Le VIH-1, ou Virus de l’ImmunoDéficience Humain de type I, est un pathogène intracellulaire dont le cycle de réplication dépend entièrement des machineries cellulaires. Des interactions entre les protéines virales et cellulaires sont donc essentielles pour l’achèvement de chaque étape du cycle de multiplication du VIH-1. Comprendre comment le virus VIH-1 détourne la machinerie cellulaire à son profit est un élément clé pour le combattre. L’objectif de mon travail de thèse était d’explorer le rôle de la protéine Bécline-1 dans la formation et la libération des particules virales. Cette protéine, composant du complexe phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III), est impliquée dans l’autophagie, le trafic intracellulaire et la cytocinèse.Au cours de ma thèse, nous avons développé les outils d’ARN interférence afin de décrypter le rôle de Bécline-1 dans le cycle réplicatif du VIH-1. De manière très intéressante, nous avons mis au jour un nouveau rôle de Bécline-1 lors des étapes précoces de la mitose, jamais décrit, ni publié à ce jour. Un mauvais déroulement de la mitose induit de l’instabilité génomique pouvant conduire à la mort cellulaire ou à une transformation maligne. Au cours de cette thèse, nous avons établi que l’extinction de Bécline-1 induit un défaut d’attachement des chromosomes, via leurs kinétochores, aux microtubules, conduisant à un blocage des cellules en prométaphase. Cette extinction provoque un défaut d’organisation du kinétochore en diminuant le recrutement des protéines CENP-E, CENP-F et ZW10 au niveau de cette structure protéique. Nous avons également montré une interaction directe entre Bécline-1 et Zwint-1, une protéine du kinétochore, jouant un rôle essentiel pour l’accrochage des microtubules aux kinétochores. Enfin, nous avons montré que ce nouveau rôle de Bécline-1 dans l’alignement des chromosomes en mitose est indépendant de son association avec ses partenaires du complexe PI3K-III et de son rôle dans l’autophagie.Le second volet de ma thèse a porté sur l’étude du rôle de Bécline-1 au cours du cycle réplicatif du virus. Nos résultats montrent que cette protéine est nécessaire à l’établissement des phases tardives du cycle viral. Nos expériences de production virale montrent que l’extinction de Bécline-1 provoque une forte accumulation des sous-produits de la protéine Gag du virus dans les cellules, et réduit la libération des particules virales dans le milieu extracellulaire. Par immunofluorescence, nous observons que des composants viraux s’accumulent massivement à la membrane sous l’effet de l’extinction de Bécline-1 dans les cellules. Par ailleurs, ces résultats sont dépendants de l’expression du facteur de restriction BST2 dans la cellule. Ces derniers résultats ouvrent d’importantes perspectives quant au rôle de Bécline-1 et du PI3K-III sur le cycle de réplication du VIH-1.L’ensemble de ces travaux démontre l'importance de la protéine Beclin-1, pour le maintien de l'intégrité du génome pendant la mitose et pour le cycle de réplication du VIH 1. / HIV-1, or Human Immunodeficiency Virus type 1, is an intracellular pathogen whose replication cycle entirely depends on cellular machineries. Interactions between the viral and cellular proteins are therefore essential to the completion of each step of HIV-1's multiplication cycle. Understanding how the HIV-1 virus uses the cellular machinery to its own benefit is a key element to combat it. The objective of my thesis work was to explore the role of the Beclin-1 protein in the formation and the release of viral particles. This protein, a component of the phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III) complex, is involved in autophagy, intracellular trafficking and cytokinesis. Throughout my thesis researches, we have developed the RNA interference tools in order to decipher the role of Beclin-1 in HIV-1's replicative cycle. Very interestingly, we have found out a new role of Beclin-1 in the early stages of mitosis which had never been described nor published before. A bad execution of mitosis induces genomic instability which can lead to cell death or malignant transformation. During this thesis work, we have demonstrated that the extinction of Beclin-1 causes a defect in the attachment of chromosomes to microtubules through their kinetochores, leading to the locking of cells in prometaphase. This extinction provokes a defect in the organization of the kinetochore by diminishing the recruitment of the CENP-E, CENP-F and ZW10 proteins at the level of this protein structure. We have also found out that there is a direct interaction between Beclin-1 and Zwint-1, a protein of the kinetochore that plays an essential role in the attachment of the kinetochores to the microtubules. Finally, we have demonstrated that this new role of Beclin-1 in the alignment of the chromosomes during mitosis is independent of both its association with its partners from the PI3K-III complex and its role in autophagy. The second strand of my thesis dealt with the role of Beclin-1 in the virus replicative cycle. Our results show that this protein is essential to the setting up of the late phases of the viral cycle. Our experiments of viral production have shown that the extinction of Beclin-1 causes a high accumulation of the by-products of the virus' Gag protein in the cells, and reduces the release of viral particles in the extracellular medium. By immunofluorescence, we detected a massive accumulation of viral components on the membrane as a result of the extinction of Beclin-1 in the cells. Besides, these results depend on the expression of the BST2 restriction factor in the cell. These latter results open up significant prospects regarding the role of Beclin-1 and that of the PI3K-III complex in HIV-1's replication cycle. All these researches demonstrate the importance of the Beclin-1 protein in two mechanisms that allow the maintenance of genomic integrity during mitosis and the HIV-1 replication cycle.

Le virus d’Epstein-Barr (EBV) est un herpesvirus dont la séroprévalence est d’environ 90 % de la population adulte mondiale. EBV est associé à de nombreuses pathologies tumorales. La primo infection conduit à l’établissement du virus sous forme latente dans les lymphocytes B mémoires. Au sein de ces cellules B, le génome viral est sous la forme d’un épisome, un ADN circulaire double brin, et une fraction restreinte de gènes viraux est exprimée. Afin de se maintenir aux cours des divisions cellulaires, le génome viral est répliqué en phase S par la machinerie cellulaire et ségrégé lors de la mitose dans chaque cellules filles. La réplication et la ségrégation du génome viral nécessitent 2 facteurs viraux que sont la protéine virale EBNA1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen 1) et la région oriP sur le génome viral. En phase S, EBNA1 interagit directement avec l’oriP et y recrute le complexe de pré-réplication de l’ADN. En mitose, EBNA1 ancre l’épisome à la chromatine ce qui permet une ségrégation efficace. Les mécanismes d’interaction entre EBNA1 et la chromatine reste encore flou. Au cours de notre travail, nous avons identifié la protéine RCC1 comme un partenaire potentiel pour la protéine EBNA1 pouvant être impliqué dans l’ancrage d’EBNA1 à la chromatine. Nous avons validé cette interaction et caractérisé les régions d’interactions pour ces deux protéines. Par ailleurs nous avons démontré que RCC1 est recrutée sur l’oriP en présence d’EBNA1 et que ces deux protéines interagissent en mitose. À la lumière de nos résultats et des données de la littérature, nous proposons que l’interaction d’EBNA1 avec la chromatine est dynamique et implique à la fois des interactions directes (AT-Hook, interaction avec les nucléosomes) mais aussi des facteurs cellulaires (RCC1, EBP2 et HMGB2). / Epstein-Barr virus (EBV) is a ubiquitous herpesvirus associated with several human cancers. In proliferating latently-infected cells, the EBV genome persists as a circular plasmid that is replicated once per cell cycle and partitioned at mitosis. Both of these processes require a single viral protein, Epstein Barr nuclear antigen 1 (EBNA1), which binds to two clusters of cognate binding sites within the origin of plasmid replication (oriP). EBNA1 plays an essential role both in viral episome replication, by recruiting the cellular complex of DNA replication onto the oriP, and in the efficient segregation of the viral episomes, by tethering the viral DNA onto the mitotic chromosomes. Whereas the mechanisms of viral DNA replication have been well documented, the mechanisms involved in tethering EBNA1 to the cellular chromatin are far from being understood. Here we have identified Regulator of Chromosome Condensation 1 (RCC1) as a novel EBNA1 cellular partner. RCC1 is the only known nuclear guanine nucleotide exchange factor (RanGEF) for the small GTPase Ran enzyme. RCC1, associated with chromatin, is involved in the formation of RanGTP gradients critical for nucleo-cytoplasmic transport, mitotic spindle formation, and nuclear envelope reassembly after mitosis. We have used several approaches to demonstrate a direct interaction between these two proteins and to identify the regions. involved Moreover, by using Chromatin ImmunoPrecipitation assay (ChIP) we have shown that RCC1 is enriched in the oriP region of mini viral replicons in a manner dependent on EBNA1. Finally, by using a combination of confocal microscopy and FRET analysis to follow the dynamics of interaction between the two proteins throughout the cell cycle, we have demonstrated that EBNA1 and RCC1 closely associate on the chromosomes during metaphase. Taken together, our data strongly suggest an essential role for RCC1 in tethering EBNA1 - linked to the viral episome - to the metaphasic chromosomes. Our results and those of others lead us to the idea that the interaction between EBNA1 with the cellular chromosomes requires several factors such as direct interactions or cellular proteins and these interactions are complementary and / or redundant.

A la fin de la vie d’une cellule, différentes forces mécaniques permettent la séparation des chromosomes. Nos données préliminaires suggèrent l’existence d’un autre mécanisme provenant du centre du fuseau mitotique, non décrit dans l’embryon une cellule de C. elegans qui permettrait la séparation des chromosomes. Dans cette cellule, les microtubules kinétochoriens n’appliquent aucune force mécaniques sur les chromosomes durant l’anaphase. Il a été décrit que les chromosomes sont séparés grâce au déplacement des centrosomes via les forces de traction corticales. A l’aide de la microchirurgie laser dans les embryons une cellule de C. elegans, j’ai montré qu’en détruisant physiquement un ou deux centrosomes, les chromosomes continuent de se séparer, révélant l’existence d’une force de propulsion interne au fuseau mitotique (Nahaboo et al., 2015). En combinant la destruction de centrosomes et l’inactivation génétique, nous avons caractérisé les rôles de gènes favorisant ou freinant cette force de propulsion. J’ai observé que la kinésine-5, BMK-1, et le crosslinker MAP-65/SPD-1 freinent cette force de propulsion. Alors que dans d’autres espèces ces protéines favorisent la séparation des chromosomes. Nous avons remarqué que les protéines RanGTP et CLASP, favorisant de la nucléation et la polymérisation des microtubules, aident cette force de propulsion. Ces propriétés suggèrent que la polymérisation des microtubules au centre du fuseau est requise pour permettre la séparation des chromosomes durant la mitose.Par manque d’outils adéquats afin d’altérer la dynamique des microtubules, nous avons collaboré avec l’équipe de biochimistes du Dr. D. Trauner à Munich en Allemagne. Ils ont synthétisé la molécule photoactivable, Photostatin (PST), permettant la dépolymérisation des microtubules en quelques secondes (Borowiak et al., 2015). Entre 390 - 430 nm, PST est activé, dépolymérisant les microtubules, alors qu’entre 500 – 530 nm, PST est inactivé, permettant la polymérisation normale des microtubules. J’ai mesuré que la croissance des microtubules avec PST actif est absente dans des cellules Hela. J’ai montré que le cycle cellulaire dans l’embryon de C. elegans est arrêté localement en présence de PST actif. Nous avons alors montré que PST contrôle optiquement la dynamique des microtubules, in vitro, in cellulo et in vivo, de manière non invasive, rapide, locale et réversible. En résume, j’ai identifié une nouvelle force permettant la séparation des chromosomes à l’aide des approches moléculaires et biophysiques, et j’ai aidé à la caractérisation PST, un antimicrotubule photoactivable de manière locale et réversible. / In mitosis, different mechanical forces are involved in chromosome segregation. In C. elegans one-cell embryos, preliminary data suggest that an unknown mechanism, coming from inside the mitotic spindle, could influence chromosome separation. In those cells, it has been showed that kinetochore microtubule activity is absent. Thanks to external pulling forces, centrosome separation drives chromosome segregation. By using microsurgery inside the one-cell C. elegans embryos, we have shown that destroying one or two centrosomes did not prevent chromosome separation, revealing the existence of an outward pushing force (Nahaboo et al., 2015). By combining gene inactivation and centrosome destruction, we showed that the kinesin-5 and the crosslinker SPD-1 act as a brake on this pushing force, whereas they enhance chromosome segregation in other species. Moreover, we identified a novel role for the two microtubule-growth and nucleation agents, RanGTP and CLASP, in the establishment of the centrosome-independent force during anaphase. Their involvement raises the interesting possibility that microtubule polymerization of midzone microtubules is required to sustain chromosome segregation during mitosis. Then, we aim to reversibility affect microtubule dynamics in the central spindle. Because of the lack of adequate tools, we have collaborated with biochemists from Dr. D. Trauner lab, in Munich, Germany, who are specialized in photoactivable drugs. They have synthetized a photoswitable drug, Photostatin (PST), which can depolymerize microtubules in few seconds in an on/off manner (Borowiak et al., 2015). Under blue light (390 - 430 nm), PST is activated leading to microtubule depolymerization, whereas under green light (500 - 530 nm), PST is activated which does not affect microtubule dynamics. I measured that microtubule growing is absent in presence of activated PST in Hela cells. I also showed that cell cycle can be stopped thank to activated PST in multiple cell C. elegans embryos. We have shown that PST can control microtubule dynamics thanks to visible light in vitro, in cellulo and in vivo, as an on/off switch, in a non-invasive, local and reversible manner.

TIF1γ est une protéine nucléaire de 1127 acides aminés possédant deux activités : une activité d'E3-ubiquitine ligase et des fonctions de régulateur transcriptionnel. TIF1γ exerce majoritairement ses fonctions dans les processus de développement embryonnaire et de différenciation cellulaire, notamment via son implication dans la voie de signalisation du TGFβ. Le rôle anti-tumoral de TIF1γ a été mis en évidence dans plusieurs modèles murins et son expression est diminuée dans de nombreuses tumeurs humaines de diverses origines tissulaires. Néanmoins, les mécanismes moléculaires et cellulaires par lesquels TIF1γ exerce ses fonctions oncosuppressives sont méconnus. Dans ces travaux, nous avons pu mettre en évidence le rôle inhibiteur de TIF1γ sur la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT, Epithelial-to- Mesenchymal Transition) médiée par le TGFβ in vivo, permettant ainsi de limiter les propriétés agressives des cellules tumorales. De plus, nous avons décrit l'implication de TIF1γ dans la progression de la mitose et le point de contrôle du fuseau mitotique : les cellules n'exprimant plus TIF1γ présentent de nombreuses anomalies nucléaires ainsi qu'une forte aneuploïdie associée à une résistance aux agents ciblant les microtubules, molécules classiquement utilisées en chimiothérapie. De plus, nous avons pu corréler la faible expression de TIF1γ à une augmentation de l'instabilité chromosomique dans différentes tumeurs humaines. Ainsi, nos travaux ont permis de mettre en évidence le phénotype cellulaire induit par la perte de TIF1γ dans les cellules tumorales : instabilité chromosomique, résistance aux traitements chimiothérapeutiques et acquisition de propriétés invasives / TIF1γ / TRIM33 (Transcriptional Intermediary Factor 1γ / TRIpartite Motif-containing 33) is a 1,127 amino acids nuclear protein with two biochemical activities: an E3-ubiquitin ligase activity and transcriptional regulatory functions. TIF1γ is ubiquitously expressed in many organisms and exerts its functions mainly in the processes of embryonic development and cell differentiation, particularly through its involvement in the TGFβ signaling pathway. The oncosuppressive functions of TIF1γ have been demonstrated in several mouse models and its expression is reduced in many human tumors of various tissue origins. Nevertheless, the molecular and cellular mechanisms driving TIF1γ anti-tumoral activities are unknown. In this work, we highlight its inhibitory role on TGFβ-mediated EMT (Epithelial-to-Mesenchymal Transition) in vivo, thus limiting the aggressive properties of tumor cells. In addition, we describe TIF1γ involvement in mitotic progression and the Spindle Assembly Checkpoint (SAC): TIF1γ deleted cells display many nuclear abnormalities, aneuploidy and resistance to spindle microtubule-disrupting agents, which are drugs classically used in chemotherapeutic treatments. Finally, we correlated the low expression level of TIF1γ to an increased rate of chromosomal instability in different human tumors. Thus, our work has highlighted the tumor suppressor role of TIF1γ: its deletion in tumor cells induce chromosomal instability, resistance to chemotherapeutic treatments and acquisition of invasive properties

L’établissement et le maintien du patron d’expression génique sont d’une importance critique pour l’identité cellulaire. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) agissent sur la chromatine afin de maintenir la répression génique de ses gènes cibles à travers les cycles cellulaires de façon épigénétique. Toutefois, durant la mitose, la structure de la chromatine est grandement altérée par la répression de la transcription, la condensation de la chromatine et le relâchement de nombreux facteurs de transcription. Une question se pose alors : comment les protéines PcG peuvent-elles maintenir leur fonction à travers la mitose ? En interphase, les protéines PcG sont liées à leurs cibles sur la chromatine. Durant la mitose, la majorité des protéines PcG se libèrent de la chromatine mais une petite fraction persiste. Selon l’hypothèse du mitotic bookmarking, cette fraction agirait comme un ensemble de marqueurs guidant le recrutement des protéines PcG en fin de mitose pour maintenir le profil d’expression génique de la cellule. Cependant, nous ne savons pas comment ce recrutement à lieu, ni comment une fraction de protéines PcG est retenue à la chromatine. Afin de répondre à ces questions, un crible à ARN interférent a été établi pour identifier des facteurs contrôlant la liaison des protéines PcG à la chromatine à travers le cycle cellulaire. Quoiqu’une confirmation soit nécessaire, les facteurs spécifiques à l’interphase sont enrichis en protéines co-purifiant avec la protéine PcG testée et en hélicases alors que ceux spécifiques à la mitose sont enrichis en candidats liés aux protéines du groupe Trithorax (TrxG). / A critical part of cell identity is the establishment and maintenance of gene expression patterns. Polycomb group proteins (PcG) act on chromatin to maintain gene repression through cell cycles (epigenetically). However, during mitosis, chromatin structure is greatly altered by transcription repression, chromatin condensation, and the release of many transcription factors. A question then arises: how can PcG proteins maintain their function through mitosis? During interphase, PcG proteins are bound to their chromatin targets. During mitosis, most PcG proteins are released from chromatin, but a small fraction remains bound to chromatin. According to the mitotic bookmarking hypothesis, this fraction acts as a set of markers to guide the recruitment of PcG proteins at the end of mitosis to maintain the gene expression profile. However, we do not know how this recruitment takes place, nor do we know how a fraction of PcG proteins is retained on chromatin. To address these questions, an RNAi screen was established to identify factors that control the binding of PcG proteins to chromatin across the cell cycle. Although a confirmation is necessary, factors identified from interphase cells were enriched in proteins co-purifying with the tested PcG protein and in helicases while mitosis specific factors were enriched in Trithorax group (TrxG) protein related candidates.

La morphogenèse cellulaire représente l’ensemble des évènements qui dictent la forme et la structure d’une cellule. Ces changements morphologiques sont importants pour de nombreux mécanismes vitaux, comme le développement embryonnaire, la réaction inflammatoire ou encore la cicatrisation. Pour cela, la morphogénèse cellulaire dépend principalement du remodelage du cytosquelette cellulaire qui, une fois associé à la membrane plasmique, forme l’armature de la cellule. L’ezrine, la radixine et la moésine appartiennent à la famille de protéines ERM et lient la membrane plasmique au cytosquelette d’actine et aux microtubules. De ce fait, les protéines ERM sont impliquées dans différents processus fondamentaux nécessitant un remodelage du cortex cellulaire tels que la mitose et la migration. Dans un contexte pathologique, la surexpression et/ou la sur-activation des protéines ERM corrèlent avec un haut potentiel métastatique et un pauvre pronostic chez les patients. Une meilleure compréhension de la régulation de ces trois protéines pourrait ainsi aider au développement de nouvelles solutions thérapeutiques. L’objectif de mon doctorat portait sur l’identification et la caractérisation de nouvelles voies de signalisation régulant les protéines ERM. Dans un premier temps (i), j’ai participé au développement et la caractérisation de sondes BRET2 permettant de suivre l’activité de chaque protéine ERM en temps réel. Ces sondes BRET2 sont d’ailleurs compatibles avec des études à grande échelle ce qui nous permettra de réaliser des cribles génomiques et chimiques dans le but d’identifier, respectivement, de nouveaux régulateurs et inhibiteurs pharmacologiques des protéines ERM. Ensuite (ii), grâce aux sondes BRET2, nous avons identifié les microtubules en tant que nouveaux régulateurs négatifs des protéines ERM. Nous avons alors montré que la dépolymérisation des microtubules d’interphase à l’entrée en mitose participe à l’activation des protéines ERM et à l’arrondissement cellulaire. Enfin (iii), nous avons montré que le récepteur couplé aux protéines G TPα régule l’activité des protéines ERM dans des cellules de cancer du sein triple négatif. Cette régulation est d’ailleurs importante pour la motilité de ces cellules. Pour conclure, en plus d’avoir développé de nouveaux outils utiles pour des études à grande échelle, mon travail de doctorat a permis de mettre en lumière deux nouvelles voies de signalisation régulant les protéines ERM au cours de la mitose et la migration cellulaire. Sans compter l’apport de nouvelles informations sur un aspect fondamental, mon travail a apporté de nouvelles pistes de réflexion quant aux rôles des protéines ERM dans le développement des métastases. / Cell morphogenesis represents the set of events that dictate the shape and structure of a cell. These morphological changes are important for many vital mechanisms such as embryonic development, inflammatory response, or wound healing. Cell morphogenesis depends mainly on the remodeling of the cell cytoskeleton which forms the framework of the cell when associated with the plasma membrane. Ezrin, radixin and moesin belong to the ERM family and crosslink the plasma membrane to the actin cytoskeleton and microtubules. Therefore, ERMs are involved in various fundamental processes requiring remodeling of the cell cortex such as mitosis and migration. In a pathological context, overexpression and/or overactivation of ERMs correlate with high metastatic potential and poor prognosis in patients. Thus, a better understanding of the regulation of these three proteins could help in the development of new therapeutic solutions. The aim of my PhD work was to identify and characterize novel signaling pathways regulating ERMs. In a first step (i), I participated in the development and characterization of BRET2 biosensors allowing to follow the activity of each ERM protein in real time. These BRET2 biosensors are compatible with large-scale studies which will allow us to perform genomic and chemical screens to identify, respectively, new upstream regulators and pharmacological inhibitors of ERMs. Secondly (ii), based on BRET2-chemical screen, we identified microtubules as new negative regulators of ERMs. We then showed that depolymerization of interphase microtubules at mitosis entry triggers ERM activation and cell rounding. Finally (iii), we showed that the G protein-coupled receptor TPα regulates the activity of ERMs in triple negative breast cancer cells. This regulation is important for the motility of these cells. To conclude, in addition to having developed new tools useful for large-scale studies, my PhD work has uncovered two new signaling pathways regulating ERMs during mitosis and cell motility. In addition to providing new information on a fundamental aspect, my work has provided new insights into the roles of ERMs in the development of metastasis.

La progression mitotique est principalement régulée par la phosphorylation et la déphosphorylation des protéines. La kinase dépendante des cyclines liée à la cycline B (Cdk1 - cycline B) et d'autres kinases phosphorylent une myriade de protéines pour promouvoir l’entrée à la mitose. Ces phosphorylations sont réversées par les phosphatases lors de la sortie mitotique. La protéine phosphatase 2A avec sa sous-unité régulatrice B55 (PP2A-B55) est une des principales phosphatases neutralisant les phosphorylations par Cdk1. Dans ce projet, nous avons vu que Ankle2 participe à la sortie de la mitose. En utilisant D. melanogaster comme modèle puissant, nous avons observé que Ankle2 est important pour le recrutement des protéines BAF et Lamin associées à l'enveloppe nucléaire (NE) à la télophase, assurant la formation d'un seul noyau. In vivo, nos résultats indiquent que Ankle2 est crucial pour le développement de l'embryon de drosophile, car les embryons ARNi Ankle2 sont arrêtés lors de la première mitose. Pour amorcer l’étude des mécanismes moléculaires par lesquels Ankle2 remplit ces foncions, nous avons identifié ses partenaires d’interactions. Nous avons constaté que Ankle2 est associé à une forme active de PP2A, suggérant Ankle2 comme une sous-unité régulatrice potentielle de PP2A. De plus, Ankle2 forme un complexe avec la cycline B et les Cdks mitotiques, et nos résultats génétiques suggèrent que les deux protéines peuvent avoir des rôles opposés. Nous avons également découvert que Ankle2 interagit avec la protéine du réticulum endoplasmique (ER) Vap33 à travers son motif FFAT. Dans ce projet, nous avons constaté que Ankle2 est une protéine associée au ER chez la drosophile qui est cruciale pour la complétion de la mitose, et que pourrait réguler l'activité des kinases et phosphatases mitotiques. Cette étude servira de base pour déchiffrer les mécanismes moléculaires précis par lesquels Ankle2 favorise la sortie de la mitose. / Protein phosphorylation and dephosphorylation is one of the mechanisms that regulates mitotic progression. Cyclin dependent kinase 1 bound to cyclin B (Cdk1 – cyclin B) and other kinases phosphorylate a myriad of proteins to promote early mitotic events. These phosphorylations are reversed by phosphatases during mitotic exit. The Protein Phosphatase 2A with its regulatory subunit B55 (PP2A-B55) is the major phosphatase counteracting Cdk1 phosphorylations. In this project, we have found that Ankle2 participates in mitotic exit. Using D. melanogaster as a model, we have found that Ankle2 is important for the Nuclear Envelope (NE)-associated proteins BAF and Lamin recruitment at telophase, ensuring the formation of a single nucleus. In vivo, we have found that Ankle2 is crucial for Drosophila embryo development, as RNAi Ankle2 embryos are arrested in the first mitosis. To study the molecular mechanisms by which Ankle2 promotes mitotic exit, we identified its interacting partners. We found that Ankle2 is associated with an active form of PP2A, suggesting Ankle2 as a potential regulatory subunit of PP2A. Moreover, Ankle2 engages in a complex with cyclin B and mitotic Cdks, and our genetic results suggest that Ankle2 and mitotic cyclin – Cdk complex may have opposite roles. We have also found that Ankle2 interacts with the Endoplasmic-Reticulum (ER) protein Vap33 through its FFAT motif. In this project, we have found that Ankle2 is an ER-associated protein in Drosophila that is crucial for completion of mitosis, probably regulating the activity of mitotic kinases and phosphatases. This study will serve as a basis to decipher the precise molecular mechanisms by which Ankle2 promotes mitotic exit.

Les microtubules, composants clés du cytosquelette des cellules eucaryotes, sont des polymères de tubuline très dynamiques et impliqués dans une grande variété de processus cellulaires. Leur rôle essentiel dans le cycle cellulaire a fait d’eux une cible validée en thérapie anticancéreuse. Malgré l’efficacité clinique des agents ciblant les microtubules (ACM), les effets secondaires compliquent l’utilisation. Nous avons cherché à identifier des vulnérabilités génétiques qui peuvent être exploitées pour diminuer la dose requise tout en maintenant l'efficacité, et donc réduire les effets secondaires. En collaboration avec le laboratoire Tyers à l’IRIC, nous avons réalisé un criblage génétique basé sur la létalité synthétique avec des agents antiprolifératifs, dont les ACMs. Nous avons sélectionné les gènes dont l’extinction sensibilisait les cellules aux ACMs. J’ai confirmé que l’invalidation de chacun des gènes GNA13, SEPHS1, DLGAP5 et des gènes QRICH1, DLGAP5 sensibilisaient les cellules NALM6 au docétaxel et la vincristine respectivement. En revanche, aucune invalidation de ces gènes n'a augmenté la sensibilité au docétaxel dans les cellules U2OS. En plus de son effet avec le docétaxel, le gène GNA13 s’est distingué être une cible particulièrement intéressante. En effet, la perte complète de GNA13 augmente considérablement la fréquence et la gravité d’erreurs de ségrégation des chromosomes dans les cellules U2OS. Cette augmentation n’a pas été rectifiée à la suite d’un traitement avec la molécule UMK57, connue pour réduire le taux d’erreurs de ségrégation des chromosomes. De manière intéressante, la perte complète de GNA13 augmente également la fréquence des erreurs de ségrégation des chromosomes dans les cellules RPE1, cellules non-cancéreuses et stables au niveau chromosomique. Cela suggère que la perte complète de GNA13 ne nécessite pas de transformation ni d'instabilité chromosomique, comme conditions préalables pour exacerber l'instabilité chromosomique. L’ensemble de ces résultats ouvre une nouvelle voie de stratégies thérapeutiques anticancéreuses, à savoir, le traitement des cancers présentant une mutation des gènes QRICH1, DLGAP5, GNA13, et SEPHS1 avec de faibles doses d’ACMs. En particulier, GNA13 est fréquemment muté dans certains lymphomes. De plus, les résultats obtenus démontrent que la perte complète de GNA13 aggrave l’instabilité chromosomique et par conséquent, pourrait être impliquée dans la cancérogenèse. / Microtubules, key components of the eukaryotic cytoskeleton, are highly dynamic polymers of tubulin implicated in a wide variety of cellular processes. Their essential roles in the cell cycle have made them a valid target in cancer therapy. Despite the clinical efficacy of microtubule targeting agents (MTA), their use is hampered by side effects. We sought to identify genetic vulnerabilities that can be exploited to decrease the required dose while maintaining efficacy, and therefore reduce side effects. In collaboration with the Tyers laboratory at IRIC, we carried out a genetic screen based on synthetic lethality with antiproliferative agents, including MTAs. We have selected genes whose knockout sensitized cells to MTAs. I have confirmed that the knockout of GNA13, SEPHS1, DLGAP5, and QRICH1, DLGAP5, sensitize NALM6 cells to docetaxel and vincristine respectively. However, no knockout of these genes increased the sensitivity to docetaxel in U2OS cells. In addition to its effect with docetaxel, GNA13 stood out as being a particularly exciting target. GNA13 knockout increased the frequency and severity of chromosome segregation errors in U2OS cells. This increase was not corrected following treatment with UMK57, a molecule known to reduce the rate of chromosome segregation errors. Interestingly, the GNA13 knockout also increased the frequency of chromosome segregation errors in non-cancerous and chromosomally stable RPE1 cells. This suggests that GNA13 does not require transformation nor chromosomal instability as prerequisites for exacerbating chromosomal instability. Overall, these results open up a new avenue of anticancer therapeutic strategies, namely, the treatment of cancers presenting mutations in QRICH1, DLGAP5, GNA13, and SEPHS1 with lower doses of MTAs. In particular, GNA13 is frequently mutated in certain lymphomas. In addition, the results obtained demonstrate that GNA13 knockout exacerbates chromosomal instability and, therefore, could be involved in carcinogenesis.

Durant la division cellulaire, la ségrégation des chromosomes et le partage du cytoplasme sont essentiels pour maintenir l'intégrité génomique. Cependant, les erreurs de ségrégation sont fréquentes chez l'embryon préimplantatoire de mammifère et entraînent un gain ou une perte de chromosomes, appelé aneuploïdie. L'aneuploïdie est préjudiciable au développement et est la principale cause de pertes de grossesse. La mitose est coordonnée par cycle cellulaire, notamment la Cycline-B. Comprendre comment la destruction de la Cycline-B contrôle la sortie de la mitose des embryons pourrait expliquer pourquoi l'aneuploïdie est courante en clinique de fertilité. Nous avons étudié la destruction de la Cycline-B en fonction du stade de développement et de l'aneuploïdie. La littérature suggère que l’aneuploïdie perturbe le cycle cellulaire conduisant les cliniques de fertilité à utiliser la durée du cycle cellulaire et la morphologie (morphocinétique) pour prédire la santé de l'embryon. Cependant, la prédiction de la ploïdie par morphocinétique reste à démontrer. Notre objectif était de savoir comment l'aneuploïdie affecte le cycle cellulaire et le développement de l'embryon. Après une micro-injection de CyclineB1:GFP (Cycline-B) et H2B:RFP (chromosomes), les embryons de souris furent imagés par microscopie confocale. Des cellules aneuploïdes furent générées chimiquement pour évaluer leurs morphocinétiques. Curieusement, l'apparition de la Cycline-B après nuclear envelope breakdown a été devancée avec la progression du développement indépendamment de la taille des cellules. De plus, les erreurs de ségrégation ont peu impacté le développement et la destruction de la Cycline-B. Nous concluons que la morphocinétique est un outil prédictif peu fiable pour identifier les embryons aneuploïdes. / During cell division, it is essential that chromosome segregation during mitosis, and the partitioning of the cytoplasm at cytokinesis occur in successive timing to maintain genomic integrity. However, segregation errors are frequently observed in the early mammalian embryo, causing daughter cells to inherit whole chromosome gains and losses, termed aneuploidy. Aneuploidy is detrimental to development, being the leading cause of pregnancy loss and developmental disorders. The timing of mitosis is coordinated by the cell cycle component, Cyclin B. Understanding how Cyclin B destruction temporally controls mitotic exit in embryos could help elucidate why aneuploidy is common in IVF clinics. We investigate how Cyclin B destruction changes in different developmental stages and the presence of aneuploidy. Literature suggests aneuploidy disrupts the cell cycle, leading IVF clinics to use cell cycle timings and morphology (morphokinetics) to predict embryo health. However, whether morphokinetics predicts embryo ploidy is uncertain. We seek to investigate how aneuploidy affects the cell cycle and embryo development. We used live-cell confocal imaging and microinjection of CyclinB1:GFP and H2B:RFP mRNA to visualise Cyclin B and chromosomes during mitosis in the 2-, 4- and 8-cell stage mouse embryo. Secondly, we pharmacologically-induced aneuploidy to assess aneuploid morphokinetics. Interestingly, we observe a developmental trend, independent of cell size, where Cyclin B onset begins progressively sooner after NEBD at the 2-, 4- and 8-cell stage. Additionally, chromosome segregation errors had little impact on Cyclin B destruction and development. Finally, we find morphokinetics to be a poor predictive tool in identifying aneuploid embryos.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'algue unicellulaire Gonyaulax polyedra est notre modèle pour l'étude des mécanismes reliant l'horloge interne aux rythmes circadiens observés. La bioluminescence, présente lors de la phase de nuit, ainsi que la division cellulaire observée au début de la phase de jour sont les deux rythmes sur lesquels porte la présente étude. Chez Gonyaulax, la présence des protéines LBP et luciférase, limitée à la phase obscure, permet la production de lumière. Une régulation au niveau de la traduction par une protéine inhibitrice CCTR se fixant en région 3 de l'ARNm LBP permet l'expression cyclique de la protéine LBP in vivo chez Gonyaulax polyedra . La construction d'une banque d'ADNc dans un vecteur d'expression constitutive (le p425 GPD) représente l'outil nécessaire pour l'isolation d'un ADNc codant pour la protéine CCTR. Cette isolation repose sur un mécanisme moléculaire d'interaction in vivo de la protéine CCTR avec la région régulatrice de l'ARNm lbp annexée à un gène létal inductible (le gène GSP1) dans la construction du plasmide pCS7. La transformation de levure possédant le pCS7 avec la banque d'ADNc permettrait la production de CCTR actif dans la levure et ainsi l'inhibition de la traduction de l'ARNm GSP1 par fixation du CCTR à la région régulatrice de lbp. Le criblage d'une banque d'ADNc comportant 2,8 x 105clones a été effectué. La croissance de 127 colonies a été observée lors du premier criblage de la banque. Chaque colonie a été soumise à une extraction d'ADN plasmidique et les plasmides obtenus ont été utilisés pour une seconde transformation dans les levures porteuses du pCS7. Le second criblage nous a permis de constater qu'aucun de ces positifs ne peut produire une protéine CCTR fonctionnelle. Une contamination par des levures d'une autre souche ou par une source de carbone permettant la croissance (telle que le glucose), une présence de "révertants" ou le clonage d'un ADNc codant pour le facteur de sélection du pCS7 peuvent être à l'origine de ces "faux positifs" obtenus. La production de clones supplémentaires afin d'augmenter statistiquement les chances de représentation d'un gène impliqué dans la génération d'un rythme circadien, ainsi que la transformation répétée de la banque dans les mêmes cellules pour permettre de réunir les différentes composantes qui pourraient être nécessaires à la formation d'un CCTR actif, pourraient permettre d'isoler un ADNc codant pour une protéine CCTR active. Chez la majorité des dinoflagellés on observe la présence d'une phase S dans le cycle cellulaire. De plus, chez Gonyaulax, la division cellulaire est limitée à l'aurore. Il est donc probable que la protéine kinase p34œk2qui régule la formation de l'hétérodimère MPF (impliqué dans l'initiation de la division cellulaire) soit également sujette à une régulation par l'horloge circadienne. L'isolation d'un homologue de la protéine kinase p34ede2repose sur une technique de clonage par compensation d'une mutation. Les levures de la souche cdc28 ne peuvent se diviser normalement à température restrictive de 34°C à cause d'une mutation thermosensible de la protéine kinase p34edc2. La transformation de la banque d'ADNc construite dans des levures de cette souche, puis l'incubation à température restrictive, permet le criblage pour un homologue de la p34cdc2. Le premier criblage de la banque a permis la croissance de sept colonies qui ont toutes été soumises à une extraction d'ADN plasmidique puis à une retransformation dans les cellules de la souche cdc28. Aucun des positifs n'a franchi le seuil de ce second test. Le criblage de clones supplémentaires ou encore le criblage pour un homologue de la cycline (la seconde composante du MPF) pourrait permettre d'isoler directement ou indirectement l'homologue de la p34cdc2.