The Wiskott-Aldrich syndrome (WAS) is an X-linked primary immunodeficiency characterized by microthrombocytopenia, eczema, recurrent infections, autoimmunity, and predisposition to malignancy. Mutations in the WAS gene lead to dysfunction of the Wiskott-Aldrich syndrome protein (WASP), a multifunctional regulator implicated in various hematopoietic and immune processes. While some disease phenotypes have been linked to classical WASP's actin nucleation function, recent advances have unveiled additional nuclear functions, such as involvement in R-loop formation, transcriptional regulation during T helper 1 cell differentiation, and homology-directed repair. However, a comprehensive understanding of WASP's multifaceted functions remains elusive. We employ induced pluripotent stem cells (iPSCs) and Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats (CRISPR) technology, specifically the CRISPR-Cas9 system, as powerful tools to investigate the mechanisms underlying WASP's functions. We first explore the consequences of WASP loss on RNA splicing. We reveal its critical role in RNA splicing. WASP-deficiency causes widespread alterations RNA splicing patterns and epigenetic activation of splicing factor gene promoters. Additionally, we uncover its involvement in liquid-liquid phase separation, forming phase-separated condensates to dynamically regulate the splicing machinery. In the second part of this thesis, our investigation uncovers the presence of WASP within the nucleolus and its interactions with key nucleolar proteins. Intriguingly, depletion of WASP leads to significant reduction in nucleolar size, disrupted nucleolar morphology, and decreased ribosomal RNA transcription, unveiling its critical role in nucleolus structure and function. Furthermore, we successfully recapitulated nucleolus changes and ribosomal RNA profile in patient samples. Lastly, we investigate immunosenescence, a crucial aspect of aging-related immune dysregulation, in the context of WAS. Through the use of WASP-deficient macrophage cells, our study revealed several distinctive features associated with immunosenescence in WASP-KO-iMPs. These include increased senescent cell proportions, heightened expression of senescence-associated secretory phenotype genes, nuclear deformation, loss of heterochromatin, and enhanced susceptibility to DNA damage. These preliminary findings offer valuable insights into our understanding of immunosenescence within the framework of WASP-deficient macrophages and its association with conditions related to WAS. In conclusion, the mechanistic study of WASP has unveiled its novel roles in regulating RNA splicing, nucleolus structure and function, as well as its potential involvement in immunosenescence.

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Comme le nucléole joue un rôle fondamental dans l’expression des protéines, via la synthèse des ARN ribosomiques, il n’est donc pas surprenant que des études aient révélé un lien étroit, entre des dysfonctionnements nucléolaires et l’origine de certaines maladies humaines. La découverte, il y a plusieurs années, d’un taux anormalement élevé de protéines nucléolaires dites argyrophiles ou AgNORs, dans les cellules tumorales, a permis d’envisager leur utilisation comme outil diagnostique ou pronostique du cancer. Détectées, de manière in vitro grâce à leur affinité pour l’argent, l’identification de quelques protéines AgNORs n’a pourtant pas permis d’établir une caractéristique commune à toutes les protéines argyrophiles détectées dans les extraits nucléolaires. Ainsi, bien que le test colorimétrique AgNOR soit utilisé dans de nombreux laboratoires académiques, l’absence d’identification de protéines AgNORs spécifiques du processus de cancérisation, a limité son utilisation en laboratoire clinique. Comme certaines limites technologiques et expérimentales ont limité leur caractérisation chez l’humain, nous avons donc décidé de reprendre les recherches sur ce sujet et de le réactualiser grâce aux avancées technologiques et scientifiques. Les protéines AgNORs étant étroitement liées à la biogenèse des ribosomes, nous avons donc décidé d’amorcer nos recherches chez la levure Saccharomyces cerevisiae, dans laquelle, la voie de biosynthèse des ribosomes a été particulièrement bien décrite. Devant l’intérêt biologique et médical de ces protéines, l’objectif de ce projet a donc été triple :<p>1-identifier des protéines AgNORs chez la levure<p>2-caractériser les propriétés physico-fonctionnelles et physico-chimiques de ces protéines AgNORs.<p>3-utiliser ces caractéristiques physico-chimiques pour rechercher de nouvelles AgNORs humaines, spécifiques de processus de cancérisation et potentiellement utilisables comme marqueurs tumoraux./The nucleolus is a subnuclear compartment that organized around ribosomal gene (rDNA) repeats NORs, which encode for ribosomal RNA. A peculiar group of acidic proteins which are highly argyrophilic are also localized at the same sites as NORs, thus allowing NORs to be very clearly and rapidly visualized by silver nitrate staining procedures. However, if three human argyrophilic proteins, UBF, C23 (nucleolin) and B23 (nucleophosmin), have been associated for staining of NOR, the exact number of AgNOR proteins and their intrinsic biochemical feature are unclear. Here, we have performed an heterologous screen in a genetically tractable eukaryotic organism (budding yeast) for the identification of novel AgNOR proteins and in vitro characterized an intrinsic feature that underlies silver binding and offers a strong predictive value for the identification of novel human AgNOR proteins. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La TriméthylGuanosine Synthase 1 de levure (Tgs1) à été identifiée à la suite d’un criblage double hybride en utilisant l’extrémité basique carboxy-terminale de la protéine SmB, cœur des snRNP, comme appât. Il a été également montré que Tgs1 interagit spécifiquement avec le domaine carboxyl-terminal basique KKD/E des protéines Nop58p et Cbf5p, deux composants protéiques du coeur des snoRNP. Le gène TGS1 n’est pas essentiel mais sa délétion confère un phénotype de cryo-sensibilité associé à un léger défaut d’épissage à basse température, associé à la rétention de U1 dans le nucléole. La recherche de substrats pour cette protéine a montré que Tgs1p est capable de méthyler la coiffe monométhylée des snARN et des snoARN transcrits par l’ARN polymérase II. La grande majorité des snoARN joue un rôle dans la sélection des sites de modifications de plusieurs classes d’ARN. Certains, par contre, sont impliqués dans la voie de synthèse des ribosomes, un processus comprenant de multiples étapes de clivages endo- et exoribonucléotidiques et ayant lieu dans le nucléole où les facteurs impliqués dans ces réactions se concentrent en plusieurs domaines distincts. Le point de départ de ce travail de thèse a été de tester un possible rôle de Tgs1p et/ou de la triméthylation dans la biosynthèse du ribosome.<p><p>Dans un premier temps, l’analyse du processing des ARN ribosomiques dans la souche délétée pour TGS1 nous a permis de mettre en évidence l’implication de Tgs1 dans la formation de l’ARNr de la petite sous-unité, l’ARNr 18S. Des mutants catalytiques de Tgs1, incapables de reconnaître et de modifier les coiffes m7G, ont été crées. L’analyse de la voie de biogenèse des ribosomes dans ces souches ne présente pas les défauts constatés dans la souche délétée, révélant que c’est la protéine et non sa fonction catalytique qui est requise. De plus, ces mutants sont autant défectueux dans l’épissage des ARN messagers, excluant toute implication du défaut d’épissage dans le ralentissement de la voie de biogenèse des ribosomes observé dans la souche délétée. L’ultrastructure des souches délétées pour TGS1 observée en microscopie électronique nous a permis de mettre en évidence un effet de l’absence de Tgs1 sur la morphologie nucléolaire. En effet, le nucléole dans ces souches ne présente plus de nucléole structuré, bi-compartimenté. Les analyses en microscopie à fluorescence ont confirmé la disparition de la ségrégation des deux compartiments nucléolaires, suggérant que le défaut dans la biogenèse des ribosomes puisse être une conséquence de la perte de cohérence du nucléole.<p>La caractérisation de l’environnement physique et fonctionnel de Tgs1 a été entreprise afin de mettre à jour des fonctions additionnelles de la protéine. Diverses approches ont été envisagées: la recherche de partenaires physiques par l’emploi d’un allèle de TGS1 étiquetté TAP permettant la purification puis l’analyse de partenaires physiques ainsi que la recherche de partenaires fonctionnels par la méthode du crible synthétique létal. La recherche de partenaires physiques a permis de révéler l’existence d’un grand nombre d’ARN non codants coprécipités avec Tgs1. Certains sont des substrats connus de la protéine mais un grand nombre d’ARN ne possédant pas de coiffes monométhylées. La recherche de partenaires fonctionnels a permis la découverte de candidats synthétiques létaux appartenant à deux groupes, un groupe lié à l’épissage des ARN messagers et un autre groupe constitué de membres du complexe SWR1, complexe impliqué dans la régulation transcriptionnelle par modification de la chromatine. Lors de ce crible de candidats synthétiques létaux, il est apparu que la délétion de TGS1 restaure partiellement le défaut de croissance à chaud induit par la délétion du gène RRP47, dont le produit est impliqué dans la maturation de l’extrémité 3’ de plusieurs types d’ARN non codants. Les travaux préliminaires effectués ne permettent pas encore d’expliquer un tel phénotype.<p><p>Au cours de ce travail de thèse, nous avons pu répondre à un certain nombre de questions sur la fonction et le rôle de Tgs1 dans la cellule. La fonction catalytique de Tgs1 dans la méthylation des coiffes m7G est clairement nécessaire à l’efficacité de l’épissage des ARN messagers mais le rôle de la triméthylation de la coiffe des snoARN n’est pas élucidé à ce jour. Le fait que la fonction catalytique de Tgs1 n’est pas impliquée dans le défaut dans la biogenèse des ribosomes et la découverte du rôle de la protéine dans la morphologie nucléolaire, laisse entrevoir l’existence de fonctions additionnelles de Tgs1 dans la cellule. La caractérisation de son environnement physique et fonctionnel abonde justement dans ce sens, mettant à jour plusieurs interactions probablement liées à sa fonction catalytique, notamment dans l’épissage des ARN messagers mais également un grand nombre d’interactions impliquant la participation de Tgs1 dans d’autres voies métaboliques. <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thesis (Ph.D.)--Stellenbosch University, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: Predictive assays are of key importance in clinical radiotherapy, chemotherapy and toxicology. Prior to exposing malignant tissues to irradiation or drugs in the clinic, a good understanding of the damage response to the cytotoxic agent is required. Such information is necessary for effective planning and treatment. Regrettably however the methods which detect DNA damage, namely micronucleus, apoptosis and DNA repair assays do not rank cells according to their intrinsic survival response to cytotoxic agents. The application of predictive assays based on micronuclei and apoptosis in the clinic therefore remains unreliable. Using a panel of 7 neuroblastoma and 6 neuroepithelial cell lines, it is shown that damage assays also do not rank cell lines according to cell survival. However, radiosensitivity can be reconstructed from micronuclei formation and apoptosis, and a new parameter, cell death due to small deletions, chromosome aberrations and misrepair. The interrelationships between radiation-induced micronuclei, apoptosis and repair is complex and varies between cell lines. Micronuclei formation and apoptosis are exponentially interrelated. This suggests that these cell inactivation pathways are strongly correlated. Evidence exists to show that the expression of apoptosis and micronuclei is influenced by the extent of DNA double-strand break repair within the first 2 hours after irradiation. Cell lines which repair more damage in the first 2 hours express more micronuclei and less apoptosis. Micronuclei formation and apoptosis and are not significantly correlated with the 20 hours slow repair component. There is however a strong correlation between 20 hours of repair and radiosensitivity, with the more radioresistant cell lines being more repair proficient. This suggests that the 2 hours (fast) DNA repair component is more error prone, and that cells lines repairing more damage late after irradiation tend to show better survival. In conclusion, micronuclei formation, apoptosis and DNA repair are strictly cell type specific and are not suitable for predicting radiosensitivity in terms of cell survival. However, these assays are very useful for studies on the influences of dose modifying agents i.e. oxygen tension, radiation modality, pH, cytotoxic sensitisers and radiation protectors which alter cellular responses and provide insight into damage mechanisms. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Toetse wat kliniese gevolge kan voorspel is van uiterse beking in stralingsterapie, chemoterapie en toksikologie. Voordat kwaadaardige weefsels aan bestraling of chemise middels blootgestel can word in die kliniek, moet daar 'n goeie begrip van die skade weerstand wees van die selgiftige middel. Hierdie inligting is noodsaaklik vir effektiewe beplanning en behandeling. Ongelukkig stem die metodes wat ONS skade, apoptose en ONS hersteltoetse, nie ooreen met die selle se inherente straling sensitiwiteit nie. Die aanwending van voorspelbare toetse gebaseer op mikrokerne en apoptose in die kliniek bly dus onbetroubaar. Deur gebruik te maak van 'n paneel van 13 neurologiese sellyne, is daar bewys dat ONS skade toetse nie sellyne rangskik volgens seloorlewing nie. Radiosensitiwiteit kan herbou word deur 'n neiging om mikrokerne te vorm, apoptose, en sel sterftes weens klein vermiste ONS volgordes, chromosoom aberrasies en verkeerd herstelde ONS. Die verhouding tussen straling-geïnduseerde mikrokerne, apoptose en selgenees is kompleks en varieer tussen sellyne. Die ontstaan van mikrokerne en apoptose is eksponensiel verbind. Dit dui aan dat hierdie seltraagheidsbane streng gekorreleer word. Daar is bewys dat die uitdrukking van apoptose en mikrokerne deur die mate van herstel van die ONS dubbelstring-breuke binne die eerste 2 ure na bestraling beïnvloed is. Daar is gevind dat sellyne wat meer skade herstel binne die eerste 2 ure meer mikrokerne en minder apoptose toon. Die ontstaan van mikrokerne en apoptose is nie betekenisvol gekorreleer met die 20-uur stadige herstel komponent nie. Daar is inderdaad 'n sterk korrelasie tussen die 20-uur herstel komponent en radiosensitiwiteit, en die meer radioweerstandbiedende sellyne net In hoër herstel bekwaamheid. Dit laat mens dink dat die 2 uur (vinnige) DNS herstel komponent meer geneig is om foutief te wees, en dat sellyne wat meer skade, laat na bestraling herstel, beter oorlewing toon. Ten slotte, die ontstaan van mikrokerne, apoptose en DNS herstel is strenggesproke seltipe spesifiek en is nie toepaslik om radiosensitiviteit, in terme van seloorlewing, te voorspel nie. Hierdie toetse is nuttig vir studies waar die invloed van dosismodifiseringsagente, soos suurstof-spanning, straling-tipe, pH, sitotoksieke sensiteerders en stralingsbeskermers, wat sellulêre gevoeligheid verander en insig gee tot skade meganismes.

Introduction : En 2011, un arbovirus émergent appelé virus Schmallenberg (SBV) et appartenant à la famille des Bunyaviridae a été identifié en Allemagne et s’est répandu en Europe. Le SBV infecte les ruminants domestiques et sauvages. Chez l’adulte, la virémie est transitoire et l’infection est souvent inapparente. En revanche, chez les femelles gestantes, le SBV peut franchir la barrière transplacentaire et infecter le fœtus, pouvant provoquer des avortements et des malformations du système nerveux central. Parmi les protéines virales synthétisées par le SBV, la protéine non-structurale NSs est un facteur de virulence majeur. Elle entraîne notamment la dégradation de sa sous-unité Rpb1 de l’ARN polymérase II pour inhiber la transcription cellulaire. Ce travail a pour but d’étudier les propriétés biochimiques et fonctionnelles de NSs et d’identifier les déterminants moléculaires régissant ses principales activités.Méthodes et résultats: L’analyse in silico de la séquence peptidique de NSs réalisée à l’aide d’algorithmes de prédiction a permis de designer plusieurs de mutants de délétion de la protéine. L’observation de la localisation cellulaire des mutants dans plusieurs modèles humains et ovins confirme la prédiction d’une distribution principalement nucléaire pour NSs. De façon intéressante, une séquence interne à la protéine (33-51) sert de motif d’adressage spécifique au niveau des nucléoles (NoLS) et nous avons pu démontrer la co-localisation de NSs avec plusieurs protéines nucléolaires. De plus, l’infection de cellules humaines et ovines par le SBV entraîne la translocation de protéines nucléolaires (B23 et fibrillarine) vers le nucléoplasme, témoignant d’un stress nucléolaire viro-induit. Pour évaluer l’impact de la localisation nucléolaire de NSs sur ce phénomène, un virus recombinant dont NSs a été délétée de son motif d’adressage nucléolaire (SBVΔNoLS) a été produit par génétique inverse. Le SBVΔNoLS n’induit plus de redistribution de B23 confirmant le rôle de NSs dans l’induction d’un stress nucléolaire au cours de l’infection. Ces résultats ont été confirmés dans des cellules souches neurales humaines, qui constituent un modèle pertinent par rapport aux lésions provoquées par le SBV dans le système nerveux.En parallèle de ce travail, nous avons recherché des partenaires cellulaires de NSs par la méthode du double-hybride en levures. Huit partenaires cellulaires de NSs ont été découverts, dont la chaîne légère de la dynéine de type 1 (Tctex-1) et la Major Vault Protein (MVP), qui sont toutes les deux impliquées dans le transport de protéines grâce à leur association aux microtubules. Une des hypothèses avancées est que ces protéines pourraient servir de cargos pour promouvoir le transport nucléo-cytoplasmique de NSs.Conclusions et perspectives : Ce travail de thèse a permis de démontrer que la protéine NSs du SBV est localisée principalement dans le noyau cellulaire et dans les nucléoles, grâce à une séquence d’adressage spécifique. L’infection virale induit un stress nucléolaire dépendant de NSs, qui a pu être reproduit dans un modèle de cellules souches neurales humaines. Les perturbations nucléolaires induites par NSs pourraient contribuer au blocage de la transcription cellulaire observé au cours de l’infection et, de manière subséquente, moduler la réponse antivirale de la cellule et/ou induire la mort cellulaire en lien avec la pathogenèse virale. Ainsi, ces perturbations des nucléoles pourraient être à l’origine d’une dégénérescence des neurones et des anomalies développementales observées chez les fœtus infectés. Au niveau moléculaire, nous souhaitons préciser l’implication de la protéine nucléolaire B23, relocalisée vers le nucléoplasme en cours d’infection, et/ou d’autres composants du nucléole dans l’initiation de ce processus. Enfin, l’hypothèse d’un transport rétrograde actif de NSs du cytoplasme vers le noyau médié par son interaction avec MVP ou Tctex1 est en cours d’investigation. / Introduction: In 2011, an emerging arbovirus named Schmallenberg virus (SBV), and belonging to the Bunyaviridae family, was discovered in Germany. Then, SBV has rapidly spread to Europe infecting wild and domestic ruminants. Adult infection is basically mild and associated with a short viremia (2-5 days). However, in case of pregnant females’ infection, SBV has the ability to cross the placental barrier to infect the foetuses, which can lead to stillbirth and central nervous system developmental abnormalities (arthrogyposis, hydranencephaly). Among bunyavirus-encoded proteins, the non-structural protein NSs has been shown to be an important virulence factor. Indeed, it is able to degrade the Rpb1 subunit of RNA polymerase II, leading to the inhibition of cellular transcription. The work of my thesis aimed to study biochemical and functional properties of NSs and to identify the molecular patterns ruling its main activities.Methods and results: An in silico amino acids sequence analysis was used to predict some common features of NSs and to help the design of several NSs mutants. As predicted by several algorithms, NSs and its mutants are mainly localised to cell nucleus in different cell types (from human and ovine origin). Interestingly, we highlighted an internal sequence (residues 33 to 51) containing a nucleolar localisation signal (NoLS), and have shown that NSs co-localises with several nucleolar proteins. Moreover, infections of human and ovine cell lines with SBV lead to re-localisation of nucleolar proteins to nucleoplasm (B23 and fibrillarin), demonstrating a viral-induced nucleolar stress. To assess the role of the NSs nucleolar localisation in this phenomenon, a recombinant virus, with a mutated version of NSs devoid of its NolS motif (SBVΔNoLS), was constructed by reverse genetic. Infection with SBVΔNoLS does not induce nucleolar stress, suggesting that the nucleolar stress induced by SBV occurs only if NSs is addressed to the nucleolus. Moreover, these results have been confirmed in human neural stem cells, which coud be a more relevant cellular model to mimic SBV infection in foetuses.Another way to study NSs functions was to identify its cellular partners by means of a yeast-two hybrid screen and using NSs as bait. Eight putative interactors of NSs have been discovered, including the dynein light chain type 1 (Tctex-1) and the Major Vault protein (MVP). These proteins are involved in cellular protein transport, notably by their associations with the microtubules network. Thus, NSs might interact with Tctex-1 and MVP to favour its shuttling from cell cytoplasm to the nucleus.Conclusions and perspectives: Altogether, these data indicate that SBV-NSs protein is mainly localised into cell nucleus and nucleolus, by means of its internal NoLS contained in the 33-51 NSs domain. SBV infection induces a nucleolar stress, particularly in human neural stem cells. NSs-induced nucleolar disruption could promote NSs inhibitory function on cellular transcription, and subsequently modulate cellular antiviral state and/or induce cell death. Regarding the pathogenesis in SBV-infected foetuses, nucleolar stress could be responsible for neurons degeneration and subsequent developmental abnormalities. At molecular level, our aim is to define the role of nucleolar protein B23 on viral replication, which is strongly relocalised to the nucleoplasm during SBV infection. Finally, hypothesis of NSs retrograde transport from cell cytoplasm to nucleus and the possible contributions of MVP and/or Tctex-1 needs to be further investigate.

O núcleo é uma estrutura organizada e possui verdadeiras organelas nucleares. Entre elas, estão os nucléolos e os corpúsculos de Cajal (CBs). Estes compartimentos nucleares são estruturas dinâmicas, mantidos pela associação de macromoléculas envolvidas na expressão gênica que interagem entre si delimitando-as. A principal proteína encontrada nos CBs é a p-80-coilin e, portanto, o principal epítopo capaz de marcar essas estruturas. Suas funções específicas ainda tem sido alvo de estudo. Existe uma proteína em comum a ambas as estruturas, a fibrilarina que participa no processamento de rRNA. Estes corpúsculos já foram descritos na periferia dos nucléolos ou mesmo fisicamente ligados a ele. Acredita-se que os corpúsculos de Cajal participem da síntese de rRNA, maturação, transporte e associação das subunidades ribossômicas.Diante esta relação, este trabalho visa estudar a inter-relação entre estas estruturas em células normais e as respectivas linhagens de células tumorais em cultura antes e após tratamentos com actinomicina D. Esta droga se usada em baixas concentrações, bloqueia a transcrição dos genes que foram decodificados pela RNA polimerase I e II, e -amanitin, por sua vez bloqueia a transcrição de genes decodificado pela RNA polimerase II . Além disso, também visa investigar uma relação entre a proliferação das linhagens estudadas e freqüência dos corpúsculos de Cajal nas células controle e tratadas. O microscópio confocal de varredura a laser permitiu o estudo dessas estruturas em preparações imunofluorescência fornecendo uma análise tridimensional destas estruturas quando utilizados anticorpos específicos. Linhagens de células que apresentaram um crescimento mais lento foram aquelas que tinham uma maior freqüência de corpúsculos por núcleo. Por outro lado, aquelas que apresentaram um crescimento mais intenso, foram aquelas que apresentaram maior variação no número de corpúsculos por núcleo. Após o tratamento com inibidores de síntese de RNA, tanto os corpúsculos de Cajal quanto os nucléolos, apresentaram alterações morfológicas, às vezes apresentando um grande acúmulo na região dos corpúsculos ou desorganizando os nucléolos. Mudanças no tamanho e forma também puderam ser destacadas. / The nucleus is a structure that has sub-compartments which can be called nuclear organelles. Among them, may be cited the nucleoli and the Cajal bodies (CBs). These nuclear compartments are dynamic structures, maintained by association and stock of macromolecules involved in gene expression. The main protein found in the CB is a p-80-coilin and therefore the main epitope able to label these structures. Their functions are still to be clarified. There is a protein in common to the nucleolus and Cajal bodies, the fibrillarin that takes part in the processing of rRNA. The CBs can be found at the periphery of the nucleoli or even physically connected to them. It is believed that the CBs may have role in the synthesis of rRNA and maturation, transport and association of ribosome subunits. In view of this relationship between Cajal bodies and nucleoli, this work aims to study the interrelationship between these structures in normal cells and their respective tumor cell line in culture before and after treatments with actinomycin D, which in low concentrations, blocks the transcription of genes that were decoded by the RNA polymerase I and II and -amanitin, which is responsible for blocking the transcription of genes decoded by the RNA polymerase II and find out a relationship between cell proliferation and Cajal bodies frequencies in control and treated cells. The confocal microscope of laser scanning enabled the study of these structures in preparations immunofluorescent providing a three-dimensional analysis of these structures when used specific antibodies before and after treatment. Cell lines that shown low cell grow, appears to have lass CB/ nucleus in the other hand, cell lines that have fastest grow shown nuclei with more Cajal bodies frequencies and more variation in the number of Cajal/nucleus After treatment with inhibitors, both Cajal bodies as nucleoli, made quite clear morphological changes, sometimes giving large accumulation of proteins in organelles and sometimes appeared disorganized in the nucleoplasm. Changes in the size and shape were also highlighted. The tumor cell lines also showed changes compared to their normal cell type.

Dans cette thèse, j’ai cherché à étudier l’impact du contenu et de la structure du nucléole sur les fonctions nucléolaires chez A. thaliana. Pour cela je me suis appuyée sur deux cas concrets : 1- J’ai réalisé le protéome du nucléole et caractérisé une de ces activités non-ribosomales / 2- J’ai étudié l’impact du fer nucléolaire dans la biogenèse des ribosomes.D’une part, le protéome nucléolaire d’A. thaliana m’a permis d’identifier des protéines nucléolaires dont les fonctions connues sont extra-ribosomales. Ainsi j’ai démontré que l’activité du protéasome 26S peut être régulée par le nucléole. Plus précisément l’activité du protéasome diminue lors d’une déstructuration du nucléole. De plus, j’ai constaté que le protéasome 26S, conjointement avec la protéine Nucléoline, pourrait avoir un rôle dans la transcription et/ou la maturation des ARNr.D’autre part, j’ai démontré que l’absence de fer nucléolaire (chez des plantes mutantes nas1,2,4) provoque une augmentation des structures nucléolaires propices à la transcription (les centres fibrillaires). Cette observation est corrélée à la transcription de l’ADNr du NOR2, normalement réprimé. Et, de manière inattendue, est liée avec l’hyperméthylation des promoteurs des ADNr en contexte CHH. Il se peut alors que le fer régule des facteurs impliqués dans les mécanismes épigénétiques responsables de la répression ou de l’activation des ADNr. / The aim of this thesis work is to highlight the impact of both nucleolus content and structure on nucleolar functions in A. thaliana. For this I followed two approaches: 1- I performed nucleolus proteome and characterized one of its non-ribosomal activity / 2- I studied nucleolar iron impact on ribosomes biogenesis.Firstly, the A. thaliana nucleolar proteome allowed me to identify nucleolar proteins with non-ribosomal functions. Among these, I showed that 26S proteasome activity can be regulated by nucleolus. More precisely, proteasome activity decreases with nucleolus disorganization. Moreover, I also showed that 26S proteasome, together with Nucleolin, might play a role in ribosomal RNA transcription and/or maturation.Secondly, I proved that loss of nucleolar iron (in nas1,2,4 mutant plants) induces an increase of nucleolar transcriptional structures (fibrillar centers). This observation is correlated with the transcription of normally silenced rDNA from NOR2 and, interestingly, with hypermethylation of rDNA promoters in CHH context. And so, iron might regulate factors implicated in epigenetic pathways responsible of either rDNA transcription or repression.

In der vorliegenden Arbeit wurden Fusionsprodukte aus verschiedenen nukleolären Proteinen mit fluoreszierenden Proteinen (GFP und dsRed: rot fluoreszierendes Protein) in lebenden Zellen von Säugern und Xenopus laevis exprimiert und lokalisiert. Dadurch standen "Marker" für die drei Hauptkomponenten des Nukleolus zur Verfügung. Die dynamischen Eigenschaften dieser Fusionsproteine wurden quantitativ mit Hilfe von "Photobleaching"-Experimenten analysiert (FRAP: fluorescence recovery after photobleaching). Im einzelnen wurde durch die Untersuchung von RNA-Polymerase I der rDNA Transkriptionsort im fibrillären Zentrum des Nukleolus bestätigt. Die kinetischen Analysen von zwei pol I-Untereinheiten (RPA194 und RPA53) durch FRAP in transkriptionell aktiven und inaktiven Nukleoli erlaubten direkte Rückschlüsse auf die Transkriptionsdauer der rRNA-Gene in vivo. Die individuellen pol I-Untereinheiten bewegen sich rasch zwischen Nukleoplasma und Nukleolus und interagieren in den fibrillären Zentren mit dem rDNA-Promoter. Dann werden sie in produktive Transkriptionskomplexe integriert, die während der Elongationsphase, die bei Raumtemperatur etwa fünf Minuten dauert, stabil bleiben und erst nach der Termination dissoziieren. Zumindest ein Teil der Untereinheiten wandert anschließend in das Nukleoplasma. Die Ergebnisse widersprechen Modellen, welche die dichte fibrilläre Komponente als Transkriptionsort ansehen oder immobile RNA Polymerase I-Moleküle postulieren. Die Identifizierung des fibrillären Zentrums als rDNA-Transkriptionsort wurde durch die Koexpression der pol I-Untereinheiten mit Fibrillarin, einem Leitprotein der dichten fibrillären Komponente, ermöglicht. Durch die Expression der beiden Proteine als unterschiedlich fluoreszierende Fusionsproteine konnten die Orte der Transkription (die fibrillären Zentren) und die Orte der ersten Prozessierungsschritte, an denen Fibrillarin beteiligt ist (die dichte fibrilläre Komponente), in lebenden Zellen als direkt benachbarte, aber räumlich getrennte Kompartimente identifiziert werden. Die Rolle der granulären Komponente als Ort späterer Prozessierungschritte und Integration ribosomaler Proteine wurde durch die Expression von B23 und der ribosomalen Proteine L4, L5 und L10 verdeutlicht. Dabei wurde die nukleoläre Lokalisation von L10 erstmals belegt. In der Literatur wurde bisher angenommen, L10 würde erst im Cytoplasma mit Ribosomen assoziieren. Dies ist nicht der Fall, wie insbesondere Experimente mit Leptomycin B gezeigt haben. Diese Droge hemmt den CRM1-abhängigen Kernexport und führte zu einer deutlichen Akkumulation von L10-haltigen Präribosomen im Nukleoplasma von menschlichen Zellen. Schließlich sollte ein neues nukleoläres Protein von Xenopus laevis molekular charakterisiert werden, das mit verschiedenen Antikörpern in der granulären Komponente des Nukleolus lokalisiert wurde. Durch massenspektrometrische Analysen nach zweidimensionaler Gelelektrophorese wurden die Antigene überraschenderweise als Cytokeratin-Homologe identifiziert. Im Verlauf dieser Arbeit wurden drei bisher unveröffentlichte Cytokeratin 19 Isoformen von Xenopus kloniert, sequenziert und als GFP-Fusionsproteine exprimiert. Diese wurden allerdings wie reguläre Cytokeratine in cytoplasmatische Intermediärfilamente integriert und konnten, auch nach Translokation in den Zellkern durch ein experimentell eingefügtes Lokalisationssignal, nicht im Nukleolus nachgewiesen werden. Nach der Kotransfektion mit verschiedenen Zellkern-Proteinen wurde Cytokeratin 19 mit diesen in den Zellkern und mit nukleolären Proteinen in den Nukleolus transportiert. Obwohl diese Versuche auf einen "Huckepack"-Transportmechanismus für ein normalerweise cytoplasmatisches Protein hinweisen, konnte Cytokeratin 19 nicht spezifisch in der granulären Komponente des Nukleolus lokalisiert werden. Daher konnte bisher, trotz intensiver Bemühungen, die Identität des in der Immunfluoreszenz nachgewiesenen nukleolären Proteins leider nicht aufgeklärt werden. / In the present work, nucleolar proteins were expressed as fusions with fluorescent proteins (GFP: green fluorescent protein or dsRed: red fluorescent protein) in living mammalian and Xenopus laevis cells. These tagged proteins were used as markers for the three main components of the nucleolus. The dynamic properties of the fusion proteins were analyzed quantitatively in photobleaching experiments (FRAP: fluorescence recovery after photobleaching). The analysis of RNA polymerase I allowed the conclusion that the fibrillar centers are the site of rDNA transcription. The kinetic FRAP analysis of two pol I subunits (RPA194 and RPA53) in transcriptionally active and inactive nucleoli allowed an estimate of the transcription time of rDNA genes in vivo. The individual pol I subunits move rapidly between the nucleoplasm and the nucleolus and associate at rDNA promoter sites. Then they are integrated into productive transcription complexes, which remain stable for the elongation phase of about five minutes at room temperature, and dissociate after termination. At least part of the subunits migrate to the nucleoplasm. The obtained results disagree with models that assume the site of transcription to be in the dense fibrillar component, as well as proposing immobile RNA Polymerase I molecules. The designation of the fibrillar center as site of rDNA transcription was further corroborated by the coexpression of pol I subunits with fibrillarin, a major protein of the dense fibrillar component. Using two differently fluorescing tags, the sites of transcription (fibrillar centers) and the sites of early processing steps, in which fibrillarin participates (dense fibrillar components), could be identified in living cells as closely neighboured but clearly separated compartments. The granular component as the site of late processing steps and assembly of ribosomal proteins was visualized by the expression of B23 and ribosomal proteins L4, L5 and L10. In the course of this work L10 was shown to be localized in the nucleolus for the first time. In the literature, human L10 was assumed to associate with ribosomes only in the cytoplasm. This is not the case, as was shown in particular by experiments with Leptomycin B. This drug inhibits the CRM1 dependent nuclear export pathway and resulted in a clear accumulation of L10 containing preribosomes in the nucleoplasm of human cells. Finally, a novel nucleolar protein (p52) of Xenopus laevis was studied in detail. Antigens of various p52 antibodies, localized in the granular component of nucleoli by immunofluorescence were surprisingly identified as cytokeratin homologs by two-dimensional immunoblot analysis and mass spectrometry. In the course of this work three hitherto unpublished Cytokeratin 19 isoforms of Xenopus were cloned, sequenced and expressed as GFP-fusion proteins. However, these proteins behaved like regular cytokeratins and were integrated into intermediate filaments. They were not detectable in the nucleolus, even after translocation into the nucleus by means of an experimentally added localization signal. Following cotransfection with various nuclear RFP-fusion proteins, GFP-CK19 was transported into the nucleus and localized with ist coexpressed partner. When coexpressed with nucleolar proteins, Cytokeratin 19 was also transported into the nucleolus. Although these experiments indicate a possible piggyback transport mechanism for a normally cytoplasmic protein, Cytokeratin 19 was not specifically located in the granular component of the nucleolus. Therefore, despite all efforts, until now the identity of the nucleolar protein originally identified by immunofluorescence remains to be clarified.

Comme le nucléole joue un rôle fondamental dans l’expression des protéines, via la synthèse des ARN ribosomiques, il n’est donc pas surprenant que des études aient révélé un lien étroit, entre des dysfonctionnements nucléolaires et l’origine de certaines maladies humaines. La découverte, il y a plusieurs années, d’un taux anormalement élevé de protéines nucléolaires dites argyrophiles ou AgNORs, dans les cellules tumorales, a permis d’envisager leur utilisation comme outil diagnostique ou pronostique du cancer. Détectées, de manière in vitro grâce à leur affinité pour l’argent, l’identification de quelques protéines AgNORs n’a pourtant pas permis d’établir une caractéristique commune à toutes les protéines argyrophiles détectées dans les extraits nucléolaires. Ainsi, bien que le test colorimétrique AgNOR soit utilisé dans de nombreux laboratoires académiques, l’absence d’identification de protéines AgNORs spécifiques du processus de cancérisation, a limité son utilisation en laboratoire clinique. Comme certaines limites technologiques et expérimentales ont limité leur caractérisation chez l’humain, nous avons donc décidé de reprendre les recherches sur ce sujet et de le réactualiser grâce aux avancées technologiques et scientifiques. Les protéines AgNORs étant étroitement liées à la biogenèse des ribosomes, nous avons donc décidé d’amorcer nos recherches chez la levure Saccharomyces cerevisiae, dans laquelle, la voie de biosynthèse des ribosomes a été particulièrement bien décrite. Devant l’intérêt biologique et médical de ces protéines, l’objectif de ce projet a donc été triple : 1-identifier des protéines AgNORs chez la levure 2-caractériser les propriétés physico-fonctionnelles et physico-chimiques de ces protéines AgNORs. 3-utiliser ces caractéristiques physico-chimiques pour rechercher de nouvelles AgNORs humaines, spécifiques de processus de cancérisation et potentiellement utilisables comme marqueurs tumoraux./The nucleolus is a subnuclear compartment that organized around ribosomal gene (rDNA) repeats NORs, which encode for ribosomal RNA. A peculiar group of acidic proteins which are highly argyrophilic are also localized at the same sites as NORs, thus allowing NORs to be very clearly and rapidly visualized by silver nitrate staining procedures. However, if three human argyrophilic proteins, UBF, C23 (nucleolin) and B23 (nucleophosmin), have been associated for staining of NOR, the exact number of AgNOR proteins and their intrinsic biochemical feature are unclear. Here, we have performed an heterologous screen in a genetically tractable eukaryotic organism (budding yeast) for the identification of novel AgNOR proteins and in vitro characterized an intrinsic feature that underlies silver binding and offers a strong predictive value for the identification of novel human AgNOR proteins.