Au sein du noyau des cellules eucaryotes, la molécule d'ADN s'enroule autour de protéines histones, formant la chromatine. Ce mécanisme de compaction est dynamique selon les régions et les processus en cours, régulant l'accès à l'ADN. Pour exemple, la transcription d'un gène nécessite localement la décompaction de la chromatine, ce qui permet l'accès à la machinerie de transcription. Au contraire, La répression de ce gène sera corrélée à une forme compactée de cette portion de chromatine. Le phénomène d'acétylation des histones est associé à une décompaction. Les régions d'hétérochromatine (forme compactée considérée comme peu dynamique et peu transcrite) sont donc pauvres en acétylations d'histones. Pourtant des études chez la levure, suggèrent la présence de ces acétylations de manière fine dans l'hétérochromatine afin d'en permettre la plasticité. De récentes données chez la souris impliquent ces acétylations dans la compaction via le recrutement de protéines à doubles bromodomaine (BET). Notre vision de la fonction des acétylations d'histones est donc en train de changer. Les péricentromères sont des zones d'hétérochromatine dont la compaction correcte est nécessaire pour le bon déroulement de la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ici nous travaillons sur des cellules de souris SUV39H 1/2 -/-, où la voie classique de compaction des péricentromères est défectueuse. Nos données nous permettent de poser un modèle où l'acétyltransférase TIP60 est recrutée à l'hétérochromatine péricentromérique dans les cellules SUV39H 1/2 -/-, où elle maintient la compaction en acétylant H4K12, permettant le recrutement d'une protéine à double bromodomaine. Ceci constitue un nouveau cas de compaction via une acétylation d'histone et une protéine BET chez les mammifères. Cette voie alternative de compaction pourrait être utilisée par les cellules lors de déstructurations de ces régions au cours de divers processus physiologiques, ou pathologiques, comme dans le cadre des cancers. En effet, c'est la première fois qu'un rôle de TIP60 est décrit aux péricentromères, région importante pour la stabilité génétique de la cellule, ce qui est cohérent avec la fonction connue de suppresseur de tumeur de TIP60. / In eukaryote cells, DNA is wrapped around histones proteins, organizing a nucleo-proteic structure called chromatin. Chromatin can compact or decompact itself in a very dynamic manner, depending on specific regions and processes. One example is that, to be transcribed, a gene needs chromatin to be in a decompacted state, whereas transcriptional repression will correlate with compacted chromatin. Among mechanisms implicated in this dynamics, histones acetylation is largely associated with chromatin decompaction. Thus, compacted chromatin, called heterochromatin, is generally considered as hardly dynamic with hypo-acetylated histones. However, studies in yeast suggest the involvement of histone acetylation in heterochromatin in order to allow its plasticity. Moreover, recent data in mouse directly involve histone acetylation in compaction processes via double bromodomain proteins (BET) recruitment, shedding a new light on the biological function of histones acetylation. Pericentromeres are heterochromatin regions whose correct compaction is critical to allow normal chromosome segregation during cell division. Here, we used SUV39H 1/2 -/- mouse cells, in which the classical pericentromeric heterochromatin pathway is affected. Our results support a model in which the histone acetyl transferase TIP60 is recruited to pericentromeres in SUV39H 1/2 -/- cells, allowing compaction by H4K12 acetylation and BET proteins recruitment, which constitute a new example of acetylation-mediated compaction via a BET protein in mammals. This back-up compaction pathway may be used by the cell in physiological or pathological contexts with defective pericentric heterochromatin, such as some types of cancers. Indeed, this is the first time that TIP60 is implicated in pericentromeres, an important structure for genetic stability, which makes sense with the known function of TIP60 as a tumor suppressor.

Human gliomas represent the most common primary brain tumours in adults. According to World Health Organization classification, gliomas are divided into astrocytomas with four grades (I, II, III, and IV), oligodendrogliomas with two grades (II and III), and oligoastrocytomas with two grades (II and III) based on the tumor cell phenotype. Pathological classification remains controversial due to the lack of specific immunohistochemical biomarker to recognize gliomas. Also, due to their natural propriety to infiltrate the normal parenchyma and to migrate far from the first location, total surgical resection remains often impossible then adjuvant treatment is needed. The established therapies for gliomas include surgery, radiotherapy and chemotherapy. Despite this arsenal of therapies, median survival of the most malignant grade glioblastoma is approximately 15 months. This is why the attempts to better understand the molecular biology of gliomas in the aim to define new molecular targets is a holy grail. Using conventional and molecular cytogenetic approaches and molecular genetic methods, we have investigated patients bearing gliomas and followed at CHUS. Our results display that the codeletion 1p/19q (1p-/19-) is not only a prognostic and predictive biomarker of oligodendrogliomas but also a diagnostic tool of this tumor. Our study has allowed us to build a glioma-bank containing around 150 samples of patients, which we continued to populate. We have also defined the cut-off positivity of FISH on touch preparation slides, which is 20%. In addition, we have developed a new, fast and reliable method to retrieve the 1p-/19q- in all samples 24 hours after sampling. This method was transferred to the clinical lab. Furthermore, we have successfully cultured the brain tumor samples and analyzed their caryotypes. This has permitted us to discover a new alternative translocation, which is responsable of 1p deletion in one oligoastrocytoma case. Since glioblastoma is characterized by genomic instability, and telomere disruption is a main cause of genomic instability, we investigated the nuclear telomere architecture in this type of tumour. We found that nuclear telomeric architecture could be a biomarker of glioblastoma since it can subdivide glioblastoma patients in three categories with significantly different outcomes and time to progression. We used high-throughput methods (one manual and one semi-automatic) to characterize the nuclear telomeric architecture in glioblastoma. The semi-automatic method can be transfer to the clinical lab since it can deliver the results nine hours after sampling. Then, this approach is usable to monitor this tumor and to evaluate the impact of different treatment options. We need to search the putative tumor suppressor genes on chromosomes 1 and 19. Furthermore, trying to understand the molecular basis of nuclear telomeric architecture will bring up new molecular target therapies.

La polyploïdie se caractérise par une duplication du génome entier. Elle inhibe efficacement la prolifération cellulaire et joue pourtant un rôle clé dans les étapes précoces de la tumorigénèse. Comment est-elle capable de promouvoir une instabilité génétique dans les cellules cancéreuses est une question en suspens. J'ai établi un système modèle affectant la cytocinèse pour étudier les conséquences de la polyploïdie dans les cellules souches neuronales (CSN) et dans le disque imaginal de l'aile de drosophile. Les cellules polyploïdes du disque sont rapidement éliminées, les CSN polyploïdes continuent de proliférer. Les CSN polyploïdes sont caractérisées par une instabilité génétique précoce et deux facteurs en sont responsables: les erreurs mitotiques et des dommages à l'ADN. Ces dommages sont issus en partie de l'incapacité des cellules à restreindre leur progression dans le cycle cellulaire après une réplication incomplète de l'ADN. J'ai trouvé que de multiples domaines nucléaires au sein de la même CSN polyploïde pouvaient présenter une asynchronie de leur progression dans le cycle cellulaire. Les domaines nucléaires en retard dans leur progression sont les cibles des lésions à l'ADN au moment de l'entrée en mitose. Les lésions sont réduites après surexpression de Chk1, une kinase de la voie ATR de réponse aux dommages à l'ADN. De plus, la prolifération incontrôlée des CSN polyploïdes génétiquement instables est responsable de leur potentiel tumorigénique dans les essais de transplantation. Mes résultats montrent que la tolérance à la polyploïdie dépend du tissu et qu'une série d'événements contribue à l'instabilité génétique dans les CSN polyploïdes. / Polyploidy, which derives from whole-genome duplication events, is normally a potent inhibitor of cell proliferation, but plays important roles during the early steps of tumorigenesis. However, how the gain of multiple sets of chromosomes promotes the generation of unbalanced karyotypes typical of cancer cells remains to be investigated. Using a number of conditions that affect cytokinesis, I established a model system to study the consequences of polyploidy in the neural stem cells (NSCs) of Drosophila and in the wing disc (WD). Importantly, while polyploidy is rapidly eliminated from the WD, polyploid NSCs continue to proliferate. Polyploid NSCs are characterized by early-onset genetic instability and two sources account for the generation of unstable karyotypes: mitotic errors and high-levels of DNA damage. DNA damage in polyploid NSCs arises, at least in part, from the inability of polyploid cells to restrain cell cycle progression in response to incomplete DNA replication. Surprisingly, I found that multiple nuclear domains in the same polyploid NSC can exhibit asynchrony in cell cycle progression, with delayed nuclear domains experiencing acute DNA damage at mitotic entry. I show that DNA damage in polyploid NSCs can be reduced over-expressing Chk1, the main downstream kinase engaged by ATR in the DNA damage response. I also show that uncontrolled proliferation of genetically unstable polyploid NSCs holds tumorigenic potential in transplantation assays. Overall, my results show that the tolerance to polyploidy is tissue dependent and that a complex network of events contributes to the generation of unbalanced karyotypes in polyploid NSCs.

Le gène hybride BCR-ABL1, responsable de la leucémie myéloïde chronique (LMC), code une protéine à activité tyrosine kinase constitutive. Lors d’une étude transcriptomique menée au laboratoire sur des patients résistants secondaires à l’imatinib, les deux gènes codant les protéines des rétrotransposons LINE-1 ont été trouvés sous exprimés d’environ 20 fois lorsque les patients rechutent. Le rôle des transposons n’a jamais été clairement défini, ils assurent certainement une fonction importante puisqu’ils sont conservés au cours de l’évolution et présents chez tous les organismes. Le but de ce travail a été d’étudier l’implication de LINE-1 dans la LMC. La sous-expression de LINE-1 est-elle une conséquence de la présence de BCR-ABL1 ou une cause de son apparition ? Différents groupes ont montré que les rétrotransposons LINE-1 possédent la capacité de réparation des cassures double-brin de l’ADN. Nous avons fait l’hypothèse qu’une diminution de l’expression des gènes codés par les rétrotransposons LINE-1 entraînerait l’instabilité génétique observée dans la LMC. Une étude réalisée chez des patients atteints de LMC et des sujets contrôles a montré une correlation inverse entre l’expression de LINE-1 et celle de l’oncogène BCR-ABL1. Parallèlement, une étude sur des lignées cellulaires leucémiques humaines BCR-ABL positives et négatives a été réalisée. Nous avons recherché le lien qui existe entre l’expression de LINE 1, de BCR-ABL1 et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. Nous avons montré d’une part qu’une inhibition de l’expression de BCR-ABL1 induit une augmentation de l’expression des transposons LINE-1 D’autre part, une diminution de l’expression de LINE-1 entraîne une apparition du transcrit BCR-ABL1 dans les cellules BCR-ABL negatives. / BCR-ABL1 fusion gene, responsible of the chronic myeloid leukemia (CML) encodes a constitutively activated tyrosine kinase protein. Expression of both LINE-1 retrotransposon ORFs were found decreased at the time of imatinib resistance in a comparative transcriptional study focused on secondary resistant patients. The role of retrotransposons is unclear. They are conserved through evolution. This project focuses on the involvement of LINE-1 in CML. Is LINE-1 under expression a result of BCR-ABL1 expression or is it at the origin of BCR ABL1? Different groups have shown that LINE-1 retrotransposons were able to repair DNA double strands breaks. We suggest that LINE-1 under expression could be responsible of genetic instability observed in CML. We show in a study on CML patients and healthy subjects that LINE-1 expression is inverse correlated to BCR-ABL1 expression. Moreover, study on BCR-ABL+ and BCR-ABL- human leukemic cell lines was carried on. First, we show that decrease of BCR-ABL1 expression induces increase of LINE-1 expression. Then that decrease of LINE-1 expression generates BCR-ABL1 transcript in BCR-ABL negatives cell lines.

Le Stress Réplicatif est caractérisé par une accumulation de fourches bloquées et est connu pour être une source majeure d'instabilité génétique dans les cellules humaines. Le Stress Réplicatif et l'instabilité génétique sont des marqueurs précoces de la tumorigenèse. Il est connu que les fourches de réplication bloquées peuvent dégénérer en cassures double brin. En effet, après un stress réplicatif prolongé (24h) induit par l'hydroxyurée (HU), l'endonucléase MUS81-EME1 peut promouvoir l'effondrement des fourches de réplication. Cette endonucléase prévient l'accumulation de régions sous-répliquées en G2 et des défauts de ségrégation chromosomique en mitose. Dans cette étude, en suivant l'apparition de cassures double brin (CDB) par les techniques sensibles d'essai comète neutre et de QIBC (Quantitative Image-Based Cytometry), nous avons pu mettre en évidence que l'effondrement des fourches est un événement qui peut être visualisé rapidement suite au stress réplicatif (dès 2h après HU). Nous avons pu caractériser cet effondrement rapide comme étant un mécanisme indépendant de MUS81, sous unité catalytique du complexe MUS81-EME1. De plus, en réalisant des extinctions de l'expression de gènes par siARN, nous avons identifié deux nucléases, Artémis et XPF, comme étant impliquées dans ce mécanisme d'effondrement rapide des fourches de réplication. Nos résultats suggèrent un rôle de ce mécanisme d'effondrement rapide dans la prévention d'intermédiaires mitotiques et de la transmission de lésions aux cellules filles. Nous avons également identifié l'ADN polymérase alternative, Pol theta comme étant un facteur impliqué dans la prévention de la mort cellulaire induite par ce mécanisme. L'exploration de données de qPCR sur des prélèvements de tissus cancéreux nous a permis d'identifier la surexpression de Pol theta comme étant corrélée à des gènes de la HR. Ceci suggère un potentiel mécanisme d'adaptation pour prévenir de l'accumulation de fourches effondrées dans les cellules cancéreuses. L'ensemble de ces données révèle que les cellules humaines ont acquis au cours de l'évolution la capacité de cliver rapidement des fourches bloquées qui pourrait s'avérer importante pour la stabilité du génome, notamment en contexte de stress réplicatif. / Replicative stress is characterized by an accumulation of stalled replication forks and is known to be a major source of genetic instability in human cells. Replicative stress and genetic instability are early markers of tumorigenesis. It is known that stalled replication forks can degenerate into double strand breaks (DSB), a process called replication fork collapse. Indeed, after an extended replicative stress (24h) induced by hydroxyurea (HU), the endonuclease MUS81-EME1 can promote the collapse of replication forks. This endonuclease prevents accumulation of under replicated regions in G2 and mitotic segregation defects. Here, by monitoring DSB with sensitive neutral comet assay and QIBC (Quantitative Image-Based Cytometry) approaches, we found that replication forks can also collapse rapidly after replicative stress (as early as 2 hours after HU). We characterised this rapid replication fork collapse as a MUS81-independent mechanism. Moreover, by performing siRNA based knock down, we identified two nucleases, Artemis and XPF, involved in rapid replication fork collapse mechanism. Our results point toward a role of this rapid collapse mechanism in preventing mitotic intermediates and lesion transmission to daughter cells. Also, we identified the role of an alternative DNA polymerase Pol theta as a molecular factor involved in preventing this mechanism to induce cell death. Data mining of expression data from tumour samples allowed us to identify Pol theta verexpression as correlated with HR genes, underpinning a potential adaptation mechanism to prevent collapsed fork accumulation in cancer cells. Collectively, these data reveal that human cells have evolved a quick cleavage response to stalled forks that might be important for genome stability notably in cells undergoing replicative stress.

La stabilité du génome est compromise par les déséquilibres du pool de dNTPs qui affectent la vitesse de progression des fourches de réplication. Par exemple, la déficience en cytidine désaminase (CDA) conduit à un excès de dCTP qui induit un ralentissement des fourches de réplication. Les résultats obtenus au cours de ma thèse ont permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme par lequel un déséquilibre du pool de nucléotides compromet la complétion de la réplication et la ségrégation correcte des chromosomes. En utilisant des techniques de peignage moléculaire, de microscopie électronique et d’imagerie cellulaire permettant de quantifier le niveau basal de PAR, nous avons montré que la réplication incomplète de l’ADN lorsque la CDA est absente est due à l’inhibition partielle de PARP-1, et n’est pas liée au ralentissement de la vitesse de progression des fourches de réplication. En effet, l’accumulation intracellulaire de dCTP inhibe l’activité de PARP-1 ce qui réduit l’activation de Chk1 et l’efficacité des points de contrôle situés en aval, favorisant ainsi l’accumulation de séquences d’ADN non répliquées en mitose. Celles-ci conduisent alors à la formation de ponts anaphasiques ultrafins (UFBs) entre les chromatides sœurs au niveau de sites difficiles à répliquer tels que les centromères et les sites fragiles. Ces résultats ont des implications directes dans le syndrome de Bloom (BS), une maladie génétique rare combinant prédisposition aux cancers et instabilité génétique. Ce syndrome est la conséquence de la mutation du gène BLM, codant pour une hélicase RecQ du même nom. La déficience en BLM conduit à une chute de l’expression de la CDA résultant en une augmentation des UFBs entièrement due à l’inhibition de PARP-1 par la dCTP, indépendamment de BLM. Ces travaux décrivent ainsi une conséquence pathologique encore inconnue du déséquilibre du pool de nucléotides et révèlent un rôle inattendu de PARP-1 dans la surveillance des séquences d’ADN non répliquées prévenant leur accumulation en mitose et les défauts de ségrégation des chromosomes associés. / Genome stability is jeopardized by imbalances of the dNTP pool; such imbalances affect the rate of fork progression. For example, cytidine deaminase (CDA) deficiency leads to an excess of dCTP, slowing the replication fork. We describe here a novel mechanism by which pyrimidine pool disequilibrium compromises the completion of replication and chromosome segregation. Using molecular combing, electron microscopy and a sensitive assay involving cell imaging to quantify steady-state PAR levels, we found that in CDA-deficient cells DNA replication was unsuccessful due to the partial inhibition of basal PARP-1 activity, rather than slower fork speed. Indeed, the intracellular accumulation of dCTP inhibits PARP-1 activity compromising the activation of Chk1 and the downstream checkpoints efficiency, allowing the subsequent accumulation of unreplicated DNA in mitosis. This unreplicated DNA leads to the formation of ultrafine anaphase bridges (UFBs) between sister-chromatids at “difficult-to-replicate” sites such as centromeres and fragile sites. These results have direct implications for Bloom syndrome (BS), a rare genetic disease combining susceptibility to cancer and genomic instability. BS results from mutation of the BLM gene, encoding BLM, a RecQ 3’-5’ DNA helicase, a deficiency of which leads to CDA downregulation. BS cells thus have a CDA defect, resulting in a high frequency of UFBs due entirely to dCTP-dependent PARP-1 inhibition and independent of BLM status. Our results describe previously unknown pathological consequences of the distortion of dNTP pools and reveal an unexpected role for PARP-1 in preventing unreplicated DNA accumulation in mitosis and in preventing chromosome segregation defects.

Les nombreux mécanismes biologiques à l'origine du cancer restent aujourd'hui encore mal compris. L'amélioration de leurs connaissances peut s'effectuer par le biais de modèles mathématiques. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur la mise en place d'outils statistiques pour la détection précoce de tumeurs. Nous avons proposé deux modèles stochastiques portant sur le développement de tumeurs cancéreuses. Le premier modèle s'intéresse à la détection de l'instabilité génétique dans une population de cellules. Nous nous sommes attachés à détecter l'événement initiateur de cette instabilité génétique en modélisant la généalogie des cellules par un arbre coalescent. Dans le deuxième modèle, nous nous sommes intéressés aux liens entre l'adhésion cellulaire et la croissance d'une tumeur. Nous avons intégré l'hypothèse d'adhésion différentielle dans un modèle d'interaction de Gibbs afin de quantifier le dysfonctionnement de l'adhésion cellulaire dans un tissu cancéreux.

L’instabilité des séquences répétées microsatellites du génome (courtes répétitions en tandem d’un à cinq nucléotides) est une conséquence de l’inactivation du système MMR (MisMatch Repair), en charge de la réparation des erreurs produites au cours de la réplication de l’ADN. Cette instabilité est associée à un processus de transformation cellulaire original, observé chez l’homme dans des pathologies tumorales fréquentes, nommées MSI (pour Microsatellite Instability). Les localisations primaires les plus fréquentes de ces tumeurs sont le côlon, l’endomètre et l’estomac. Elles peuvent avoir une origine héréditaire (prédisposition familiale ; syndrome de Lynch et apparentés), mais sont dans la majorité des cas de survenue sporadique. La transformation des cellules MMR-déficientes s’observe dans le contexte de l’accumulation de nombreuses mutations somatiques dans l’ADN tumoral. Certaines ont un caractère oncogénique en favorisant la troncature et la perte de fonction de gènes suppresseurs de tumeur ou apparentés, impliqués dans des voies de signalisations diverses et qui contiennent des microsatellites codants (mutations indels d’une à deux paires de base, décalant le cadre de lecture, fréquemment rapportées dans ces tumeurs). Les travaux présentés dans le cadre de mon doctorat visent à mieux comprendre le rôle de l’instabilité microsatellitaire dans la tumorigenèse MSI. Ils s’inscrivent dans le contexte du décryptage et de l’analyse des données de séquençage d’exome de 47 cancers colorectaux primitifs MSI. Dans le contexte d’un niveau élevé d’instabilité génomique caractérisant ces tumeurs, la mise au point par mon laboratoire d’accueil de modèles probabilistes a permis de dresser une liste restreinte de gènes, remarquables par le fait qu’ils sont affectés par des mutations somatiques dont les fréquences sont exceptionnellement élevées ou basses dans l’ADN tumoral. Sous l’hypothèse que de tels évènements somatiques affectent des gènes clés de la tumorigenèse MSI colique, j’ai focalisé mes recherches sur les gènes dont les altérations sont peu fréquentes. Brièvement, j’ai pu démontrer le caractère délétère d’un petit nombre d’altérations microsatellitaires codantes dont la survenue semble soumise à une pression de sélection négative (N=13). Mes résultats indiquent que ces mutations semblent fragiliser le phénotype tumoral des cellules dans lesquelles elles surviennent, la perte de fonction des gènes qu’elles affectent conduisant à diverses conséquences délétères en fonction du gène candidat (e.g. sensibilisation à la mort cellulaire, perte des capacités proliférative et migratoire, ralentissement de la croissance tumorale). Ces résultats rapportent pour la première fois et à grande échelle, la sélection négative de mutations dans des tumeurs à forte instabilité génomique MSI. Ils ouvrent de nouvelles voies pour la compréhension de ce mode particulier de transformation cellulaire, et sont potentiellement d’intérêt pour la mise au point de thérapies personnalisées pour les patients. / Since the discovery of a link between mismatch repair (MMR) deficiency and cancer, microsatellite instability (MSI) is thought as a process underlying cell transformation and tumour progression and invasion. MSI tumours are a subset of frequent human neoplasms, both inherited and sporadic, associated with several primary locations (colon, stomach, endometrium…). In MMR-deficient cells, MSI generates hundreds of frameshift mutations in genes (MSI Target Genes, MSI-TGs) containing coding microsatellite sequences (e.g. -1/+1 bp, insertions/deletions, i.e. indels). Some of these mutations affect genes with a role in human carcinogenesis and are thus expected to promote the MSI-driven tumorigenic process. During my PhD, I aimed to decipher the role of MSI in colon tumorigenesis. I exploited exome-sequencing data available in my lab that were generated from the analysis of a series of 47 human MSI primary colorectal cancer (CRC). Through biostatistics analysis and mathematical models that we designed to interpret mutation rates in the context of the high background for instability characterizing MSI in CRC, we identified a few microsatellites containing genes coding mutations that were negatively selected in MSI colon tumours (N=13). Under the hypothesis that these events may have a negative impact in colon tumorigenesis, I demonstrated that the silencing of these MSI target genes (siRNA/shRNA) was deleterious for MSI cancer cells using in vitro and in vivo models (impairment of proliferation and/or migration and/or response to chemotherapy and/or tumour growth) (Jonchère*, Marisa*, Greene* et al., submitted).

Les applications des cellules souches pluripotentes humaines (CSP) dans le domaine biomédical sont particulièrement prometteuses, aussi bien au niveau expérimental qu’au niveau clinique. Leur utilisation comme source inépuisable de cellules permettant de tester et développer de nouvelles molécules thérapeutiques (notamment par modélisation de pathologies in vitro, criblage haut-débit et tests de cytotoxicité) s’ajoute à l’important potentiel qu’elles présentent en médecine régénérative et en thérapie cellulaire. Utilisables comme matériel biologique permettant de restaurer partiellement ou totalement un organe ou un tissu défaillant, il reste essentiel de vérifier l’intégrité génétique des lignées cellulaires utilisées afin de garantir une utilisation sécurisée pour le patient. Parmi les facteurs responsables de l’apparition d’anomalies génétiques chez les CSP, les conditions cultures jouent un rôle essentiel. Des techniques de culture inadaptées peuvent facilement provoquer l’émergence d’une instabilité génomique. Toute altération doit être détectée et documentée afin de pouvoir définir des critères d’acceptation préalable à leur utilisation clinique.Les CSP sont des cellules particulièrement sensibles au stress qui peut résulter de techniques de repiquage inappropriées. La dérive génétique qui découle de ce stress peut être précoce et apparaître dès les premiers passages des lignées cultivées. Notre équipe a pu tester de nombreuses méthodes de repiquage sur différentes lignées cellulaires pluripotentes. Nous avons notamment observé que des anomalies génétiques majeures caryotypiques (trisomies) et infra-caryotypiques (SNPs) ainsi que des changements phénotypiques (survie augmentée, acquisition de mobilité) apparaissaient rapidement suite à l’utilisation de techniques de repiquage basées sur l’utilisation d’enzyme de dissociation (TryPLE). Ces altérations apparaissent dans des lignées qui s’adaptent progressivement à la dissociation en cellules uniques (dissociation « single-cell ») provoquées par ces enzymes.Notre équipe étudie les conséquences cellulaires liées à ce phénomène d’adaptation des CSP provoquée par la dissociation « single-cell ». Grâce à des techniques de séquençage dernière génération (RNA-Seq), nous avons comparé les profils transcriptomiques de CSP repiquées par des techniques standard (comme le passage mécanique) et par des techniques basées sur la dissociation « single-cell » (comme le passage enzymatique par TryPLE). Cette comparaison a montré au niveau transcriptionnel une surexpression spectaculaire d’ARNs non codants appartenant à une classe récemment décrite : les longs ARNs non codants (lncRNAs).L’objectif principal de ce travail de thèse a été d’évaluer le niveau d’implication de ces lncRNAs dans le processus d’adaptation des CSP en culture, et leur rôle fonctionnel potentiel. Nous avons ainsi dans un premier temps déterminé in silico quels lncRNAs étaient différentiellement exprimés dans les CSP adaptées, et après validation expérimentale par biologie moléculaire des candidats les plus prometteurs, nous avons utilisé des tests fonctionnels (notamment par RNA interférence (siRNA)) afin de déterminer le rôle de ces lncRNAs dans la machinerie cellulaire et la pluripotence des CSP. Autour de ce projet principal, nous avons essayé de comprendre les mécanismes régissant les changements phénotypiques et comportementaux provoquées par la dissociation « single-cell ». Nous avons notamment pu suggérer la mise en place d’un phénomène de transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) chez des CSP dissociées. Enfin, l’attractivité que représente un sujet d’étude récent comme les lncRNAs et la disponibilité croissante de publications les concernant nous ont poussé à publier une revue approfondie ainsi qu’une méta-analyse sur l’implication des longs ARN non codants dans le développement précoce de l’embryon et dans les cellules souches pluripotentes. / The actual and future applications of human pluripotent stem cells (PSC) in the biomedical field are highly promising. Their use for the discovery of new therapeutic drugs through the development of high-throughput screening tests, cytotoxicity tests and in vitro disease modeling has been added to their tremendous interests in regenerative medicine and cellular therapy. As a source of biological material that can be used to restore partially or totally the lost functions of a damaged organ or tissue, or as a source of normal cells to study human development or test putative new drugs, their genomic integrity has to be thoroughly assessed. Therefore, an effective optimization of their culture conditions has to be considered, in order to control the absence of genomic instability and prevent their potential emergence. Any genetic or epigenetic alteration resulting from cell culturing must be detected in order to define and characterize acceptance criteria for scientific and medical purposes.PSC are particularly sensitive to stress resulting from unappropriated passaging techniques, which cause rapid genetic drift. Indeed, our team observed that many genomic abnormalities arise from aggressive single cell, enzymatic based, passaging methods, and that substantial phenotypical changes such as increased survival after cell dissociation and variation in cell shape can then occur.In order to understand the mechanisms governing the emergence of those adverse alterations, the team focused on the consequences resulting from the adaptation of PSC to single-cell dissociation. By using new generation sequencing techniques as RNA-Seq, we compared transcriptomics of PSC passaged by standard techniques (such as mechanical passaging) versus single-cell enzymatic dissociation (such as TRyPLE-based single-cell passaging). This comparison showed that the most striking difference in the gene expression pattern between adapted and non adapted cells concerned the dramatic overexpression of RNAs from a recently discovered class: long non-coding RNAs (lncRNAs).The aim of this thesis work was to determine to which extent some of these lncRNAs were functionally linked to adaptation of PSC. In order to address this matter, we first investigated in silico which lncRNAs were upregulated by single-cell dissociation, and after experimental validation of lncRNA candidates by molecular biology, we performed functional in vitro analysis (notably by siRNA-mediated loss of function) and sought their cellular localization in order to decipher their role in the cellular machinery and their level of implication. Beside this main project, other auxiliary projects were grafted. The observation of major changes in cell phenotype and behavior led to the investigation of the global mechanisms governing these modifications, underlining the potential role of epithelial-to-mesenchymal transition provoked by single-cell dissociation. Finally, the global attractiveness of lncRNAs and the emergence of exponential documentation concerning non-coding RNAs prompted the writing of an extensive review and meta-analysis concerning the implications of lncRNAs during embryo development and in pluripotent stem cells.

La réplication de l'ADN est un évènement majeur pour la cellule car elle permet la duplication fidèle du matériel génétique. Il s'agit d'une étape critique du cycle cellulaire, car les fourches de réplication rencontrent fréquemment des barrières naturelles ou des lésions d'origine endogènes (lésions oxydatives) ou exogènes (agents physiques ou chimiques), sources de cassures chromosomiques et donc d'instabilité génétique. Une des réponses à ces fourches bloquées est l'activation du point de contrôle (checkpoint) de la phase S du cycle cellulaire. Nous avons montré que l'ADN polymérase Kappa (pol Kappa), polymérase dite translesionnelle en raison de ses capacité à franchir des lésions sur l'ADN, s'avère être aussi un acteur du point de contrôle de phase S. En effet, la déplétion de pol Kappa par ARN interférence dans différentes lignées cellulaires ou par immunodépletion d'un extrait de Xénope, entraîne un défaut de phosphorylation de Chk1. Pol Kappa est impliquée dans la synthèse de brins naissant d'ADN au niveau des fourches bloquées, ce qui facilite le recrutement du complexe 9-1-1 composé des protéines Rad9, Rad1 et Hus1et permet alors, une activation correcte du checkpoint de phase S. Afin de décrypter le rôle de pol kappa, nous avons construits différents mutants et nous avons analysé leur capacité à former des foyers, à être recrutés à la chromatine et à interagir avec différents partenaires dans des conditions d'activation du point de contrôle de phase S. Nous avons pu constater que le mutant du domaine d'interaction à PCNA était incapable de former des foci foyers ?. Nous avons ensuite observé, qu'en condition de stress réplicatif, pol Kappa était recruté à la chromatine grâce à son domaine d'interaction à PCNA et par différentes approches biochimiques, nous avons pu voir que pol kappa interagissait avec Rad9 et Chk1. Nous avons également mis en évidence que le défaut d'activation de Chk1 en l'absence de pol kappa reflétait d'une diminution de son taux dans le noyau, suggérant une régulation commune entre Chk1 et pol Kappa. En effet, nous avons observé que pol Kappa, comme Chk1, était régulés par l'ubiquitine hydrolase USP7. En effet, l'interaction entre pol Kappa et USP7 est augmentée en condition de stress. Nous avons pu voir, qu'à l'instar de Chk1, l'absence de USP7 entrainait une baisse du niveau de pol kappa dans le noyau. Ainsi nous proposons qu'en réponse à un stress réplicatif, pol Kappa et Chk1 soient stabilisés via leur dé-ubiquitination par USP7, permettant leur recrutement à la chromatine et une activation correcte du checkpoint de phase S. Parallèlement à ces travaux, des publications récentes montrent une implication possible de pol Kappa au niveau des séquences répétées. Nous avons pu mettre en évidence une interaction entre pol Kappa et Cenpb, protéine centromérique reconnaissant une séquence de 17 paires de bases dans l'ADN a-satellite. Ces résultats préliminaires suggèrent que le rôle de pol Kappa dans le checkpoint de phase S s'adresse notamment aux régions d'hétérochromatine. L'ensemble des résultats obtenus montre l'importance de pol Kappa dans le maintien de la stabilité génomique, par son rôle dans le checkpoint de phase S, et par son implication dans la régulation de Chk1 en condition de stress réplicatif. / DNA replication is a major event for cells which allow the faithful duplication of genetic material. It is a critical step of cell cycle, because replication forks encounters frequently naturals barriers (non B-DNA structures), exogenous barriers (chemicals agents), or endogenous barriers (oxydatives lesions). These different barriers can be at the origin of chromosomes breaks and lead to genetic instability. To overcome the stalled forks, cells have evolved two major mechanisms: the induction of ATR replication checkpoint pathway and the recruitment of specialized DNA polymerase to perform the translesion synthesis. This two pathways are essential to maintain genomic stability. Human DNA polymerase Kappa (pol Kappa), the most conserved specialized DNA polymerase, is best known to participate to translesion synthesis. Recently, we have shown that pol kappa has a crucial role in the S-phase checkpoint activation. Indeed, pol Kappa is implicated in the synthesis of short DNA intermediates at the stalled forks, facilitating the recruitment of 9-1-1 clamp, and is required for an optimal phosphorylation of Chk1, the main effector of the S-phase checkpoint. Durant my PhD thesis, I explored the molecular mechanisms underlying this newly identified role. We have constructed several pol kappa mutants, and we have observed that for the mutation in the PCNA binding domain impeded pol kappa to form foci in response to replication stress. We also showed the requirement of this domain for pol Kappa recruitment on chromatin. By different experimental approaches, we have described a complex in which pol Kappa interacts with Rad9 and Chk1, two proteins required for the S-phase checkpoint activation. The Chk1 phosphorylation defect observed in absence of Kappa could also be the consequence of the Chk1 protein level decreased in the nucleus, meaning a potential common regulation between pol Kappa and Chk1. Based on this observation, we have studied how pol Kappa is regulated upon a replication stress and like Chk1, pol Kappa seems to be regulated by ubiquitination. We focused our attention on USP7 an ubiquitin hydrolase known to regulate Chk1. We have demonstrated an interaction between pol Kappa and USP7, which is stimulated after replication stress. Moreover, USP7 depletion leads to a decrease of pol Kappa level in the nucleus, suggesting that de-ubiquination of pol Kappa could to be a prerequisite for its checkpoint function and its stability.