"La pathologie Tau est une lésion neuronale commune à plus d'une vingtaine de maladies neurodégénératives. Elle correspond à l'agrégation des protéines Tau anormalement modifiées. Les mécanismes moléculaires impliqués dans l'agrégation de Tau demeurent encore mal compris. Toutefois, parmi les différentes hypothèses étiologiques, celle d'une dérégulation de l'épissage alternatif de Tau nous intéresse tout particulièrement. Ici, nous considérons la dystrophie myotonique de type 1 (DM1) comme maladie " modèle " pour étudier cette relation, puisqu'elle présente à la fois une dérégulation de l'épissage alternatif de Tau et des agrégats Tau. La DM1 est la forme adulte la plus fréquente de dystrophie musculaire. Il s'agit d'une maladie héréditaire à transmission autosomale dominante caractérisée par des répétitions CTGn>50 instables localisées dans la région 3'UTR du gène DMPK. Les mécanismes impliqués supposent un gain de fonction toxique des ARN mutés conduisant à une modification de l'épissage alternatif de nombreux transcrits parmi lesquels Tau. Dans ce contexte, nos objectifs étaient 1) de caractériser le défaut d'épissage de Tau dans le cerveau de plusieurs cas DM1 2) de modéliser ce défaut d'épissage afin d'identifier les facteurs trans-régulateurs impliqués et 3) de proposer une approche visant à restaurer un épissage normal. Le défaut d'épissage de Tau a été observé dans tous les cas analysés. Celui de l'exon 10, en revanche, n'a été rapporté que chez deux cas, qui, de façon intéressante, présentaient également une augmentation de l'expression des protéines CELF, décrites comme protéines régulatrices de l'épissage de Tau. Outre les protéines CELF, nous nous sommes également intéressés à MBNL1. MBNL1 est un facteur d'épissage jouant un rôle essentiel dans la physiopathologie de la DM1 où il a été décrit comme séquestré dans les foci. Peu de choses sont connues sur MBNL1 dans le cerveau et sur son rôle sur l'épissage alternatif des transcrits neuronaux. Ici, nous montrons que le niveau d'expression cérébrale de MBNL1 ne varie pas entre les cas DM1 et contrôles. En revanche, nous montrons que son épissage alternatif est dérégulé dans le cerveau. Notre étude de relation entre la structure et la fonction de la protéine suggère que ce changement d'épissage favorise sa séquestration dans les foci en modifiant sa localisation nucléaire, son activité de facteur d'épissage et ses propriétés d'oligomérisation. Le changement d'épissage de MBNL1 n'influence pas celui de Tau. Cependant, sa perte de fonction reproduit un profil d'épissage similaire à celui observé dans les cerveaux DM1. De plus, nous montrons que la surexpression de MBNL1, en présence des répétitions CTG suffit à restaurer un épissage normal de Tau et de plusieurs autres transcrits dérégulés dans la DM1. Enfin, des expériences complémentaires réalisées avec des protéines tronquées non fonctionnelles en tant que facteur d'épissage suggèrent que la restauration d'un profil d'épissage normal dans la DM1 serait due à la saturation des sites de liaisons CUG, ce qui permettrait de libérer les protéines MBNL1 séquestrées. Ces constructions semblent donc présenter un potentiel intérêt pour inverser les changements d'épissage observés dans la DM1 et sont actuellement en cours d'études. "

La pathologie Tau est une lésion neuronale commune à plus d’une vingtaine de maladies neurodégénératives. Elle correspond à l’agrégation des protéines Tau anormalement modifiées. Les mécanismes moléculaires impliqués dans l’agrégation de Tau demeurent encore mal compris. Toutefois, parmi les différentes hypothèses étiologiques, celle d’une dérégulation de l’épissage alternatif de Tau nous intéresse tout particulièrement. Ici, nous considérons la dystrophie myotonique de type 1 (DM1) comme maladie « modèle » pour étudier cette relation, puisqu’elle présente à la fois une dérégulation de l’épissage alternatif de Tau et des agrégats Tau. La DM1 est la forme adulte la plus fréquente de dystrophie musculaire. Il s’agit d’une maladie héréditaire à transmission autosomale dominante caractérisée par des répétitions CTGn>50 instables localisées dans la région 3’UTR du gène DMPK. Les mécanismes impliqués supposent un gain de fonction toxique des ARN mutés conduisant à une modification de l’épissage alternatif de nombreux transcrits parmi lesquels Tau. Dans ce contexte, nos objectifs étaient 1) de caractériser le défaut d’épissage de Tau dans le cerveau de plusieurs cas DM1 2) de modéliser ce défaut d’épissage afin d'identifier les facteurs trans-régulateurs impliqués et 3) de proposer une approche visant à restaurer un épissage normal. Le défaut d’épissage de Tau a été observé dans tous les cas analysés. Celui de l’exon 10, en revanche, n’a été rapporté que chez deux cas, qui, de façon intéressante, présentaient également une augmentation de l’expression des protéines CELF, décrites comme protéines régulatrices de l’épissage de Tau. Outre les protéines CELF, nous nous sommes également intéressés à MBNL1. MBNL1 est un facteur d’épissage jouant un rôle essentiel dans la physiopathologie de la DM1 où il a été décrit comme séquestré dans les foci. Peu de choses sont connues sur MBNL1 dans le cerveau et sur son rôle sur l’épissage alternatif des transcrits neuronaux. Ici, nous montrons que le niveau d’expression cérébrale de MBNL1 ne varie pas entre les cas DM1 et contrôles. En revanche, nous montrons que son épissage alternatif est dérégulé dans le cerveau. Notre étude de relation entre la structure et la fonction de la protéine suggère que ce changement d’épissage favorise sa séquestration dans les foci en modifiant sa localisation nucléaire, son activité de facteur d’épissage et ses propriétés d’oligomérisation. Le changement d’épissage de MBNL1 n’influence pas celui de Tau. Cependant, sa perte de fonction reproduit un profil d’épissage similaire à celui observé dans les cerveaux DM1. De plus, nous montrons que la surexpression de MBNL1, en présence des répétitions CTG suffit à restaurer un épissage normal de Tau et de plusieurs autres transcrits dérégulés dans la DM1. Enfin, des expériences complémentaires réalisées avec des protéines tronquées non fonctionnelles en tant que facteur d’épissage suggèrent que la restauration d’un profil d’épissage normal dans la DM1 serait due à la saturation des sites de liaisons CUG, ce qui permettrait de libérer les protéines MBNL1 séquestrées. Ces constructions semblent donc présenter un potentiel intérêt pour inverser les changements d’épissage observés dans la DM1 et sont actuellement en cours d’études. / Tau pathology is a brain lesion common to more than twenty neurodegenerative disorders. It consists of the abnormal aggregation of the microtubule-associated protein Tau into neurofibrillary tangles. Mechanisms underlying Tau aggregation are not fully understood yet. However, among the different etiological hypothesises, the one of a relationship between Tau mis-splicing and Tau aggregates particularly interests us. Here, we proposed a disease model, being myotonic dystrophy type I (DMI), in which Tau mis-splicing and Tau aggregate occur. DM1 is the most common adult form of muscular dystrophy. It is an inherited autosomal disorder characterised by a dynamic instable CTG repeats (over 50) in the 3’UTR of DMPK gene. DM1 pathogenesis is suggested to result from a RNA toxic gain of function whereby mutant transcripts modify the splicing machinery activity leading thus to a mis-splicing of several pre-mRNA targets including Tau. In this context, our objectives were to 1) characterize Tau mis-splicing in several DM1 brain patients 2) Model it and identify the trans-regulating splicing factors likely involved and 3) Propose a therapeutic approach to reverse it. Tau mis-splicing was always observed for both exons 2 and 3 in human adult DM1 brain and consisted of a reduced inclusion. Tau exon 10 splicing was seldom mis-regulated and associated with an increase of the CELF proteins family. CELF proteins are splicing factors previously described to regulate alternative splicing of Tau exons 2, 3 and 10. In addition to the CELF proteins, we also investigated the potential role of the splicing factor MBNL1, which was shown to play an essential role in DM1 physiopathology through its sequestration by the CUG repeats. MBNL1’s brain expression was ill-defined. Here, we report that MBNL1’s expression level was not altered but its splicing modified in adult DM1 brain. In addition, we provide evidences by a relationship study between the structure and the function of MBNL1 that this mis-splicing event favored its sequestration to the foci by modifying its cell-localization, splicing activity and oligomerization properties. MBNL1 mis-splicing does not influence Tau mis-splicing. However its loss of expression reproduced the mis-splicing of Tau exons 2/3 as observed in DM1 brain. Interestingly, the overexpression of MBNL1 in the presence of the CTG repeats partially restored a normal splicing of Tau as well as several other mis-regulated pre-mRNA targets. Further experiments performed with different molecular constructs lead us to hypothezied that the reversal of the abnormal splicing events observed in DM1 was mediated by a saturation of the CUG binding sites that lead to the release of a free pool of MBNL1, recovering thus its splicing function. This work leads us to design a new molecular tool that might be of interest to reverse the pathological events observed in DM1.

Les amplifications de répétitions de triplets CTG dans le gène DMPK humain sont à l'origine de la dystrophie myotonique de type 1 ou DM1. Les répétitions CUG présentes dans les ARNm DMPK séquestrent le facteur d'épissage MBNL1 au sein de foci nucléaires et dérégulent l'épissage des pré-ARNm cibles de MBNL1. Par ailleurs, 9 isoformes de MBNL1, produites par épissage alternative, coexistent dans les cellules. Dans un premier temps nous avons recherché quels exons constitutifs ou alternatifs étaient requis pour la reconnaissance des ARN, la régulation de l'épissage et la localisation cellulaire de MBNL1. Nous avons ensuite entrepris de rechercher par l'approche SELEX les séquences de haute affinité pour MBNL1. Nous avons ainsi identifié une séquence conservée de 12 nucléotides de long, contenant un seul motif de fixation pour MBNL1 et adoptant une structuration tige-boucle particulière. L'importance de cette structuration a été confirmée par l'existence de mutants compensatoires au sein des ARN sélectionnés. Finalement nous avons étudié les mécanismes de régulation de l'inclusion de l'exon 5 du pré-ARNm de la troponine T cardiaque humaine (hcTNT). Une approche in cellulo nous a permis d'identifier les séquences minimales requises pour la régulation de l'épissage en conditions normales et en présence des répétitions CUG. Au sein de ces séquences nous avons identifié 6 nouveaux sites MBNL1 dont nous avons montré l'importance fonctionnelle in cellulo et in vitro. Nous avons également mis en évidence l'implication d'autres séquences régulatrices dans la régulation de l'inclusion de l'exon 5 du pré-ARNm hcTNT et un rôle de la protéine hnRNP H dans ces régulations. L'ensemble de ces données apportent de nouveaux éléments d'information importants pour la compréhension de la DM1 / Amplifications of CTG motifs in the human DMPK gene are responsible for Myotonic Dystrophy of type 1. The resulting CUG repeats in pre-mRNAs capture the MBNL1 splicing factor, leading to mis-regulation of MBNL1 pre-mRNA targets. Due to the recent discovery of MBNL1 and its numerous isoforms (9) resulting from alternative splicing, little is known on how MBNL1 regulates splicing and how a decreased level of available MBNL1 generates splicing miss-regulations. First, we defined which of the MBNL1 alternative and constitutive exons are required for: i) RNA binding, ii) splicing activity and, iii) MBNL1 sub-cellular localization. Second, for a more precise definition of the MBNL1 RNA binding properties, we performed SELEX experiments using a library of RNA stem-loop structures containing a 18-nt long randomized sequence. Its leads to the identification of 12-nt long sequence adopting a peculiar stem-loop structure, whose importance for MBNL1 binding was revealed by its preservation by compensatory base-pair mutations. Finally, based on the above data, we studied the mechanisms involved in regulation of hcTNT exon 5 splicing. By in cellulo assays, we defined the hcTNT pre-mRNA region required for both normal inclusion and for the trans-dominant effect of CUG repeats. Within this region, we identified six new potential MBNL1 sites and demonstrated their functional role by in vitro and in cellulo assays. We also identified several additional splicing regulatory elements involved in normal and CUG-deregulated exon 5 inclusion and already showed a role of hnRNP H in splicing regulation. Altogether, our data bring new information important for understanding the pathology

Myotonic Dystrophy type 1 (DM1), the most common form of adult muscular dystrophy (~1:8000) currently has no effective treatment. In DM1, expansion of a tri-nucleotide repeat in the 3' UTR of the DMPK gene results in DMPK mRNA hairpin structures, aggregating as insoluble ribonuclear foci. The resulting mis-regulation of important splicing factors, causes the inclusion of fetal exons in dozens of transcripts that contribute to the disease phenotype. In order to identify novel gene targets and kinase signalling pathways for potential therapeutics we have performed a high-throughput RNAi. RNA foci were visualized and quantified by in-situ hybridization. From our screen, we have identified a novel gene, PACT, as a modulator of foci integrity and that PACT knockdown can induce MBNL1 protein levels. The identified signalling complex represents a valid target for DM1 therapeutics. Our data further emphasizes the utility of RNAi screens in identifying disease-associated genes.

xiv, 59 p. : ill. (some col.) / Muscleblind-like 1 (MBNL1) is a splicing factor whose improper cellular localization is a central component of myotonic dystrophy (DM). In DM, the lack of properly localized MBNL1 leads to mis-splicing of many pre-mRNAs. The mechanism by which MBNL1 regulates it pre-mRNA targets is not well understood. In order to determine the mechanism by which MBNL1 regulates alternative splicing, a consensus RNA binding motif for Mbl (the <italic>Drosophila</italic> ortholog of MBNL1) and MBNL1 were determined using SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). These consensus motifs allowed for the identification of high affinity endogenous sites within pre-mRNAs that are regulated by MBNL1. <italic>In vitro</italic> binding studies showed that MBNL1 bound to RNAs that contained the consensus motif surrounded by pyrimidines. Some of these sites were identified upstream of exon 5 within the <italic>MBNL1</italic> pre-mRNA, and we have shown that MBNL1 auto-regulates the exclusion of exon 5 in HeLa cells. The region of the <italic>MBNL1</italic> gene that includes exon 5 and flanking intronic sequence is highly conserved in vertebrate genomes. The 3' end of intron 4 is non-canonical in that it contains an AAG 3' splice site and a predicted branchpoint that is 141 nucleotides from the 3' splice site. Using a mini-gene that includes exon 4, intron 4, exon 5, intron 5 and exon 6 of <italic>MBNL1</italic>, we show that MBNL1 regulates inclusion of exon 5. Mapping of the intron 4 branchpoint confirms that branching occurs primarily at the predicted distant branchpoint. Structure probing and footprinting reveal that the highly conserved region between the branchpoint and the 3' splice site is primarily unstructured, and MBNL1 binds within this region of the pre-mRNA, which we have termed the MBNL1 response element. Deletion of the response element eliminates MBNL1 splicing regulation and leads to complete inclusion of exon 5, which is consistent with the suppressive effect of MBNL1 on splicing. This dissertation includes previously published co-authored material as well as my recent co-authored material that has been submitted for publication. / Committee in charge: Kenneth Prehoda, Chair; J. Andrew Berglund, Advisor; Victoria J. de Rose, Member; Alice Barkan, Member; Karen Guillemin, Outside Member

Myotonic Dystrophy type 1 (DM1), the most common form of adult muscular dystrophy (~1:8000) currently has no effective treatment. In DM1, expansion of a tri-nucleotide repeat in the 3' UTR of the DMPK gene results in DMPK mRNA hairpin structures, aggregating as insoluble ribonuclear foci. The resulting mis-regulation of important splicing factors, causes the inclusion of fetal exons in dozens of transcripts that contribute to the disease phenotype. In order to identify novel gene targets and kinase signalling pathways for potential therapeutics we have performed a high-throughput RNAi. RNA foci were visualized and quantified by in-situ hybridization. From our screen, we have identified a novel gene, PACT, as a modulator of foci integrity and that PACT knockdown can induce MBNL1 protein levels. The identified signalling complex represents a valid target for DM1 therapeutics. Our data further emphasizes the utility of RNAi screens in identifying disease-associated genes.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) ou maladie de Steinert est la maladie génétique neuromusculaire la plus commune avec une incidence de 1/8000 à travers le monde. Cette maladie multisystémique touche particulièrement les muscles squelettiques (myotonie, faiblesse et perte musculaires) et le coeur qui présente des symptômes variés comme des troubles de la conduction et des arythmies. La DM1 est causée par une expansion instable de répétitions CTG dans la région 3’ non traduite du gène DMPK. Les individus sains possèdent entre 5 et 37 répétitions CTG tandis que les patients DM1 portent entre 50 et plusieurs milliers de répétitions. Il est bien établi que les expansions de répétitions non codantes forment des foci dans les noyaux musculaires où elles séquestrent le facteur d'épissage MBNL1. Toutefois, l'implication de la stabilisation et l'accumulation de CUGBP1 hyperphosphorylé par la PKC dans la maladie est un sujet controversé dans la communauté DM1. Dernièrement, en plus de la rupture de l'équilibre entre MBNL1/CUGBP1, plusieurs mécanismes ont été mis en cause dans la pathogenèse de la DM1. Parmi eux, l'expression perturbée de facteurs de transcription, la maturation altérée de miARNs, l'activation de kinases... chacune de ces altérations menant au final à une perturbation du transcriptome. Afin d'étudier l'effet de la toxicité des répétitions sur les phénotypes et lestranscriptomes, nous avons généré trois lignées de Drosophile inductibles et site-spécifiques exprimant 240, 600 et 960 répétitions de triplets. Nous avons travaillé en parallèle sur une lignée atténuée pour mbl (orthologue de MBNL1) et deux lignées gain de fonction bru -3 (orthologue de CUGBP1). Exprimées dans les muscles somatiques, les répétitions CTG conduisent à une mobilité réduite, le fractionnement des fibres musculaires, une réduction de leur taille et une altération du processus de fusion des myoblastes de manière dépendante de Mbl et Bru-3. En outre, l'expression des répétitions cause une hypercontraction musculaire dépendante de Mbl et due à un mauvais épissage de dSERCA. L'analyse transcriptionnelle comparative réalisée sur les muscles larvaires des différentes conditions pathologiques montre que l'atténuation de mbl reproduit 70-82% des dérégulations transcriptomiques des larves DM1 alors que le gain de fonction bru-3 représente 32-53% des altérations transcriptomiques des lignées DM1. Ainsi Mbl est un facteur clé des dérégulations observées dans les muscles somatiques des lignées DM1. Au contraire, les analyses physiologiques effectuées sur les coeurs adultes suggèrent que Bru-3 est un facteur clé dans la mise en place des phénotypes cardiaques. En effet, d'une part, l'atténuation de mbl dans le coeur cause une cardiomyopathie dilatée, un symptôme rarement diagnostiqué chez les patients. D'autre part, les lignées gain de fonction bru-3 et DM1 présentent de la fibrillation qui évolue avec l'âge ou la taille des répétitions vers un phénotype qui rappelle l'insuffisance cardiaque chez les patients. / Myotonic Dystrophy Type 1 (DM1) or Steinert's disease is the most common genetic neuromuscular disorder affecting 1 out of 8000 people worldwide. This multisystemic disease affects particularly the skeletal muscles (myotonia, muscle weakness and wasting) and the heart, which can exhibit various symptoms like conduction disturbances and arrhythmia (auricular fibrillation and flutter). DM1 is caused by an unstable CTG repeat expansion in the 3' non-translated region of the DMPK gene. In healthy individuals, the number of CTG repeats ranges from 5 to 37 whereas DM1 patients carry from 50 to thousands repeats. It is well established that when expanded non-coding repeats aggregate into foci within muscle nuclei and sequester the MBNL1 splicing factor. However, the involvement of the stabilization and accumulation of CUGBP1 following PKC hyper-phosphorylation in the disease is a controversial matter in the DM1 community. Lately, in addition to the disruption of the balance between MBNL1/CUGBP1, several mechanisms were identified as part of the DM1 pathogenesis. Among them, transcription factors perturbations, altered maturation of miRNA, kinases activation… each of them leading eventually to transcriptomic alterations. In order to investigate the effect of toxic repeat expression on phenotypic and transcriptomic alterations, we generated three inducible site-specific Drosophila lines expressing 240, 600 and 960 triplet repeats. We worked in parallel on a mbl (MBNL1 orthologue) knocked-down line and two bru-3 (CUGBP1 orthologue) gain of function lines. When expressed in somatic muscles, CTG repeats lead to altered motility, fiber splitting, reduced fiber size and affected myoblast fusion process in a Mbl and Bru-3 dependent manner. In addition, toxic repeats cause fiber hyper-contraction in a Mbldependentmanner due to dSERCA mis-splicing. Comparative transcriptional profiling performed on larval muscles of different conditions show that mbl attenuation reproduces 70-82% of DM1 transcriptomic deregulations whereas bru-3 gain of function represents 32-53% of transcritomic alterations. Thus Mbl appears as a key factor of transcripts deregulations observed in DM1 muscles. On the contrary, physiologic analyses performed on adult hearts suggest that Bru-3 is a key factor for cardiac phenotypes. Indeed, on one hand, mbl attenuated flies display dilated cardiomyopathy, a symptom barely diagnosed in patients. On the other hand, bru-3 gain of function line and DM1 lines display fibrillation, which evolves withage or repeat size into a phenotype reminiscent of heart insufficiency in patients.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie génétique caractérisée par une dégénérescence des muscles squelettiques accompagnée d’une myotonie. Cette maladie est due à une expansion instable de triplets CTG dans la région 3’ non traduite du gène DMPK. L’accumulation des ARNm DMPK mutés au sein de foci nucléaires conduit à la séquestration du facteur d’épissage MBNL1 et à des altérations de l’épissage alternatif de nombreux ARNm. En particulier, l’inclusion de l’exon 5 au sein du pré-ARNm de la troponine T cardiaque (hcTNT) est renforcée chez les patients DM1. Cette inclusion anormale participe aux anomalies cardiaques présentées par les patients. Les travaux de l’équipe, menés en collaboration avec l’équipe de Nicolas Sergeant à Lille, sur la régulation de l’épissage de l’ARNm hcTNT avaient établi l’existence de 8 sites MBNL1, dont 6 nouveaux, situés de part et d’autre de l’exon 5 et la présence de régions activatrices et inhibitrices de l’inclusion fixant des facteurs d’épissage dont l’identité n’était pas connue. L’un des objectifs de ma thèse était d’étudier l’importance fonctionnelle in cellulo de chacun des 8 sites MBNL1. J’ai ainsi pu montrer que chacun des 6 nouveaux sites participe à l’inhibition de l’inclusion de l’exon 5 par MBNL1. Les données obtenues nous ont amené à proposer un modèle dans lequel MBNL1 s’associe avec les triplets de sites MBNL1 situés de part et autre de l’exon 5 et entraine la formation d’une structure à longue distance via des interactions protéiques MBNL1-MBNL1. Cette structure isolerait l’exon 5 dans une boucle et limiterait la fixation du spliceosome. Par ailleurs, j’ai mis en œuvre une approche de purification de RNP formées en extrait nucléaire pour identifier d’autres facteurs régulant l’inclusion de l’exon 5. La protéine hnRNP H a ainsi pu être identifiée. Sa capacité à activer l’inclusion de l’exon 5 in cellulo et à entrer en compétition avec MBNL1 pour la régulation de l’inclusion de l’exon 5 via sa fixation sur des sites localisés dans l’exon 5 et en aval de cet exon a pu être confirmée. La seconde partie de ma thèse a porté sur l’étude de l’effet d’un stress oxydatif généré par 500 µM d’H2O2 sur le profil global d’épissage alternatif des pré-ARNm de cellules HeLa. Lors de ce travail, j’ai pu établir que la réponse des cellules HeLa au stress oxydatif implique deux phases de réponse : une phase précoce (1h-8h) caractérisée par un fort taux de mortalité associé à une forte augmentation du taux de d’entités oxygénées réactives (ROS) intracellulaire et une phase tardive (16h-24h) corrélée à une diminution du taux de ROS intracellulaires et une surexpression des ARN satellite III. Sur la base de ces données, une analyse globale du transcriptome par emploi de puces à exons (Affymetrix) a été réalisée à partir d’ARN totaux isolés 1h, 2h, 4h et 24h après le début du stress. Nous avons ainsi identifié des modulations d’expression et d’épissage spécifiques de chacune des deux phases. L’analyse des données par des outils bio-informatiques a permis de mettre en évidence des fonctions cellulaires bien définies qui sont plus particulièrement affectées lors d’un stress oxydant. Enfin, pour comprendre l’origine des variations d’épissage observées lors d’un stress oxydant, j’ai entrepris d’analyser les effets de ce stress sur le niveau d’expression et la localisation cellulaire des composants du spliceosome ou des facteurs qui s’associent pour réguler son activité / Myotonic distrophy of type 1 (DM1) is a genetic disease characterized by skeletal muscle degeneration associated to myotonia. DM1 results from the instable expansion of CTG repeats within the 3’ untranslated region of the DMPK gene. The accumulation of mutated DMPK mRNAs within nuclear foci leads to the sequestration of the MBNL1 splicing factor and causes splicing misregulation of numerous pre-mRNAs. Among altered events the increase of the inclusion of exon 5 in the human cardiac troponin T (hcTNT) mRNA is of particular importance, since it contributes to the cardiac symptoms presented by the patients. Through collaborative work with N. Sergeant’s team from Lille, the team has studied the molecular bases of hcTNT exon 5 inclusion regulation and mapped 8 MBNL1 binding sites, including 6 new ones, within intronic regions surrounding exon 5. They also identified positive and negative splicing regulatory elements of which protein partners remain unidentified. The first objective of my PhD thesis was to test the functional importance of each individual MBNL1 binding site. The obtained results established that the 6 newly identified MBNL1 binding sites are involved in splicing regulation by MBNL1 and lead us to propose a new regulation model in which MBNL1 binds on triplets of MBNL1 sites present on each side of exon 5 and form a long distance structure via MBNL1-MBNL1 protein interaction. The formation of this looping-structure is expected to isolate exon 5 and limit its recognition by the spliceosome. In addition I searched for protein partners of the identified regulatory elements by affinity chromatography. By this way, I identified hnRNP H as a positive regulator of exon 5 inclusion. Its capacity to compete with MBNL1 to regulate splicing in cellulo by binding on exonic and intronic binding sites was further confirmed. The second part of my PhD work corresponds to the study of the global impact of oxidative stress, generated by exposition of HeLa cells to 500 µM of H2O2, on alternative splicing. This allows us to establish that the response of HeLa cells to oxidative stress involve two distincts phases: an early one (1h-8h) characterized by poor survival rate and high intracellular ROS content and a late phase (16-24h), associated with a decrease of the intracellular ROS level and the overexpression of the long non coding sat III RNAs. Based on this observation, we performed a transcriptome global analysis by using exon arrays from Affymetrix on RNA samples isolated 1, 2, 4 or 24 hours after the induction of the oxidative stress. We identified changes of the gene expression level or mRNA splicing pattern specific of each of the response phases. Data computing by bio-informatic tools identified the most affected cellular processes and functions during the cell response to oxidative stress. In order to better understand the mechanisms underlying alternative splicing modulation during oxidative stress, I started to study the impact of oxidative stress on the expression level and the cellular localization of spliceosome components and most common splicing regulation factors

Muscleblind-like 1 (MBNL1) is a ubiquitously expressed RNA binding protein that regulates the alternative splicing of a variety of transcripts. In Myotonic Dystrophy (DM) aberrant cellular localization of MBNL1 results in disease-associated mis-splicing of several MBNL1 target pre-mRNAs. Due to its role in DM pathogenesis, MBNL1 has been a topic of intense study for the last decade, however many open mechanistic questions remain regarding how MBNL1 recognizes RNA substrates to mediate splicing. The RNA recognition motif for MBNL1, 5'-YGCY-3', was defined herein. This motif was used to identify novel MBNL1 binding sites within regulated transcripts and create synthetic MBNL1-regulated splicing reporters. MBNL1 contains four zinc finger (ZF) RNA binding domains arranged into two pairs of two ZFs. A comprehensive, combinatorial mutagenic study of MBNL1 was conducted to determine the role of each ZF in RNA binding and splicing activity. Functional analysis of the mutant proteins in cellular splicing assays and assessment of RNA binding activity demonstrated that the ZF pairs (i.e. ZF1-2 or ZF3-4) do not have equivalent activity. The ZF1-2 pair is responsible for MBNL1's high affinity RNA binding and splicing activity, whereas the ZF3-4 pair has reduced affinity for RNA and impaired ability to regulate splicing of some transcripts. Hierarchical clustering analysis revealed that two distinct classes of MBNL1-regulated splicing events exist within the small set of splicing events examined. For Class II splicing events the binding and splicing activity for the ZF mutants correlated well. However, for Class I events there was no significant correlation between RNA binding and splicing activity. For pre-mRNAs in the latter class it appears that MBNL1 exerts surprisingly robust splicing activity in the absence of strong RNA binding, suggesting that MBNL1 may be recruited to some pre-mRNA substrates through protein-protein interactions. This study provides the first demonstration that functionally distinct classes of MBNL1-mediated splicing events exist in terms of requirements for different ZFs and the importance of RNA binding. This dissertation includes previously published and unpublished co-authored material as well as recently co-authored material that has been submitted for publication.

Myotonic Dystrophy Type I (DM1) is a multi-systemic genetic neuromuscular degenerative disease, has a prevalence in most populations of about 1:8000 and is caused by the nuclear retention of pathogenically expanded DMPK mRNA. A previous DM1 RNAi-kinome screen in our lab has identified kinases that reduced both count and area of DMPK mRNA foci in vitro. One such discovered kinase is PACT, which has showed to decrease foci count and area in DM1 fibroblasts by 30-50%. This study explored PACT as well as binding partner DICER involved in cellular RNA processing machinery, to highlight potential therapeutic targets in DM1. DM1 fibroblasts treated with PACT siRNA showed a non-significant trend of upregulation in MBNL1 mRNA and protein expression. PACT knockdown also showed trend of missplicing normalization in SERCA-1, more prominently seen in DM1-2000 human fibroblasts, whereas IR (insulin receptor) splicing remained unaffected. On the other hand, DICER knockdown did not have profound affect on foci integrity as well as MBNL1 RNA and protein xpressions in DM1 fibroblasts. SERCA-1 splicing in DICER siRNA treated samples also remained unchanged. We report here our findings in pursuit of potential therapeutic targets for the treatment of DM1.