KRAS est parmi les gènes les plus fréquemment mutés dans les cancers humains, tel que ~ 45% des cancers colorectaux (CCR). Malgré les efforts déployés pour réduire son potentiel oncogénique, KRAS muté est fréquemment associé à la résistance aux médicaments et est extrêmement difficile à cibler sur le plan thérapeutique. Les protéines à la surface cellulaire sont souvent dérégulées dans les cancers et sont des cibles thérapeutiques attrayantes en raison de leur accessibilité aux anticorps. Nous avons séquençé les ARNm de cellules épithéliales intestinales exprimant KRAS muté et observé que ces dernières présentaient des changements importants dans les gènes codant pour des protéines de surface cellulaire. Par conséquent, notre objectif était d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques exprimées à la surface de cellules transformées par l’oncogène KRAS. En utilisant une approche de pointe en protéomique de surface cellulaire, nous avons identifié plusieurs protéines différentiellement exprimées dans les cellules avec KRAS muté par rapport à leurs homologues de type sauvage. Nous avons ensuite effectué un crible CRISPR/Cas9 basé sur les protéines de surface cellulaire, qui a révélé que la perte de la protéine Atp7a affectait de manière différentielle les cellules épithéliales intestinales, en fonction de leur statut KRAS. De façon intéressante, nous avons constaté que ATP7A était régulé à la hausse dans les cellules avec KRAS muté par rapport à leurs homologues de type sauvage. ATP7A a un double rôle dans les cellules; alors qu'il est essentiel pour la maturation des enzymes dépendantes du cuivre (Cu), ATP7A protège les cellules d'une toxicité excessive induite par le Cu (cuproptose). Chez l'homme, les mutations dans ATP7A entraînent des troubles caractérisés par des déficiences systémiques dans le transport et les niveaux de Cu. Chez les animaux et dans les modèles de culture cellulaire, tel que les cellules épithéliales intestinales, les niveaux intracellulaires de Cu sont directement corrélés avec l'abondance post-transcriptionnelle d'ATP7A. Dans le même ordre d'idées, nous avons observé que les cellules de CCR avec KRAS muté avaient relativement plus de Cu intracellulaire, et la surexpression d'ATP7A protégeait les cellules KRAS muté de la cuproptose, par rapport à leurs homologues de type sauvage. Nous avons également observé que la croissance in vivo des xénogreffes KRAS mutées était réduite lorsque les souris étaient nourries avec un régime pauvre en Cu. Le Cu est utilisé par plusieurs enzymes qui régulent des fonctions cellulaires critiques, notamment la respiration mitochondriale, la motilité cellulaire et la prolifération. Nous montrons que les cellules mutantes KRAS étaient plus sensibles au chélateur de Cu, ammonium tetrathiomolybdate (TTM), par rapport aux cellules de type sauvage. De plus, les cellules avec KRAS muté traitées avec le TTM ont présenté des activités réduites de MEK1/2 dépendant du Cu et de l'enzyme de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale, cytochrome c oxidase (CCO). Nous avons été surpris de constater que le transporteur de Cu de haute affinité, CTR1, est régulé à la baisse dans les cellules avec KRAS muté, et avons donc émis l'hypothèse que les cellules KRAS mutées doivent absorber le Cu par d'autres moyens. Ainsi, nous avons constaté que la macropinocytose agit comme une voie non canonique d'approvisionnement en Cu dans les cellules avec KRAS muté. Le traitement de cellules in vivo avec l'inhibiteur de la macropinocytose, EIPA, a inhibé l'expression d'ATP7A et diminué le Cu biodisponible dans les xénogreffes KRAS mutées. En conclusion, nos résultats montrent que les cellules avec KRAS muté augmentent les niveaux de Cu et d'ATP7A pour soutenir la tumorigenèse en augmentant l'activité cuproenzymatique et diminuant la cuproptose. Cette étude est pertinente pour le cancer, car les tissus tumoraux contiennent fréquemment des niveaux de Cu plus élevés que les tissus normaux. Des études récentes ont mis en évidence un potentiel de repositionnement du chélateur de Cu TTM, qui est disponible en clinique et utilisé pour traiter les troubles du Cu. Nos résultats démontrent que la biodisponibilité du Cu pourrait être exploitée pour traiter le CCR avec KRAS muté avec de tels inhibiteurs. Les travaux futurs comprennent l'identification de stratégies combinatoires qui peuvent être améliorer les effets anti-cancéreux de la chélation du Cu. / KRAS is amongst the most frequently mutated genes driving human cancers, including ~ 45% of colorectal cancers (CRC). Despite intense efforts to curb its oncogenic potential, mutant KRAS is frequently associated with drug resistance and is extremely challenging to target therapeutically. Cell-surface proteins are often spatially dysregulated in cancers and are attractive therapeutic targets due to their easy accessibility. We performed RNA sequencing of mutant KRAS-expressing intestinal epithelial cells and observed that cells undergoing transformation exhibited dramatic changes in cell surface-coding genes. Therefore, our goal was to identify novel druggable targets expressed at the cell surface of mutant KRAS-transformed cells. Using a cutting-edge cell surface proteomics approach, we identified several differentially expressed proteins at the surface of KRAS-mutant cells compared to wild-type counterparts. We then performed a cell surface based CRISPR/Cas9 screen, which revealed that loss of the copper exporter Atp7a differentially affected the fitness of intestinal epithelial cells, depending on their KRAS status. Interestingly, we found that ATP7A was upregulated in KRAS-mutant cells compared to wild-type counterparts. ATP7A has a dual role in cells; while it is essential for maturation of copper (Cu)-dependent enzymes, ATP7A protects cells from excess Cu-induced toxicity (cuproptosis). In humans, ATP7A mutations result in disorders characterized by systemic deficiencies in Cu transport and levels. In animals and in tissue culture models, including intestinal epithelial cells, intracellular Cu levels are directly correlated with the post-transcriptional abundance of ATP7A. In line with this, we observed that KRAS-mutant CRC cells and tissues had relatively more intracellular Cu, and ATP7A-overexpression protected KRAS-mutant cells from cuproptosis, compared to wild-type counterparts. We also observed that in vivo growth of KRAS-mutant xenografts was reduced when mice were fed a Cu-deficient diet. Cu is utilized by several enzymes that regulate critical cellular functions including mitochondrial respiration, cell motility and proliferation. We show that KRAS-mutant cells were more sensitive to the Cu chelating drug ammonium tetrathiomolybdate (TTM), compared to wild-type cells. Moreover, TTM-treated KRAS-mutant cells displayed reduced activities of Cu-dependent MEK1/2 and mitochondrial electron transport chain enzyme, cytochrome c oxidase (CCO). We were surprised to find that the high-affinity CTR1 importer is downregulated in KRAS-mutant cells, and so we hypothesized that KRAS cells must uptake Cu through alternate means. In accordance with this, we found that macropinocytosis acts as a non-canonical Cu-supply route in KRAS-mutant cells. In vivo, treating cells with the macropinocytosis inhibitor EIPA, inhibited the expression of ATP7A and decreased bioavailable Cu in KRAS xenografts. In conclusion, our results show that KRAS-mutant cells increase Cu and ATP7A levels, likely to support tumorigenesis by elevating cuproenzymatic activity and parallelly dealing with cuproptosis. This study is relevant to cancer as tumor tissues and patients contain higher Cu levels than normal controls. Recent studies have highlighted a potential for repurposing the clinically available copper chelator TTM, which is used to treat Cu disorders. Our results demonstrate that copper bioavailability could be exploited to treat KRAS-mutated CRC with such inhibitors. Future work includes identification of combinatorial strategies that may be synthetic lethal to copper chelation.

Introduction: Le dalcétrapib est un inhibiteur de la protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP) qui augmente le niveau du cholestérol-HDL. Des études d’association pangénomiques ont révélé une association entre les polymorphismes du gène adénylate cyclase de type 9 (ADCY9) et les réponses au dalcétrapib. Le but de cette étude était d’identifier le polymorphisme nucléotidique (SNP) causal, ce qui pourrait mener à comprendre le mécanisme moléculaire modifiant les effets du dalcétrapib sur les bénéfices cardiovasculaires. Méthodes: Des essais d’EMSA (electrophoretic mobility shift assay) ont été réalisés afin d’analyser les effets modificateurs de douze SNPs candidats sur la liaison de protéines nucléaires, provenant de cellules monocytaires THP-1. Ensuite, des essais de transfections avec un gène rapporteur ont été utilisées pour évaluer l’effet transcriptionnel de ces SNPs. La liaison des protéines au SNP rs12920508 a par la suite été étudiée par des chromatographies d’affinité d’ADN suivies par des spectrométries de masse et par MC-EMSA (multiplexed competitor EMSA). Résultats: Sept sur douze SNPs ont démontré une liaison spécifique à un allèle qui n’a pas été influencée par l’exposition des cellules au dalcétrapib. Le résultat des transfections de vecteurs rapporteurs dans les cellules THP-1 a montré que les constructions plasmidiques portant les variants rs1967309 et rs12920508 augmentaient l’activité transcriptionnelle. Onze protéines ont été identifiées comme des candidats potentiels pouvant se lier à la région du SNP rs12920508. De plus, la région contenant les deux variants rs1967309 et rs12920509 a présenté une activité transcriptionnelle accrue et significativement plus élevée pour l’haplotype délétère. Conclusion: Le polymorphisme rs1967309 semble causer la majorité des effets fonctionnels dans la lignée cellulaire THP-1. Cependant, une interaction avec le SNP rs12920508 ou la présence de la région de ce SNP pourrait être nécessaire pour l’activité optimale de rs1967309. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour élucider le lien entre le SNP potentiellement causal et les réponses cardiovasculaires induites par le dalcétrapib. / Introduction: Dalcetrapib is a cholesteryl ester transfer protein (CETP) inhibitor that increases the circulating level of HDL-cholesterol. Genome-wide association studies have revealed an association between polymorphisms found in the adenylate cyclase type 9 (ADCY9) gene and responses to dalcetrapib, including its cardiovascular benefits. The purpose of this study was to identify the causal single nucleotide polymorphisms (SNP) which could lead to understand the molecular mechanisms altering dalcetrapib effects on cardiovascular outcomes. Methods: Electrophoretic mobility shift assays (EMSA) were performed to analyze the allele-specific effects of the best causal SNP candidates on binding with nuclear proteins obtained from a THP-1 monocytic cell line. Afterwards, a dual luciferase reporter assay was used to assess the effect of selected genetic variants on gene transcription. Protein binding to SNP rs12920508 was investigated by DNA-affinity chromatography followed by mass spectrometry and multiplexed competitor EMSA. Results: Seven out of 12 SNPs demonstrated allele-specific protein binding, which was not influenced by dalcetrapib exposure of the cells. Results from dual luciferase reporter assay showed that plasmid constructs bearing variants rs12920508 and rs1967309 increased transcriptional activity when transfected into THP-1 undifferentiated monocytic cells. Eleven proteins were identified as potential candidates binding to region of SNP rs12920508. Additionally, region containing both SNPs rs1967309 and rs12920508 displayed increased transcriptional activity with significantly higher activity for deleterious haplotype. Conclusion: Polymorphism rs1967309 seems to be causing most functional effects in the THP-1 monocytic cell line. However, an interaction with rs12920508 or presence of the DNA region of this SNP may be necessary for optimal activity of rs1967309. Further work is required to elucidate the link between potentially causal SNPs and cardiovascular responses induced by dalcetrapib.

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Les patientes atteintes d’un cancer de l’ovaire à cellules claires (COCC) de stade avancé ont un très faible taux de survie après 5 ans à cause d’une forte résistance aux traitements. Depuis 30 ans, la stratégie thérapeutique du COCC consiste en une combinaison de carboplatine et paclitaxel (CP). Il est donc urgent de proposer de nouveaux traitements pour ce cancer. En étudiant une lignée cellulaire issue d’un COCC, nous avons observé que le traitement CP induisait un état de sénescence. Les cellules sénescentes ne prolifèrent plus mais peuvent impacter leur environnement en sécrétant un mélange complexe de molécules. Proposer de nouveaux traitements pour cibler les cellules sénescentes induites par la chimiothérapie nécessite de mieux connaître leurs caractéristiques. Dans ce but, nous avons étudié les protéines à la surface des cellules sénescentes à l’aide d’une méthode de protéomique de pointe. Nous avons trouvé que la protéine DNAJC5 est fortement augmentée à la surface des cellules sénescentes. Cette chaperonne est impliquée dans les mécanismes d’exo- et endocytose, ainsi que dans une voie de sécrétion non-conventionnelle des protéines. Nous avons cherché à savoir si cette voie était activée dans les cellules sénescentes, et avons également étudié l’impact de l’inhibition de DNAJC5 sur la protéotoxicité des cellules, ainsi que sur l’établissement de la sénescence. Nos premiers résultats suggèrent que DNAJC5 aurait un rôle dans la sénescence qui n’a encore jamais été observé. À long terme, cette découverte pourrait contribuer au développement de nouveaux traitement dans le COCC. / Patients treated for an advanced ovarian clear cell carcinoma (OCCC) have a poor 5-year survival rate due to treatment resistance. Since 30 years, the therapeutic strategy consists of a combination of carboplatin and paclitaxel (CP). It is of the upmost urgency to find new treatments against this cancer. We studied the impact of CP treatment on an OCCC cell line and observed that it induced a senescence state in the cells. Senescent cells do not proliferate anymore but have a huge impact on their microenvironment by secreting a complex mix of molecules. We need to know better the characteristics of chemotherapy-induced senescent cells to be able to target them with new treatments. Consequently, we studied the cell surface proteins of senescent cells with a cutting-edge proteomic method. We found that the protein DNAJC5 was upregulated at the cell surface of senescent cells. This chaperone is implicated in exo- and endocytosis mechanisms, as well as in a non-conventional secretion pathway. We wanted to know if this pathway was activated in senescent cells and we studied the impact of DNAJC5 inhibition on the cell proteotoxicity and on senescence establishment. Our first results suggest that DNAJC5 would have a role in senescence, which has never been observed. In the future, this discovery could contribute to the development of new treatments for the COCC.

Le recrutement des leucocytes dans les tissus est un processus courant dans toutes les maladies inflammatoires de l'adulte. Celui-ci est médié par des interactions de haute affinité entre les molécules d'adhésion endothéliales à la surface des vaisseaux sanguins et leurs ligands sur les cellules immunitaires circulantes. Ce processus implique une multitude de molécules telles que ICAM1, VCAM1 et les sélectines pour soutenir la « capture » des cellules immunitaires et leur extravasation à travers les cellules endothéliales vasculaires. Nos résultats préliminaires suggèrent que le récepteur ALK1, exprimé spécifiquement sur les cellules endothéliales, pourrait réguler l'expression de ces molécules d'adhésion. Pour examiner l'impact de la signalisation ALK1 sur le recrutement des cellules immunitaires, nous avons utilisé des lignées de cellules endothéliales siALK1 (HUVECs) traitées avec du lipopolysaccharide (LPS) pour induire un processus inflammatoire. Tout d'abord, l'expression des gènes, examinée par Ampliseq, a montré une diminution significative de l'expression de ICAM1, VCAM1 et E-sélectine dans les HUVECs siALK1 par rapport au contrôle. De plus, l'analyse par cytométrie en flux a démontré que l'expression des protéines d'adhésion augmentent dans les cellules traitées avec du LPS, mais que cet effet est atténué dans les cellules endothéliales dépourvues d'ALK1. De plus, nous avons observé que le p38 phosphorylé, un facteur qui joue un rôle clé dans le processus inflammatoire, est diminué dans les cellules siALK1. Enfin, pour étudier les conséquences fonctionnelles de la délétion d'ALK1 sur les interactions leucocytes/cellules endothéliales, un test d'adhésion en flux est réalisé, dans lequel les leucocytes circulent sur les cellules endothéliales et l'extravasation des cellules immunitaires est observée au microscope. Les résultats ont montré une diminution de l'infiltration des leucocytes dans les HUVECs siALK1 par rapport aux témoins. En conclusion, nos données démontrent qu'ALK1 a un impact majeur sur le recrutement des leucocytes vers l'endothélium par l'expression de protéines d'adhésion ainsi que par la normalisation vasculaire. Ce projet contribue à une meilleure compréhension de l'interaction entre les leucocytes et l'endothélium vasculaire. / Leukocyte recruitment into tissues is a common process in all adult inflammatory diseases. This is mediated by high affinity interactions between endothelial adhesion molecules and their counter receptor ligands on circulating immune cells. This process involves a multitude of molecules such as ICAM1, VCAM1 and selectins to support the "capture’’ of immune cells and their extravasation through vascular endothelial cells. Our preliminary results suggest that ALK1 receptor, expressed specifically on endothelial cells, could regulate the expression of these adhesion molecules. To examine the impact of ALK1 signaling on immune cells recruitment, we used siALK1 endothelial cell lines (HUVECs) treated with LPS (Lipopolysaccharide) to induce an inflammatory process. First, gene expression, examined by Ampliseq, showed a significant decrease in ICAM1, VCAM1 and E-selectin expression in siALK1 HUVECs compared to control. Furthermore, flow cytometry analysis demonstrated that adhesion protein expression increases in control cells treated with LPS, but that this effect is lessened in endothelial cells lacking ALK1. Moreover, we observed that phosphorylated p38, a factor that plays a key role in inflammatory process, is decreased in siAlk1 cells. Finally, to study the functional consequences of ALK1 deletion on leukocyte/endothelial cells interactions, a flow adhesion assay is performed, in which leukocytes circulate on endothelial cells and extravasation of immune cells is observed under a microscope. The results showed decreased leukocyte infiltration in siALK1 HUVECs compared to controls. In conclusion, our data demonstrate that ALK1 has a major impact on leukocyte recruitment to the endothelium through the expression of adhesion proteins and the vascular normalization. This project contributes to a better understanding of the interaction of leukocytes and the vascular endothelium.

La dysfonction diastolique du ventricule gauche (DDVG) réfère à une rigidité ainsi qu’à des troubles de relaxation au niveau de ce ventricule pendant la phase de la diastole. Nos connaissances sur les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette pathologie demeurent limités. Les analyses géniques sont indispensables afin de bien identifier les voies par lesquelles cette maladie progresse. Plusieurs techniques de quantification de l’expression génique sont disponibles, par contre la RT-qPCR demeure la méthode la plus populaire vu sa haute sensibilité et de ses coûts modérés. Puisque la normalisation occupe un aspect très important dans les expériences de RT-qPCR, nous avons décidé de sélectionner des gènes montrant une haute stabilité d’expression dans un modèle de DDVG de lapin. Nous avons alors exposé 18 lapins blancs soit à une diète normale (n=7) ou bien à une diète hypercholestérolémiante additionnée de vitamine D2 (n=11). La DDVG a été évaluée par des mesures échocardiographiques. L’expression de l’ARNm de dix gènes communément utilisés dans la littérature comme normalisateur (Gapdh, Hprt1, Ppia, Sdha, Rpl5, Actb, Eef1e1, Ywhaz, Pgk1, et G6pd) a été mesurée par RT-qPCR. L’évaluation de leur stabilité a été vérifiée par les algorithmes de geNorm et Normfinder. Sdha et Gapdh ont obtenu les meilleurs scores de stabilité (M<0.2) et ont été suggérés par le geNorm, comme meilleure combinaison. Par contre, l’utilisation de Normfinder mène à la sélection d’Hprt1 et Rpl5 comme meilleure combinaison de gènes de normalisation (0.042). En normalisant par ces deux combinaisons de gènes, l’expression de l’ARNm des peptides natriurétiques de type A et B (Anp et Bnp), de la protéine chimiotactique des monocytes-1 (Mcp-1) et de la sous unité Nox-2 de la NADPH oxydase ont montré des augmentations similaires chez le groupe hypercholestérolémique comparé au groupe contrôle (p<0.05). Cette augmentation d’expressions a été corrélée avec plusieurs paramètres échocardiographiques de DDVG. À notre connaissance, c’est la première étude par laquelle une sélection de gènes de référence a été réalisée dans un modèle de lapin développant une DDVG. / Left ventricular diastolic dysfunction (LVDD) is characterized by the diminution of ventricle’s performance, its incapacity to relax normally and an increase of blood filling pressure. LVDD is considered as a main cause of heart failure in approximately 50% of patients suffering from this disease. However, the molecular mechanisms underlying LVDD remain unclear. Real-time quantitative PCR (RT-qPCR) is widely used in gene-expression studies. In this study we attempt to establish normalization genes for gene expression analysis in a rabbit model of LVDD. Eighteen New-Zealand white rabbits were exposed to normal (n=7) or 0.5% hypercholesterolemic (n=11) diet supplied by vitamin D2; an LVDD animal model previously characterized in our Laboratory. LVDD was assessed by echocardiography. RT-qPCR was performed using cDNA from left ventricle samples and measuring the stability of 10 candidate genes as normalisers (Gapdh, Hprt1, Ppia, Sdha, Rpl5, Actb, Eef1e1, Ywhaz, Pgk1, and G6pd). We found that Sdha and Gapdh are the most stable genes using geNorm analysis with very high stability average M <0.2. By contrast, Hprt1 and Rpl5 were found to be the best combination for normalization with a stability value of 0.042 when using Normfinder. Comparison of both normalization strategies highlighted an increase of Anp, Bnp, Mcp-1 and Nox-2 mRNA expression in the hypercholesterolemic rabbits (p<0.05) compared to normal controls. This increase correlates with different DD parameters and validates the development of the disease in our model. To our knowledge, this is the first study highlighting stable reference genes for RT-qPCR normalization in a validated rabbit model of LVDD.

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques. / Gene transcriptional regulation is crucial for appropriate cell functioning. Genes must be properly expressed in the right cell type as well as at the right developmental and differenciation stage in order to allow the cells to accomplish their functions. Abnormal expression of one or many genes can dramatically influence cell fate. Diverse cis (ex : promoters and enhancers) and trans (transcriptional machinery and transcription factors) elements are involved in transcriptional regulation. Genes of the human beta-globin (hub) locus are expressed in erythroid cells and are thightly regulated during development and differentiation. Mutations in several regions of the locus are involved in beta-thalassemia. We used this well characterized model in order to study different regulation mechanisms that are mediated by transcription factors expressed in erythroid cells. We were interested in the important role of the cis element HS2 from the Locus control region. This region contains several binding sites for transcription factors that are involved in hub locus gene regulation. Our results show that HS2 has a role in chromatin organization of the locus which is distinct from its enhancer function. Moreover, HS2 is not essential for high level beta gene expression while it is important for gamma gene expression. This suggest that the influence of transcription factors recruited to HS2 varies during development. Secondly, we investigated HS2 importance during erythroid differentiation. It was reported the HS2 deletion strongly influences chromatin potentiation of beta gene. Potentiation in progenitor cells favors gene transcriptional activation in mature cells. We characterized transcription factor recruitment to HS2 and b promoter in hematopoietic progenitor cells (HPC). Our results show that EKLF is involved in chromatin potentiation and favors the recruitment of BRG1, p45 and CBP in HPC. GATA-1 expression in mature erythroid cells allows GATA-1 recruitment to hub locus in these cells. These data suggest that EKLF and GATA-1 combination is required to allow maximal beta gene activation in mature erythroid cells. Another factor involved in hub locus regulation is Ikaros. We studied its recruitment to hub locus and found that Ikaros is involved in gamma gene repression. Our data also shows that GATA-1 is involved in the repression of these genes and that it interacts with Ikaros. Together, Ikaros and GATA-1 favors the formation of a repressive complex to gamma promoters. In this study, we also observed that Ikaros and GATA-1 are involved in Gata2 gene repression. Interestingly, we have also characterized the repression mechanism of Hes1 gene (a Notch target gene) during erythroid differentiation. Similar to what is observed for gamma genes, Hes1 is also repressed by Ikaros and GATA-1. Collectivelly, our data suggest that Ikaros and GATA-1 combination is associated with the repression of several genes in erythroid cells. Globally, this thesis reports new mechanisms of action for different transcription factors in erythroid cells. Particularly, our work allows us to propose a model for hub locus gene regulation during development and differentiation. Moreover, we show for the first time that the combination of Ikaros and GATA-1 is relevant for gene regulation in erythroid cells. Several mutations in the transcription factors that we studied were associated with beta-thalassemia or leukemia. Our work will thus help to better understand mechanisms of action of these transcription factors in order to potentially use them as therapeutical targets.

L'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) permet de maintenir l'homéostasie de l'organisme face à divers stress. Qu'ils soient de nature psychologique, physique ou inflammatoire/infectieux, les stress provoquent la synthèse et la libération de CRH par l'hypothalamus. Les cellules corticotropes hypophysaires perçoivent ce signal et en réaction, produisent et sécrètent l'ACTH. Ceci induit la synthèse des glucocorticoïdes (Gc) par le cortex surrénalien; ces stéroïdes mettent le système métabolique en état d’alerte pour la réponse au stress et à l’agression. Les Gc ont le rôle essentiel de contrôler les défenses de l'organisme, en plus d'exercer une rétro-inhibition sur l'axe HPA. L'ACTH est une petite hormone peptidique produite par le clivage d'un précurseur: la pro-opiomélanocortine (POMC). À cause de sa position critique dans la normalisation de l'homéostasie, le contrôle transcriptionnel du gène Pomc a fait l'objet d'études approfondies au cours des dernières décennies. Nous savons maintenant que la région promotrice du gène Pomc permet une expression ciblée dans les cellules POMC hypophysaires. L'étude du locus Pomc par des technologies génomiques m'a permis de découvrir un nouvel élément de régulation qui est conservé à travers l'évolution des mammifères. La caractérisation de cet enhancer a démontré qu'il dirige une expression restreinte à l'hypophyse, et plus particulièrement dans les cellules corticotropes. De façon intéressante, l'activité de cet élément dépend d'un nouveau site de liaison recrutant un homodimère du facteur de transcription Tpit, dont l'expression est également limitée aux cellules POMC de l'hypophyse. La découverte de cet enhancer ajoute une toute nouvelle dimension à la régulation de l'expression de POMC. Les cytokines pro-inflammatoires IL6/LIF et les Gc sont connus pour leur antagonisme sur la réaction inflammatoire et sur le promoteur Pomc via l'action des facteurs de transcription Stat3 et GR respectivement. L'analyse génomique des sites liés ii par ces deux facteurs nous a révélé une interrelation complexe et a permis de définir un code transcriptionnel entre ces voies de signalisation. En plus de leur action par interaction directe avec l’ADN au niveau des séquences régulatrices, ces facteurs interagissent directement entre eux avec des résultats transcriptionnels différents. Ainsi, le recrutement de GR par contact protéine:protéine (tethering) sur Stat3 étant lié à l'ADN provoque un antagonisme transcriptionnel. Inversement, le tethering de Stat3 sur GR supporte une action synergique, tout comme leur co-recrutement à l'ADN sur des sites contigus ou composites. Lors d'une activation soutenue, ce synergisme entre les voies IL6/LIF et Gc induit une réponse innée de défense cellulaire. Ainsi lors d'un stress majeur, ce mécanisme de défense est mis en branle dans toutes les cellules et tissus. En somme, les travaux présentés dans cette thèse définissent les mécanismes transcriptionnels engagés dans le combat de l'organisme contre les stress. Plus particulièrement, ces mécanismes ont été décrits au niveau de la réponse globale des corticotropes et du gène Pomc. Il est essentiel pour l'organisme d'induire adéquatement ces mécanismes afin de faire face aux stress et d'éviter des dérèglements comme les maladies inflammatoires et métaboliques. / The hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis regulates homeostasis in various conditions of stress contributing to both the stress response and its termination. Psychological, physical or inflammatory/infectious stresses all prompt the synthesis and secretion of hypothalamic CRH. The pituitary corticotrope cells receive this signal and in turn, secrete ACTH which triggers the synthesis of glucocorticoids (Gc) by the adrenal cortex; these steroids induce a general state of alertness in order to fight or flight aggressions and stresses. Glucocorticoids have the critical role to restrict the stress response by exerting a negative feedback on the HPA axis. ACTH is a small peptidic hormone produced after cleavage of a precursor protein: pro-opiomelanocortin (POMC). Due to its critical role in homeostasis, transcriptional control of the Pomc gene has been intensely studied during the last decades. Previous investigations identified a promoter region that is sufficient for expression of Pomc in the appropriate pituitary cells. Genome-wide studies of the Pomc locus led me to discover a novel regulatory element that is conserved throughout mammalian evolution. The activity of this enhancer is restricted to the pituitary, and more precisely to the corticotrope lineage. Interestingly, its activity depends on a novel transcription factor binding motif that binds homodimers of Tpit, a transcription factor that is only found in pituitary POMC cells. The discovery of this enhancer adds a new dimension in the control of pituitary Pomc expression. The IL6/LIF pro-inflammatory cytokines and the glucocorticoids are well known for their antagonism in control of the inflammatory response; at the Pomc promoter, their action is mediated by the transcription factors Stat3 and GR, respectively. The analysis of genomic sites bound by these two factors revealed a complex relationship and led us to define a transcription regulatory code linking these signalling pathways. In addition to their direct DNA interaction with cognate regulatory sequences, these factors iv interact with each other with different outcomes. Thus, the recruitment of GR on DNAbound Stat3 through protein:protein contacts (tethering) results in transcriptional antagonism. Conversely, Stat3 tethering to GR produces synergism; this is also the case when the two factors are co-recruited to DNA on contiguous or composite binding sites. Prolonged activation of the IL6/LIF and Gc pathways elicits a synergistic innate cell defense response in all cells and tissues. In summary, this doctoral work has defined transcriptional mechanisms that mediate and control the stress response. In particular, pituitary components of the stress response were defined at the level of the Pomc gene and as a global response of corticotrope cells. This response is critical for appropriate organism defense during stresses such as those produced in inflammatory and metabolic diseases.

Les mélanomes malins (MM) constituent le deuxième type de cancer le plus fréquent chez les jeunes adultes canadiens (entre 20 et 44 ans) ainsi qu’un des rares cancers dont l’incidence augmente annuellement. À moins que les MM ne soient excisés à temps par chirurgie, les chances de survie des patients sont pratiquement nulles puisque ce type de tumeur est très réfractaire aux traitements conventionnels. Il est bien connu que l’exposition aux rayons ultraviolets (UV), induisant des photoproduits génotoxiques, est une déterminante majeure dans l’acquisition de MM. À cet effet, la réparation par excision de nucléotides (NER) est la ligne de défense principale contre le développement des mélanomes puisqu’elle est la voie de réparation prépondérante en ce qui a trait aux dits photoproduits. Malgré cela, la contribution potentielle de défauts de la NER au développement des MM dans la population normale n’est toujours pas bien établie. Notre laboratoire a précédemment développé une méthode basée sur la cytométrie de flux qui permet de mesurer la NER en fonction du cycle cellulaire. Cette méthode a déjà mise en évidence qu’une déficience de l’activité de la protéine ATR peut mener à une déficience de la NER exclusive à la phase S dans des fibroblastes humains. Pareillement, nous avons démontré que plusieurs lignées cellulaires cancéreuses modèles comportent une déficience en NER en phase S, suggérant qu’une telle déficience puisse caractériser certains types de cancers. Nous avons voulu savoir si une déficience en NER en phase S pouvait être associée à une proportion significative de mélanomes et si le tout pouvait être attribuable à une diminution de l’activité d’ATR. Nos objectifs ont donc été de : (i) mesurer l’efficacité de la NER en fonction du cycle cellulaire dans les MM en comparaison avec les mélanocytes primaires, (ii) vérifier si le niveau d’activité d’ATR corrèle avec l’efficacité de la NER en phase S dans les lignées de MM et (iii) voir si un gène fréquemment muté dans les mélanomes (tels PTEN et BRAF) pouvait coopérer avec ATR pour réguler la NER en phase S dans les mélanomes. Nous avons démontré que 13 lignées de MM sur 16 ont une capacité grandement diminuée à réparer les photoproduits induits par UV spécifiquement en phase S. De plus, cette déficience corrèle fortement avec une réduction de l’activation d’ATR et, dans plusieurs lignées de MM, avec une phosphorylation d’Akt plus importante. L’utilisation d’ARN interférent ou d’un inhibiteur du suppresseur de tumeurs PTEN, a permis, en plus d’augmenter la phosphorylation d’Akt, de réduire la réparation des photoproduits et l’activation d’ATR dans les cellules en phase S. En addition, (i) l’expression ectopique de la protéine PTEN sauvage dans des lignées déficientes en PTEN (mais pas d’une protéine PTEN sans activité phosphatase) ou (ii) l’inhibition pharmacologique d’Akt a permis d’augmenter la réparation en phase S ainsi que l’activation d’ATR. En somme, cette étude démontre qu’une signalisation d’ATR dépendante de PTEN/Akt amenant à une réparation déficiente des photoproduits génomiques causés par les UV en phase S peut être déterminante dans le développement des mélanomes induits par UV. / Malignant melanoma (MM) is the second most frequent neoplasia among young Canadian adults (aged 20-44); moreover the incidence of this disease continues to rise annually at an alarming rate. Unless primary melanoma is diagnosed early and promptly resected the patient prognosis is dismal since this deadly tumour type metastasizes extremely aggressively and is highly refractory to conventional treatment protocols. It is well established that exposure to UV light, and subsequent induction of genotoxic DNA photoproducts, is a primary determinant in the initiation of MM. Furthermore nucleotide excision repair (NER) clearly represents a critical frontline defence against MM because it is the only human pathway designed to remove the aforementioned DNA photoproducts. Despite this, the potential contribution of NER defects to sporadic MM development in the general population has remained unclear. Our laboratory previously developed a novel flow cytometry-based assay to evaluate the efficiency of NER as a function of cell cycle. This method was employed to demonstrate that functional ATR kinase is strictly required for NER during S phase in primary human fibroblasts. Intriguingly we also reported that many model tumour cell lines are deficient in NER uniquely in S phase populations, raising the possibility that such a defect might be characteristic of certain types of cancers. We therefore hypothesized that a significant proportion of human MM cell lines may exhibit reduced NER capacity specifically during S phase, and that this in turn might be attributeable to reduced ATR signaling. To test this hypothesis, three major specific aims were proposed: (i) To measure the efficiency of NER as a function of cell cycle among a panel of human MM cell lines and in primary melanocytes; (ii) To investigate whether any correlation exists between NER status and ATR activity during S phase in human MM cell lines; (iii) To investigate whether frequently mutated genes in melanoma (eg., PTEN, BRAF) might cooperate with ATR to regulate S phase-specific NER in MM cell lines. We were able to demonstrate that, in fact, 13/16 MM cell lines display remarkably diminished capacity to remove UV-induced DNA photoproducts specifically during S phase. Furthermore this defect correlates strongly with reduced activation of ATR kinase and, for a majority of MM, higher Akt phosphorylation levels. RNAi-mediated knockdown of the PTEN tumour suppressor, while stimulating Akt phosphorylation as expected, also engenders reductions in both photoproducts repair and ATR activation in S phase cells. In addition, (i) ectopic expression in PTEN-null strains of wild type PTEN but not of PTEN variants deficient in phosphatase activity, or (ii) pharmacological inhibition of Akt, significantly rescue S phase-specific repair as well as ATR activation. Our data indicate that reduced PTEN/Akt-dependent ATR signaling leading to defective repair of UV DNA photoproducts uniquely during S phase may represent an heretofore unrecognized major determinant in sunlight-induced melanoma development.

La réponse cellulaire aux ultra-violets (UV), ou réponse UV, est une réponse complexe et spécialisée dans l’adaptation et la tolérance des dommages aux UV. Celle-ci est initiée par un grand nombre d’évènements moléculaires et de signalisation nucléaire mais aussi au niveau de la membrane plasmique ou du cytoplasme. L’importance et l’influence exactes de ces évènements sur la réparation par excision de nucléotides (NER) des dommages UV à l’ADN sont encore mal comprises et doivent encore être méthodiquement démontrées. Dans cette thèse, grâce à l’utilisation d’une méthode sensible d’analyse de la réparation NER basée sur la cytométrie en flux, il est montré, dans un premier temps, que l’activité des voies MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases), qui sont des voies de signalisation de stress UV d’origine cytoplsamique, ne participent pas à l’efficacité de réparation NER des dommages UV dans les cellules humaines. En effet, l’abrogation de la signalisation MAPK, par inhibition pharmacologique, par utilisation de mutants dominant-négatifs ou par inhibition de leur expression endogène, ne révèlent aucun changement de la cinétique de réparation des dommages UV par excision de nucléotides. Cependant, l’utilisation de cette même méthode de réparation, mais cette fois, appliquée pour l’étude de réparation NER en fonction du cycle cellulaire, a permis de mettre en évidence la nécessité fonctionnelle de l’ADN polymérase translésionnelle eta (Pol η) dans la réparation NER des dommages UV, uniquement en phase S. Cette observation fut initialement caractérisée dans les cellules de patients affectés du syndrome variant de xérodermie pigmentaire (XP-V) puis, confirmée ensuite par l’inhibition de l’expression de Pol η endogène ou par la complémentation avec des mutants non-fonctionnels dans les cellules XP-V. Ces résultats indiquent que, contrairement à la réponse UV MAPK cytoplasmique, les évènements nucléaires comme la synthèse translésionnelle, peuvent influencer l’efficacité de réparation NER en phase S. Plus particulièrement, ces données établissent un lien possible entre la réparation NER en phase S et les niveaux de stress réplicatifs, révélé ici par la déficience fonctionnelle Pol η ou ATR. Les observations, présentées dans cette thèse, renforcent un rôle du point de contrôle S aux UV sur l’efficacité de la réparation NER et suggèrent que l’inhibition NER, observée en phase S dans les cellules XP-V, est modulée par le stress réplicatif. Un tel moyen de contrôle pourrait avoir une action plutôt protectrice pendant cette phase critique du cycle cellulaire. Mots clés: UV, translésionnelle, eta, MAPK, NER, CPD, cytométrie, phase-S, tolérance. / The UV-response is a complex cellular response to UV irradiation, which allows cellular adaptation and protection against deleterious effects of UV. This specialized response involves numerous molecular and signaling events from plasma membrane and from the nucleus represented, among others, by Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) pathway activation and translesion synthesis respectively. More particularly, the exact role of these events on the removal UV-induced DNA damage by nucleotide excision repair (NER) in human cells is poorly understood and documented. By using a sensitive flow cytometry based-NER assay, presented and validated in this thesis, to quantify the removal of UV-DNA damage, it was unexpectedly found that Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) signalling, originating from the the plasma membrane, does not regulate the efficiency of UV-induced DNA damage repair in human cells. Indeed, MAPK inhibition with pharmacological inhibitors, expression of short-hairpin RNA or dominant negative mutant, all together, substantiate fully the lack of effect of this signalling pathway on UV-damage removal by NER in human primaries and tumorous cells. Surprisingly, the same NER assay, applied to quantify the removal of UV-induced DNA damages as a function of the cell cycle, has shown a requirement of functional translesion synthesis polymerase eta (Pol η) for efficient UV-DNA damage repair in human cells uniquely during S-phase, where its function is required for the bypass of UV DNA damage. This observation, originally made in fibroblasts from xeroderma pigmentosum variant syndrome (XP-V) afflicted patients, was further confirmed in normal human cells, by abrogation of endogenous Pol η expression or by complementation with Pol η in XP-V cells. All together, the data presented here, indicate that MAPK signaling play no role in NER-mediated UV-damage removal, but highlight a role for UV-DNA damage tolerance response, as translesion synthesis, in regulation of NER efficiency. More particularly, these observations establish a potential link between the S-Phase Repair (SPR) of UV-DNA damages and replicative stress, revealed by a deficiency of Pol η or ATR. This SPR defects seen under acute replicative stress conditions could impact tumorogenesis or chemotherapy outcomes. Moreover, SPR defects, seen in XP-V cells could be controlled by replicative stress, and also reflect a protective coordination to reduce high risks of genetic or chromosomal aberrations that may occur during DNA replication upon UV exposure. Key Words: Translesion, UV, TLS, eta, MAPK, NER, S-phase, flow-cytometry, CPD.