HNF1beta est un facteur de transcription homeobox, dont les mutations sont fréquemment rencontrées chez des patients atteints d’anomalies congénitales du rein et du tractus urinaire (Congenital Abnomalities of the Kidney and the Urogenital Tract, CAKUT). HNF1beta est également impliqué dans le diabète de type Maturity Onset Diabetes of the Young 5 (MODY5). Le laboratoire d’accueil a démontré que HNF1beta était impliqué dans un mécanisme épigénétique, le Bookmarking, nécessaire à la réexpression post-mitotique de ses gènes cibles. En particulier, des expériences de vidéo-microscopie ont montré que la partie N-terminale de HNF1beta, contenant le domaine de liaison à l’ADN, en fusion avec la GFP (HNF1beta -GFP) est liée à la chromatine pendant la mitose. L’objectif de ma thèse était de caractériser les modalités biochimiques d’interaction de HNF1beta avec la chromatine mitotique. Nous avons mis en évidence le fait que la capacité de liaison à l’ADN est indispensable à la localisation mitotique de HNF1beta. En effet, la délétion de la troisième hélice alpha de l’homéo-domaine, responsable de l’interaction avec le grand sillon de l’ADN, entraîne la dissociation de la chromatine de HNF1beta pendant la mitose. Nous avons ensuite étudié l’effet de plusieurs mutations identifiées chez des patients MODY sur la localisation mitotique de HNF1beta. Nos résultats ont montré que certaines mutations faux-sens sont capables d’empêcher la fixation de la chromatine mitotique. Parmi ces mutations, certaines manifestent un phénotype dépendant de la température. Par exemple, à une température permissive, inférieure à 30°C, les mutations P256S et C273Y présentent une localisation mitotique normale. En revanche, à 37°C pour P256S et à 39°C pour le mutant C273Y, les protéines sont complètement dissociées, alors que dans toutes ces conditions de température, l’association de la protéine sauvage avec la chromatine mitotique n’est pas affectée. A température permissive (4°C), nous avons montré par retard sur gel (Electophoresis Mobility Shift Assay EMSA) que les mutants lient l’ADN avec un Kd apparent similaire à celui de la protéine sauvage. Par contre, à température restrictive, les mutants présentent des comportements différents. En effet, P256S perd sa capacité de liaison à l’ADN (de façon réversible), tandis que C273Y continue à lier l’ADN avec une affinité similaire à celui de la protéine sauvage. Le caractère thermosensible des mutants de HNF1beta nous a permis d’étudier les modalités de son recrutement sur la chromatine mitotique. Nos résultats ont montré que l’association des protéines à la chromatine mitotique présente une nature très dynamique. En effet, nous avons observé qu’une diminution rapide de température détermine la relocalisation mitotique réversible de la protéine, dans un délai de quelques secondes. Nous avons pu montrer que la relocalisation mitotique de HNF1beta induit par la température était affectée par une déplétion d’énergie, ainsi que par l’action d’un inhibiteur spécifique de l’importine-β (importazole). Nous avons enfin mis en évidence par immuno-précipitation de chromatine (ChIP) que la liaison de HNF1beta à la chromatine mitotique est séquence-spécifique. Nos résultats suggèrent que le recrutement de HNF1beta à la chromatine mitotique est énergie-dépendante, et nécessite le bon fonctionnement du système de transport lié à l’importine-beta. Mes résultats suggèrent que des mutations trouvées chez des patients MODY3 et MODY5 inactivent ou affaiblissent la capacité de HNF1beta de remplir son activité de Bookmarking. / HNF1beta is a POU transcription factor that is frequently mutated in patients that suffer from diabetes and renal cystic dysplasia. This protein has the peculiar ability to bind mitotic chromosomes and behave as a gene bookmarking. Here we show that the capacity of HNF1beta to bind to DNA plays an essential role for mitotic binding. A close homologue, HNF1alpha, shares the ability of HNF1beta to bind to mitotic chromosomes, and several MODY mutations (e.g P256S, V265L and C273Y) affect the ability of the protein to localize to mitotic chromatin. Interestingly, the phenotype induced by these mutations is very rapidly rescued by sudden temperature shifts. Temperature-sensitivity is probably linked to a conformational change that prevents DNA binding ability of P256S and V265L mutants at 37°C. Interestingly, the mitotic relocalization of these mutants induced by temperature shift was sensitive to energy depletion and importazole, suggesting an active mechanism involving the importin-beta system. Interestingly, C273Y mutant exhibited a significantly mitotic dispersion that is not correlated with any DNA or interphase chromatin binding defect, indicating that DNA binding function is necessary but not sufficient to accomplish bookmarking.

La phosphorylation/déphosphorylation des protéines est une modification clé dans les mécanismes qui contrôlent les évènements mitotiques.Classiquement, l’entrée en mitose requiert l’activation de Cdk1. Pour se faire, les phosphorylations inhibitrices sur Cdk1 par Myt1 et Wee1 doivent être éliminées par Cdc25. Le complexe Cdk1-Cycline B (MPF) est ainsi actif, les kinases inhibitrices inactivées.Dernièrement, une nouvelle protéine kinase clé pour l’entrée en mitose a été mise en évidence : Greatwall (Gwl). Les récents résultats publiés par notre équipe montrent que Gwl permet l’entrée et le maintien en mitose en inhibant l’activité de la phosphatase PP2A, la phosphatase responsable de la déphosphorylation des substrats de la protéine kinase Cdk1-Cycline B, via son substrat Arpp19. Gwl phosphoryle Arpp19 sur la sérine 71 lui conférant ainsi la capacité d’inhiber l’activité de la phosphatase PP2A.Une étude sur les modifications post traductionnelles d’Arpp19 a été initiée dans l’équipe et met en évidence plusieurs sites de phosphorylation : <br>• La sérine 71, site de phosphorylation par Gwl <br>• La sérine 28, dont la phosphorylation est attribuée à Cdk1 (vérifié in vitro) <br>• La sérine 113, site de phosphorylation par pKA <br>Ce projet de thèse s’inscrit dans la suite logique du travail déjà effectué dans l’équipe et a pour objectif de caractériser les modifications post traductionnelles d’Arpp19, leurs rôles dans la progression mitotique, leurs incidences sur la liaison et l’inhibition de la cible d’Arpp19, PP2A.Cette partie du projet repose sur la synthèse de mutants d’Arpp19Xe, mutants phosphomimétiques d’une part (sérine transformée en acide aspartique par mutagenèse dirigée) ou mutants dont la phosphorylation est impossible (sérine en alanine). Ces mutants nous ont permis de travailler sur l’impact de ces différentes phosphorylations dans l’extrait d’œufs de Xénope.Ce projet s’attache également à mettre en lumière l’ensemble de la voie de signalisation aboutissant aux différentes modifications post traductionnelles d’Arpp19, leurs chronologies au cours du cycle et ainsi identifier les protéines effectrices de ces phosphorylations sur Arpp19 qui sont autant de leviers potentiels sur lesquels les thérapies anti-tumorales pourraient s’appuyer. / Proteins phosphorylation and dephosphorylation are key post translational modifications controlling mitotic events.Traditionally, mitotic entry requires Cdk1 activation. To allow this to occur, inhibitory phosphorylations on Cdk1 by Myt1 and Wee1 kinases must be removed by phosphatase Cdc25. Thus, the Cdk1-Cyclin B complex, also called MPF (Mitotic Promoting Factor), is active and inhibitory kinases inactivated.Along this canonic scheme, another key kinase has been shown to play a critical role: the Greatwall (Gwl) kinase also called MAST-L for MAST like. Results published by our team show that in Xenopus laevis, Gwl allows entry and maintains mitosis by inhibiting the activity of the phosphatase responsible for dephosphorylation of Cdk1/Cycline B substrates: PP2A. This activity is driven by Gwl target: Arpp19. Gwl phosphorylates Arpp19 on its 71st residue turning it into a potent inhibitor of PP2A.A study of Arpp19 post translational modifications of Arpp19 has been initiated in the team which will allow the further study of several phosphosites: <br>• Serine 71, Gwl phosphosite, the best documented site. <br>• Serine 28, shown in vitro to be a Cdk1-CycB phosphosite. <br>• Serine 113, assigned to PKA. <br>This thesis project joins logically after the work already made in the team and has for objective to characterize the post translational modifications of Arpp19, their roles in mitotic progress, their incidences on binding and inhibition of Arpp19’s target, PP2A.This part of the project relies on mutants' synthesis of Arpp19Xe, phosphomimetics’ mutants on one hand (serine transformed into aspartic acid by mutagenesis) or mutants unable to be phosphorylated (serine into alanine). These mutants allowed us to work on the impact of these various phosphorylations in Xenopus eggs extracts.This project also attempts to highlight the whole signalization pathway ending in the various post translational modifications of Arpp19, their timelines during the cycle and thus to identify effector proteins of these phosphorylations on Arpp19 which are as much as potential levers on which can serve as targets for cancer therapy.

Au cours de la mitose, la ségrégation des chromatides, la partition du matériel cytoplasmique entre cellules filles et leur position relative se fait selon un plan qui est préfiguré par la plaque métaphasique. Ainsi, l'orientation de ce plan est un processus crucial pour le contrôle du destin des cellules, pour la morphogenèse durant l'embryogenèse et pour l'homéostasie tissulaire. Jusqu'à aujourd'hui, les mécanismes intrinsèques impliqués dans le positionnement du plan de division ont reçu beaucoup d'attention. En revanche, peu d'études ont exploré l'implication de signaux extracellulaires dans l'orientation du plan de division. Pourtant, l'axe des divisions cellulaires dont la position est souvent stéréotypée est largement associé aux axes de polarités du tissu. Au cours de ma thèse, je me suis demandé si des signaux extracellulaires capables de délivrer des informations de position spatiale aux cellules dans le cadre de leur migration, de leur différenciation morphologique, ou de leur polarisation, pouvaient influencer l'orientation des divisions cellulaires. En particulier, je me suis intéressée aux facteurs impliqués dans le guidage axonal à travers l'étude des mitoses des progéniteurs neuraux chez l'embryon de souris. Dans la moelle épinière en développement, les progéniteurs neuraux effectuent leur division au contact du canal central, lequel renferme le liquide céphalo-rachidien (LCR), une source de nombreux facteurs extracellulaires comme les morphogènes. Nous avons montré que la présence de molécules du LCR était nécessaire pour une orientation appropriée du plan de divisions des progéniteurs neuraux localisés au contact du canal central. Priver les progéniteurs neuraux de LCR par l'ouverture du tube neural ou provoquer génétiquement l'obstruction du canal central affecte les proportions de divisions planaires et obliques. Nous avons identifié la protéine Sémaphorine 3B, secrétée par les cellules de la plaque du plancher et les plexus choroïdes, comme un signal extrinsèque contrôlant l'orientation des divisions des progéniteurs neuraux dans la moelle épinière. L'invalidation génétique de Sema3B chez la souris phénocopie la perte d'accès au LCR des progéniteurs. Une application exogène de Sema3B sur des embryons dont le tube neural a été ouvert compense la déficience de LCR. Nous avons pu montrer que Sema3B se lie à ses récepteurs Neuropilines à la surface apicale des progéniteurs mitotiques et agit sur l'architecture des microtubules via l'activation de la voie GSK3/CRMP2, voie initialement mise en évidence dans le contexte du guidage axonal. Afin d'identifier de nouveaux facteurs influençant le positionnement du fuseau mitotique en réponse à ce facteur de guidage, une analyse transcriptomique des progéniteurs neuraux des mutants Sema3B-/- a été réalisée et des gènes candidats dérégulés en contexte d'invalidation de Sema3B ont été considérés. Durant la seconde partie de ma thèse, j'ai exploré l'implication du gène Norbin/Neurochondrin. De manière intéressante, le knock- down de Norbin dans les cellules HeLa altère l'orientation du fuseau mitotique. L'ensemble de ces travaux révèle donc la contribution d'une large famille de signaux topographiques jusqu'à présent inexplorée, dans l'orientation des divisions cellulaires et ouvre un large champ d'investigation passionnant concernant leur action moléculaire et cellulaire dans la neurogenèse et la morphogenèse / During development, the orientation of cell division is crucial to correctly organize andshape tissues and organs and also to generate cellular diversity. As cell mitosis proceeds, thesegregation of chromatids and cytoplasmic material occurs along a division axis. Itsorientation largely determines the relative position of daughter cells and the partition ofmother cell subcellular domain between them. The orientation of the cell division isprefigured by the position of a complex microtubule-based scaffold, the mitotic spindle.Until now, the intrinsic molecular machinery positioning the mitotic spindle and its couplingto cell polarities have been study in details. In contrast, the contribution of extracellularsignals to cell division orientation is less characterised. My research shows that these signalsin the CSF contribute to the orientation of cell division in neural progenitors. Removal theCSF cues by opening the neural tube or by genetic engineering affects the proportion ofplanar and oblique divisions. We identified Semaphorin 3B (Sema3B), released from thefloor plate and the nascent choroid plexus, as an important actor in this extrinsic control ofprogenitor division. Knockout of Sema3B phenocopies the loss of progenitor access to CSF.Delivery of exogenous Sema3B to progenitors in living embryos compensates this deficiency.We showed that Sema3B binds to Neuropilin receptors at the apical surface of mitoticprogenitors and exerts its effect through GSK3b activation and subsequent inhibition of themicrotubule stabilizer CRMP2. Thus extrinsic signaling mediated by Semaphorins directs theorientation of progenitor division in neurogenic zones.In order to identify new factors implicated in Sema3B-dependant mitotic spindleposition, we performed a transcriptomic analysis of Sema3B -/- neural progenitors. Severalderegulated candidate genes were considered. In the second part of my thesis, I focus onone of this, Norbin/Neurochondrin. Interestingly, the invalidation of Norbin/Neurochondrinalters the orientation of the mitotic spindle in HeLa cells.My PhD work reveals the contribution of a large family of topographic cues known tofunction in axon guidance has a novel role in the orientation of cell division

La structure polygonale des épithéliums mono-stratifiés exerce une certaine fascination sur les biologistes depuis les observations originales par Robert Hooke en 1665. Cependant, il est difficile d‘expliquer comment la stabilité de la morphogenèse est atteinte, i.e. comment les structures polygonales maintiennent la régularité au sein d'un individu, entre les individus et au sein des phylums. Dans ces travaux, nous introduisons une nouvelle mesure quantitative de la stabilité de la morphogenèse entre individus appelée l'homéostasie topologique. Nous démontrons que les épithéliums non-prolifératifs, formés par un processus d'accrétion, sont plus stables que les épithéliums prolifératifs. Dans le contexte de prolifération, l'homéostasie topologique dépend du rapport apoptose/mitose comme en témoigne le modèle Drosophila où l'homéostasie épithéliale diminue drastiquement quand l'apoptose est inhibée dans les disques imaginaux. Ainsi, l'apoptose agit comme un régulateur positif dans la canalisation de la stabilité de la morphogenèse. En outre, des simulations numériques reproduisant la morphogenèse épithéliale, basées sur la physique des milieux divisés, décrivent comment les mécanismes d'accrétion dans les épithéliums non prolifératifs et l'apoptose dans les épithéliums prolifératifs sont des moyens efficaces pour parvenir à la stabilité morphogénétique. / The polygonal structure of mono-stratified epithelia exerts a unique fascination among biologists since the original observations of Robert Hooke in 1665. However, it is always unclear how the stability of morphogenesis is achieved, i.e., how these polygonal structures maintain regularity among individual, between individuals and among all phyla, and among individuals for each tissue within each species. Here, we introduce a new and quantitative measure of the level of morphologic stability between individuals, referred to as topological homeostasis. We demonstrated that non-proliferative epithelia, formed by an accretion process, are significantly more regularly stabilized than proliferative ones. In proliferative context, topological homeostasis directly depends on the apoptosis/mitosis ratio, as evidenced in the Drosophila imaginal disc model, where topological homeostasis drastically drops down when apoptosis is inhibited. Apoptosis therefore acts as an unexpected positive regulator in the canalization of morphogenetic stability. In addition, numerical simulations of epithelial morphogenesis, based on the physics of devided media, described how accretion mechanisms in non-proliferative epithelia, and, apoptosis in proliferative ones, are efficient means to achieve morphogenetic stability.

La Poly(ADP-ribosyl)ation est une modification post-traductionnelle des protéines catalysée par les poly(ADP-ribose) polymérases (PARPs), une famille de 17 membres. Nous avons débuté la caractérisation fonctionnelle d’un nouveau membre de cette famille : la Poly(ADP-Ribose) Polymérase-3 (PARP-3). Cette protéine était très peu étudiée. Le gène humain Parp3 permet l’expression de deux isoformes. Tandis que l’isoforme longue a été identifiée comme un composant centrosomal, l’isoforme courte est accumulée dans le noyau. En outre, seule l’isoforme courte est exprimée chez la souris. Pour étudier les conséquences fonctionnelles de l’absence de PARP-3 dans les cellules humaines, nous avons généré un modèle cellulaire de fibroblastes de poumons humains (MRC5) déplété en PARP-3 par la méthode de l’interférence ARN. Nos travaux ont permis d’identifier PARP-3 comme un nouvel acteur spécifique de la réponse cellulaire aux cassures double brin de l’ADN (DSB). Nous avons également entrepris une recherche de partenaires de PARP-3 par spectrométrie de masse. Nous avons identifié une interaction de PARP-3 avec la protéine NuMA, un régulateur essentiel de la division mitotique. Nos travaux ont mis en évidence l’existence d’un complexe protéique composé de PARP-3, NuMA et Tankyrase 1 (PARP-5a), impliquée dans les mécanismes mitotiques. PARP-3 a un rôle charnière dans la régulation de ce complexe qui joue un rôle fondamental dans la progression mitotique au travers de la maintenance du fuseau mitotique et de la résolution des télomères. Les rôles de PARP-3 dans les mécanismes de réparation des DSB ainsi que dans la progression mitotique en font une cible prometteuse en thérapie du cancer. / Poly(ADP-ribosyl)ation is a post-translational modification of proteins mediated by poly(ADP-ribose) polymerases (PARPs), a family of 17 members. We started the functional characterization of a new member of this family : the Poly(ADP-Ribose) Polymerase-3 (PARP-3). This protein was poorly studied. The human Parp3 gene displays two splicing variants giving rise to two proteins. Whereas the full length hPARP-3 has been identified as a core component of the centrosome throughout the cell cycle, the shorter splice variant accumulates within the nucleus. Of note, only the shorter nuclear variant is found in mice. We generated PARP-3 depletion in human lung cell line (MRC5) using RNA interference to analyse functional consequences of PARP-3 absence. We identified PARP-3 as a new specific actor of Double-Strand Breaks (DSB) repair mechanism. We also identified a new protein partner of PARP-3, NuMA, which is an essential regulator of mitotic division. These cells also showed problems in mitosis entry, in mitotic spindle formation, an increased mitosis duration and chromosomes aberrations. Performing protein interaction studies and using biochemical approaches, we highlighted a protein complex composed of PARP-3, NuMA and Tankyrase 1 (PARP-5a), involved in mitotic mechanisms. PARP-3 has a key role in the regulation of this complex. It plays essential role in mitotic progression and in mitotic spindle integrity maintenance and in telomere stability. The roles of PARP-3 in both DSB repair mechanisms and in mitotic progression indicate PARP-3 as a possible promising therapeutic target in cancer therapy.

La transmission correcte du matériel génétique au cours de la mitose requiert l’attachement correct des chromosomes aux microtubules du fuseau mitotique. Les centromères au niveau des chromosomes servent de site d’assemblage aux kinétochores, interfaces multiprotéiques permettant la liaison des microtubules. Cependant, nous avons récemment mis en évidence chez la drosophile un mécanisme par lequel les fragments acentriques ségrégent normalement. Celui-­‐ci fonctionne grâce à un « tether », un filament d’ADN, qui relie les fragments acentriques à leurs partenaires centriques. L’intégrité du tether dépend de la fonction de BubR1, qui s’accumule au tether pendant de la mitose. BubR1 est une protéine clé dans le point de contrôle d’assemblage du fuseau mitotique, ou SAC (Spindle Assembly Checkpoint), qui contrôle l’attachement correct des kinétochores aux microtubules et inhibe l’entrée en anaphase. Nous avons voulu déterminer comment BubR1 est recrutée au tether, et nous avons montré que ce recrutement est dépendant du Bub3 Binding Domain de BubR1 et plus précisément de l’acide aminé E481 dans ce domaine. L’interaction Bub3-­‐BubR1 par l’intermédiaire de ce domaine est nécessaire à la localisation du complexe au tether. Nous avons également montré que BubR1 recrute à son tour Fzy par l’intermédiaire de son domaine KEN.Nous proposons un modèle dans lequel le recrutement successif de Bub3-­‐BubR1 et Fzy au niveau des chromosomes endommagés est nécessaire à leur bonne ségrégation en mitose. / Accurate transmission of genome during mitosis requires proper chromosomes attachment to microtubules of the mitotic spindle. Centromeres of chromosomes are assembly sites for kinetochores, multiproteic interfaces for microtubule binding. However, we recently discovered in Drosophila a mechanism that permits proper acentric chromosomes segregation. This mechanism works through a DNA « tether » that binds together acentric chromosomes to their centric counterparts. Tether integrity depends on BubR1 function, which accumulates on the tether during mitosis. BubR1 is a key protein in the Spindle Assembly Checkpoint (SAC), which monitors proper kinetochore-­‐microtubule attachment, and inhibits anaphase onset until all kinetochores are properly bound to microtubules. We wanted to determine how BubR1 is recruted to the tether, and we showed that this recruitment is dependant on the Bub3-­‐Binding Domain of BubR1, and more precisely the E481 amino acid. Bub3-­‐BubR1 interaction mediated by this domain is necessary for complex localisation on the tether. We also discovered that BubR1 then recruits Fzy via its KEN domain. We propose a model where successive recruiting of Bub3-­‐BubR1 and Fzy at the broken chromosome level is mandatory to their proper segregation in mitosis.

Le centrosome est le centre organisateur des microtubules dans les cellules animales, il nucléé les microtubules interphasiques ainsi que le fuseau mitotique. Les centrosomes sont produits par duplication, mécanisme rigoureusement régulé au cours du cycle cellulaire. En effet, un centrosome comporte deux centrioles qui se dupliquent une fois par cycle cellulaire. Des erreurs de duplication conduisant à plus de deux centrosomes induisent la formation de fuseaux multipolaires et provoquent des défauts de ségrégation des chromosomes. Chez la levure Schizosaccharomyces pombe, un organisme modèle pour l’étude de la division cellulaire, les homologues des centrosomes sont les SPBs (pour Spindle Pole Body). Une structure annexe spécifique liée aux SPBs est appelée demi-pont (quand les SPBs ne sont pas dupliqués) puis pont (quand elle relie les deux SPBs dupliqués). Les deux principaux composants du pont chez la levure S. pombe sont Cdc31 et Sfi1. Sfi1 est une protéine linéaire formée de répétitions en hélice α formant des sites de liaison pour la Centrine/Cdc31. Sfi1 s’assemble en réseau de molécules parallèles interagissant avec le SPB via leur domaine N-terminal. Lors de la première partie de ma thèse, j’ai démontré que Sfi1 est requis pour la duplication et la séparation des deux SPBs. Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressée aux fonctions de Sfi1 chez la levure. Cette étude a permis de démontrer que Sfi1 est un composant du demi-pont et qu’il est essentiel pour la duplication des SPBs et l’assemblage d’un fuseau bipolaire. De plus, nous avons déterminé que le pont est dupliqué en fin de mitose. Enfin, nous avons aussi montré que la déstabilisation du pont menant à sa rupture en mitose, dépend de la phosphorylation de Cdc31 par la kinase mitotique Cdk1. Lors de la seconde partie de ma thèse, je me suis intéressée au complexe Sfi1/Centrine dans les cellules humaines. J’ai confirmé que Sfi1 est localisée aux centrioles. De plus, j’ai montré que la déplétion de Sfi1 dans les cellules RPE1, conduit à une perte de localisation de la Centrine, suggérant soit un défaut de recrutement, soit une déstabilisation. De plus, en absence de Sfi1, les cellules RPE1 ne sont plus capables de former de cil primaire. Ce résultat suggère que Sfi1 et la Centrine sont requis pour la ciliogénèse. Enfin, j’ai aussi démontré que la déplétion deSfi1 induit un arrêt de cycle cellulaire dans les cellules non tumorales RPE1. Dans les cellules cancéreuses, HeLa, le cycle n’est pas arrêté mais j’ai pu observer une prolongation du temps de mitose. En conclusion mes travaux montrent que bien que la fonction de Sfi1/Centrin ne soit pas conservée, le complexe reste essentiel pour l’intégrité structurale et fonctionnelle du centrosome. / The centrosome is the main microtubule organizing center. It nucleates and organizes interphase microtubule and contributes to the assembly of the bipolar mitotic spindle. To do so, the centrosome, present in one copy at the beginning of the cell cycle, duplicates to produce a second copy. The duplication process is tightly controlled and regulated since centrosome over-duplication can lead to multipolar mitotic spindles and promote genome instability and tumorigenesis. The duplication of the yeast centrosome, the SPB (Spindle pole body), begins with the duplication of the half bridge. This appendage is composed of Sfi1/Cdc31 complex organized in a parallel array attached to the core SPB. SPB duplication relies on the assembly of a second array of Sfi1/Cdc31, anti-parallel to the first one, creating thereby an assembly site for the new SPB. Therefore Sfi1 is essential for SPB duplication and our work defined the timing of half-bridge duplication and some of the regulatory mechanisms that favor bridge splitting to release duplicated centrosomes and allow spindle assembly at mitotic onset. Sfi1 and Cdc31/Centrins are conserved in human cells where the centrosome is composed of two centrioles surrounded by the pericentriolar material. Centrins are concentrated in the distal end of centrioles. Sfi1 has also been localized to centrioles, but its function remained unknown. Thus, we started investigating Sfi1 function in human cells. We found that Sfi1 depletion leads to a decrease in Centrin recruitment to the centrioles. It also leads to a cell cycle arrest in G1 in RPE1 cells, an event previously observed in presence of defects in centriole biogenesis. In HeLa cells where the cell cycle is not affected, Sfi1 depletion leads to a mitotic delay. Moreover, Sfi1 depletion leads to cilium assembly. To conclude, these results altogether point towards a role of human Sfi1 in centriole biogenesis.

L'entrée en mitose est initiée par le complexe cycline B – Cdk1. La phosphorylation de ses substrats déclenche des transformations incluant la condensation des chromosomes, le bris de l'enveloppe nucléaire et la formation d'un fuseau mitotique. Ces transformations permettent à la cellule de se diviser. La protéine phosphatase 2A (PP2A) en complexe avec sa sous-unité B55/Twins (Tws) reconnaît et déphosphoryle les substrats de cycline B – Cdk1. Pour éviter la déphosphorylation précoce des phosphoprotéines mitotiques, PP2A-B55/Tws est inhibée en entrée de mitose. Cette inhibition de la phosphatase est attribuable au module Greatwall (Gwl) – endosulfines. Activée en entrée de mitose, la kinase Gwl phosphoryle les endosulfines, qui inhibent alors de manière spécifique PP2A-B55/Tws. Gwl est exportée du noyau vers le cytoplasme en prophase, avant le bris de l’enveloppe nucléaire. Les mécanismes de régulation spatiotemporelle du module Gwl – endosulfines – PP2AB55/Tws ne sont pas entièrement élucidés. De plus, les substrats ciblés par PP2AB55/Tws en sortie mitose ne sont pas tous identifiés à ce jour. Dans mon travail de thèse, j’ai trouvé que Tws peut transiter par le noyau via un signal de localisation nucléaire (NLS), mais que ses fonctions essentielles sont au cytoplasme. De plus, j’ai trouvé que l’unique endosulfine présente chez Drosophila melanogaster, Endos, a une localisation cytoplasmique. Cette localisation est requise pour qu’Endos soit efficacement phosphorylée par la forme active et cytoplasmique de Gwl. Endos phosphorylée lie ensuite PP2A-Tws pour l’inhiber. Empêcher la localisation cytoplasmique d’Endos avant le bris de l’enveloppe nucléaire entraîne des défauts mitotiques dépendants de l’activité de PP2A-Tws. Les substrats mitotiques de PP2A-Tws ne sont pas tous connus. Par des cribles de phosphoprotéomique, j’ai identifié des substrats mitotiques potentiels de PP2A-Tws. L’un des candidats hyperphosphorylés suite à la déplétion de Tws, Otefin (Ote), est une protéine de l’enveloppe nucléaire. Les sites de phosphorylation d’Otefin identifiés dans mes cribles sont adjacents à son domaine d’interaction avec BAF, une protéine liant l’ADN et certaines protéines de l’enveloppe nucléaire. L’introduction de mutations phosphomimétiques à ces sites abolit l’association d’Otefin avec BAF, en plus de retarder le recrutement d’Otefin à l’enveloppe nucléaire en sortie de mitose. Par ailleurs, l’association Otefin – BAF dépend de l’activité de PP2A-Tws. Enfin, la perte d’Otefin dans l’embryon syncytial de mouche affecte le développement. En somme, mes travaux ont permis d’approfondir notre compréhension mécanistique de la régulation spatiotemporelle du module Gwl – endosulfines – PP2A et d’identifier de nouveaux substrats potentiels de PP2A-Tws. / Mitosis is triggered by the cyclin B – Cdk1 complex that phosphorylates multiple substrates to promote transformations such as chromosome condensation, nuclear envelope breakdown and mitotic spindle formation. These transformations are required for cell division. The protein phosphatase 2A (PP2A) in complex with its B55/Twins (Tws) subunit dephosphorylates cyclin B – Cdk1 substrates. To prevent premature dephosphorylation of the mitotic phosphoproteins, PP2A-B55/Tws is inhibited upon mitotic entry. The Greatwall (Gwl) – endosulfines pathway is responsible for PP2AB55/Tws inhibition. Activated upon mitotic entry, the Gwl kinase phosphorylates small proteins called endosulfines to turn them into specific inhibitors of PP2A-B55/Tws. Gwl is exported from the nucleus to the cytoplasm before nuclear envelope breakdown. However, the mechanisms of spatiotemporal regulation of the Gwl – endosulfines – PP2A module are not entirely elucidated. Moreover, the identity of the proteins targeted by PP2A-Tws during mitotic exit is still unclear. During my PhD training, I found that Tws can transit through the nucleus via a nuclear localization signal (NLS), but its essential functions are cytoplasmic. Moreover, the sole endosulfine present in Drosophila melanogaster, Endos, has a cytoplasmic localization. Such localization is required for efficient phosphorylation of Endos by active and cytoplasmic Gwl. Once phosphorylated, Endos binds PP2A-Tws to inhibit its activity. Preventing the cytoplasmic localization of Endos prior to nuclear envelope breakdown causes mitotic defects that are PP2A-Tws-dependent. The mitotic substrates of PP2A-Tws are not all identified. By phosphoproteomic screening, I identified potential novel PP2A-Tws substrates. Among the hits that are hyperphosphorylated following Tws depletion, there is the nuclear envelope protein Otefin (Ote). The identified phosphosites on Otefin are adjacent to its domain of interaction with BAF, a protein binding DNA and nuclear envelope proteins. Introducing phosphomimetic mutations at these sites abolishes the Otefin – BAF association and delays Otefin recruitment at the reforming nuclear envelope during mitotic exit. Moreover, the Otefin – BAF association is PP2A-Tws-dependent. Finally, loss of Otefin in the syncytial embryo of the fly impairs development. Altogether, my results deepen our understanding of the spatiotemporal coordination of the Gwl – endosulfines – PP2A module and provide potential novel PP2A-Tws substrates.

Les cellules cancéreuses sont sujettes à des défauts de reformation de l'enveloppe nucléaire (EN) après la mitose. BAF est l'une des premières protéines recrutées sur les chromosomes pour initier la reformation de l’EN. Chez l'humain, le recrutement de BAF nécessite sa déphosphorylation par la phosphatase PP2A et Ankle2, une protéine du réticulum endoplasmique (RE) interagissant avec PP2A. Cependant, les fonctions d’Ankle2 dans la reformation de l’EN ne sont pas complètement comprises. Pour les étudier, notre laboratoire utilise la drosophile comme organisme modèle. On ne sait pas si Ankle2 de drosophile fonctionne dans le NER. Nous avons constaté qu’Ankle2 est nécessaire au recrutement de BAF pour le réassemblage du noyau après la mitose chez la drosophile. Pour mieux comprendre son fonctionnement, nous avons identifié des protéines avec lesquelles BAF interagit : PP2A, Vap33 (une protéine du RE) et certaines Kinases Dépendantes des Cyclines (CDK). Nous avons cartographié les régions d’Ankle2 impliquées dans ces interactions protéiques grâce à une analyse mutationnelle, des co-purifications par affinité et des pulldowns GST. Nous avons ensuite généré des mutants d’Ankle2 spécifiquement déficients pour des interactions et testé leur capacité à sauver la prolifération et la reformation de l’EN dans des cellules où Ankle2 endogène est déplété. Nos résultats indiquent que l'interaction entre Ankle2 et PP2A est essentielle pour sa fonction dans la reformation de l’EN. Une analyse biochimique suggère qu’Ankle2 fonctionne comme une sous-unité régulatrice de PP2A. En utilisant une approche phosphoprotéomique, nous avons confirmé que la déphosphorylation de BAF dépend d’Ankle2 et nous avons aussi identifié de nouveaux substrats potentiels du complexe PP2A-Ankle2. Nous concluons que le complexe PP2A-Ankle2 est nécessaire à la déphosphorylation de BAF et à son recrutement pour le réassemblage du noyau. Les expériences en cours permettront de déterminer les exigences d'autres interactions d’Ankle2 pour ses fonctions dans la reformation de l’EN. La suite de ces travaux impliquera l’étude de la régulation de nouveaux substrats de PP2A-Ankle2 impliqués dans ce processus. Une reformation de l’EN défectueuse peut provoquer une 4 micronucléation, ce qui peut déclencher une réponse immunitaire innée. La perturbation de la reformation de l’EN dans les cellules cancéreuses pourrait donc être bénéfique dans le contexte de l’immunothérapie. / Cancer cells are prone to defects in Nuclear Envelope Reformation (NER) after mitosis. BAF is one of the first proteins recruited on chromosomes to initiate NER. In humans, BAF recruitment requires its dephosphorylation by PP2A and Ankle2, a PP2A-interacting protein of the endoplasmic reticulum (ER). However, the functions of Ankle2 in NER are incompletely understood. Our lab uses Drosophila as a model system. Whether Drosophila Ankle2 functions in NER is unknown. We found that Ankle2 is required for BAF recruitment to reassembling nuclei in Drosophila. To better understand how it functions, we identified its interactors, which include PP2A, Vap33 (an ER protein) and Cyclin-Dependent Kinases (CDKs). We mapped the regions of Ankle2 involved in these protein-protein interactions through a mutational analysis, affinity co-purifications and GST pulldowns. We then generated mutant forms of Ankle2 defective in individual interactions and tested their ability to rescue proliferation and NER in cells depleted from endogenous Ankle2. Our results indicate that the interaction of Ankle2 with PP2A is essential for its function in NER. A biochemical analysis suggests that Ankle2 functions as a regulatory subunit of PP2A. Using a phosphoproteomic approach, we confirmed that BAF dephosphorylation depends on Ankle2 and also identified novel candidate substrates of the PP2A-Ankle2 complex. We conclude that PP2A-Ankle2 complex is required for BAF dephosphorylation and recruitment to reassembling nuclei. Ongoing experiments will determine the requirements of other interactions of Ankle2 for its functions in NER. Future work will explore the regulation of novel PP2A-Ankle2 substrates in this process. Defective NER can cause micronucleation, which can elicit an innate immune response. Disrupting NER in cancer cells could be beneficial in the context of immunotherapy.

During cell division, chromosome segregation takes place on bipolar, microtubulebased spindles. Here, C. elegans is used to analyze spindle organization under both mitotic and meiotic conditions. First, the role of SAS-4 in organizing centrosome structure was analyzed. Partial depletion of SAS-4 in early embryos results in structurally defective centrioles. The study of this protein sheds light on the poorly understood role of the centrioles in dictating centrosome size. Second, the ultrastructure of wild-type mitotic spindle components was analyzed by electron tomography. This 3-D analysis reveals morphologically distinct microtubule end morphologies in the mitotic spindle pole. These results have structural implications for models of microtubule interactions with centrosomes Third, spindle assembly was studied in female meiosis. Specifically, the role of the microtubule severing complex katanin in spindle organization was analyzed. Electron tomography reveals fragmentation of spindle microtubules and suggests a novel katanin-dependent mechanism of meiotic spindle assembly. In this model, relatively long microtubules seen near the meiotic chromatin are converted into numerous short fragments, thus increasing the total number of polymers in an acentrosomal environment. Taken together, these results provide novel insights into the three-dimensional organization of microtubules during spindle assembly. / Die Segregation der Chromosomen während der Zellteilung wird duch bipolare, von Microtubuli-aufgebauten Spindlen gewährleistet. In der vorliegenden Arbeit wird C. elegans zur Analyse der Spindelorganisation unter mitotischen und meiotischen Bedingungen herangezogen. Erstens wird die Rolle von SAS-4 in der Organisation von Zentrosomen untersucht. Die partielle Depletierung von SAS-4 in frühen Embryonen führt zu strukturell defekten Zentriolen und wirft somit Licht auf die wenig verstandene Rolle der Zentriolen in der Bestimmung der Zentrosomengröße. Zweitens wird die Ultrastruktur der mitotischen Spindelkomponenten im Wildtyp durch Elektronentomographie untersucht. Diese 3-D-Analyse zeigt, dass im mitotischen Spindlepol unterschiedliche Morphologien der Mikrotubulienden zu finden sind. Diese Ergebnisse haben strukturelle Implikationen für Modelle der Mikrotubuli-Zentrosomen-Interaktionen. Drittens wird der Aufbau der Spindel in der weiblichen Meiose, speziell die Rolle des Mikrotubuli-schneidenden Kataninkomplexes in der Spindelorganisation, untersucht. Die Elektronentomographie zeigt hier eine Fragmentierung der Spindelmikrotubuli. Basierend auf diesem Ergebnis wird ein neues Katanin-abhängiges Modell der Formierung der Meiosespindel entwickelt, in dem relativ lange Microtubuli in Nähe des meiotischen Chromatins in zahlreiche kurze Mikrotubuli “zerschnitten” werden. Dies erhöht die Anzahl der verfügbaren Polymere in dieser azentrosomalen Situation. Zusammenfassend bringen diese Ergebnisse neue Einsichten in die räumliche Organisation der Mikrotubuli während des Spindelaufbaus.