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L’ARN hélicase UPF1 est un facteur clé du Nonsense-Mediated Decay (NMD), un mécanisme impliqué dans le contrôle de la qualité des ARNm et la régulation de l’expression des gènes. Malgré d’importantes fonctions chez les plantes, le NMD y est peu décrit. Cette thèse présente l’identification et l’étude des protéines interagissant avec UPF1 chez Arabidopsis. Nous avons identifié un nouveau réseau d’interaction protéine-protéine entre UPF1 et des répresseurs de traduction dans les P-bodies. Nous proposons un modèle dans lequel la répression traductionnelle exerce une action protectrice sur les cibles du NMD. Notre approche a également identifié de nouveaux composants des P-bodies, comme l’endonucléase UCN. Son étude détaillée a révélé un lien direct avec la machinerie de decapping ainsi que de possibles rôles dans la signalisation hormonale ou les mécanismes de défense, suggérant que la modulation de l’expression d’UCN pourrait influencer d’importantes caractéristiques agronomiques. Ce travail décrit des facteurs associés à UPF1 jusqu’alors inconnus, leur étude permettra de découvrir de nouveaux mécanismes impliqués dans l’équilibre entre la traduction, le stockage et la dégradation des ARNm chez les plantes. / The RNA helicase UPF1 is a key factor of Nonsense-Mediated Decay (NMD), a paneukaryotic mechanism involved in mRNA quality control and fine-tuning of gene expression. Despite important biological functions in plants, NMD is poorly described compared to other eukaryotes. This thesis presents the identification and study of UPF1 interacting proteins in Arabidopsis. Using approaches based on immunoaffinity and mass spectrometry, we identified a novel protein-protein interaction network between UPF1 and translation repressors in P-bodies. We propose a model in which translation repression exerts a protective action on NMD targets in plants. Our approach also identified novel P-body components, including the UCN endonuclease. A detailed study revealed its direct link with the decapping machinery and possible roles in hormone signaling and defense mechanisms, suggesting that the modulation of UCN expression could influence important agronomical traits. This work describes hitherto unknown UPF1 associated factors, their study will provide novel insights into the mechanisms involved in the balance between mRNA translation, storage and decay in plants.

L'instabilité microsatellitaire (MSI) résulte d'une déficience du système de réparation des mésappariements de l'ADN. Cette instabilité est observée dans 10-15% des tumeurs chez l'Homme, incluant les cancers colorectaux (CCR) et de l'estomac (CG). En 2011, notre laboratoire a rapporté la mutation de la chaperonne HSP110 dans les CCR MSI. Cette mutation affecte un microsatellite intronique de 17 thymidines (T17), localisé au niveau de l'intron 8. Les grandes délétions somatiques du T17 (? 5 paires de bases), représentant 25% des CCR MSI, conduisent à l'inactivation complète de la chaperonne HSP110 dans les CCR MSI. De manière remarquable, ces grandes délétions sont prédictives chez les patients d'une excellente réponse à la chimiothérapie adjuvante. Au cours de ma thèse, mes travaux ont visé à étudier l'impact de la mutation d'HSP110 dans les tumeurs gastro-intestinales MSI. Mes résultats démontrent que la mutation du microsatellite T17 d'HSP110 a pour conséquence une diminution de la prolifération cellulaire en partie lié à la diminution de la phosphorylation du facteur de transcription STAT3. En outre, mes résultats suggèrent que cette mutation serait un facteur prédictif de survie chez les patients atteint de CG, indiquant le potentiel théranostique d'HSP110. Enfin, je propose une approche thérapeutique innovante pour les patients atteints de CCR MSI, basée sur la potentialisation de l'expression de transcrits mutants, codant pour des protéines délétères pour la cellule tumorale, à l'instar du dominant négatif HSP110DE9 résultant de la mutation d'HSP110 dont l'ARN semble être régulé par le système NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay). / Microsatellite instability (MSI) results from impaired DNA mismatch repair, being observed in 10-15% of frequent tumors in human, e.g. Colorectal (CRC), Gastric Cancers (GC) and others. In 2011, frequent somatic mutations of the HSP110 chaperone have been reported in MSI CRC by my lab, affecting a T17 intronic DNA repeat located in intron 8. Large (≥ 5 base pairs) bi-allelic somatic deletions of this DNA repeat in tumor DNAs, as observed in about 25% of MSI CRC, lead to complete inactivation of HSP110 by exon 9 skipping and sensitization of tumor cells to chemotherapy. These large deletions are predictive of improved response to adjuvant chemotherapy in CRC patients. During my PhD thesis, I further investigated the role of HSP110 in MSI tumors. My results demonstrate that HSP110 mutation leads to cell proliferation decrease through the reduction of STAT3 transcription factor phosphorylation in CRC tumors (Berthenet*, Bokhari*, et al., Oncogene 2016). Furthermore, I showed that HSP110 mutation is also frequently observed in MSI gastric cancer, leading to very similar pathophysiological consequences during tumor progression and improved patient’s survival independently from tumor stage (Cervera*, Lagrange*, Bokhari* et al., submitted). Finally, I worked on an innovative therapeutic approach that consisted in inhibiting the NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay) system, an ubiquitous process recognizing and degrading mRNAs containing premature termination codons (PTC). The inhibition of NMD leads to the expression of deleterious MSI-driven mutant transcripts such as the HSP110DE9, coding for a dominant negative mutant, derived from HSP110 mutation in MSI cancer cells.

Le système de contrôle appelé dégradation des ARNm non-sens (NMD) permet de détecter puis de dégrader des ARNm contenant un codon de terminaison prématuré (PTC). Les facteurs principaux de la NMD : UPF1, UPF2 et UPF3 reconnaissent les PTCs en interagissant avec les facteurs de terminaison eRF1, eRF3 et la protéine Poly(A) binding (PABP). La reconstitution d’un système de traduction in vitro a permis d’étudier la terminaison de la traduction en présence des facteurs PABP et UPF1, à l’aide de méthodes de biochimie et de cryo-microscopie électronique. L’étude du rôle du facteur de NMD UPF3B dans la terminaison de la traduction a mis en évidence une double action de cette protéine ; tout d’abord, un retardement de la reconnaissance du codon stop et également la promotion de la dissociation du ribosome. Ce travail a également permis de mettre en évidence une nouvelle interaction entre UPF3B et la kinase SMG1-8-9 et de montrer comment cette interaction affecte l’état de phosphorylation de UPF1. Les résultats de cette étude montrent une interaction complexe entre les différents facteurs de NMD et la kinase SMG1. / Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) is an important eukaryotic quality control mechanism that recognizes and degrades mRNA containing a premature termination codon (PTC). Up-frameshift proteins constitute the conserved core NMD factors (UPF1, UPF2 and UPF3). They mediate the recognition of a NMD substrate, i.e. a ribosome stalled at a PTC. UPF proteins were shown to associate with eukaryotic release factors (eRF1 and eRF3) and were suggested to impede translation termination. We showed that, at a normal termination codon, Poly(A)-binding protein (PABP) stimulates translation termination by directly interacting with eRF3a. Using a reconstituted in vitro translation system, we studied translation termination in the presence of the factors PABP and UPF1 using biochemistry and single particle electron cryo-microscopy (Cryo-EM). Additionally, we analysed the role of the other NMD factors UPF2 and UPF3B in translation termination in vitro. We discovered a novel role for UPF3B in translation termination. Moreover, we observed a novel interaction between UPF3B and the SMG1-8-9 kinase complex. The presence of UPF3B affects the kinase activity of SMG1 and thus the phosphorylation state of UPF1. Our results highlight a much more complex interplay of the NMD factors with the translation termination machinery and SMG1 kinase than anticipated.

Différentes observations montrent que la protéine INT6 humaine possède une activité suppresseur de tumeurs. Il a été démontré que chez l’homme le gène int6 était sous-exprimé dans environ 30% des cancers du poumon non à petits cellules et que cette sous-expression était un facteur de mauvais pronostic. Des expériences de criblage double hybride avec INT6 comme appât ont identifié une protéine nommée SLIP1 (SLBP Interacting Protein 1). Un effet de SLIP1 sur la traduction des ARN messager des histones a été montré. Les travaux que j’ai menés indiquent qu’INT6 en interagissant avec SLIP intervient dans le contrôle de la stabilité et de la traduction des ARNs codant pour les histones. Un knockdown d’INT6 provoque une baise des niveaux des histones endogènes sans avoir un effet au niveau d’ARN. Mes études, en révélant un nouveau mécanisme de dans lequel INT6 joue un rôle direct, permettent ainsi de faire le lien entre – d’une part – les fonctions connues de cette protéine dans la traduction et son contrôle et – d’autre part – les effets oncogéniques connus de son altération. Par ailleurs, l’étude de la fonction d’INT6 dans les cellules humaines réalisée par ARN interférence montre une inhibition de la dégradation des ARNm possédant un codon stop prématuré par la voie du Nonsense Mediated mRNA Decay (NMD). Nous avons étudié son action par rapport aux ARNs HTLV-1. Nous avons observé une stabilisation significative des cibles de NMD. Ceci démontre que la protéine Tax interfère avec cette voie de dégradation des ARN d’une part en empêchant l’interaction entre UPF1 et INT6 et d’autre part en interagissant lui-même avec la protéine UPF1 phosphorylée. En agissant sur le NMD, Tax intervient à un niveau post transcriptionel qui pourrait avantager la réplication virale et aussi permettre la tolérance cellulaire aux mutations liées à l'effet mutagénique établi de Tax. / Several observations show that the human protein INT6 has a tumour suppressor activity.It has been demonstrated that in humans the expression of the int6 gene is reduced in about 30% of non-small cell lung cancers and that this under-expression is linked with a bad prognosis. Yeast two hybrid screening experiments using INT6 as bait have led to the identication ofa protein named SLIP1 (SLBP Interacting Protein 1). An effect of SLIP1 on the translation of histone messenger RNAs has been shown. My work indicates that INT6 – through its interaction with SLIP1 – plays a role in the controlof the stability and translation of histone mRNAs. INT6 knockdown induces a reduction of the level of endogenous histones without affecting that of their mRNAs. My studies, by revealing a new histone translation mechanism in which INT6 plays a direct role, establish a connection between – on one side – the known functions of this protein in translation and its control and – on the other – the known oncogenic effects of its alteration. The study of the function of INT6 in human cells by RNA interference resulted in inhibition of the degradation of mRNAs containing a premature termination codon by the Nonsense Mediated mRNA Decay pathway (NMD). Since we identified the HTLV-1 protein Tax as an interactor of INT6, and since some features of HTLV-1 mRNAs suggest that they may be potential NMD targets, we have studied the effect of Tax on the NMD pathway.We have observed that Tax significantly stabilizes NMD targets.We have demonstrated that the interference of Tax with the NMD pathway is mediated through – first – the perturbation of the interaction between INT6 and the NMD factor UPF1 and – second – through direct interaction between Tax and phosphorylated UPF1.Through its effect on NMD, Tax may favor viral replication at a post-transcriptional level as well as enable cellular tolerance for some mutations resulting from the established mutagenic activity of Tax.

In eukaryotes, mRNA is in constant flux between an actively translating state and translationally repressed states. Specifically, mRNA degradation and repression factors compete with translation factors to direct mRNAs out of translation for storage or decay. This process often leads to formation of cytoplasmic aggregates. P-bodies are granules that contain mRNA and degradation factors, suggesting they are sites of mRNA decay or storage. Stress granules form in response to stress conditions and contain mRNAs and translation factors.P-bodies and stress granules consist of mRNPs of different compositions, believed to mature and transition between the states. It is proposed that mRNAs transition between the two granules. In the work described below, we use <italic>Saccharomyces cerevisiae</italic> to demonstrate that a decay factor, Dhh1 is capable of existing in both P-body and stress granule mRNPs. This suggests that a decay factor can be part of two different mRNP complexes. Additionally, we identify two novel components of the stress granule mRNPs, Pbp4 and Lsm12, and determine that they are not essential for stress granule formation. Lastly, we show that the stress granule mRNP factor, Pab1, is not absolutely required for stress granule formation.An important aspect of cytoplasmic mRNA regulation is mRNA quality control. One example of this is nonsense-mediated mRNA decay (NMD), whereby aberrant mRNAs containing premature termination codons are targeted for decay, and can be localized to P-bodies. Upf1-3 and the mRNA decapping complex, Dcp2/Dcp1 are essential for NMD, which requires Upf1 interaction with stalled ribosomal/mRNA complexes to target aberrant mRNA for decapping and degradation. How Dcp2/Dcp1 is recruited to aberrant mRNA is poorly understood.Here, we show by yeast two-hybrid assays that an interaction between Dcp2 and Upf1 is mediated by the decapping stimulator Edc3. Interestingly, Edc3 and Upf2 share overlapping binding sites on the Upf1 N-terminal domain. The decapping stimulator, Pat1, also interacts on the Upf1 N-terminus, but Edc3 and Pat1 are not essential for NMD. Surprisingly, the Upf1-Edc3 interaction does not promote or negatively regulate NMD. Thus, the Upf1-Edc3 and Upf1-Pat1 interactions likely regulate a subset of mRNA transcripts, or are essential for proper NMD under different environmental conditions.

Le complexe EJC (Exon Junction Complex) joue un rôle central dans le couplage des processus post-transcriptionnels chez les métazoaires. Ce complexe multi-protéique est assemblé sur les ARN messagers (ARNm) par la machinerie d’épissage. Organisé autour d’un complexe cœur servant de plate-forme à de nombreux facteurs, les EJCs accompagnent les ARNm dans le cytoplasme et participent à leur transport, leur traduction et leur stabilité. L’importance physiologique de l’EJC est supportée par les nombreux défauts développementaux et les maladies génétiques associées aux composants de l’EJC. Les analyses transcriptomiques révélant un assemblage hétérogène des EJCs renforcent l’hypothèse que les EJCs participent à la régulation de l’expression des gènes. Cependant, malgré une connaissance précise de la structure de ce complexe, les liens fonctionnels entre l’assemblage de l’EJC et la régulation de transcrits spécifiques dans des conditions physiologiques doivent être établis puis caractérisés.Durant cette thèse, j’ai étudié l’expression d’eIF4A3, Y14 et MLN51, trois protéines du cœur de l’EJC, dans des cultures primaires de cellules souches neurales murines (CSN). Les CSN peuvent être différenciées en cellules épendymaires multi-ciliées qui tapissent les ventricules cérébraux et ont un rôle important dans le développement du cerveau. J’ai observé par immunofluorescence dans des CSN quiescentes que les 3 protéines sont concentrées autour du centrosome à la base du cil primaire. Ces localisations reflètent la présence d’EJC assemblés comme le prouve l’étude d’un mutant d’Y14 incapable de former l’EJC. / The Exon Junction Complex (EJC) plays a central role in coupling post-transcriptional processes in metazoans. This multi-protein complex is assembled onto messengers RNAs (mRNAs) by the splicing machinery. Organized around a core complex serving as a platform for numerous factors, EJCs accompany mRNAs to the cytoplasm and is involved in mRNA transport, translation and stability. The physiological importance of the EJC is supported by observations associating defects in EJC component expression to developmental defects and human genetic disorders. Transcriptomic studies revealing the non-ubiquitous deposition of EJCs strengthened the hypothesis that EJCs could participate to gene expression regulation. However, despite a precise picture of the structure of the EJC, functional links between EJC assembly and regulation of specific transcripts under physiological conditions is yet to be established.During this thesis, I studied the expression of eIF4A3, Y14 and MLN51 three core proteins of the EJC in primary cultures of mouse neural stem cells (NSCs). NSCs can be differentiated into multiciliated ependymal cells that line all brain ventricles and have important physiological functions in brain development. We observed by immunofluorescence that in quiescent NSCs, all three proteins are concentrated in the vicinity of the centrosome at the base of the primary cilia. This localization reflects the presence of fully assembled EJCs as proved by the study of Y14 mutant that prevent EJC core mounting.

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La télomérase, composée de l‘ARN TR et de la protéine TERT, responsable du maintien de la longueur des télomères est surexprimée dans la majorité des cellules cancéreuses. La dynamique de la régulation post-transcriptionnelle de TERT sur l‘activation de la télomérase a été étudiée dans le modèle de lymphomagenèse induite par l‘herpesvirus oncogène aviaire de la maladie de Marek. L‘augmentation de l‘activité télomérase des TCD4+ lors de l‘apparition des lymphomes résulte d‘une hausse du transcrit constitutif et de celle des transcrits cibles de la voie de dégradation du « non-sense mediated decay » (NMD) alors que l‘activité télomérase basale des TCD4+ non infectés est contrôlée par les isoformes dominantes négatives. La caractérisation de la protéine virale ICP27 de MDV-1, régulateur potentiel de l‘épissage des gènes, qui s‘exprime pendant la phase de réplication lytique du virus a complété cette étude. ICP27 est capable de co-localiser et d‘interagir avec les protéines SR du splicéosome ainsi que de réguler négativement l‘épissage des gènes cellulaire TERT et viral vIL8 de manière similaire à ICP27 de l‘herpesvirus simplex 1. Le modèle naturel de lymphomagenèse induite par MDV-1 a permis d‘établir pour la première fois un lien entre l‘activation de la télomérase in vivo et la régulation de l‘épissage de TERT, à laquelle pourrait participer la protéine virale ICP27. / The telomerase, consisting of an RNA template (TR) and a reverse transcriptase (TERT) maintains telomere length and is highly expressed in the majority of cancer cells. The splicing regulation of TERT was studied in Marek‘s disease (MD), a natural lymphoma induced by MDV-1, the avian MD herpesvirus. Telomerase activation observed in TCD4+ cells at the onset of MD lymphoma was due to an increase of constitutively spliced and « non-sense mediated decay » (NMD) while basal telomerase activity of non infected TCD4+ cells was controlled by dominant negative isoforms. In addition, the viral protein ICP27, a putative regulator of splicing, expressed during MDV-1 lytic infection was characterised. ICP27 co-localized and interacted with spliceosome SR proteins and negatively controlled splicing of TERT and vIL8 viral gene in a way similar to that of ICP27 of herpesvirus simplex 1. The MD model provides the only data on the in vivo regulation of TERT splicing, possibly mediated by ICP27, and telomerase activation during lymphomagenesis induced by a herpesvirus in its natural host.

La traduction est considérée comme une étape clé de l'expression des gènes permettant à la cellule de s'adapter aux variations de son environnement en réponse aux signaux internes ou externes. Des études bioinformatiques ont montrés que la moitié des ARN messagers chez l'homme portent, en amont de leur phase codante, des éléments régulateurs appelés uORF. Le laboratoire a montré qu'un défaut de terminaison de la traduction par déplétion du facteur de terminaison eRF3 modifie l'expression de gènes dont l'ARNm contient des uORF comme le gène ATF4. Cette modification se fait soit par un mécanisme de réinitiation après traduction de l'uORF soit par une augmentation de la stabilité de l'ARNm résultant d'un défaut de sa dégradation par la voie du "Nonsense-mediated mRNA Decay" (NMD). A travers leur association dans le même complexe et leur implication dans la terminaison de la traduction et la NMD, eRF3 et Upf1 contribuent à la régulation fine de l'expression des gènes. Cependant, on ne sait pas dans quelle mesure ces deux facteurs affectent la traduction et la stabilité des ARNm. Nous avons évalué la traduction par ribosome profiling et le taux de transcrits par RNA-seq dans les cellules humaines déplétées en eRF3 ou en Upf1. Ces analyses nous ont permis de dresser une carte des uORF traduites dans le transcriptome des cellules humaines HCT116. Nous avons également observé que peu de gènes cibles sont communs entre la déplétion en eRF3 ou en Upf1. Nos résultats appuient fortement l'hypothèse qu'il y a au moins deux classes de transcrits portant des uORF, l'une dont la régulation implique la terminaison de la traduction et l'autre dont la régulation implique la NMD. / Regulation of gene expression at the translational level is increasingly being recognized as a key mechanism by which cells can rapidly change their gene expression pattern in response to internal or external stimuli. Bioinformatic studies revealed that half of human transcripts present at least one expression regulatory element uORF in the 5’ leader sequence preceding the main ORF. We have previously shown that translation termination disruption caused by eRF3a depletion induces upregulation of the transcriptional activator ATF4 and its targeted genes partly by a translational control at uORFs, and partly in relation to a defect in Nonsense-mediated mRNA Decay activation, increasing ATF4 mRNA stability. Through their physical association and their involvement in translation termination and NMD, eRF3 and Upf1 are regulating the protein and mRNA levels of a significant number of genes and thus contribute to the fine-tuning of their expression. It is not known yet, in what extent both of these factors affect translational control and what is the subset of genes that are regulated by these factors. In this study, we evaluated translation by ribosome profiling and mRNA level by RNA-seq in human cells subjected to either eRF3a or Upf1 depletion. These analyses allowed us to draw a transcriptome-wide map of uORFs and obtained a list of functional uORFs in our reference HCT116 transcriptome. We also observe that only a small fraction of these are common targets for both eRF3a and Upf1. Our results provide strong support for the notion that different classes of transcripts bearing uORFs are regulated either by translational processes involving translation termination or by NMD.