Le développement de nouvelles molécules capables d’intéragir avec l’ADN, leur mode d’intéraction et leur affinité est un domaine de recherche particulièrement important. Dans ce travail nous avons étudié les interactions avec l’ADN de la molécule Hoechst 33258 connu pour être un ligand du petit sillon ainsi que plusieurs de ces analogues.Dans un premier temps nous avons étudié la stabilité des complexes ADN-Hoechst 33258 en solution avec et sans DMSO comme co-solvant. Deuxièmement, les affinités de dérivés nouvellement conçus et synthétisés du Hoechst 33258 vis-à-vis de l'ADN ont été évaluées. Enfin, nous avons étudiés la capacité d’induction d’excimers en présence d’ADN de différentes molécules pyrénylées. Ces études ont été effectuées par différentes méthodes spectroscopiques, telles que l'absorbance UV-visible, la fluorescence, le dichroïsme circulaire, la spectroscopie de masse ESI et de la modélisation moléculaire. / The development of new DNA binders and the evaluation of their affinity toward DNA as well as their mode of binding is an area of research of prime importance. In this thesis we studied the interactions of Hoechst 33258, a well-known groove binder, as well as some of its newly synthesized derivatives with DNA. The stability of DNA-Hoechst 33258 complex in solution with and without DMSO as a co-solvent was evaluated.Secondly, the affinities of newly designed and synthesized derivatives of Hoechst 33258 toward DNA were evaluated. Finally, a set of pyrene derivatives able to induced excimer formation upon binding to DNA were studied. Different spectroscopic methods, such as UV-vis absorbance, fluorescence, circular dichroism, ESI mass spectroscopy and molecular docking were applied for the complete evaluation of the affinity of these ligands toward DNA.

Le matériel génétique contenant l'information des cellules humaines se présente sous forme de chromosomes linéaires dont l'extrémité est protégée par une structure appelée télomères. Les télomères correspondent à une séquence d'ADN répétée, recouverte de protéines spécifiques, qui permettent aux cellules d'étiqueter l'extrémité de leurs chromosomes afin de les différencier des cassures internes de l'ADN nécessitant une réparation. Ainsi, ils jouent un rôle prépondérant dans la protection du génome. Les chromosomes sont organisés et compartimentés dans le noyau de la cellule. Cette organisation est primordiale, la proximité des chromosomes à la membrane nucléaire qui délimite ce noyau est essentielle pour de nombreuses fonctions régulatrices du génome, comme l'activation et la répression des gènes contenant les informations. A chaque division cellulaire, cette organisation est perdue après le désassemblage de la membrane nucléaire et la condensation de la chromatine qui va permettre de correctement répartir les chromosomes entre les cellules filles. Après la division, les noyaux des cellules filles se reforment, la membrane nucléaire est rétablie, et les chromosomes sont repositionnés comme dans la cellule mère. Ce mécanisme de mémoire spatiale est encore inconnu mais est vital au maintien de la stabilité du génome. Une large proportion de télomères sont ancrés à la membrane nucléaire en fin de division, et y restent durant la reformation du noyau. Le laboratoire s'intéresse à cette association afin de caractériser son rôle pendant cette phase clé du cycle cellulaire. Nous cherchons à comprendre ce fonctionnement chez les cellules normales et les cellules de patients atteints de pathologies associées au vieillissement accéléré. Ce projet de thèse à pour but de comprendre l'impact d'une déformation de la membrane nucléaire sur le matériel génétique, et sur l'intégrité des télomères qui protègent l'information génétique. Nous utilisons des techniques de pointe de microscopie, et de biologie cellulaire et moléculaire afin de mieux comprendre le lien entre l'organisation du noyau et le maintien de la stabilité du génome. / The material that contains genetic information of human cells consists in linear chromosomes. The extremities of chromosomes are protected by a specific structure called telomeres. Telomeres are made of repeated DNA sequence, covered by special proteins that prevent cells to recognize extremities of their chromosomes as internal DNA break, thus not to perform unnecessary repair that will result in genome instability. Therefore, telomeres play a major role in genome protection. Chromosomes are spatially organized in the cell nucleus. This organization is important as positioning of chromosomes in the nucleus ensures proper regulatory functions of the genome, such as activation or repression of genes. During the cell division process, this organization is lost after nuclear membrane disassembly and the condensation of DNA, to allow correct segregation of chromosomes between daughter cells. After cell division, the nuclei of daughter cells are reformed, and nuclear membrane is reconstructed. The chromosomes are then relocated as in the mother cell. This mechanism of spatial memory is not well understood yet, but is key to maintain stability of the genome. A large proportion of telomeres are anchored to the nuclear membrane at the end of mitosis, and stay during nuclear envelope reformation. Our laboratory focuses on characterizing the role of telomere anchoring during this important phase of cell cycle. In particular, we want to understand this mechanism in normal cells and cells from patients with premature aging disease. This thesis aims to understand the impact of nuclear envelope abnormalities on the genetic material, in particular on telomere integrity, as telomeres protect genetic information. Here, we use microscopy approaches and techniques of molecular and cellular biology to better understand the link between nuclear organisation and genome stability maintenance.

La réponse tissulaire des patients soumis à une radiothérapie, malgré des protocoles de traitement identiques, est variable avec des extrêmes importants. Une des questions posées à la radiobiologie est d'expliquer ces variations (approche a posteriori) et si possible de les prévoir (approche a priori). La réponse d'un organisme et de tissus complexes à la radiothérapie est la résultante de nombreux déterminants. Certains appartiennent à la dynamique et à l'homéostasie tissulaire (inflammation, cytokines, etc.) d'autre à la sensibilité et à la réponse cellulaire (sensibilité intrinsèque, réparation de l'ADN, régulation de la mort cellulaire, etc.). Concernant les déterminants cellulaires, l'Equipe d'Accueil a proposé de classer les humains en 3 groupes de radiosensibilités différentes, le premier considéré comme normal est de loin le plus important (près de 75% des individus), le groupe II de radiosensibilité intermédiaire représente la majeure partie des individus pour lesquels une réponse anormale est constatée après radiothérapie. Le groupe III rassemble des pathologies particulièrement rares associées à une hyper-radiosensibilité marquée, voire très marquée. Les patients du groupe II présentent donc une réponse thérapeutique inattendue et / ou des effets secondaires précoces ou tardifs sévères à des doses d'irradiation dont on attend une tolérance normale. Les patients du groupe II peuvent aussi être caractérisés par une forte prédisposition au cancer et aux tumeurs radio induites. Il existe une variabilité intrinsèque liée à des facteurs endogènes tels que la qualité de réparation de l'ADN, ou la production spontanée de micronoyaux ; et des facteurs exogènes. A cet égard, certaines médications sont susceptibles de modifier la réponse cellulaire à la radiothérapie, telles que les statines, les anticoagulants ou les antiagrégants plaquettaires. Approche a posteriori : par une étude clinique unicentrique de 65 patients atteints de cancers de la prostate et traités par le même radiothérapeute dans les mêmes conditions, la fréquence et la gravité des effets secondaires rectaux par rapport à la prise ou non de statines ont été étudiées : un effet radioprotecteur des statines vis-à-vis de la rectite radique a été mis en évidence in vivo sur des arguments statistiques pertinents. Approche a priori : par l'étude de la réponse cellulaire et moléculaire aux radiations de fibroblastes humains (notamment issus de tissus intestinaux sains). Ont été étudiés : la réparation et la signalisation des cassures double-brin de l'ADN par l'analyse des foci nucléaires H2AX et pATM ; le transit radioinduit de la protéine ATM du cytoplasme vers le noyau a été observé pour la première fois sur des fibroblastes humains rectaux. Les statines semblent accélérer ce transit, produisant un effet modérateur de la sévérité des rectites. L’étude des différents produits antioxydants et stimulateurs de la réparation de l’ADN a permis de montrer que les statines ont effet non équivoqué sur la réparation cellulaire après irradiation. Ces résultats ouvrent des perspectives pour des études plus approfondies de l'usage de médications facilement accessibles capables de moduler la gravité des effets secondaires de la radiothérapie. / The tissue response of patients undergoing radiotherapy, despite identical treatment protocols, could have important variations. One of the questions asked to the radiobiology is to explain these variations (a posteriori approach) and if possible to predict it (a priori approach). The response of an organism and complex tissues to radiotherapy is the result of many determinants. Some belong to the tissue dynamics and homeostasis (inflammation, cytokines, etc.) and others to the sensitivity and cellular response (intrinsic sensitivity, DNA repair, regulation of cell death, etc.). About cellular determinants, our research team proposed to classify humans into three groups of different radiosensitivity levels, the first considered as normal is by far the largest (almost 75% of individuals), group II of intermediate radiosensitivity represents the majority of individuals having an abnormal response to radiotherapy. Group III gathers extremely rare conditions associated with marked or very marked hyper-radiosensitivity which are usually life threatening. Therefore patients in group II show either unexpected therapeutic response or severe radiation early or late side effects after doses for which normal tolerance is expected. Patients in group II can also be characterized by a strong predisposition to cancer and radiation-induced tumors. There is an inherent variability related to endogenous factors, such as the quality of DNA repair, or the spontaneous production of micronuclei; and exogenous factors. In this regard, certain medications may alter the cellular response to radiation therapy, such as statins, antiplatelet agents or anticoagulants. A posteriori approach: a single-center clinical study of 68 patients with prostate cancer treated by the same radiation oncologist in the same conditions, the frequency and severity of rectal side effects are compared to the use or not of statins : a radioprotective effect of statins toward radiation proctitis cannot be excluded. A priori approach: by studying the cellular and molecular radiation response in human fibroblasts (especially from healthy bowel tissue). Were studied: signaling and repair of DNA double-strand breaks by analysis of nuclear foci of MRE11; H2AX and pATM; radiation induced ATM protein transit from the cytoplasm to the nucleus was observed for the first time in rectal tissue fibroblasts. Statins appear to speed up this transit, making possible a radioprotective effect. These results open perspectives for further studies for the use of medications readily available that can modulate the severity of side effects of radiotherapy.

Cette thèse a pour l’objet l’étude des pressions de sélection qui s’appliquent sur les îlots CpG, courtes séquences génomiques qui échappent à la méthylation chez les mammifères. Nous avons tout d’abord étudié les caractéristiques génomiques des îlots CpG, notamment leurs liens avec l’initiation de transcription des gènes et les origines de réplication de l’ADN, en utilisant des jeux de données récemment publiés. Nous avons ensuite déterminé si les caractéristiques de séquence des îlots CpG (richesse en dinucléotides CpG et richesse en GC) étaient sous pression de sélection et pouvaient jouer un rôle dans les fonctions des îlots CpG. Nous avons montré que la richesse relative en dinucléotides CpG des îlots CpG résulte uniquement de la faible méthylation de ces séquences. De plus, la richesse en bases GC des îlots CpG n’est pas soumise à pression de sélection mais semble résulter d’un mécanisme neutre, la conversion génique biaisée vers GC. Nous discutons également du devenir des îlots CpG chez les primates, qui et avons montré que si le taux de GC de ces séquences est en train de diminuer, la richesse relative en CpG quant à elle reste stable / This thesis analyses selective pressures applying on CpG islands, short sequences which escape methylation in mammalian genomes. We first studied genomic characteristics of CpG islands. We namely studied their relationships with gene transcription start, and with DNA replication origins, using recently published data. We then determined wether base peculiar composition of CpG islands (high number of CpG dinucleotides, high GC content) may be under (negative or positive) selective pressures, and thus play a role in their function, or not. We showed that the relative CpG-richness of CpG islands is the mere consequence of the low methylation of these genomic regions. Moreover, we showed that the high GC content of CpG islands is not under selective pressures, and seem to result from a neutral mechanism, biased gene conversion toward GC. We also discussed the future of CpG islands and primates. We showed that the GC content of CpG islands is decreasing, while the relative CpG content remains constant