbekannt. In meiner Arbeit beschreibe ich die kombinatorische und funktionale Charakterisierung von 3 Hefe Proteinkomplexen durch die Anwendung von proteomischer SEAM (Sequential Epitope Tagging and Mass Spectrometry). Zwei dieser Komplex enthalten einen SET-Bereich und die Dritte ist der Rad6 Komplex aus S. pombe (Sp_Rad6C). Der Set1 Komplex (Set1C) beinhaltet 8 Bausteine, methylisiert Lysin 4 in Histon H3 und ist die erste, entdeckte Histone H3 Lysin 4 Methyltransferase. Es beinhaltet ein Ash2 Homolog (Bre2), einen bekannten Baustein von trxG. Kürzlich wurden Rad6 beinhaltende Komplexe gezeigt, die in engem Bezug zu der H3-K4 und H3-K79 Methylation durch ubiquitinierung von Histon H2B und die Etablierung von trans-histonen Signalwegen stehen. Unsere Analysen von Sp-Rad6C führten zu mehreren interessanten Ansichten. Der Set3 Komplex (Set3C) hat keine feststellbare Aktivität einer Methyltransferase, enthält jedoch zwei Histon deacetylasen (HDACs) ? eine klassische HDAC (Hos2) und eine NAD-abhängige HDAC (Hst1). Unsere funktionelle Analyse von Set3C zeigt, dass Set3C bei der Regulierung des meiotischen Genexpressionsprogramms in knospenden Hefen (S. cerevisiae) beteiligt ist. Evolutionbiologisch betrachtet, ist die Spalt-Hefe (S. pombe) sehr weit von S. cerevisiae entfernt und wird meist als ein besserer Modellorganismus fur höhere Eukaryoten angesehen. In einem Versuch, unser Wissen uber andere Organismen zu vergrößern, haben wir ähnliche Untersuchungen in S. pombe unternommen und haben herausgefunden, dass Set1C in beiden Hefen sehr stark konserviert ist. Darüberhinaus waren die Set1-Ash2 Verbindungen konserviert und wir nehmen an, dass auch in höheren Eukaryoten Set1-ahnliche Methyltransferasen Ash2-ahnliche Proteinen angehören. Dies wurde später durch mehrere Studien von anderen Gruppen bestätigt, die an Säugetieren arbeiten. Was Set3C anbelangt, wurden unsere weiteren Analysen nur durch vergleichende Proteomik beschränkt. Wir zeigen, dass der proteomische Kern von Set3C in Spalt-Hefe konserviert wird. Im Gegensatz zu Set3C in S. cerevisiae, beinhaltet diese in S. pombe nur eine HDAC, die zur Hos2 Familie gehört,. Die präsentierte Arbeit hat auch viele Auswirkungen auf die übergreifende Organisation von Proteomen. Wir beschreiben verschiedene Beispiele von gemeinsamen Komponenten zwischen unterschiedlichen Komplexen und prägen den Begriff "proteomischer Hyperlink". Wir waren in der Lage zu zeigen, dass proteomische Kerne sogar für unwesentliche Proteinkomplexe hoch konserviert sind. Die generelle proteomische Schaltung über proteomische Hyperlinks scheint jedoch verworrener und unvorhersehbar zu sein. Wir schlussfolgern, dass die Erschaffung von zuverlässigen, detailierten, proteomischen Abbildungen, welche auf dem Wissen von niederen Organismen fundieren, zur Zeit nicht möglich ist.

DNA methylation and histone modifications have emerged as key mechanisms in transcriptional regulation. The target of methylation-induced silencing 1 (TMS1) is a bipartite protein. Recent studies have indicated that methylation-associated silencing of TMS1 occurs in many cancers. However, whether and how TMS1 is regulated by epigenetic mechanisms in cancers remains unknown. In this study we showed that methylation of the TMS1 promoter occurred in five of six hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines. TMS1 expression was reduced in four HCC cell lines and correlated with methylation status. Furthermore, the TMS1 promoter was completely methylated and mRNA expression was undetectable. TMS1 expression could be restored by 5-aza-2′-deoxycitidine (5-Aza-dC) (a DNA methyltransferase inhibitor) or trichostatin A (TSA) (a histone deacetylase inhibitor) alone and the promoter methylation. was partially reversible. TSA was more efficient than 5-Aza-dC in inducing TMS1 expression, and the combination of 5-Aza-dC and TSA resulted in markedly synergistic reactivation of the gene and completely reversed promoter methylation. Interestingly, TMS1 promoter methylation-associated gene silencing was accompanied by histone H3 Lysine 9 (H3K9) hypoacetylation and trimethylation. 5-Aza-dC and/or TSA also had some effect on conversion of methylated to acetylated H3K9 in restoring TMS1. This conversion was dynamic at the TMS1 promoter and a decrease in H3K9 trimethylation preceded an increase in H3K9 acetylation after 5-Aza-dC and/or TSA treatment. Our results thus suggest that epigenetic inactivation of TMS1 expression is regulated by promoter hypermethylation and H3K9 modifications in a coordinated way.

La spermatogénèse, processus de production des gamètes mâles, représente un modèle physiologique pertinent pour l’étude de la dynamique de la chromatine. En effet, une réorganisation drastique du génome est observée en fin de spermatogénèse, lors des étapes post-méiotiques du développement de la lignée germinale mâle. Ces réorganisations visent d’une part à compacter le génome afin de le protéger avant et lors de la fécondation et d’autre part à établir un épigénome mâle spécifique nécessaire pour le développement embryonnaire précoce. La chromatine organisée en nucléosomes est alors totalement remaniée de manière à ce que les protamines remplacent les histones dans les spermatozoïdes. Cette réorganisation est initiée par une vague d’acétylation des histones à l’échelle du génome, suivie par un remplacement massif des histones par de petites protéines basiques, les protéines de transition et les protamines. Les mécanismes moléculaires responsables de cette réorganisation de la chromatine sont très mal connus. Mon travail de thèse vise à explorer ces mécanismes en utilisant une approche d’invalidation de gènes chez la souris correspondant à des acteurs épigénétiques exprimés spécifiquement en post-méiose : le facteur nucléaire Nut (Nuclear protein in Testis) et le variant de l’histone H2A, H2A.L.2. Nous avons démontré que la protéine Nut recrute l’acétyltransferase p300 et induit l’hyperacétylation de l’histone H4 précisément au niveau des résidus lysines en position 5 et 8. Cette acétylation est nécessaire à l’interaction avec le premier bromodomaine de Brdt initiant le processus de remplacement des histones par les protamines. Ainsi, le facteur Nut est l’élément majeur de la vague d’acétylation des histones. Nous avons également mis en évidence le rôle crucial de H2A.L.2 dans “ l’ouverture ” de la structure du nucléosome permettant ainsi son invasion par les protéines de transition. Ces protéines vont à leur tour générer une plateforme pour le recrutement et la maturation des protamines et induire la formation de structures transitoires avant l’étape de compaction finale du génome des spermatozoïdes matures. Ces études nous ont ainsi permis d’établir pour la première fois un modèle moléculaire cohérent permettant de comprendre la programmation épigénétique post-méiotique du génome mâle et son impact sur la fertilité masculine. / Spermatogenesis, the process of producing male gametes, represents a relevant physiological model for the study of chromatin dynamics. Indeed, a drastic reorganization of the genome is observed at the end of spermatogenesis, during post-meiotic stages of the development of the male germ cells. These reorganizations are intended both to compact the genome to protect it before and during fertilization and to establish a specific male epigenome necessary for early embryonic development. In spermatozoa, during these post-meiotic stages, chromatin is completely reorganized so that the protamines replace the histones. This reorganization is initiated by a wave of genome-wide histone acetylation, followed by massive replacement of histones by small basic proteins, transition proteins and protamines. The molecular mechanisms responsible for this reorganization of the genome remain very poorly known today. My thesis aims to explore these mechanisms by using gene inactivation in mouse of epigenetic actors specifically expressed in post-meiotic germ cells : the nuclear factor Nut (Nuclear protein in Testis) and the histone H2A variant, H2A.L.2. We have demonstrated that the Nut protein interacts and stimulates the p300 acetyltransferase activity and induces the hyperacetylation of histone H4 precisely on the lysine residues at 5 and 8 positions. This acetylation is necessary for the interaction with the first bromodomain of Brdt initiating the process of histone replacement by protamines. Thus, the Nut factor is the main element of the histone acetylation wave. We have also deciphered the crucial role of H2A.L.2 in the “opening ” of nucleosomal structures in post-meiotic germ cells thus allowing its invasion by the transition proteins. These transition proteins will in turn generate a platform for the recruitment and maturation of protamines and induce the formation of transient structures before the final compaction of the mature sperm genome. These studies allowed us to establish for the first time a coherent molecular model for understanding the post-meiotic epigenetic programming of the male genome and its impact on male fertility.

H1 and core histone mRNA levels have been examined in the presence of portein synthesis inhibitors with different mechanisms of action. Total HeLa cell RNAs were analyzed by Northern Blot hybridization using cloned human histone genes as probes. Inhibition of DNA replication resulted in a rapid decline in histone mRNA levels. However, in the presence of cycloheximide or puromycin, H1 and core mRNAs did not decrease in parallel with DNA synthesis, but were stabilized and accumulated. Inhibition of DNA synthesis with hydroxyurea after the inhibition of protein synthesis did not lead to a decline in histone mRNA levels. These results suggest that synthesis of a protein(s) - perhaps a histone protein(s) - is required for the coordination of DNA synthesis and histone mRNA levels.

The increasing knowledge of molecular drivers of tumorigenesis has fueled targeted cancer therapies based on specific inhibitors. Beyond “classic” oncogene inhibitors, epigenetic therapy is an emerging field. Epigenetic alterations can occur at any time during cancer progression, altering the structure of the chromatin, the accessibility for transcription factors and thus the transcription of genes. They rely on post-translational histone modifications, particularly the acetylation of histone lysine residues, and are determined by the inverse action of histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs). Importantly, HDACs are often aberrantly overexpressed, predominantly leading to the transcriptional repression of tumor suppressor genes. Thus, histone deacetylase inhibitors (HDACis) are powerful drugs, with some already approved for certain hematological cancers. Albeit HDACis show activity in solid tumors as well, further refinement and the development of novel drugs are needed. This review describes the capability of HDACis to influence various pathways and, based on this knowledge, gives a comprehensive overview of various preclinical and clinical studies on solid tumors. A particular focus is placed on strategies for achieving higher efficacy by combination therapies, including phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-EGFR inhibitors and hormone- or immunotherapy. This also includes new bifunctional inhibitors as well as novel approaches for HDAC degradation via PROteolysis-TArgeting Chimeras (PROTACs).

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