La Nucléophosmine (NPM1) est l’une des protéines les plus fréquemment altérée dans les troubles hématopoïétiques. Sa mutation, au niveau de l’exon 12, est impliquée dans un tiers des leucémies myéloïdes aiguës et constitue l’un des premiers évènements dans la leucémogénèse. Elle est caractérisée par la séquestration aberrante de NPM1 au cytoplasme, on parle alors de NPMc+. NPM1 peut également subir plusieurs translocations menant à la synthèse de protéines de fusion dont NPM-MLF1. Cette dernière est impliquée dans les syndromes myéloprolifératifs et en plus faible proportion dans les leucémies myéloïdes aiguës. Cette translocation reste peu documentée. NPM1 est une protéine multifonctionnelle dont le rôle dans la régulation génique reste à être définie. La littérature fait état de quelques études rapportant que NPM1 influencerait l’expression génique mais aucun mécanisme n’a encore été clairement décrit. Nous proposons donc dans ce projet de doctorat, de définir comment NPM1 régule la transcription et nous déterminerons si la translocation NPM-MLF1 a un effet différent de celui de NPM1. Afin de déterminer de nouveaux partenaires d’interaction, nous avons purifié les complexes protéiques de NPM1 et NPM-MLF1 dans la lignée de cellules hématopoïétique K562. Dans une étude protéomique, nous avons mis en évidence par spectrométrie de masse puis par immunoprécipitation, que NPM1 et NPM-MLF1 interagissent avec les complexes de remodelage de la chromatine NuRD, P/BAF et ISWI. Par Ampli-Sequencing, nous avons identifié des gènes dérégulés par la baisse d’expression de NPM1 et anormalement exprimés chez les patients présentant une leucémie myéloïde aiguë avec mutation NPMc+. Nous avons déterminé par immunoprécipitation de la chromatine que NPM1 et NPM-MLF1 peuvent influencer l’expression de gènes cibles via le recrutement du complexe NuRD au niveau du site d’initiation de la transcription. Le profil des modifications d’histone est également perturbé. Nous montrons ici que NPM1 et NPM-MLF1 sont impliqués à la fois dans la répression et l’activation génique. Dans une seconde partie du projet, nous proposons de déterminer l’importance physiologique de la régulation, par NPM1-NuRD, de l’un des gènes cibles mis en évidence : SPARC. La méthode CRISPR-Cas9 a été utilisée pour générer des clones uniques K562 dont l’expression de SPARC est absente et celle de NPM1 est diminuée. Cette étude démontre que la diminution d’expression de NPM1 synergise avec la perte de SPARC afin d’induire la différenciation érythroïde et réduire l’invasion cellulaire. Nous montrons donc pour la première fois que NPM1 et la translocation NPM-MLF1 peuvent interagir avec des complexes de remodelage de la chromatine et peuvent influencer leur recrutement au niveau de gènes cibles afin de réguler la transcription. Nos résultats suggèrent que NPM1 est un facteur important dans le contrôle de la modification du transcriptome associée à la différenciation des cellules hématopoïétiques. Ce projet apporte donc de nouvel éclairage sur la compréhension des mécanismes associés à la mise en place des leucémies myéloïdes aiguës présentant une mutation NPMc+ ou la translocation NPM-MLF1. / Nucleophosmine (NPM1) is one of the most frequent altered proteins in hematopoietic disorders. NPM1 exon 12 mutation characterizes one third of all acute myeloid leukemia and can be fundamental to leukemogenesis. This mutation is characterized by the aberrant sequestration of NPM1 to the cytoplasm, the mutated protein is then called NPMc+. NPM1 can also undergo several translocations leading to the synthesis of fusion proteins including NPM-MLF1. The latter is involved in myeloproliferative disorders and in a lower proportion in acute myeloid leukemia. Little is known about this translocation. NPM1 is a multifunctional protein reported to influence gene regulation. The function(s) of NPM1 in gene regulation remains to be defined. The aim of this doctoral research project was to define how NPM1 regulates transcription and determine whether the NPM-MLF1 translocation could disrupt gene regulation imposed by NPM1. In order to determine new protein interaction partners, we purified NPM1 and NPM-MLF1 complexes in the K562 hematopoietic cell line. In a proteomic analysis performed by tandem immunoaffinity purifications followed by mass spectrometry and immunoprecipitation, we identified multiple nuclear protein partners of NPM1 and NPM-MLF1. Importantly, we found that NPM1 and NPM-MLF1 can interact with the chromatin remodeling complexes NuRD, P/BAF and ISWI. An analysis made by Ampli-Sequencing, indicated that multiple genes dysregulated by the decrease expression of NPM1 were also reported to be abnormally expressed in acute myeloid leukemia cells characterized by the NPMc + mutation. We demonstrate that not only NPM1 but also NPM-MLF1 can be recruited to NPM1 regulated genes and affect the chromatin recruitment of the NuRD complex. The variation in NuRD recruitment imposed by NPM1 knockdown or NPM-MLF1 expression, is associated to the abnormal transcriptional regulation of the target genes. We show here that NPM1 and NPM-MLF1 are involved in both gene repression and activation. In a second part of the project, we investigated the physiological importance of gene regulation imposed by NPM1-NuRD in these cells. Importance of the genetic link between NPM1 and the target gene SPARC was defined. Using the CRISPR-Cas9 methodology, we generated unique K562 clones whereby SPARC expression is abrogated and NPM1 expression is decreased. The decrease of NPM1 expression synergizes with the loss of SPARC expression to induce erythroid differentiation and reduce cell invasion. The results presented provide the first demonstration that NPM1 and NPM-MLF1 translocation can interact with chromatin remodeling complexes, influence their recruitment to target genes and thereby, influence the expression of specific genes. This project provides new information to understanding mechanisms affected in acute myeloid leukemia characterized by NPMc+ mutation or NPM-MLF1 translocation.

Différentes translocations génomiques sont fréquemment associées à l'apparition de leucémies myéloïdes aiguës (LMA). Ces translocations génomiques résultent de l’assemblage de deux gènes conduisant à la production d'une protéine de fusion. C'est le cas de la translocation t (3; 5) (q25.1; q34) impliquant le suppresseur tumoral NPM et l'oncogène MLF1 donnant naissance à la protéine de fusion NPM-MLF1. Généralement, les gènes impliqués dans ces translocations contrôlent la croissance cellulaire, la différenciation ou la survie cellulaire. Cependant, pour NPM-MLF1 les causes du gain ou de la perte de fonction associée à la translocation demeurent inconnues car nous ne savons pas comment cette translocation peut favoriser ou participer à l'avènement de la LMA. Le but de ce travail est d’analyser le rôle de NPM-MLF1 dans le cancer et d’examiner comment son activité contribue à la leucémie en faisant des études d’interactions protéine/protéine. En effet, l’étude de la fonction d’une protéine implique souvent de connaître ses partenaires d’interactions. Pour ce faire, la technique de double hybride dans la souche de levure AH109 a été utilisée. Tout d’abord, les ADN complémentaires (ADNc) de MLF1, NPM1 et de NPM-MLF1, MLF1-Like (une partie de MLF1 de l’acide aminé 94 à 157) normaux et mutés du domaine MTG8-Like constitué des acides aminés (a.a.) 151 à 164 de MLF1 (excepté NPM) ont été clonés dans un vecteur d'expression de levure pGBKT7. Les ADNc de GFI-1, mSin3A, PLZF, HDAC1 et HDAC3 ont été clonés dans le plasmide pGADT7 de façon à créer des protéines de fusion synthétiques avec le domaine de liaison à l'ADN et de trans-activation de la protéine GAL4. Le plasmide pGBKT7 possède un gène TRP1 et pGADT7 un gène LEU2 qui permettent la sélection des clones insérés dans la levure. Aussi, le pGBKT7 a un épitope c-myc et pGADT7 un épitope HA qui permet de voir l’expression des protéines par buvardage de type Western. Après la transformation des levures les interactions protéine/protéine ont été observées en vérifiant l’expression des gènes rapporteurs HIS3, LacZ, MEL1, ADE2 de la levure en utilisant des milieux de sélection YPD/-Leu/-Trp, YPD/-Leu/-Trp/-His, YPD/-Leu/-Trp/-His/-Ade, YPD/-Leu/-Trp/+ X-Gal, YPD/-Leu/-Trp/ + X-α-Gal. Ensuite, les interactions trouvées par double-hybride ont été vérifiées dans les cellules érythroleucémiques K562 par immuno-précipitation (IP) de protéines suivies de buvardages Westerns avec les anticorps appropriés. NPM-MLF1, MLF1, MTG8, MLF1-Like surexprimés dans les cellules K562 ont été clonés dans le plasmide pOZ-FH-N. pOZ-FH-N possède un récepteur IL-2 qui permet de sélectionner les cellules qui l’expriment ainsi qu’un tag Flag-HA qui permet de voir l’expression des protéines par buvardage-Western. Les résultats du double-hybride suggèrent une interaction faible de NPM-MLF1 avec HDAC1, HDAC3 et mSin3A ainsi qu’une interaction qui semble plus évidente entre NPM-MLF1 et PLZF, GFI-1. NPM interagit avec GFI-1 et mSin3A. Aussi, MLF1 et MLF1-Like interagissent avec HDAC1, HDAC3, GFI-1, PLZF mais pas avec mSin3A. Les IP suggèrent que NPM-MLF1 interagit avec HDAC1, HDAC3, mSin3A et PLZF. MLF1 et MLF1-Like interagissent avec HDAC1, HDAC3 et mSin3A. L’interaction de NPM-MLF1 avec GFI-1, MLF1 et MLF1-Like avec PLZF et GFI-1 n’a pas encore été vérifiée par IP. Ainsi, nos observations permettent de suggérer que NPM-MF1, MLF1 et NPM pourraient jouer un rôle dans la transcription et la régulation de l’expression de certains gènes importants dans l’hématopoïèse et une variété de processus cellulaires parce qu’ils interagissent avec différents corépresseurs. En déterminant les partenaires protéiques de MLF1, NPM et NPM-MLF1, leurs fonctions et comment NPM-MLF1 influence et modifie le fonctionnement cellulaire normal; il sera possible de renverser le processus de LMA favorisé par la t (3; 5) NPM-MLF1 par la technologie d’interférence à l’ARN. / Abstract Different genomic translocations are frequently associated with the development of acute myeloid leukemia (AML). Genomic translocations can result in the fusion of two genes leading to the formation of a fusion protein. This is the case of the T (3; 5) (q25.1; q34) translocation that implicates the tumour suppressor NPM1 and the oncogene MLF1, giving rise to the fusion protein NPM-MLF1. Generally the genes implicated in these translocations control cell growth, differentiation and survival. However, for NPM-MLF1 the reasons behind the gain or loss of function associated with the translocation are still unknown as we still ignore how this translocation can enhance or take part in the AML development. The goal of my master degree project was to analyse in part the role of NPM-MLF1 in cancer and to examine how its activity can contribute in leukemia through protein/protein interaction assays. The usual study of a protein function implicates the investigation of interacting partners. For this purpose, we used the yeast AH109 to conduct a two-hybrid screen assay. The MLF1, MLF1-Like (amino acid 94 to 157 of MLF1), NPM1 and NPM-MLF1 cDNAs, normal and mutated in the MTG8-Like domain from the amino acid (a.a.) 151 to 164 of MLF1 (with the exception of NPM1) were cloned into the yeast expression vector pGBKT7. The GFI-1, mSin3A, PLZF, HDAC1 and HDA3 cDNAs were cloned into the vector pGADT7. These clones were developed to creat synthetic fusion proteins with the DNA binding or trans-activation domain(s) of the protein Gal4. The pGBKT7 vector contains the TRP1 gene and the pGADT7 the LEU2 gene. These genes were used for the selection of the yeast clones transformed with the plasmids mentioned above. In addition, the pGBKT7 vector has c-myc-tag and the PGADT7 vector the HA-tag allowing the assessment of protein expression through Western Blot analysis. After yeast transformation, the protein/protein interaction were studied while verifying the expression of the reporter genes HIS, LacZ, MEL1, ADE while using the following selective medias YPD/-Leu/-Trp, YPD/-Leu/-Trp/-His, YPD/-Leu/-Trp/-His/-Ade, YPD/-Leu/-Trp/+ X-Gal, YPD/-Leu/-Trp/ + X-α-Gal. The interactions determined by the two-hybrid screening were verified in the erythroleukemic cells K562 using immuno-precipitation (IP) of the proteins followed by western blot using the appropriate antibodies. To achieve this, NPM-MLF1, MLF1, ETO, MLF1-Like cDNAs were cloned into the pOZ-FH-N vector that possess an IL2 receptor, which allows the selection of the positive transformed clones in the cell and a Flag-HA tag that permit the verification of protein expression through Western-blot. The two-hybrid screen results suggest that NPM-MLF1 interacts with HDAC1, HDAC3, PLZF, GFI and mSin3A. NPM interacts with GFI-1 and mSin3A. This has not been yet verified using the IP method. As in the case of MLF1, MLF1-Like interacts with HDAC1, HDAC3, GFI-1 and PLZF. However, no interaction was observed with Sin3A. The IP experiments suggest that NPM-MLF1 interacts with HDAC1, HDAC3, mSin3A and PLZF. MLF1 and MLF1-Like interact with HDAC1, HDAC3 and mSin3A. The interaction of NPM-MLF1 with GFI1 as well as MLF1 and MLF1-Like with PLZF and GFI-1 are not yet verified by IP. Therefore, our observations led to the suggestion that NPM-MLF1, MLF1 and NPM can play a role in the transcription and the regulation of the expression of certain genes that are important for hematopoiesis and a variety through the determination of the protein partners of MLF1, NPM and NPM-MLF1, their functions and how NPM-MLF1 influence/modify the normal cellular function, and by focusing on this study, it might become possible to reverse the AML process that is by the t(3;5) NPM-MLF1 while using the RNA interference technology.

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