La protéine suppresseur de tumeur p53 est soumise à de complexes régulations transcriptionnelles et posttraductionnelles. La découverte d’isoformes de p53 a introduit un degré de complexité supplémentaire auxmécanismes de régulation des fonctions de p53. On dénombre à ce jour douze isoformes qui diffèrent de p53dans leurs domaines N- et C-terminal. Cependant, les modes d’expression et de fonction de ces isoformes restentà être clarifiés.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux deux isoformes Δ40p53 et Δ133p53, en analysant leurinteraction avec p53 et en mesurant leur expression dans les mélanomes, un type de cancer où p53 est trèsrarement mutée. Nous montrons que Δ40p53 peut moduler l’activité de p53 avec un effet bi-phasique, tantôtactivateur ou répresseur du niveau d’expression et des fonctions de p53. Δ133p53 est produite par un promoteurP2 localisé dans le gène TP53. Nous avons montré qu’en réponse à un stress génotoxique, l’expression de Δ133p53 est régulée par p53, qui se lie au promoteur P2. Ceci suggère une boucle d’auto-régulation par p53, quiest capable de contrôler l’expression d’une isoforme inhibant ses propres fonctions. Enfin, les isoformes Δ40p53 et Δ133p53 sont surexprimées dans les tumeurs métastatiques de mélanomes comparées aux tumeurs noninvasives,suggérant à ces isoformes un rôle dans l’inactivation de p53 dans les cancers.Ainsi, Δ40p53 et Δ133p53 interagissent avec p53 de façon complexe, avec des effets plus contrastés que lasimple inhibition de l’activité suppressive de p53. Les isoformes de p53 jouent ainsi un rôle majeur dans lesactivités basales de p53, ainsi que dans l’inactivation fonctionnelle de p53 dans les cancers. / The p53 tumour suppressor protein has a highly complex pattern of regulation at transcriptional and posttranslationallevels. The discovery of p53 isoforms has added another layer of complexity to the mechanisms thatregulate p53 functions. Indeed, p53 is expressed as 12 isoforms that differ in their N- and C-terminus due toalternative splicing, promoter or codon initiation usage. So far, there is limited understanding of the patterns ofexpression and of the functions of each of these isoforms.In this Thesis, we have focused on the two major p53 N-terminal isoforms, Δ40p53 and Δ133p53. We haveanalysed their patterns of interactions with the full-length p53 and we have investigated whether their expressioncould be deregulated in melanoma, a cancer type in which TP53 mutations are rare. Our results show that Δ40p53 can modulate p53 function with a bi-phasic effect, acting as a repressor or activator of p53 to control itslevels and activity. Moreover, we demonstrate that the internal P2 promoter produces Δ133p53 and is regulatedby p53 in response to genotoxic stress, identifying a novel auto-regulatory loop by which p53 may control theexpression of an isoform acting as an inhibitor of p53 activities. Finally, we show that mRNAs encoding Nterminalisoforms are often over-expressed in highly metastatic melanoma when compared to non-invasiveforms, suggesting that N-terminal isoforms contribute to functionally inactivate p53. Thus, we propose that Δ40p53 and Δ133p53 modulate p53 functions within dynamic fluctuations of aprotein network. Hence, p53 isoforms may have a major role in basal p53 activities as well as in the functionalinactivation of p53 in cancer cells.

Contrôle de la signalisation oncogénique du mutant L858R de l'EGFR par la protéine suppresseur de tumeur p14ARF dans les adénocarcinomes pulmonaires. Le récepteur à l'EGF (EGFR) est un oncogène puissant impliqué dans le développement des cancers du poumon. Dans ces cancers, la présence de mutations activatrices de l'EGFR (majoritairement L858R et Del19) est un facteur prédictif de réponse aux agents pharmacologiques qui ciblent spécifiquement ce récepteur (EGFR-TKI). Cependant, l'association entre réponse thérapeutique et mutation est plus complexe que prévue, soulignant la nécessité d'approfondir la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans développement de ces cancers. Nous avons précédemment montré que la quasi-totalité des tumeurs pulmonaires avec des mutations activatrices de l'EGFR présente une expression faible ou indétectable de la protéine suppressive de tumeur p14ARF. Ces résultats nous ont conduites à émettre l'hypothèse que l'expression de p14ARF était un frein essentiel à l'expansion clonale de ces cellules. Nous décrivons pour la première fois une relation fonctionnelle entre p14ARF et du mutant L858R de l'EGFR dans laquelle p14ARF inhibe la croissance de cellules exprimant ce mutant en induisant leur apoptose. Les effets suppresseurs de tumeur de p14ARF impliquent une fonction pro-apoptotique originale de STAT3 qui conduit à l'inhibition de l'expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. De plus, nous montrons que les cellules EGFR-L858R maintiennent leur avantage de croissance en inhibant l'expression de p14ARF et la signalisation pro-apoptotique STAT3/Bcl-2 qui en découle. Nos résultats identifient également p14ARF comme une nouvelle cible transcriptionnelle de STAT3, mettant ainsi en évidence une boucle de rétrocontrôle positif entre ces deux protéines qui pourrait entretenir la signalisation pro-apoptotique médiée par STAT3. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que la réactivation de la voie p14ARF/STAT3/Bcl-2 pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique dans le traitement de ces cancers.

Contrôle de la signalisation oncogénique du mutant L858R de l'EGFR par la protéine suppresseur de tumeur p14ARF dans les adénocarcinomes pulmonaires. Le récepteur à l'EGF (EGFR) est un oncogène puissant impliqué dans le développement des cancers du poumon. Dans ces cancers, la présence de mutations activatrices de l'EGFR (majoritairement L858R et Del19) est un facteur prédictif de réponse aux agents pharmacologiques qui ciblent spécifiquement ce récepteur (EGFR-TKI). Cependant, l'association entre réponse thérapeutique et mutation est plus complexe que prévue, soulignant la nécessité d'approfondir la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans développement de ces cancers. Nous avons précédemment montré que la quasi-totalité des tumeurs pulmonaires avec des mutations activatrices de l'EGFR présente une expression faible ou indétectable de la protéine suppressive de tumeur p14ARF. Ces résultats nous ont conduites à émettre l'hypothèse que l'expression de p14ARF était un frein essentiel à l'expansion clonale de ces cellules. Nous décrivons pour la première fois une relation fonctionnelle entre p14ARF et du mutant L858R de l'EGFR dans laquelle p14ARF inhibe la croissance de cellules exprimant ce mutant en induisant leur apoptose. Les effets suppresseurs de tumeur de p14ARF impliquent une fonction pro-apoptotique originale de STAT3 qui conduit à l'inhibition de l'expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. De plus, nous montrons que les cellules EGFR-L858R maintiennent leur avantage de croissance en inhibant l'expression de p14ARF et la signalisation pro-apoptotique STAT3/Bcl-2 qui en découle. Nos résultats identifient également p14ARF comme une nouvelle cible transcriptionnelle de STAT3, mettant ainsi en évidence une boucle de rétrocontrôle positif entre ces deux protéines qui pourrait entretenir la signalisation pro-apoptotique médiée par STAT3. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que la réactivation de la voie p14ARF/STAT3/Bcl-2 pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique dans le traitement de ces cancers. / Control of EGFR-L858R oncogenic signaling pathway by the p14ARF tumor suppressor in lung adenocarcinoma. The EGF receptor (EGFR) is a strong oncogene involved in lung carcinogenesis. In these cancers, sensitivity to inhibitors of the EGFR tyrosine kinase activity (EGFR-TKI) has been shown to be related to the presence of activating mutations in the TK domain of EGFR (mainly L858R and Del19). However, the association between mutations and responsiveness to EGFR-TKI based treatment is more complex than previously envisioned, underlying the pressing need to study thoroughly the molecular mechanisms of lung cancer growth. We previously showed that almost all lung cancer with EGFR activated mutations has very low or undetectable levels of the p14ARF tumor suppressor protein. These results led us to postulate that expression of p14ARF is an efficient break against clonal proliferation of these cells. We report for the first time a relationship between p14ARF and mutant EGFR-L858R in which p14ARF inhibits the growth of EGFR-L858R expressing cells by inducing apoptosis. The p14ARF tumor suppressor effects involve an original STAT3 pro-apoptotic function that drives the inhibition of the anti-apoptotic Bcl-2 protein. Moreover, we show that the EGFR-L858R mutant maintains their survival and proliferation characteristics by inhibiting p14ARF expression and consequently the STAT3/Bcl-2 pro-apoptotic pathway. Our results also identify p14ARF as a new transcriptional target of STAT3, therefore providing evidence of a positive feed-back loop that could maintain STAT3 pro-apoptotic pathway. Based on these data, we suggest that manipulation of this pathway could be a therapeutic strategy for lung cancer treatment.

Le gène TP53 est extrêmement polymorphique avec 85 polymorphismes décrits. Certains de ces polymorphismes sont associés à une augmentation du risque de cancer, par exemple rs10425222 peut moduler les fonctions de p53. Cependant, pour d’autres, comme le rs17878362 qui est le polymorphisme intronique le plus étudié, leur association avec une augmentation du riques au cancer est controversée.Pour analyser l’association entre le polymorphisme rs17878362 et la susceptibilité au cancer, nous avons analysé son rôle dans des contextes de cancers sporadiques et familiaux. Les résultats obtenus pour le polymorphisme rs17878362 sont paradoxaux avec une augmentation des cancers sporadiques associée avec le génotype A2A2 alors que l’allèle A2 est associé avec un effet « protectif » chez les patients atteints du syndrome de Li-Fraumeni porteurs d’une mutation germinale de TP53 situé sur l’haplotype A1. Ces observations suggèrent que des haplotypes spécifiques de TP53 pourraient moduler les capacités suppressives de p53. Une hypothèse possible est que les différents haplotypes de TP53 présenteraienrt des mutations somatiques à des fréquences différentes dans la population.De plus, le gène TP53 exprime différentes isoformes, comme le D40p53, inhibant l’activité suppressive de p53. Le D40p53 peut être produite par le maintien de l’intron 2 par épissage alternatif. Nous avons montré que les G-quadruplexes, des structures tridimensionnelles formées dans des régions riches en G, sont formés dans l’intron 3 et régulent la rétention de l’intron 2 et la formation du transcrit p53I2. Nous avons aussi observé que le polymorphisme rs1652785 (localisé dans l’intron 2) semble réguler la stabilité du p53I2. Ces résultats suggèrent que les polymorphismes de TP53 localisés dans une région de 412 pb située entre l’exon 2 et l’exon 4 régulent l’expression des isoformes de p53 dans une séquence temporelle d’évènements en modulant la formation des pré-ARNm (rs17878362), la stabilité des ARNm (rs1642785) et les fonctions protéiques (rs10425222).L’expression des isoformes de p53 est donc finement régulée par des mécanismes impliquant les polymorphismes de TP53 qui sont aussi associés avec une altération dans la susceptibilité au cancer. / The TP53 gene is a highly polymorphic gene with 85 polymorphisms described. Some of these have been associated with an increase of cancer susceptibility, for example rs10425222 that can modulate certain p53 activities. However for others such as rs17878362, the most studied intronic polymorphism, the association with cancer risk is more controversial. To investigate the influence of rs17878362 on cancer susceptibility, we analysed its role in sporadic and familial contexts. The results are paradoxical with an increase of sporadic cancer associated with the rs17878362 A2A2 genotype whereas the rs17878362 A2 allele is associated with a “protective” effect in the context of Li-Fraumeni patients carrying a TP53 germline mutation on an A1 haplotype. These observations suggest that specific TP53 haplotypes could modulate p53’s tumour suppression capacities. A possible hypothesis to explain this could be that somatic mutations are carried on different haplotypes of TP53 present at different allele frequencies in the population. In addition, TP53 is expressed as several protein isoforms, such as D40p53, which inhibits p53’s suppressive activity. D40p53 can be produced from an alternative spliced transcript that retains intron 2. We have shown that G-quadruplexes, tri-dimensional structures formed in G-rich sequences, are formed in intron 3 and regulate the retention of intron 2 and the formation of the p53I2 transcript. We also observed that rs1642785 (located in intron 2) could regulate p53I2’s stability. These results suggest that the TP53 polymorphisms located in a 412 bp region located between exon 2 and exon 4 regulate the expression of p53 isoforms in a temporal sequence of events by modulating the pre-mRNA formation (rs17878362), mRNA stability (rs1642785) and protein functions (rs1042522).p53 isoforms’ expression is thus finely regulated by mechanisms involving TP53 polymorphisms, which are also associated with altered cancer susceptibility.

La protéine p53 répond à divers stress cellulaires pour induire l'apoptose et l'arrêt du cycle cellulaire. Cela permet à p53 de maintenir l'intégrité du génome, et la fonction de p53 est d'une importance capitale dans la suppression de l'oncogenèse cellulaire. En réponse à divers stress, p53 induit une activation transcriptionnelle par stabilisation, tétramérisation et activation. C'est pourquoi des mutations du gène TP53 sont fréquemment trouvées dans tumeurs. L'homotétramérisation de la protéine p53 via le domaine de tétramérisation est essentielle pour l'expression fonctionnelle de p53, et l'activité transcriptionnelle de p53 est fortement corrélée à la stabilité de la structure tétramérique. p53 a été exprimée depuis les premiers vertébrés jusqu'aux mammifères et aux oiseaux. p53 est en équilibre entre les formes monomériques et tétramériques, et le domaine de tétramérisation de p53 (p53TD) forme une structure ba. En revanche, les poissons tels que le poisson zèbre ont une deuxième hélice dans leurs protéines p63 et p73. p63 et p73 sont des homologues de p53, et il a été démontré que p63 est impliqué dans le développement et la différenciation des organes ectodermiques, et p73 dans le développement du système nerveux. On sait également que p63 et p73 forment des hétérotetrameres pour se réguler négativement l'un l'autre, alors que p53 ne forme pas. Malgré l'importance du rôle de la famille p53 dans l'évolution, les changements dans la stabilité de sa structure tétramérique et leur effet sur sa fonction ne sont pas clairs. C'est pourquoi nous avons tenté d'élucider le mécanisme moléculaire basé sur la structure tétramérique de p53. Dans cette étude, nous avons analysé les effets des mutations dans les tumeurs malignes et des substitutions dans la séquence du domaine de tétramérisation de p53 au cours de l'évolution sur la formation du tétramère, sa stabilité structurelle et la formation d'hétérotétramères, et nous avons étudié le rôle de la fonction de tétramérisation dans les fonctions spécifiques des protéines de la famille p53. La thèse contient cinq chapitres. Le chapitre 1 décris le rôle de la protéine p53 et du domaine de tétramérisation dans la régulation de son activité. Dans le chapitre 2, je détermine l'importance des effets négatifs dominants des mutations du domaine de tétramérisation de p53 dans le syndrome de Li-Fraumeni (LFS). Chapitre 3 discute des différences entre les espèces en ce qui concerne la stabilité structurelle de p53TD au cours de l'évolution des mammifères et des facteurs qui contribuent à ces différences. Dans le chapitre 4, je discute de la structure et de la stabilité des domaines de tétramérisation de p53 chez plusieurs espèces de vertébrés, et en particulier chez les poissons, ainsi que de l'analyse de la formation de l'hétérotramère p53-p63. Dans le dernier chapitre 5, je donne des conclusions. En conclusion, ces études permettent de clarifier l'importance de la formation du tétramère p53 dans l'expression fonctionnelle des membres de la famille p53 et les mécanismes moléculaires de stabilité et d'hétérogénéité dans la formation du tétramère. Cette étude apporte de nouvelles perspectives sur la régulation fonctionnelle et l'évolution d'autres protéines multimériques. / The p53 protein responds to various cellular stresses to induce apoptosis and cell cycle arrest. This enables p53 to maintain genome integrity, and p53 function is of paramount importance in the suppression of cellular oncogenesis. In response to various stresses, p53 induces transcriptional activation through stabilization, tetramerization, and activation. Therefore, mutations in the gene TP53 are frequently found in tumors. 　 The homotetramerization of p53 protein via the tetramerization domain is essential for the functional expression of p53, and p53 transcriptional activity is strongly correlated with the stability of the tetrameric structure. p53 has been expressed from the early vertebrates to mammals and birds. p53 is in equilibrium between monomeric and tetrameric forms, and the p53 tetramerization domain (p53TD) forms a ba structure. In contrast, fish such as Zebrafish have a second helix in their p63 and p73 proteins. p63 and p73 are p53 homologues, and it has been shown that p63 is involved in the development and differentiation of ectodermal organs, and p73 in the development of the nervous system. It is also known that p63 and p73 form heterotetramers to negatively regulate each other, while p53 does not. Despite the importance of the role of the p53 family in evolution, changes in the stability of its tetrameric structure and its effect on its function are not clear. Therefore, we attempted to elucidate the molecular mechanism based on the p53 tetramer structure. In this study, we analyzed the effects of mutations in malignant tumors and substitutions in the p53 tetramerization domain sequence during evolution on tetramer formation, its structural stability, and heterotetramer formation, and investigated the role of the tetramerization function in the specific functions of the p53 family proteins. The thesis contains five chapters. Chapter 1 describes the role of the p53 protein and the tetramerization domain in regulating its activity. In Chapter 2, I determine the importance of dominant negative effects of mutations in the p53 tetramerization domain in Li-Fraumeni syndrome (LFS). Chapter 3 discusses the species differences in p53TD structural stability in mammalian evolution and the factors that contribute to these differences. In Chapter 4, I discuss the structure and stability of the p53 and p63 tetramerization domains in several vertebrate species, and in particularly fish species, as well the analysis of p53-p63 heterotetramer formation. In the final Chapter 5, I provide the conclusions of this study. In conclusion, these studies help to clarify the importance of the formation of the p53 tetramer in the functional expression of p53-family members and the molecular mechanisms of stability and heterogeneity in tetramer formation. This study provides new insights into the functional regulation and evolution of other multimeric proteins.

Le gène suppresseur de tumeurs TP53 exprime plusieurs isoformes, dont Δ40p53 (perte du domaine de transactivation) et Δ133p53 (perte du domaine de transactivation et d’une partie du domaine de liaison à l’ADN). Ces isoformes inhibent l’activité suppressive de p53 et seraient sur-exprimées dans les cancers (sein et mélanome). Dans les cancers faiblement associés à une mutation TP53, ces isoformes seraient de bons candidats pour inactiver p53. Il convient de comprendre les mécanismes transcriptionnels qui régulent leurs expressions. Δ133p53 est produite par un promoteur alternatif P3 localisé dans TP53. Nous avons montré que Δ133p53 est un gène cible de p53, qui transactive le promoteur P3 par fixation sur un élément de réponse présent dans l’exon 4. L’expression de Δ133p53 est corrélée à celle d’autres gènes cibles de p53 en réponse à un stress génotoxique. De plus, elle réprime la suppression de la prolifération induite par p53 en inhibant ses capacités de liaison à l’ADN. Δ40p53 est produite par épissage alternatif, dont la rétention de l’intron 2 favorise sa traduction et empêche celle de p53. Nous avons montré que des structures de type G-quadruplexes présentes dans l’intron 3 régulent l’exclusion de l’intron 2. Ces structures comprennent le polymorphisme TP53PIN3 (duplication de 16pb), qui change leur localisation et affecte l’expression des ARNm codant p53 et Δ40p53. De plus, nous avons montré que ce polymorphisme est associé à une accélération de la cancérogenèse dans le syndrome Li-Fraumeni, caractérisé par la présence d’une mutation germinale TP53 (effet modificateur: 19 ans de différence à l’âge moyen du premier diagnostique entre les deux variants). L’expression des isoformes de p53 dépend de mécanismes transcriptionnels différents, indiquant des rôles différents dans la modulation des fonctions suppressives de p53. En plus d’inactiver p53 dans les cancers, ces isoformes pourraient être à l’origine des effets modificateurs des polymorphismes de TP53 sur les mutants p53. / The TP53 tumour suppressor gene expresses several isoforms, of which Δ40p53 (lack of transactivation domain) and Δ133p53 (lack of both transactivation and part of DNA-binding domains). These isoforms inhibit p53 suppressive activity and have been shown to be over-expressed in cancers (breat and melanoma). In cancers associated with low TP53 mutation rate, these isoforms could be great candidates to inactivate p53. It seems important to understand the transcriptional mechanisms that regulate their expression. Δ133p53 is produced by an alternative P3 promoter within TP53. We showed that Δ133p53 is a p53 target gene. p53 transactivates the P3 promoter and interact with a response element within exon 4. Δ133p53 expression is correlated to other p53 target genes in response to genotoxic stress. In addition, Δ133p53 inhibits p53-dependent suppression of proliferation by inhibiting p53 DNA-binding activity. Δ40p53 is produced by alternative splicing: retention of intron 2 favours its translation while it avoid the one of p53. We showed that G-quadruplex structures are formed in intron 3 and regulate retention of intron 2. The TP53PIN3 polymorphism (16 bp duplication) is embedded within these structures and affects their locations leading to variation of mRNA expression of p53 and Δ40p53. In addition, we showed that this polymorphism is associated with acceleration of carcinogenesis in Li-Fraumeni syndrome, characterized by germline TP53 mutation (genetic modifier effect: difference of 19 years in mean age at first diagnosis of cancer between the two variants). The expression of p53 isoforms depends on different transcriptional mechanisms, suggesting different roles in the modulation of p53 suppressive functions. In addition to inactivate p53 in cancers, these isoforms could be the mediators of modifier effects observed for TP53 polymorphisms on mutant p53.