Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La leucémie lymphoblastique aiguë touche 30% des enfants atteints de cancer. 60% des patients atteints de leucémies lymphoblastiques aigües de type T (T-ALL) expriment de façon aberrante les gènes LMO1/2 (LIM -only2 and LMI-only1) suite à des translocations. Contrairement à leur rôle en tant que facteur de transcription qui est bien connu, leur rôle au niveau de la réplication de l’ADN et son impact oncogénique reste à étudier. Nous avons précédemment montré que LMO2 interagit avec le complexe de réplication et que son expression aberrante induit la réplication de l'ADN. Fait intéressant, des données préliminaires du laboratoire montrent une augmentation des dommages à l’ADN au stade pré-leucémique lorsque LMO1 est surexprimé dans les thymocytes. De plus, 90% des patients atteints de leucémies T-ALL présentent une délétion des gènes CDKN2A/B, des régulateurs importants de la sénescence. Afin de mettre en évidence l’importance du rôle de LMO1/2 dans la réplication de l’ADN, j’ai étudié l’interaction entre LMO2 et les protéines du complexe réplicatif, sa conséquence fonctionnelle ainsi que l’induction de sénescence pouvant en découler. L'analyse des séquences des clones issus d’un crible de double hybride pour des partenaires d’interaction avec LMO2 (POLD1, MCM6, PRIM1 et KAT7) a permis d’identifier des domaines potentiellement importants pour ces interactions, plus spécifiquement, un domaine en doigt de zinc dans la protéine KAT7. Une seconde approche bio-informatique de la dépendance génique et de sensibilité aux drogues en utilisant les bases de données Depmap et CancerRX des lignées leucémiques a permis de mettre en évidence un stress réplicatif spécifique aux lignées cellulaires leucémiques. Fait intéressant, 6 lignées cellulaires leucémiques sur 7, présentent dans la base de données CancerRX, (6 sur 7) qui présentent une sensibilité aux médicaments causant des dommages à l'ADN expriment des oncogènes LMO1 ou LMO2. Enfin, grâce au marquage intracellulaire par FACS, la surexpression de LMO1 et de son partenaire SCL dans les thymocytes conduit à une augmentation du niveau d’expression de la protéine P16, un marqueur de sénescence, au stade pré-leucémique. Nos résultats révèlent l’impact des oncogènes LMO1 et LMO2 dans les leucémies T-ALL, en particulier, sur la réplication de l'ADN. Ce stress réplicatif et la sensibilité spécifique des lignées cellulaires leucémiques au médicament causant des dommages à l'ADN pourraient donc expliquer l’efficacité de certains traitements en clinique contre la leucémie. / The acute lymphoblastic leukemia affects 30% of children with cancer. Chromosomal rearrangement implicating LMO1 or LMO2 are found in 60% of T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) cases. Contrary to their known transcriptional role, their precise function in DNA replication is still unclear. We previously showed that LMO2 interacts with the replication complex and its aberrant expression induce DNA replication. Interestingly, preliminary data show that overexpression of LMO1 in mice lead to an increase in DNA damage at the pre-leukemic stage. Moreover, 90% of T-ALL patients present a deletion of CDKN2A/B genes, which are important regulators of senescence. In order to demonstrate the importance of the role of LMO1/2 in DNA replication, I studied the interaction between LMO2 and proteins from the replicative complex, its functional consequence as well as the induction of senescence that may result from it. Sequence analysis of yeast two-hybrid clones of interaction with LMO2 (POLD1, MCM6, PRIM1 and KAT7) identified important domains for these interactions, more specifically, a zinc finger domain in KAT7 protein. A second bioinformatic approach of gene dependency and drug sensitivities using the Depmap and CancerRX databases has revealed a specific DNA replicative stress in leukemic cell lines. Interestingly, the majority of leukemic cell lines (6 out of 7) which present a sensitivity to drug causing DNA damage expresses either LMO1 or LMO2 oncogenes. Finally, using FACS intracellular labelling, the overexpression of LMO1 and its partner SCL in thymocytes lead to an increase in p16 protein levels, a marker of senescence, at the pre-leukemic stage. Our results revealed the impact of LMO1 and LMO2 oncogenes overexpression in T-ALL leukemia, in particular, on DNA replication. This replicative stress and the specific sensitivity of leukemic cell lines to drug causing DNA damage could therefore explain the effectiveness of certain clinical treatments against leukemia.

La leucémie lymphoïde représente environ 30% des cas de cancer chez l’enfant. Elle est souvent causée par des réarrangements chromosomiques impliquant des gènes encodant des facteurs de transcription, qui contrôlent des programmes génétiques complexes. Par exemple, LMO2 (LIM-only 2) est un facteur de transcription oncogénique fréquemment exprimé de façon aberrante dans les leucémies lymphoblastiques aigues des cellules T (T-ALL). Dans l’hématopoïèse normale, LMO2 est essentiel à la génération des cellules souches hématopoïétiques à l’origine de toutes les cellules sanguines. D’ailleurs, certaines cellules leucémiques possèdent des propriétés normalement réservées aux cellules souches hématopoïétiques. Ainsi, l’étude de la fonction de LMO2 dans les cellules souches hématopoïétiques peut être pertinente autant dans le contexte hématopoïétique normal que leucémique. Afin de mettre en évidence de nouvelles fonctions moléculaires pour LMO2, j’ai choisi d’identifier les protéines qui s’y associent. En plus de ses partenaires connus, j’ai identifié plusieurs protéines de transcription/remodelage de la chromatine, en accord avec son rôle transcriptionnel. Plusieurs nouvelles fonctions potentielles ont été révélées, indiquant que cette protéine adaptatrice pourrait faire partie de complexes non transcriptionnels, régulant d’autres processus cellulaires. Les oncogènes comme LMO2 pourraient être des régulateurs à large spectre. Particulièrement, j’ai identifié des interactions entre LMO2 et des protéines de réplication de l’ADN. J’ai montré que LMO2 contrôle la réplication de l’ADN dans les cellules hématopoïétiques, et possiblement durant la leucémogenèse, indépendamment de son rôle transcriptionnel. Ensemble, ces études ont donc permis de révéler de nouvelles fonctions pour LMO2, et pourraient servir de paradigme pour d’autres facteurs de transcription oncogéniques, particulièrement aux autres protéines de la famille LMO, qui sont aussi des oncogènes puissants. / Lymphoid leukemia represents about 30% of childhood cancer cases. It is often caused by chromosomal rearrangements involving genes coding for transcription factors, controlling complex genetic programs. As an example, the oncogenic transcription factor LMO2 (LIM-only 2) is often aberrantly expressed in T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL). In normal hematopoiesis, LMO2 is essential for the generation of hematopoietic stem cells that give rise to all blood cells. Moreover, some leukemic cells possess properties normally reserved to hematopoietic stem cells. Thus, studying the role of LMO2 in hematopoietic stem cells could be relevant to the contexts of normal hematopoiesis and leukemogenesis. To reveal new molecular functions for LMO2, I chose to identify its associated proteins. In addition to its known protein partners, I identified many proteins involved in transcription/chromatin remodeling, in agreement with its transcriptional role. In addition, several new potential functions have been revealed, indicating that this scaffold protein could be part of non-transcriptional protein complexes, regulating different cell processes. Oncogenes like LMO2 could be master regulators in normal hematopoietic and leukemic cells. Particularly, I identified protein-protein interactions between LMO2 and DNA replication proteins. I demonstrated that LMO2 controls S phase progression in hematopoietic cells, independently of its association in transcriptional complexes. LMO2 overexpression in mice induces T-ALL and affects specifically the cell cycle status of thymocyte progenitors, which are targets of transformation by LMO2. Thus, LMO2 promotes DNA replication in hematopoietic cells, and possibly in leukemogenesis. Together, these studies allowed to reveal new functions for LMO2, and could serve as a paradigm for other oncogenic transcription factors, especially for other LMO proteins which are all potent oncogenes.

La leucémie lymphoïde représente environ 30% des cas de cancer chez l’enfant. Elle est souvent causée par des réarrangements chromosomiques impliquant des gènes encodant des facteurs de transcription, qui contrôlent des programmes génétiques complexes. Par exemple, LMO2 (LIM-only 2) est un facteur de transcription oncogénique fréquemment exprimé de façon aberrante dans les leucémies lymphoblastiques aigues des cellules T (T-ALL). Dans l’hématopoïèse normale, LMO2 est essentiel à la génération des cellules souches hématopoïétiques à l’origine de toutes les cellules sanguines. D’ailleurs, certaines cellules leucémiques possèdent des propriétés normalement réservées aux cellules souches hématopoïétiques. Ainsi, l’étude de la fonction de LMO2 dans les cellules souches hématopoïétiques peut être pertinente autant dans le contexte hématopoïétique normal que leucémique. Afin de mettre en évidence de nouvelles fonctions moléculaires pour LMO2, j’ai choisi d’identifier les protéines qui s’y associent. En plus de ses partenaires connus, j’ai identifié plusieurs protéines de transcription/remodelage de la chromatine, en accord avec son rôle transcriptionnel. Plusieurs nouvelles fonctions potentielles ont été révélées, indiquant que cette protéine adaptatrice pourrait faire partie de complexes non transcriptionnels, régulant d’autres processus cellulaires. Les oncogènes comme LMO2 pourraient être des régulateurs à large spectre. Particulièrement, j’ai identifié des interactions entre LMO2 et des protéines de réplication de l’ADN. J’ai montré que LMO2 contrôle la réplication de l’ADN dans les cellules hématopoïétiques, et possiblement durant la leucémogenèse, indépendamment de son rôle transcriptionnel. Ensemble, ces études ont donc permis de révéler de nouvelles fonctions pour LMO2, et pourraient servir de paradigme pour d’autres facteurs de transcription oncogéniques, particulièrement aux autres protéines de la famille LMO, qui sont aussi des oncogènes puissants. / Lymphoid leukemia represents about 30% of childhood cancer cases. It is often caused by chromosomal rearrangements involving genes coding for transcription factors, controlling complex genetic programs. As an example, the oncogenic transcription factor LMO2 (LIM-only 2) is often aberrantly expressed in T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL). In normal hematopoiesis, LMO2 is essential for the generation of hematopoietic stem cells that give rise to all blood cells. Moreover, some leukemic cells possess properties normally reserved to hematopoietic stem cells. Thus, studying the role of LMO2 in hematopoietic stem cells could be relevant to the contexts of normal hematopoiesis and leukemogenesis. To reveal new molecular functions for LMO2, I chose to identify its associated proteins. In addition to its known protein partners, I identified many proteins involved in transcription/chromatin remodeling, in agreement with its transcriptional role. In addition, several new potential functions have been revealed, indicating that this scaffold protein could be part of non-transcriptional protein complexes, regulating different cell processes. Oncogenes like LMO2 could be master regulators in normal hematopoietic and leukemic cells. Particularly, I identified protein-protein interactions between LMO2 and DNA replication proteins. I demonstrated that LMO2 controls S phase progression in hematopoietic cells, independently of its association in transcriptional complexes. LMO2 overexpression in mice induces T-ALL and affects specifically the cell cycle status of thymocyte progenitors, which are targets of transformation by LMO2. Thus, LMO2 promotes DNA replication in hematopoietic cells, and possibly in leukemogenesis. Together, these studies allowed to reveal new functions for LMO2, and could serve as a paradigm for other oncogenic transcription factors, especially for other LMO proteins which are all potent oncogenes.