Mon travail de thèse s'intéresse au rôle du récepteur à l'immunité innée NLRP3, composant essentiel de l'inflammasome, dans le développement tumoral pulmonaire. Nos résultats révèlent que les cellules épithéliales pulmonaires immortalisées expriment un inflammasome NLRP3 fonctionnel. De façon inattendue, nous montrons que l'expression du récepteur NLRP3 est fortement diminuée, voire perdue des lignées tumorales de CBNPC et dans des tumeurs de patients, comparé au tissu sain adjacent. Nous montrons que NLRP3, de façon totalement indépendante de l'inflammasome, est impliquée dans la régulation transcriptionnelle de H2AFX, le gène codant pour le variant d'histone H2AX, élément clé de la signalisation des dommages à l'ADN. L'absence de NLRP3 dans les cellules HBEC altère l'amplification et la transmission du signal en réponse à des cassures double brin, résultant in fine à moins de réparation. Ce défaut de réparation des cassures se traduit par une instabilité génomique, qui est en effet plus forte dans les adénocarcinomes pulmonaires exprimant de faible niveau de NLRP3. Mon travail de thèse identifie donc le récepteur NLRP3 comme un facteur clé de la réponse aux dommages à l'ADN et du maintien de l'intégrité génomique en promouvant la transcription de H2AFX dans les cellules épithéliales pulmonaires. Ce nouveau rôle de NLRP3, associé à sa perte dans les tumeurs de CBPNC en font un potentiel suppresseur de tumeur / During my PhD, I have been interested in the role of the innate immune receptor NLRP3, a key component of the inflammasome, in lung cancer development. Our results show the presence of a functional NLRP3 inflammasome in normal human bronchial epithelial cells (HBEC). Surprisingly, NLRP3 expression is strongly down-regulated in a large panel of NSCLC cell lines and patient tumors compared to healthy tissue. Moreover, we unravel that NLRP3 contributes to the transcription of H2AFX, the coding gene for the histone variant H2AX, in an inflammasome independent-manner. The deletion of NLRP3 in HBEC impairs double strand break signal amplification and transduction, resulting in a decrease in DNA repair. This repair defect leads to genomic instability, which is increased in lung adenocarcinomas expressing low levels of NLRP3. My PhD work identifies NLRP3 as a key factor of the DNA damage response and genomic integrity maintenance by regulating the transcription of H2AFX. This new role for NLRP3, together with its loss in NSCLC, makes it as a potential tumor suppressor

TET2 et P53, deux suppresseurs de tumeurs, jouent un rôle important dans l’homéostasie des cellules souches hématopoïétiques et sont trouvés mutés dans les hémopathies malignes. Ils sont aussi impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et les mécanismes de réparation des dommages de l’ADN, notamment la voie de réparation par excision de base (BER). Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que la surexpression de TET2 et l’augmentation consécutive des 5hmC, ralentit la progression du cycle cellulaire et la transition G1/S et induit une instabilité centrosomique associée à une instabilité chromosomique dans un modèle cellulaire Ba/F3. De plus, la surexpression de TET2 induit l’augmentation de la mutagenèse particulièrement des transitions C->T dans les sites CpG dans un contexte déficient en thymidine DNA glycosylase (TDG), une protéine initiatrice du BER. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons montré que l’activation de P53, par des antagonistes de MDM2, a un effet délétère sur tous les progéniteurs hématopoïétiques. Ces antagonistes induisent aussi une cytotoxicité non seulement dans les stades précoces de la mégacaryopoïèse mais surtout dans les stades tardifs. Cette cytotoxicité n’est pas réversible, contrairement à ce qui est observé en clinique, et ne peut pas être restaurée par des doses croissantes de thrombopoïétine. Au total, TET2 et P53 doivent être strictement régulés pour assurer l’homéostasie et la stabilité génétique des cellules hématopoïétiques. / Two tumor suppresors, TET2 and P53, play an important role in the homeostasis of hematopoietic stem cells and have been found mutated in hematological malignancies. They are also involved in cell cycle control and DNA repair mechanisms, including the base excision repair pathway (BER). In the first part of this work, we showed that TET2 overexpression and the consequent increase of 5hmC, inhibit cell cycle progression particularly G1/S transition and induces centrosome instability associated with chromosomal instability in Ba/F3 cellular model. In addition, overexpression of TET2 induces increased mutagenesis particularly transitions C->T at CpG sites in a context deficient in thymidine DNA glycosylase (TDG), a protein initiating BER. In the second part of this work, we have shown that p53 activation by MDM2 antagonists has deleterious effect on all haematopoietic progenitors. These antagonists also induce cytotoxicity not only in the early stages of megakaryopoiesis but also mainly in the late stages. This cytotoxicity is not reversible, in contrast to what is observed in clinic, and can not be restored by increasing doses thrombopoietin. To conclude, TET2 and P53 must be strictly controlled to ensure homeostasis and genetic stability of the hematopoietic cells.

Le cannibalisme d’une cellule vivante par une autre cellule vivante représente une nouvelle modalité de mort cellulaire non autonome. Mes travaux de thèse ont permis d’identifier et de caractériser les acteurs impliqués et d’apprécier l’influence de ce processus sur le devenir de la cellule cannibale. Nous avons ainsi révélé que l’activation d’une signalisation cellulaire impliquée dans la régulation du cycle cellulaire va causer une libération d’ATP qui stimulera les récepteurs purinergiques P2Y2 de la cellule de manière autocrine. Cette étape sera suivie d’une augmentation de l’exposition de la protéine d’adhérence E-cadhérine à la membrane plasmique et de réarrangements du cytosquelettes médiés par la kinase ROCK, et permettra ainsi à une cellule vivante de cannibaliser une autre cellule vivante. Ce phénomène aussi connu sous le nom de « cellule dans une cellule » est fréquemment observé dans les biopsies tumorales. De plus, nous révélons au cours de ces travaux la capacité des cellules internalisées à être éliminées par un processus qui implique la protéine de l’autophagie ATG5 et les protéines pro-apoptotiques BAK et BAX. Ce processus est associé au déclenchement d’une instabilité génétique et d’un stress oxydatif au niveau des cellules cannibales et va déclencher la sénescence de ces cellules que nous avons appelé « entescence ». Cette nouvelle modalité d’induction de la sénescence participe à la suppression des tumeurs in vivo et semble prédire la réponse des patients aux traitements néoadjuvants anticancéreux. À l’opposé, l’échappement à l’entescence favorise la progression tumorale et est associé à une mauvaise réponse des patients aux traitements. L’ensemble de ces travaux met en lumière l’existence d’une nouvelle modalité d’induction de la sénescence cellulaire qui survient à la suite du cannibalisme cellulaire. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans son déclenchement et son exécution pourrait selon nous participer au développement de nouvelles approches thérapeutiques afin de lutter contre le cancer. / Cannibalism of live cells by other live cells is a new modality of non-autonomous cell death. This investigation led to the characterization of the molecular mechanisms implicated as well as the identification of the consequences of this process on the fate of the cannibal cell.We revealed that the activation of a signaling pathway involved in the regulation of the cell cycle can trigger a release of ATP that will stimulate the activity of the P2Y2 purinergic receptor in an autocrine manner. These events will lead to the increase of E-cadherin membrane exposition and change the organisation of the cytoskeleton in a ROCK-dependent manner, allowing this live cell to eat another live cell. This process called "cell in cell structure" is frequently observed in tumoral biopsies. Then, we revealed that the internalized cell will be eliminated by a process dependent on the autophagy protein ATG5 and the pro-apoptotic proteins BAX and BAK. These events are associated to the triggering of genomic instability and an oxidative stress in the cannibal cell leading these cells to a new senescence program that we called "entescence".This new senescence program seems to be a tumor suppressor mechanisms in vivo and is correlated to a better response of patient to neoadjuvant anticancer treatments. Moreover, escaping entescence seems to favor tumor growth and is associated to a bad response to anticancer treatments.Taken together, these results highlight the existence of a new senescence program that is initiated by cellular cannibalism. A better understanding of the molecular mechanisms regulating its initiation and its execution may lead to develop new innovative anticancer therapeutical approaches.

Telomeres play an important role in carcinogenesis. They assure immortalization of tumor cells by maintaining their length through the activation of telomerase or the alternative lengthening of telomere. Despite these mechanisms, telomeres of tumor cells are generally shorter than those of normal cells. In cancer cells, short telomeres promote chromosomal instability, which is one of the aggravating factors of neoplastic process. Also, the nuclear architecture of telomeres can be altered during carcinogenesis and cause genomic instability. To further understand the roles of telomeres in cancer, we studied the length of individual telomeres and their nuclear architecture in neoplastic cells. Using chronic myeloid leukemia (CML) as a model, we established the first length profile of all individual telomeres in cancer. We found that telomeres on chromosome arms Xp, 18p and 5p were among the longest while the shortest were on 21p and 21q . Also, by comparing with normal cells, we established that individual telomeres of CML cells had different shortening rates. Moreover, we noted the presence of long telomeres on some specific chromosome arms in CML cells. These data led us to explore different mechanisms of telomere length maintenance in CML cells and we showed that both telomerase and the ALT can be used to maintain their telomere length. Finally, the use of LoVo cell line, from colon carcinoma, allowed us to show that the profile of individual telomere length can be dissimilar in different cancers; and specific mutations of TP53 influence this profile in a same cancer cell. Therefore, the profile of individual telomere length of a cancer cell is defined by the genetic background of the individual, the tumor type, and the nature of the mutations. The study of nuclear architecture of telomeres was done in three different settings. First, we explored impacts on nuclear architecture of telomeres after exposing normal cells to DNA-damaging agents. We particularly observed the presence of telomeric aggregates and a change in the position of telomeres in response to UVB exposure. Next, we showed that remodeling of the nuclear architecture of telomeres could occur as early as the first clinical phase of CML. Moreover, we categorized CML cells into two groups according to the number of telomeric aggregates. Finally, we showed that the mutation TP53-R175H lead to greater alteration of the nuclear organization of telomeres and a genomic instability than the other studied TP53 mutations. The work, presented here, fosters our understanding on the involvement of telomeres in carcinogenesis and will serve as foundation for future studies on length of individual telomeres and their nuclear architecture in cancers.

Les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) sont des cellules capables à la fois d'autorenouvellement et de se différencier en tous les types cellulaires. Elles peuvent être issues de l'embryon (pour cellules souches embryonnaires humaines, hESC) ou être obtenues par reprogrammation d'une cellule différenciée (pour cellules souches pluripotentes induites humaines, hiPSC). Les hPSC sont au centre d'enjeux scientifiques, médicaux et économiques majeurs, en particulier dans le cadre des maladies génétiques et orphelines. En effet, elles ouvrent la porte à de nouvelles stratégies de modélisation de maladies génétiques humaines in vitro et sont une source potentiellement illimitée de cellules pour une thérapie cellulaire des maladies dégénératives. Cependant, la culture in vitro de hPSC est une étape essentielle avant toute application clinique ou recherche fondamentale. En effet, la culture cellulaire est nécessaire pour l'amplification du nombre des cellules, et est nécessaire pour toute étape de différenciation in vitro. Or c'est une étape délicate pour le succès des applications visées. Mon travail de doctorat s'est focalisé sur deux aspects de la culture des hPSC. Dans un premier temps, j'ai modélisé in vitro une voie de différenciation, le développement trophoblastique humain, en modulant les paramètres de la condition de culture, notamment en jouant sur la concentration du facteur de croissance BMP4. Ce travail m'a permis d'élucider la toute première bifurcation de différenciation cellulaire au cours du développement embryonnaire humain précoce. Dans un second temps, mon travail s'est focalisé sur le changement phénotypique et génomique des hPSC au cours de la culture in vitro. J'ai montré que l'utilisation de certains protocoles de passage cellulaire – en particulier le passage par dissociation cellulaire complète par utilisation de trypsine - se traduit par des acquisitions très précoces d'anomalies génétiques chromosomiques et sub-chromosomiques, et que des anomalies sub-chromosomiques pouvaient précéder l'apparition d'anomalies chromosomiques. Les conséquences de ces observations sont importante pour la recherche de la culture de hPSC : (1) il faut définitivement renoncer à l'utilisation des passages par dissociation cellulaire complète, y compris pour les méthodes de culture en suspension, et (2) il faut, pour valider une technique de culture, compléter systématiquement le caryotype par un examen d'analyse génétique avec une meilleure résolution. / Human pluripotent stem cells (hPSC) are the stem cells capable to self-renew and also to differentiate into all the cell types. These cells can be derived from embryos (for human embryonic stem cells, hESC) but also be obtained by reprogramming the differentiated somatic cells (for human induced pluripotent cells, hiPSC). The hPSC become central stakes of science, medicine and economy, particularly for genetic and rare diseases. In fact, they open up the new perspectives to the novel treatment strategies by remodeling human genetic diseases in vitro and at the same time they are a potentially unlimited cell source for cell therapy for especially degenerative diseases. Meanwhile, the hPSC in vitro culture is one of the most important steps before passing to the clinic applications and in fundamental research, as the proliferation and pluripotency can only be maintained in culture condition as well as many differentiation methods. My PhD work was concentrated on the hPSC in vitro culture. At first, I modeled human trophoblastic development and its differentiation pathway in vitro by modulating the parameters of culture, especially the concentration of BMP4. This work permitted clarifying the first cell lineage bifurcation in early human embryonic development. Secondly, my word was focalized on the phenotypic and genomic changes of hPSC during the in vitro culture. I demonstrated that the use of some passaging protocols in culture, particularly complete cell dissociation by trypsin, was translated by very early acquisitions of chromosomal and sub-chromosomal abnormalities, and that the appearance of sub-chromosomal abnormalities could precede chromosomal abnormalities. The consequences of these observations are important for the hPSC culture research: (1) the use of complete cell-dissociation passaging should be definitively abandoned, including the suspension culture, and (2) the genetic analyses with higher resolution should be added to validate a culture technic.

Dans le cancer du sein, la recherche de nouveaux biomarqueurs, permettant de prédire la réponse thérapeutique et de déterminer le pronostic d’une patiente, est importante pour adapter au mieux les traitements mais aussi pour améliorer la compréhension des phénomènes physiopathologiques. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux cancers du sein traités par chimiothérapie néoadjuvante. Nous avons étudié, dans des biopsies tumorales réalisées avant traitement et dans des résidus tumoraux, à la fois les paramètres télomériques et la réparation des lésions d’ADN puisque ces 2 mécanismes, lorsqu’ils sont dysfonctionnels, sont à l’origine d’une forte instabilité génomique. Nous avons corrélés ces paramètres à la réponse à la chimiothérapie néoadjuvante et à la survie des patientes. Dans un 1er temps, nous avons montré que des télomères courts, une surexpression de la télomérase (TERT) et une sous-expression d’une protéine impliquée dans différents mécanismes de réparation de l’ADN, ERCC1, sont des marqueurs de mauvais pronostic. La dysfonction simultanée des télomères et des mécanismes de réparation de l’ADN peut contribuer de façon synergique à la progression tumorale et à la résistance thérapeutique. Nous avons ensuite étudié une population de tumeurs du sein triple négatives. Nous avons montré que des télomères courts sont associés aux tumeurs les plus agressives et les plus résistantes. De plus, une résistance thérapeutique est retrouvée associée à une instabilité génomique plus importante. Nous avons enfin analysé les altérations génomiques caractéristiques permettant d’identifier le statut BRCA1-like. Le profil BRCA1-like est corrélé à une résistance thérapeutique et à une forte instabilité génomique.Enfin, nous avons réalisé une étude plus fondamentale visant à identifier les mécanismes à l’origine de la réactivation de la télomérase dans le cancer du sein. Nous avons démontré que la surexpression de TERT, dans le cancer du sein, n’est pas liée à la présence de mutations somatiques activatrices mais plutôt à celle de gain du locus TERT. Ces gains sont associés à une résistance thérapeutique et un risque de rechute plus important. Enfin, la présence de gain de TERT combinée à la surexpression de MYC, permet de définir un sous groupe de très mauvais pronostique et pourrait être utilisé pour évaluer le risque de récidives. Les paramètres télomériques et l’instabilité génomique semblent donc être des biomarqueurs prédictifs de la réponse à la chimiothérapie néoadjuvante dans le cancer du sein triple négatif. Ces paramètres ont également une forte valeur pronostique dans le cancer du sein en général et pourraient être utilisés cliniquement comme biomarqueurs utiles au choix des traitements. / In breast cancer, discovering new biomarkers, that can predict therapeutic response and prognosis, is important to find the best therapeutic options and improve our understanding of physiopathology. Our particular interest is in breast cancer treated by neoadjuvant chemotherapy (NCT). In pre-NCT biopsies and post-NCT tumors, we studied both telomeric parameters and DNA damage repair (DDR), because when these are dysfunctional, both result in high genomic instability. We correlated these parameters to neoadjuvant chemotherapy response and patient outcomes. First, we demonstrated that short telomeres, high telomerase (TERT) expression and low expression of ERCC1 (a protein involved in a number of DNA repair mechanisms) are markers of poor prognosis. Telomere and DDR dysfunction can contribute synergistically to tumor progression and chemoresistance. We then studied a triple negative breast cancer population. We demonstrated that short telomeres were associated with tumor aggressiveness and chemoresistance. Chemoresistance was also associated with high genomic instability. We analyzed genomic alterations specific to BRCA1-like status and demonstrated that BRCA1-like profile correlated with chemoresistance and high genomic instability. Finally, we performed a comprehensive study of telomerase reactivation in breast cancer. We demonstrated that high TERT expression in breast cancer is not associated with somatic enhancer mutations but more probably to TERT locus gains. These gains were correlated to chemoresistance and increased risk of relapse. TERT gain, combined with high MYC expression, was able to isolate a subgroup with a very poor prognosis, and this could be used to evaluate risk of relapse. Telomeric parameters and genomic instability seem to be predictive biomarkers for neoadjuvant chemotherapy response in triple negative breast cancer. These parameters also have strong prognostic value in breast cancer and could be used clinically as biomarkers for tailoring treatment.

Les gènes de la famille ING : « INhibitor of Growth » (ING1-5) jouent un rôle crucial dans l'inhibition de la prolifération cellulaire, en régulant notamment le cycle cellulaire, l'apoptose et la sénescence. De plus, plusieurs études (portant majoritairement sur ING1) montrent que ces gènes sont fréquemment perdus dans de nombreux cancers. Ils pourraient donc être impliqués dans l'émergence et le développement de tumeurs. Ainsi, l'objectif de mon projet de thèse était d'étudier le gène ING2, afin d'évaluer son intérêt en cancérogénèse. Nous avons tout d'abord montré que l'expression d'ING2 (ARN et protéique) est perdue dans plus de la moitié des cancers bronchiques non à petites cellules, confortant ainsi un rôle d'ING2 comme gène suppresseur de tumeurs. Par ailleurs, nous avons montré que l'inhibition de l'expression d'ING2 conduit à des défauts de réplication et à une forte augmentation de l'instabilité génomique, mettant ainsi en évidence pour la première fois qu'ING2 est un gène suppresseur de tumeurs de type « caretaker ». Ceci permet aussi pour la première fois d'expliquer comment l'inactivation des ING, observée dans les tumeurs, pourrait contribuer à la cancérogénèse. Enfin, nous avons mis en évidence le premier mécanisme de régulation post-traductionnelle d'ING2. En effet, ING2 peut être sumoylée, et cette sumoylation est nécessaire pour son association avec le complexe de régulation Sin3A/HDAC afin de cibler ce dernier au niveau des promoteurs de gènes pour réguler leur expression. Ces travaux ont donc contribué à démontrer l'intérêt d'ING2 en cancérogénèse et à mieux comprendre ses fonctions suppressives de tumeurs. De plus, ils ont permis d'ouvrir plusieurs voies d'investigation sur les fonctions et les mécanismes de régulation des protéines ING.

Les cellules sont constamment exposées à des agents endommageant de l'ADN d'origine exogène, notamment les rayons ultraviolets, les irradiations γ, et l'exposition aux agents chimiques génotoxiques, mais également d'origine endogène générés par le métabolisme cellulaire. De plus en plus d'évidences montrent que la transcription est un processus biologique qui peut mettre en péril l'intégrité du génome. Un mécanisme actuellement très étudié qui lie la transcription à l'instabilité génomique est la formation des boucles R (R-loops), des structures hybrides ARN:ADN qui exposent un ADN simple brin déplacé. Ces structures aberrantes se présentent en tant que sous-produits de la transcription et/ou lors de l'interférence entre la réplication et la transcription, et plus récemment ils ont été montrées s'accumuler lorsque la biogénèse de l'ARNm est perturbée. La persistance des boucles R est une source importante d'instabilité génomique car elle peut générer des cassures double brin de l'ADN et favoriser la recombinaison. Pour faire face aux conséquences néfastes des endommagements de l'ADN, les cellules activent une cascade élaborée de voies de signalisation qui permet de coordonner la prolifération cellulaire avec la réparation de l'ADN. L'ensemble de ces acteurs moléculaires constitue un réseau de réponse aux dommages de l'ADN qui est indispensable pour la stabilité génomique. Récemment chez la levure, l'activation transitoire de ce réseau a été également proposée être important dans la coordination de la transcription et de la réplication, afin d'éviter d'une part des contraintes topologiques et d'autre part la formation de structures aberrantes générées lors de conflits entre ces deux processus cellulaires essentiels. Dans la perspective d'identifier des nouveaux gènes impliqués dans ce réseau de signalisation, un crible fonctionnel in vitro précédemment établi au laboratoire a conduit à l'identification de Ddx19, une hélicase à motif DEAD-box, en tant que nouvel élément répondant à l'endommagement de l'ADN. Ddx19 interagit avec le pore nucléaire via CAN/Nup214, et il est impliqué dans l'export des ARNm grâce à son activité hélicase et ATPase, stimulé par les facteurs IP6 et Gle1. Le présent travail de thèse dévoile une nouvelle fonction de Ddx19 distincte de son rôle connu dans l'export de l'ARNm. Je pu montrer que, lors de l'induction des dommages à l'ADN par les rayons UV, Ddx19 se relocalise transitoirement de la face cytoplasmique du nucléopore vers le noyau de façon dépendant d'ATR. L'inactivation de Ddx19 entraîne des endommagements spontanées dépendant de la prolifération, démontré par l'activation de la voie de signalisation d'ATM-Chk2 et la formation de foyers nucléaires de γH2AX et 53BP1. Ces phénotypes sont concomitants avec le ralentissement des fourches de réplication qui ne peuvent plus redémarrer après leur blocage par la camptothécine. En outre, les cellules déplétées de Ddx19 présentent une forte accumulation des boucles R nucléaires, enrichi dans le compartiment nucléolaire, et aussi autour de la périphérie nucléaire. Par ailleurs, ces cellules présentent une viabilité réduite et une létalité synthétique lorsque la déplétion de Ddx19 est combinée avec l'inhibition de l'expression de la topoisomérase I. Je propose Ddx19 comme deuxième hélicase nécessaire pour la résolution des boucles R, et qui fonctionne à côté mais de façon indépendante de la Senataxin, l'hélicase précédemment connue pour résoudre ces structures in vivo chez les cellules de mammifères. Je démontre que cette nouvelle fonction de Ddx19 ne dépend pas de son interaction avec le pore nucléaire, mais plutôt de son activité hélicase et d'un résidu de sérine phosphorylée par Chk1 qui stimule sa relocalisation vers le noyau. Ces données proposent Ddx19 en tant que nouvelle ARN hélicase qui facilite la coordination de la réplication et la transcription, médiée par ATR à travers de la résolution des boucles R, préservant ainsi l'intégrité du génome. / Cells are continuously challenged by DNA damage resulting from external cues as UV light, γ-irradiation and exposure to genotoxic chemicals, as well as from endogenous stress caused by cellular metabolism. Growing evidence points to transcription as a biological process that could adversely affect genome integrity. One currently highly investigated mechanism by which transcription can induce genome instability is through the formation of R-loops, RNA:DNA hybrid structures exposing a displaced single-stranded DNA tract. These aberrant structures occur as byproducts of transcription and/or upon interference between replication and transcription, and more recently were also shown to accumulate upon disruption of mRNA biogenesis and processing. Persistent unresolved R-loops are a potent source of genomic instability as they ultimately generate double strand breaks and promote recombination events. To deal with the deleterious consequences of DNA damage, cells activate elaborate DNA damage response (DDR) pathways to delay cell division and stimulate repair of lesions, thus preserving genome stability. Recently in yeast transient DDR activation has also been proposed to be important in the coordination of transcription and replication, in order to avoid topological constraints and the formation of aberrant structures generated upon collision of their machineries. By means of an in vitro screen aimed at identifying new DDR genes, we isolated Ddx19, a DEAD-Box helicase known to be involved in mRNA export, as a novel DNA damage responsive gene. Ddx19 interacts with the nucleopore complex via nucleoporin CAN/Nup214, and is involved in mRNA remodelling and export through its ATPase and helicase activities, stimulated by IP6 and the Gle1 factor. My present thesis work unravels a novel function of Ddx19 in preserving genome stability in mammalian cells, distinct from its known role in mRNA export. I show that upon UV-induced damage, Ddx19 transiently relocalizes from the cytoplasmic face of the nucleopore to the nucleus in an ATR-dependent manner. Downregulation of Ddx19 gives rise to spontaneous, proliferation-dependent DNA damage, as determined by the specific activation of the ATM-Chk2 pathway and formation of γH2AX and 53BP1 nuclear foci. This is concomitant with the slowing down of replication forks that are unable to restart after being stalled with camptothecin. In addition, cells depleted of Ddx19 display strong accumulation of nuclear R-loops, enriched in the nucleolar compartment, and around the nuclear periphery. Moreover, these cells show low viability and exhibited synthetic lethality when combined with inhibition of topoisomerase I expression. I propose Ddx19 as a second helicase required for R-loops resolution, functioning alongside but independently of Senataxin, the first known RNA helicase to resolve these structures in vivo in mammalian cells. I provide evidence that this new function of Ddx19 does not depend on its interaction with the nuclear pore, but rather on its helicase activity and on a serine residue phosphorylated by Chk1 which promotes its relocalization into the nucleus upon damage. These data put forward Ddx19 as a novel RNA helicase that facilitates ATR-dependent coordination of DNA replication and transcription through R-loops resolution, thus preserving genome integrity.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.