La régulation post-transcriptionnelle joue un rôle essentiel dans le contrôle du développement des animaux et des maladies. Parmi les mécanismes de régulation posttranscriptionnelle identifiés à ce jour, les microARNs jouent un rôle central. Ils constituent une large classe de courts ARNs régulateurs qui ont été découverts chez le nématode C. elegans et ont été répertoriés chez tous les métazoaires. Les microARN sont transcrits par l'ARN polymérase II sous forme d'un long transcrit primaire et vont subir deux étapes de clivage successives pour former le microARN mature. Le microARN mature est pris en charge par une protéine Argonaute pour former un complexe effecteur, le miRISC. Les microARN s’associent avec la région 3' non traduite de leurs ARNm cibles pour réprimer leur traduction et/ou initier leur dégradation. L'orchestration dynamique de ces processus n'est pas bien comprise, mais on pense actuellement qu'elle dépend en grande partie d'un partenaire clé des Argonautes, GW182. Les cellules germinales sont la source d’ARNm maternels dont la régulation est essentielle aux premières étapes de l’embryogénèse. Le maintien de la stabilité de ces transcrits est assuré par des mécanismes posttranscriptionnels. Les microARNs sont abondants dans la lignée germinale et donc pourraient potentiellement participer à cette régulation. C’est ce qui nous amène à étudier la fonction des microARNs dans les cellules germinales. L’objectif de mon doctorat a été de comparer les mécanismes moléculaires utilisés par les microARN dans les cellules germinales et somatiques afin de mieux comprendre comment ils régulent l’expression des gènes. Grâce à une combinaison d’analyses protéomiques et de rapporteurs de l’activité des microARN in vivo, nous avons pu disséquer la composition et la fonction des miRISC germinaux et somatiques. Nous avons découvert un mécanisme de répression indépendant de GW182 qui réprime et stabilise les cibles de microARN. De façon intéressante, nous démontrons que des sites de liaison des miARN sont suffisants pour localiser un transcrit germinal à la région périnucléaire. Finalement, nous identifions GLH-1, une composante des granules P germinaux, comme étant un cofacteur de la fonction des microARN germinaux. Collectivement, mes travaux de doctorat nous ont permis de contribuer à améliorer les connaissances des mécanismes de la régulation des gènes par les microARN. / Post-transcriptional regulation plays a key role in controlling animal development and diseases. Among all post-transcriptional regulatory mechanisms identified to date, microRNAs play a central role. They constitute a large class of short non-coding RNAs that were discovered in C. elegans and have been reported in all metazoans. MicroRNAs are transcribed by RNA polymerase II as a long primary transcript that will undergo two successive cleavage steps to form the mature microRNA. The mature microRNA is the loaded onto an Argonaute protein to form an effector complex, the miRISC. MicroRNAs associate with the 3' untranslated region of their target mRNAs to repress their translation and/or initiate their degradation. The dynamic orchestration of these processes is not well understood, but at the moment is thought to be largely dependent on a key Argonaute partner, GW182. In developmental contexts such as oogenesis and early embryogenesis, the expression of maternally supplied mRNAs is tightly controlled. In oocytes, translational repression rather than irreversible mRNA decay, is preferred to accumulate and maintain a pool of maternal mRNAs whose timely expression is critical later in development. MicroRNAs are abundant in the germ line and therefore could potentially participate in this regulation. This leads us to study the function of microRNAs in germ cells. The aim of my PhD was to compare the molecular mechanisms used by microRNAs in germline and somatic cells to better understand how they regulate gene expression. Using a combination of proteomic analyzes and in vivo microRNA activity reporters, we were able to dissect the composition and function of germline and somatic miRISCs. We uncover a GW182- independent silencing mechanism used by germline miRNAs to both repress and unexpectedly stabilize their target mRNA. Interestingly, miRNA binding sites are sufficient to localize a germline reporter transcript to the perinuclear region. Finally, we identify GLH-1, a germline P granule component, as an miRISC cofactor involved in the repression of germline microRNA targets. Collectively, my doctoral work helps us gain new insights about the mechanisms used by microRNAs to regulate gene expression.

Les riborégulateurs sont un sujet de grand intérêt pour une partie de la communauté scientifique depuis leur découverte en 2002. Toutefois, comme ces structures retrouvées dans des ARNm ayant la capacité de réguler l'expression génétique en réponse à la liaison d'un petit métabolite sont présentées comme une cible antibiotique très prometteuse, les riborégulateurs intéressent maintenant les médias ainsi que la population en général. Malgré ce fort potentiel de cible antibiotique, il reste encore beaucoup d'interrogations à élucider avant de commercialiser des molécules ciblant les riborégulateurs afin de contrer une infection bactérienne chez un animal ou un humain. De cette manière, la recherche visant à mieux caractériser les riborégulateurs est d'une grande importance. L'étude présentée dans ce mémoire a donc comme objectif général de mieux caractériser le riborégulateur SAM-I d'un point de vue structural et fonctionnel. Grâce à des techniques de transcription in vitro à cycle unique (single-round in vitro transcription), d'acylation sélective du 2'-hydroxyle analysée par extension d'amorce (SHAPE) et de transfert d'énergie par résonnance de fluorescence (FRET), il a été possible de mieux caractériser deux éléments structuraux importants pour le repliement et la fonction du riborégulateur SAM-I. En effet, il a été démontré que l'appariement du coeur ainsi que l'identité des nucléotides de la jonction 1/4, sont essentiels au bon fonctionnement du riborégulateur. De plus, des essais d'électrophorèse comparative sur gel (CGE) ont permis de caractériser la phase ondulatoire de la rotation de la tige P1 du riborégulateur SAM-I ainsi que confirmer sa présence dans le cas d'un aptamère à 3 voies, c'est-à-dire qui ne possède pas de tige P4.

Le facteur de transcription GATA4 est essentiel au développement et à la fonction des tissus dérivant du mésoderme et de l’endoderme, incluant les gonades. Le gène GATA4 est exprimé sous différents transcrits qui se distinguent par la séquence de leur premier exon non codant. Deux de ces transcrits sont majoritairement exprimés et sont conservés à travers les espèces : le transcrit GATA4 E1a (généré par un promoteur proximal 1a) et le transcrit GATA4 E1b (produit par le promoteur distal 1b). Des études effectuées chez des modèles de souris ont démontré qu’une séquence de 5 kb en amont du promoteur 1a du gène Gata4 est suffisante pour récapituler l’expression endogène du gène seulement dans une sous-population de cellules ayant le facteur GATA4, incluant les cellules de Sertoli dans les gonades mâles. Nous avons donc émis l’hypothèse que le promoteur 1b, tout comme le promoteur 1a, contribue au profil d’expression cellules- et tissus-spécifique de Gata4. Afin d’étudier les mécanismes qui contrôlent l’activité du promoteur alternatif 1b du gène Gata4 in vivo, nous avons généré une souris transgénique exprimant la protéine GFP sous le contrôle d’une séquence de 2 kb en amont de l’exon 1b. L’expression du transgène a été analysée dans plusieurs tissus et à différents stades de développement en détectant la protéine GFP par épifluorescence, immunohistochimie et Western Blot. Les résultats ont démontré qu’une séquence de 2 kb n’est pas suffisante pour induire l’expression du transgène chez la souris et suggèrent que des éléments de régulation supplémentaires sont nécessaires pour permettre l’expression endogène du gène Gata4 via son promoteur alternatif 1b. Afin d’identifier ces éléments, divers outils bio-informatiques couplés à des analyses in vitro ont été utilisés. Mes travaux de maîtrise mettent en évidence huit nouveaux enhancers potentiellement impliqués dans la régulation de l’activité du promoteur 1b de Gata4. Les résultats de cette étude permettent une meilleure compréhension des mécanismes transcriptionnels de l’activité du promoteur 1b de Gata4 dans différents types cellulaires et à différents stades du développement. / The GATA4 transcription factor is essential for the development and function of multiple tissues derived from both mesoderm and endoderm, such as the gonads. The GATA4 gene is expressed as multiple transcripts that differ in their first untranslated exon sequence. Two of them are predominantly expressed and are conserved among species: transcripts GATA4 E1a (generated by the proximal 1a promoter) and GATA4 E1b (via its distal 1b promoter). Previous studies using transgenic mice demonstrated that a 5 kb sequence upstream of 1a promoter is sufficient to recapitulate endogenous Gata4 expression only in a subset of cells normally containing GATA4, including Sertoli cells in the male gonad. We therefore hypothesized that 1b promoter, like 1a promoter, contributes to cell- and tissue-specific Gata4 expression. To gain insight into the mechanisms that control the activity of the Gata4 1b promoter in vivo, we generated transgenic mice expressing a GFP reporter under the control of 2 kb of sequences upstream of the distal promoter. Transgene expression was assessed in several tissues and at many developmental stages by detecting GFP protein by epifluorescence, immunohistochemistry and Western Blot. The results showed that 2 kb of upstream sequences of Gata4 1b promoter are not sufficient to direct transgene expression in the mouse and suggest that other elements are required for endogenous transcription of the gene from its distal 1b promoter. To identify these elements, several bioinformatic analyses coupled with in vitro assays were performed. My work highlights eight new enhancers potentially involved in Gata4 1b promoter activity. The results from this thesis will help to provide a better understanding of the mechanisms involved in the transcriptional regulation of the GATA4 gene in different cell types and at different developmental stages.

Ce travail s'inscrit dans un programme de recherche sur les mécanismes de régulation génique par les hormones glucocorticoïdes. Il rapporte la mise au point d'un système de transfert de gènes et d'analyse transcriptionnelle dans l'oocyte de Xenope, par la micro-injection de plasmides recombinants du gène viral de la thymidine kinase (TK), dont l'un porte une séquence du virus de la tumeur mammaire de souris contenant les sites de réponse aux hormones glucocorticoïdes. Le travail inclut la mise au point des conditions pratiques de micro-manipulation, l'évaluation de diverses méthodes de purification de l'ARN total d'oocyte pour l'analyse transcriptionnelle et la standardisation d'une technique simple de préparation des transcrits par séparation sur coussin de chlorure de cesium, et enfin l'analyse de l'activité transcriptionnelle TK des recombinants micro-injectés. La cartographie à la nucléase S_l montre que la transcription des plasmides modèles est correctement initiée dans le système oocyte. / Montréal Trigonix inc. 2018

L'adaptation est un phénomène capital pour la croissance optimale et la survie des bactéries dans un environnement qui est constamment soumis à des changements physico-chimiques. Pour y parvenir, les bactéries doivent contrôler l'expression génétique de façon efficace, c'est-à-dire en ayant le moins de perte énergétique possible et ce, dans un laps de temps très court suite à la détection du stress. Chez les procaryotes, on dénombre plusieurs mécanismes différents pour réguler l'expression des gènes. Par exemple, la transcription de certains gènes peut être inhibée ou activée par des facteurs protéiques. Dans certains cas, c'est plutôt la stabilité de l'ARNm ou encore le niveau traduction du gène qui est affecté, on parle alors de régulation post-transcriptionnelle. Chez les bactéries, les petits ARN régulateurs, exprimés selon différentes conditions de stress, contrôlent majoritairement l'expression de leurs gènes cibles de manière post-transcriptionelle. En plus de ces régulations en trans , il a récemment été découvert que certaines structures conservées de l'ARN pouvaient également contrôler l'expression de gènes en cis lors de la liaison spécifique d'un ligand. Ces structures, aujourd'hui connues sous le nom de riborégulateur, sont divisées en plusieurs classes dépendamment du type de ligand qui est lié. Chez Escherichia coli , il y a six riborégulateurs dont trois riborégulateurs TPP (thiMD, thiCEFSGH et thiBPQ ), un riborégulateur lysine (lysC ), un riborégulateur FMN (ribB ) et un riborégulateur AdoCbl (btuB ). Les résultats, présentés dans ce mémoire, portent sur la caractérisation du mode de régulation du riborégulateur lysine chez E. coli . Ainsi, pour la première fois dans le domaine des riborégulateurs, nous avons démontré que le riborégulateur lysine contrôle l'expression du gène lysC par deux mécanismes distincts, soit au niveau de la traduction du gène et de la stabilité de l'ARNm. Également, nous avons mis en évidence que par un changement de structure, le riborégulateur lysine peut contrôler l'accessibilité du site de clivage à la RNase E et par le fait même, la stabilité de l'ARNm. Ce nouveau mode de régulation ne semble pas être unique au riborégulateur lysine puisqu'il semble, selon les résultats préliminaires, que le riborégulateur thiC régulerait l'expression de l'opéron thiCEFSGH par les mêmes mécanismes de régulation.

Une chute d'expression de l'enzyme L-isoaspartyl (D-aspartate) méthyltransferase (PIMT), connue pour réparer les protéines endommagées qui ont accumulé des résidus aspartates anormaux, a été démontrée chez le rat atteint de troubles neurologiques à caractère épileptique et dans les glioblastomes humains. Dans cette étude, un profil protéomique correspondant au phénomène de l'inhibition de la PIMT a été dressé, suite à la combinaison de la technologie de l'ARN interférent (siRNA) et de la technologie de micro-puces d'anticorps (microarray). Un changement du niveau d'expression de plusieurs protéines, sous leur forme totale et phosphorylée, dont Erk et phospho-Erk, RSK et phospho-RSK ainsi que Akt et phospho-Akt a été observé. Ces résultats ont été confirmés par immunodétection, conjointement à la validation d'une méthode d'enrichissement des phosphoprotéines par chromatographie d'affinité dont la matrice est composée de trioxyde d'aluminium. Par la suite, un traitement combinant l'inhibition de la PIMT et l'utilisation de l'acide valproïque, un médicament utilisé pour traiter l'épilepsie, a permis d'observé un effet sur l'activation d'Akt et de RSK ainsi que sur l'expression de RSK1. Paralèllement, le traitement à l'acide valproïque a permis d'observer que celui-ci stimule l'expression de la PIMT. L'identification de ces protéines et de leur régulation lors de l'inhibition de la PIMT, suggère que la PIMT contrôle des voies de signalisation dont celle des Mitogen-activated protein kinases (MAPK) passant par ERK ainsi que d'autres voies de signalisation impliquant Akt et RSK. Lors de l'inhibition de la PIMT de concert avec le traitement à l'acide valproïque, ces voies de signalisation semblent être davantage activées. Bien que ce travail de recherche ne procure que des résultats préliminaires sur le contrôle que peut avoir la PIMT sur les voies de signalisation intracellulaires, ceux-ci font place à des hypothèses intéressantes qui une fois confirmées, permettront de trouver des cibles pharmacologiques qui aideront à contrer le développement des neuropathologies telles que l'épilepsie et les tumeurs cérébrales. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : AKT, Cellules gliales cancéreuses, ERK, Immobilized metal-affinity chromatography, Phosphoprotéomique, PIMT, RSK.

Des études antérieures sur le promoteur du gène de l'apolipoprotéine D (apoD) ont montré qu'un élément cis, appelé élément de réponse au sérum (SRE) et contenant une boîte CArG, était spécifiquement impliqué dans la surexpression de l'apoD dans des cellules en arrêt de croissance. L'induction de la synthèse de l'apoD est aussi observable in vivo dans des tumeurs à faible taux de prolifération et serait associée à la régression tumorale. Cette régulation serait effectuée par des facteurs de transcription liant de façon spécifique ces éléments cis situés sur le promoteur. La présente étude a pour but de purifier et d'identifier ces protéines nucléaires ayant des propriétés de liaison spécifique, en condition normale et d'arrêt de croissance, et qui seraient liées à une activité transcriptionnelle. La purification des protéines nucléaires a été effectuée sur des billes de streptavidine couplées aux séquences promotrices biotinylées et correspondant à la région -514 à -475 du promoteur. Le séquençage par spectrométrie de masse des protéines éluées a permis d'identifier plusieurs protéines, dont deux membres de la famille des «Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins» ; le hnRNP-U et le hnRNP-A/B, aussi connu sous le nom de « CArG-Box binding Factor A» (CBF-A), le PARP-1 de la famille des «Poly (ADP-ribose) polymerase », le BUB3 (« Budding uninhibited by benzimidazoles 3 ») qui est un composant du point de contrôle de l'axe mitotique ainsi que le Kif4, une protéine faisant partie de la famille des kinésines. Les protéines hnRNP U et PARP-1 seraient directement impliquées dans J'induction de l'apoD lorsqu'elles lient son promoteur uniquement lors de l'arrêt de croissance, comparativement aux CBF-A et BUB3 qui sont présents dans les deux conditions. Le Kif4 est une protéine associée aux microtubules et spécialisée dans le transport de complexes de protéines et d'ARNms et a été purifiée uniquement en croissance cellulaire. De plus, les membres de la famille des hnRNPs sont connus pour jouer des rôles spécifiques dans la stabilité, l'épissage et le transport des ARNs entre le noyau et le cytoplasme. Plusieurs études rapportent aussi leur rôle de modulateur transcriptionnel. En accord avec ces résultats, certains membres de la famille des hnRNPs ont récemment été identifiés comme une nouvelle classe de protéines liant le poly (ADP-ribose) (pADPr), produit naturel du PARP-1. Finalement, ces résultats mettent en perspective les rôles inhabituels de ces protéines dans la modulation de l'expression génique de l'apoD et ultérieurement nous renseigneront sur la fonction physiologique de cette protéine. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Apolipoprotéine D (apoD), arrêt de croissance, «Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins» (hnRNP), «Poly (ADP-ribose) polymerase 1» (PARP-1), «CArG-Box binding Factor A» (CBF-A), «Budding uninhibited by benzimidazoles 3» (BUB3), «Kinesin superfamily protein 4 » (Kif4), spectrométrie de masse.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Le mélanome uvéal (MU) est la principale forme de cancer intraoculaire possédant la capacité d’engendrer des métastases au foie et aux poumons des patients atteints, cette maladie est incurable et fatale dans les 8 mois suivant le dépistage des métastases. Grâce à des analyses en profilage génique sur biopuces à ADN, une signature moléculaire de 12 gènes dérégulés permettant de subdiviser les MU en deux classes: à faible (classe 1) ou haut (classe 2) risque d’évoluer vers le stade métastatique a pu être identifiée. Parmi les 4 gènes de la classe 2, la surexpression du gène codant le récepteur 2B de la sérotonine (HTR2B) est l’indice le plus fiable menant à l’identification des patients à risque d’évoluer vers la maladie métastatique. Cette étude a pour but de caractériser le promoteur de ce gène et les mécanismes moléculaires menant à sa surexpression aberrabte dans les lignées métastatiques de MU. Différents segments du promoteur du gène HTR2B ont été clonés dans le plasmide pCATbasic, puis introduits par transfection dans les lignées cellulaires MU. Des analyses d’interférence de méthylation au diméthylsulfate (DMS) et de retard sur gel de polyacrylamide (EMSA) ont été réalisées afin de démontrer la liaison de facteurs de transcription (FTs) au promoteur HTR2B. La transfection des délétants HTR2B/CAT a permis d’identifier des régions régulatrices positives et négatives en amont du promoteur HTR2B. Les analyses EMSA et d’interférence de méthylation au DMS nous ont permis de démontrer la liaison des FTs NFI et RUNX1 au promoteur du gène HTR2B. Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la surexpression du gène HTR2B et de définir de nouvelles cibles thérapeutiques qui pourraient permettre le dépistage des patients à risque d’évoluer vers la maladie métastatique. / Uveal melanoma (UM) is the most common type of primary intraocular tumor in the adult population. UM will propagate to the liver as the first metastatic site. Once this organ is invaded, survival becomes a matter of months for the patient as no treatment has proven to be effective. Among the candidates from the class II gene signature, the serotonin receptor-encoding gene (HTR2B) appears to be the most discriminating as its expression strongly increases in the tumors that will progress toward liver metastases. Our study aims at characterizing the molecular mechanisms that lead to this aberrant expression of HTR2B in metastatic UM cell lines. Expression of HTR2B was monitered by microarrays in a variety of UM cell lines. Various segments from the promoter and 5’-flanking sequence of the HTR2B gene were cloned upstream the CAT gene in the plasmid pCATbasic. The genomic areas of interest were 5’end-labeled and used as probes in electrophoretic mobility shift assays (EMSAs). DMS methylation interference footprinting was also used to precisely position the DNA target sites for transcription factors (TFs) that bind the HTR2B regulatory regions. Transfection analyses revealed that the upstream regulatory regions of HTR2B promoter is made up of a combination of alternative positive and negative regulatory elements. Repressive regions also bear a high number of target sites for the TF NFI. EMSA analyses provided evidence that multiple NFI isoforms can interact with the promoter of the HTR2B gene. In addition, the TF RUNX1 was shown by DMS methylation interference footprinting to bind a target site from the HTR2B distal silencer element. This project will help understand better the molecular mechanisms accounting for the abnormal expression of HTR2B in uveal melanoma. In the long term, this study will allow us to identify new potential targets that could help screening patients at high risk of evolving toward the liver metastatic disease.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 mars 2024) / La biogenèse des ribosomes est un processus cellulaire important qui se produise dans le nucléole et qui nécessite la participation des trois ARN polymérases nucléaires. L'étape initiale et limitante de ce processus est la transcription de l'ARN ribosomal précurseur (pré-ARNr/47S) contenant les ARN 28S, 18S et 5,8S par l'ARN polymérase I (RPI, également connue sous le nom de Pol1 et POLR1). RPI dispose d'un ensemble dédié de facteurs basaux responsables pour son action : le facteur architectural UBF ou UBTF, le facteur SL1, le facteur d'initiation RRN3 et le facteur de terminaison TTF1. La synthèse de l'ARN ribosomal est étroitement régulée et représente 40 % de la transcription totale des gènes. Le déséquilibre de la synthèse de l'ARN ribosomal a été observé dans de nombreuses maladies comme le cancer. Par conséquent, ce processus est lié à la croissance, la transformation, la prolifération cellulaire et aux actions des suppresseurs de tumeurs et des oncogènes. Par conséquent, l'étude de la régulation transcriptionnelle des ARN ribosomiques revêt une importance cruciale dans la compréhension et le traitement ultérieur de ces maladies. Le génome haploïde humain et murin contient environ 200 copies des gènes de l'ARN ribosomal, l'ADN ribosomal (ADNr). Ces copies d'ADN ribosomique sont disposées en répétitions sur les bras courts des chromosomes acrocentriques. Il est intéressant de noter que seule une fraction des copies d'ADNr est active et qu'un nombre important est épigénétiquement silencieux et hétérochromatique. Cependant, les mécanismes à l'origine de la reconnaissance et de l'inactivation du promoteur de gène de l'ARN ribosomal ne sont pas encore bien compris. Cette thèse propose un modèle d'ajustement induit pour la reconnaissance du promoteur de l'ARN polymérase I et présente les rôles du facteur de terminaison de la transcription I dans la régulation du gène ribosomal. Nous montrons que la coopération entre SL1 et le variant d'épissage UBTF1 génère la spécificité requise pour la reconnaissance du promoteur de l'ADNr dans la cellule. Nous constatons que la suppression conditionnelle de la sous-unité Taf1b de SL1 provoque une déplétion de l'UBTF au niveau des deux promoteurs de l'ADNr, mais pas ailleurs dans l'ADNr. Nous constatons également que même si les variants UBTF1 et -2 se lient dans toute la région exempte de nucléosomes de l'ADNr, seul UBTF1 est présent avec SL1 au niveau des promoteurs. Ainsi, les données suggèrent fortement un modèle d'ajustement induit de reconnaissance du promoteur RPI dans lequel UBTF1 joue un rôle architectural. Parmi les promoteurs ribosomiques, on note la présence du promoteur spacer situé 2 kb en amont du promoteur principal du gène où se lie TTF1. Nous avons montré que cette liaison est importante pour empêcher l'ARN polymérase I de transcrire la région dites « enhancer repeats » interférant ainsi avec l'assemblage du complexe de pré-initiation au niveau du promoteur principal du gène ribosomique via un mécanisme d'occlusion du promoteur induit par un long ARN non codant, inhibant ainsi la transcription de l'ADN ribosomique et cela se produit en réponse à l'activité du suppresseur de tumeur ARF. Le même scénario est observé lors de la différenciation des cellules souches embryonnaires en cellules neuronales où nous avons montré que KLF4 régule la transcription de RPI via la régulation de ses facteurs associés TTF1 et RRN3. En prenant toutes les données ensemble, nous suggérons deux nouveaux mécanismes qui régulent le gène ribosomal : le modèle d'ajustement induit pour la reconnaissance du promoteur RPI et le mécanisme d'occlusion du promoteur induit par un long ARN non codant suite à l'activation du suppresseur de tumeur ARF dans la cellule. / Ribosome biogenesis is an important cellular process occurring in the nucleolus that requires the transcription by all three nuclear RNA polymerases. The initial and rate-limiting step of this process is the transcription of the precursor ribosomal RNA (pre-rRNA/47S) containing the catalytic RNAs 28S, 18S and 5.8S by RNA polymerase I (RPI, also known as Pol1 and POLR1). RPI has a dedicated set of basal factors responsible for its action: the architectural factor UBF or UBTF, the TBP containing factor SL1, the initiation factor RRN3, and the termination factor TTF1. Ribosomal RNA synthesis is tightly regulated and accounts for 40% of total gene transcription. The imbalance of ribosomal RNA synthesis has been observed in many diseases such as cancer. Therefore, this process is linked to cell growth, transformation, proliferation and the actions of tumor suppressors and oncogenes. Consequently, the study of transcriptional regulation of ribosomal RNAs is of crucial importance in the understanding and subsequent treatment of these diseases. The human and mouse haploid genome contain ~200 copies of the ribosomal RNA genes, the ribosomal DNA (rDNA). These ribosomal DNA copies are arranged in tandem repeats on the short arms of acrocentric chromosomes. Interestingly, only a fraction of the rDNA copies is active, and a significant number are epigenetically silenced and heterochromatic. However, the mechanisms behind ribosomal RNA gene promoter recognition and silencing are not yet fully understood. This thesis suggests an induced-fit model for RNA polymerase I promoter recognition and presents the roles played by the transcription termination factor I in regulating the ribosomal gene. We show that cooperation between SL1 and the UBTF1 splice variant generates the specificity required for rDNA promoter recognition. We find that conditional deletion of the Taf1b subunit of SL1 causes a striking depletion of UBTF at both rDNA promoters but not elsewhere across the rDNA. We also find that while both UBTF1 and -2 variants bind throughout the rDNA nucleosome-free region, only UBTF1 is present with SL1 at the promoters. Thus, the data strongly suggest an induced-fit model of RPI promoter recognition in which UBTF1 plays an architectural role. Of the ribosomal promoters, we note the presence of the spacer promoter located 2Kb upstream the main gene promoter where TTF1 binds. We showed that this binding is important to block the RNA polymerase I from transcribing the enhancer repeat region. We further demonstrated that the spacer promoter is the source of a lncRNA that interferes with the assembly of the pre-initiation complex at the main gene promoter via promoter interference or occlusion thereby inhibiting rDNA transcription. The mechanism is proposed to explain the action of the p19ARF tumor suppressor activity in limiting cell growth. The same scenario is observed during ESCs to NPCs differentiation where we showed that KLF4 determines RPI transcription by regulating the genes encoding TTF1 and RRN3. Our data suggest two novel mechanisms that regulate the ribosomal genes: the RPI promoter recognition induced-fit model and the lncRNA-induced promoter occlusion mechanism driven by ARF displacement of TTF1, and further suggests a role for rDNA regulation in differentiation and loss of pluripotency of embryonic stem cells.

La transformation maligne des mélanocytes de l'uvée mène au principal cancer intraoculaire chez l'adulte, le mélanome uvéal (MU). Plus de 50% des patients atteints de cette maladie développent des métastases principalement au foie, la survie des patients n'étant alors que de quelques mois, ce qui fait du MU un cancer rare mais très agressif. De plus, 40% des patients ne présentent aucun symptôme lors de la formation de la tumeur intraoculaire, ni douleurs ou troubles visuels, ce qui explique la présence antérieure de métastases hépatiques lors du dépistage de la tumeur primaire intraoculaire. Dans la littérature, l'analyse moléculaire de l'expression de 12 gènes, incluant le récepteur 2B à la sérotonine (HTR2B), permet d'identifier les patients à risque d'évoluer vers la forme métastatique et agressive de la maladie. La surexpression du gène HTR2B est l'élément le plus discriminant de cette signature, cette surexpression étant observée chez les patients qui développent des métastases. L'objectif central de ce projet consistait à étudier la régulation de l'expression du gène HTR2B dans les lignées de MU. Pour ce faire, notre premier volet s'intéressait aux facteurs de transcription (FTs) qui modulent la transcription du gène HTR2B. HTR2B étant un récepteur hormonal, la liaison de la sérotonine à celui-ci active la voie de signalisation JAK (Janus Kinase) /STAT (Signal Transducer and Activators of Transcription), qui à son tour, peut altérer l'expression du gène HTR2B. Ce type de boucles de rétroaction est très documenté dans la littérature, dans les systèmes de récepteurs hormonaux semblables à notre gène HTR2B, afin d'éviter que la signalisation ne s'emballe. Nous avons démontré que HTR2B est sous le contrôle des FTs appartenant à la famille STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) via un élément de régulation qui se situe 280 paires de bases (pb) en amont du site d'initiation de la transcription du gène HTR2B, et que la liaison des protéines STAT à cet élément active la transcription du gène HTR2B dans nos lignées de MU. Les niveaux d'expression d'une protéine sont tout aussi bien contrôlés au niveau transcriptionnel que traductionnel, voir même post-traductionnel. Dans le second volet, nous nous sommes intéressés aux modifications post-traductionnelles de la protéine HTR2B dans nos lignées de MU, et vérifier si ces dernières pouvaient contribuer, au moins en partie, aux altérations de l'expression du gène HTR2B dans les lignées de MU. Les modifications post-traductionnelles servent, entre-autre, à l'activation de certains sentiers signalétiques, mais elles modifient également la stabilité des protéines et leur devenir. C'est le cas de l'ubiquitination qui oriente globalement les protéines cibles vers le système de dégradation ubiquitine-protéasome (SUP). Les lignées métastatiques de MU se caractérisent par des niveaux élevés d'activité du SUP. Cependant, nos travaux ont permis de démontrer que cette activité accrue du SUP ne semble avoir que peu d'impact sur le niveau global de HTR2B, qui semble être stabilisé sous sa forme ubiquitinée dans les lignées métastatiques. Dans le dernier volet, nous nous sommes intéressés aux modifications post-traductionnelles subies par les FTs STAT qui modulent l'expression du gène HTR2B dans le MU. Les résultats préliminaires que nous avons obtenus démontrent une hyperglycosylation de la protéine STAT3 dans les lignées métastatiques de MU, ainsi qu'une forte ubiquitination de celle-ci, cette forme hyperglycosylée/ubuiquitinée semblant s'avérer beaucoup plus stable dans les lignées métastatiques. Nos travaux permettent ainsi de mieux comprendre la mécanistique de régulation de l'expression du gène HTR2B humain, qui joue un rôle central dans le dépistage des patients à risque d'évoluer vers la forme métastatique du MU. Ils vont, en outre, permettre également d'identifier de nouveaux FTs/gènes qui pourraient affiner la signature moléculaire servant au dépistage des patients à haut risque de développer la forme métastatique de la maladie. La portée clinique de notre projet est donc élevée. / The malignant transformation of uveal melanocytes leads to the primary intraocular cancer in adults, uveal melanoma (UM). Over 50% of patients with this disease develop metastases primarily to the liver, with patient survival typically only extending for a few months, underscoring UM's rarity but high aggressiveness. Additionally, 40% of patients exhibit no symptoms during the formation of the intraocular tumor, such as pain or visual disturbances, potentially explaining the presence of hepatic metastases upon primary intraocular tumor screening. In literature, molecular analysis of the expression of 12 genes, including the serotonin receptor 2B (HTR2B), helps identify patients at risk of progressing toward the metastatic and aggressive form of the disease. Overexpression of the HTR2B gene stands out as the most discriminating element within this signature, observed in patients who develop metastases. The primary objective of this project was to study the regulation of the HTR2B gene expression in UM cell lines. To achieve this, our initial focus was on transcription factors (TFs) that modulate the transcription of the HTR2B gene. As HTR2B is a hormonal receptor, serotonin binding by this receptor activates the JAK (Janus Kinase)/STAT (Signal Transducer and Activators of Transcription) signaling pathway, which can in turn alter the expression of the HTR2B gene. Such feedback loops are extensively documented in the literature within hormonal receptor systems akin to our HTR2B gene, aiming to prevent signaling overdrive. We demonstrated that HTR2B is under the control of transcription factors belonging to the STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) family via a regulatory element located 280 base pairs upstream of the HTR2B gene's transcription initiation site. The binding of STAT proteins to this element activates the transcription of the HTR2B gene in our UM cell lines. Protein expression levels are equally controlled transcriptionally, translationally, and even post-translationally. In the second phase, we investigated post-translational modifications of the HTR2B protein in our UM cell lines, assessing whether these could contribute, at least partly, to the alterations in HTR2B gene expression in UM cell lines. Post-translational modifications serve various purposes, including pathway activation, but also affect protein stability and fate. Ubiquitination, for instance, generally directs targeted proteins toward the ubiquitin-proteasome degradation system (UPS). Metastatic UM cell lines are characterized by heightened UPS activity. However, our work demonstrated that this increased UPS activity appears to have minimal impact on the overall level of HTR2B, which seems to be stabilized in its ubiquitinated form in metastatic cell lines. In the final phase, we investigated the post-translational modifications undergone by STAT TFs that modulate HTR2B gene expression in UM. Our preliminary results highlighted the hyperglycosylation of the STAT3 protein in metastatic UM cell lines, alongside significant ubiquitination, suggesting that this hyperglycosylated/ubiquitinated form proves considerably more stable in metastatic cell lines. Our research thus provides better insights into the mechanistic regulation of human HTR2B gene expression, crucial in identifying patients at risk of developing the metastatic form of UM. Moreover, it will aid in identifying new TFs/genes that could refine the molecular signature used to screen patients at high risk of developing the metastatic form of the disease. Hence, the clinical implications of our project are substantial.