De nombreuses études montrent un rôle important de l'architecture du noyau sur la stabilité du génome. Les lamines sont les constituants majeurs de l’enveloppe nucléaire et sont impliquées dans de nombreux processus, notamment, la régulation génique, la réplication et le maintien de la structure du noyau. Il en existe 2 types, les lamines A/C et les lamines B. Certaines mutations des lamines A/C sont à l’origine de syndromes progéroïdes, classés jusqu’à présents en deux catégories : ceux associés à une dérégulation des lamines (laminopathies) et ceux associés à un défaut de réparation de l’ADN, dont l’Ataxie Télangiectasie (A-T). Il est proposé que le vieillissement prématuré observé dans les laminopathies est dû à un défaut de réparation de l’ADN, qui serait alors la voie commune d’induction de sénescence des syndromes progéroïdes. Ceci est appuyé par le fait que de plus en plus de données associent les mutations des lamines A/C à des défauts de réparation de l’ADN. La mise en évidence, par notre laboratoire d’une accumulation de lamine B1 dans A-T et dans deux autres syndromes progéroïdes, pose la question de l’impact de la surexpression de la lamine B1 sur la réparation de l’ADN, d’autant plus que de plus en plus de données associent une augmentation de la lamine B1 à de nombreux cancers, bien que le mécanisme moléculaire ne soit pas connu. Au cours de ma thèse, j’ai donc pu montrer, notamment à l’aide de substrats intra-Chromosomiques, qu’une surexpression de lamine B1 entraînait un défaut de réparation des cassures double-Brin par NHEJ associé à un défaut de recrutement de 53BP1 à la cassure. La mise en évidence d’une interaction entre 53BP1 et la lamine B1, rompue après dommages permet de suggérer un nouveau rôle de la lamine B1 comme réservoir de 53BP1, régulant son recrutement aux cassures. De plus, d’autres résultats suggèrent que la lamine B1 agirait également au niveau de la signalisation du dommage en altérant l’activation d’ATM par un mécanisme qu’il reste à caractériser. L’ensemble de ces résultats montrent un nouveau rôle très important de la lamine B1 dans la signalisation des dommages et la régulation du recrutement des protéines de réparation, ouvrant la voie à une meilleure compréhension de l’implication de la lamine B1 dans la sénescence et le cancer. / Many studies show an important role of nuclear shape on genome stability. Lamins are the major components of the nuclear envelope and are implicated in numerous processes like gene regulation, DNA replication and the maintenance of nuclear structure. There are 2 types of lamins : lamin A/C and lamin B. Some mutations of lamin A/C cause progeroid syndromes, which are classified untill now in two categories : those due to lamins deregulation and those due to DNA repair defects, including Ataxia Telangiectasia (A-T). Accelerated aging observed in laminopathies is proposed to be due to a DNA repair defect, which would be the common pathway leading to senescence in progeroid syndromes. This is supported by many data linking lamin A mutations to DNA repair defects. Our laboratory reported that lamin B1 accumulates in A-T and Fanconi and another study showed also an accumulation in Werner syndrome, which is another progeroïd syndrome. This discovery raises a question about the impact of lamin B1 overexpression on DNA repair, especially as more and more data show an increase of lamin B1 in several cancers, although the molecular mechanism is still unclear. During my thesis, I showed, in particular with intrachromosomal substrates, that lamin B1 overexpression leads to an NHEJ double-Strand break (DSB) repair defect associated with a defect of 53BP1 recruitment to the break. The discovery of an interaction between 53BP1 and lamin B1, which is broken after damage, suggests a new role of lamin B1 as a « reservoir » of 53BP1, regulating its recruitment to the break. In addition, we obtained results suggesting that lamin B1 could also act in the DSB signalisation pathway by affecting ATM activation through a mechanism that we still have to characterize.All together, these datas show a new important role of lamin B1 in DSB signalisation and in the regulation of the recruitment of repair proteins, paving the way to a better understanding of the implication of lamin B1 in senescence and cancer.

Les mitochondries sont des organites qui possèdent leur propre ADN (ADNmt), codant pour des gènes de la chaine respiratoire. La réparation des dommages dus aux ROS, une réplication défectueuse ou d’autres sources exogènes tels des agents chimiothérapeutiques ou des irradiations ionisantes peuvent générer des cassures double-brin (CDB) de l’ADNmt. L’ADNmt code pour des protéines essentielles à la production d’énergie, et des systèmes de maintenance de l’intégrité de ce génome efficaces sont donc nécessaires pour la viabilité des cellules. En effet des mutations de l’ADNmt sont présentes dans de nombreuses pathologies comme les myopathies mitochondriales, les cancers et les maladies neurodégénératives. Cependant les processus responsables de la maintenance de l’ADNmt suite à des CDB restent controversés.Pour élucider les mécanismes impliqués, nous avons généré des CDB mitochondriales en utilisant une lignée cellulaire humaine exprimant de manière inductible l’enzyme de restriction PstI liée à une séquence d’adressage mitochondrial. Nos résultats montrent, dans notre système, une première phase de dégradation de l’ADNmt lésé avec une cinétique rapide, n’impliquant pas l’autophagie ou l’apoptose, suivie de la ré-amplification d’ADNmt intact dans un deuxième temps. Contrairement à d’autres études nous n’avons pas pu détecter d’évènements de réparation des CDB mitochondriales générées. Nous avons ensuite cherché à identifier les protéines impliquées dans la dégradation de l’ADNmt lésé que nous observons, mais aucune nucléase testée ne semble responsable de ce processus. Des approches plus globales sont mises au point pour identifier de nouveaux acteurs, notamment un crible RNAi à grande échelle. Parallèlement nous nous intéressons aussi à une famille de phosphohydrolases, les Nudix, et à leur rôle protecteur en assainissant le réservoir de nucléotides libres. / Mitochondria are organelles that possess their own genome, the mitochondrial DNA (mtDNA). Repair of oxidative damages, defective replication, or various exogenous sources, such as chemotherapeutic agents or ionizing radiations, can generate double-strand breaks (DSBs) in mtDNA. MtDNA encodes for essential proteins involved in ATP production and maintenance of integrity of this genome is thus of crucial importance. Mutations in mtDNA are indeed found in numerous pathologies such as mitochondrial myopathies, neurodegenerative disorders or cancers. However, the mechanisms involved in mtDNA maintenance after DSBs remain unknown.To elucidate this question, we have generated mtDNA DSBs using a human inducible cell system expressing the restriction enzyme PstI targeted to mitochondria. Using this system, we could not find any support for DSBs repair of mtDNA. Instead we observed a loss of the damaged mtDNA molecules and a severe decrease in mtDNA content, followed by reamplification of intact mtDNA molecules. We have demonstrated that none of the known mitochondrial nucleases are involved in mtDNA degradation and that DNA loss is not due to autophagy, mitophagy or apoptosis but to a selective mechanism. Our study suggests that a still uncharacterized pathway for the targeted degradation of damaged mtDNA in a mitophagy/autophagy-independent manner is present in mitochondria, and might provide the main mechanism used by the cells to deal with DSBs. Global approaches are ongoing to identify proteins involved in degradation of damaged mtDNA following DSBs, mainly an RNAi screen targeting 80 nucleases. In parallel we are interested in a family of phosphohydrolases named Nudix and their putative protective role in sanitizing the nucleotides pool in mitochondria.

Nous avons identifié une association poly(ADP-ribose) (PAR)-dépendante entre PARP1 et UHRF1. UHRF1 est PARylé par PARP1 et lie le PAR de façon non covalente. L’absence de PARP1 (i) perturbe l’association de UHRF1 et DNMT1, (ii) induit une ubiquitination excessive de DNMT1 par UHRF1 favorisant sa dégradation au cours du cycle, (iii) favorise la transcription des régions de l’hétérochromatine péricentrique (pHC) (iv) et perturbe la localisation de la marque répressive H4K20me3 au niveau des foyers de l’pHC. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle de l’association KAP1-HP1 dans la réponse cellulaire aux dommages. L’interaction entre ces deux partenaires est essentielle pour le recrutement de KAP1 sur les sites de cassures. Après induction de cassures, l’absence d’interaction induit un délai dans la réparation des cassures double-brins et une diminution de la survie cellulaire. Une analyse détaillée suggère une déficience du mécanisme de réparation par recombinaison homologue. / We identified a poly(ADP-ribose) (PAR)-dependent interaction between PARP1 and UHRF1. UHRF1 is PARylated by PARP1 and binds PAR in a non-covalent way. The absence of PARP1 (i) impairs the UHRF1/DNMT1 interaction, (ii) induces excessive UHRF1-mediated ubiquitination of DNMT1 promoting its degradation during the cell cycle, (iii) increases the transcription of pericentric heterochromatin (pHC) regions (iv) and impairs the localization of the repressive histone mark H4K20me3 on pHC. In a second project we studied the role of the KAP1/HP1 interaction in response to DNA damage. The interaction between the two partners is essential for KAP1 recruitment to DNA damage sites. The absence of the interaction, after damage, induces a delay of the double strand break repair kinetics and decreases the cell survival rate. A more detailed analysis suggests a deficiency of the homologous recombination repair pathway.

A l’origine de l’hématopoïèse se trouve les cellules souches hématopoïétiques (CSH). Elles constituent un pool de cellules rares présentes dans la moelle osseuse aux niveaux de zones particulières de l’os appelées niche. Les cellules de la niche produisent des cytokines, telles que la thrombopoïétine (TPO), qui régulent les CSH en contrôlant leur quiescence et leur auto-renouvellement. Peu de choses sont connues sur les mécanismes mis en place par la CSH et son environnement pour faire face aux dommages de l’ADN, notamment induits lors de radio- ou chimio-thérapies. Durant cette étude, nous avons mis en évidence un nouveau rôle de la TPO et de son récepteur Mpl dans la réparation de l’ADN des CSH en réponse à des stress génotoxiques. Les CSH déficientes ou haplo-insuffisantes pour Mpl, ou les CSH sauvages et cultivées en absence de TPO, présentent un défaut de réparation et une instabilité génomique. En réponse à l’irradiation, la TPO potentialise l’activation de la voie NF-kB qui permet l’induction du gène précoce Iex-1. La TPO est également l’activateur majeur de la voie ERK dans les CSH. IEX-1 et pERK forment un complexe tripartite avec DNA-PK, une protéine clé de la voie Non Homologous End Joining (NHEJ). La DNA-PK est fortement activée par la TPO, ce qui augmente la fidélité et l’efficacité de la voie NHEJ et permet d’améliorer l’intégrité génomique des CSH. Par ailleurs, nous montrons qu’une simple injection de TPO ou de son agoniste Romiplostim, avant irradiation ou injection de doxorubicine, limite la mutagénèse des CSH et leur perte de fonction associée. Cet effet est spécifique de la TPO, d’autres cytokines comme le SCF et le Flt3-L, n’ont aucun effet sur la réparation. Ces résultats montrent que la TPO contrôle directement les voies de signalisation aboutissant à la réparation de l’ADN des CSH. Ils ouvrent des perspectives nouvelles pour l’utilisation des agonistes de la TPO comme adjuvant protecteur avant radio- ou chimiothérapie pour minimiser les risques de développement de leucémies aigües myéloïdes secondaires. L’expression de Mpl étant haploinsuffisante pour la fonction de réparation de l’ADN, ces résultats suggèrent que Mpl pourrait être tumeur suppresseur en réponse aux traitements chimio-ou radio-thérapeutiques. / Hematopoietic stem cells (HSC) are at the beginning of hematopoeisis. They constitute a pool of rare cells in bone marrow in specifics zones of bones called niche. Niche’s cells produce cytokines, like thrombopoietin (TPO). These cytokines regulates HSC by controlling quiescence and self-renewal. Few are known about mechanism used by HSC and its environment to prevent DNA damage, and especially those induced by radio- or chemo-therapies. In this study, we discover a new role of TPO and its receptor Mpl in DNA repair of HSC in response to genotoxic stress. HSC without Mpl, or wild type HSC cultured without TPO, show an important defect of DNA repair and genomic instability. In response to irradiation, TPO increases activation of NF-KB pathway that increases induction of IEX-1 early gene. TPO is also the major activator of ERK pathway in HSC. IEX-1 and p-ERK can form a tripartite complex with DNA-PK, a key protein of Non homologous end joining pathway (NHEJ). DNA-PK is fully activated by TPO which increase fidelity and efficacy of NHEJ pathway leading to better genomic integrity of HSC. We also show in this study that a simple injection of TPO or Romiplostim before irradiation or Doxorubicin injection, decrease mutagenesis of HSC and their loss of function associated. This effect of TPO is specific of TPO because other cytokines like SCF or Flt3-L have no effect on the DNA repair. These results show that TPO can directly control signaling pathway leading to repair of HSC’s DNA and open new avenues for TPO agonist using. They can be used to protect HSC before radio- or chemo-therapies and to minimize development of secondary acute myeloid leukemia. Expression of Mpl being haplo-insufficient for DNA repair functions, this result suggests that Mpl could be a tumor suppressor in response to radio- or chemo-therapies treatments.

La réplication fidèle de l’ADN au cours du cycle cellulaire est essentielle au maintien de l’intégrité du génome à travers les générations. Toutefois, de nombreux éléments peuvent perturber et compromettre la réplication et donc cette intégrité. La mitomycine C (MMC) est une molécule génotoxique utilisée en chimiothérapie. Elle forme des liaisons covalentes entre les deux brins d’ADN, ce qui est un obstacle à la bonne réplication de l’ADN. La rencontre de la fourche de réplication avec une liaison covalente entre les deux brins d’ADN va aboutir à une cassure double brin. Escherichia coli (E.coli) est un modèle d’étude très étendu car facile d’utilisation, permettant d’aborder des notions complexes. E coli possède divers mécanismes pour réparer ces lésions dont le régulon SOS. Le régulon SOS est un ensemble de gènes sous contrôle d’un promoteur réprimé par la protéine LexA. En réponse à des dommages à l’ADN, LexA est dégradé et les gènes du régulon sont activés.En utilisant une technique de biologie moléculaire qui permet de quantifier l’interaction entre deux chromatides sœurs restées cohésives derrière la fourche de réplication (étape appelée cohésion des chromatides sœurs), nous avons montré qu’en réponse à des cassures double brin générées par la MMC, la cohésion entre les chromatides sœurs nouvellement répliquées est maintenue. Ce phénomène est dépendant de RecN, une protéine induite de façon précoce dans le régulon SOS. RecN est une protéine de type SMC (structural maintenance of chromosomes), un groupe de protéines impliqué dans la dynamique et la structure du chromosome. En parallèle, des techniques de microscopie confocale et de marquage du chromosome par des protéines fluorescentes ont permis de montrer que la protéine RecN est impliquée dans une condensation globale du nucléoide suite à un traitement par la MMC. Cette condensation du nucléoide s’accompagne d’un rapprochement des chromatides sœurs ségrégées. Ces deux phénomènes, médiés par RecN pourraient permettre une stabilisation globale des nucléoides et favoriser l’appariement des chromatides sœurs pour permettre la recombinaison homologue.De façon intéressante, l’inhibition de Topoisomérases de type II (Topoisomerase IV et Gyrase) permettent de restaurer le phénotype d’un mutant recN en viabilité et en cohésion des chromatides sœurs. Les Topoisomérases sont des protéines qui prennent en charge les liens topologiques générés par la réplication et la transcription). Les liens topologiques non éliminés par les Topoisomerases permettraient de garder les chromatides sœurs cohésives et favoriser la réparation, même en l’absence de RecN.De plus, une expérience de RNA seq (séquençage de tout le transcriptome de la bactérie) a révélé que dans un mutant recN, le régulon SOS est moins induit que dans les cellules sauvages. Ceci va de pair avec une déstructuration des foci de réparation RecA. Il est possible que le rapprochement des chromatides sœurs médié par RecN permettrait de stabiliser le filament RecA et donc l’induction du SOS.L’ensemble de ces résultats suggère que RecN, une protéine de type SMC, permet de maintenir la cohésion entre les chromatides sœurs nouvellement répliquées, favorisant la réparation de cassures double brins par recombinaison homologue. / Maintaining genome integrity through replication is an essential process for the cell cycle. However, many factors can compromise this replication and thus the genome integrity. Mitomycin C is a genotoxic agent that creates a covalent link between the two DNA strands. When the replication fork encounters the DNA crosslink, it breaks and creates a DNA double strand break (DSB). Escherichia coli (E.coli) is a widely used model for studying complex DNA mechanisms. When facing a DNA DSB, E. coli activates the SOS response pathway. The SOS response comprises over 50 genes that are under the control of a LexA-repressed promoter. Upon a DSB induction, RecA, a central protein of the SOS response will trigger the degradation of LexA and all the SOS genes will be expressed.We have developed a novel molecular biology tool that reveals contacts between sister chromatids that are cohesive. It has been shown in the lab (Lesterlin et al. 2012) that during a regular cell cycle, the two newly replicated sister chromatids stay in close contact for 10 to 20 min before segregating to separate cell halves thanks to the action of Topoisomerase IV. This step is called sister chromatid cohesion. We have used this molecular biology tool to study sister chromatid cohesion upon a genotoxic stress induced by mitomycin C (MMC). We have shown that sister chromatid cohesion is maintained and prolonged when the cell is facing a DSB. Moreover, this sister chromatid cohesion is dependent on RecN, an SOS induced structural maintenance of chromosome-like (SMC-like) protein. In the absence of RecN, the proximity between both sister chromatids is lost and this has a deleterious effect on cell viability. By tagging the chromosome with fluorescent proteins, we have revealed that RecN can also mediated a progressive regression of two previously segregated sister chromatids and this is coordinated with a whole nucleoid compaction. Further studies showed that this genome compaction is orderly and is not the result of a random compaction in response to DNA damage.Interestingly, inhibiting TopoIV in a recN mutant fully restores viability and sister chromatid cohesion suggesting that RecN’s action is mainly structural. Preserving cohesion through precatenanes is sufficient to favor repair and cell viability even in the absence of RecN.An RNA-seq experiment in a WT strain and a recN mutant revealed that the whole SOS response is downregulated in a recN mutant. This suggests that RecN may have an effect on the induction of the SOS response and thus RecA filament formation. This is in good agreement with the change in RecA-mcherry foci formation we observed. In the WT strain, the RecA-mcherry foci are defined as described in previous work. However, in the recN, the RecA-mcherry foci seemed to form bundle like structures. These RecA bundles were previsously described by Lesterlin et al. in the particular case of a DSB occurring on a chromatid that has already been segregated from its homolog. This could mean that in the absence of recN, the sister chromatids segregate and RecA forms bundle like structures in order to perform a search for the intact homologous sister chromatid.Altogether, these results reveal that RecN is an essential protein for sister chromatid cohesion upon a genotoxic stress. RecN favors sister chromatid cohesion by preventing their segregation. Through a whole nucleoid rearrangement, RecN mediates sister chromatid regression, favoring DNA repair and cell viability.

La Recombinaison Homologue (RH) est une des voies majeures, hautement fidèle, de réparation des cassures double brin de l’ADN et du redémarrage des fourches de réplication arrêtées ou bloquées. La RH utilise une séquence homologue pour réparer avec précision l'ADN. Elle est essentielle pour le maintien de la stabilité des génomes dans tous les organismes et également pour assurer la transmission et l'échange de l'information génétique pendant la méiose. L'étude mécanistique de la RH est importante pour comprendre l'instabilité génétique, la perte d'hétérozygotie, les aberrations chromosomiques, la mort cellulaire et la cancérogenèse associée à une RH déficiente. Les étapes clés de la RH et les protéines impliquées sont très conservées dans toutes les espèces. Chez Saccharomyces cerevisiae, la recombinase Rad51 forme un filament présynaptique avec l’ADNsb qui est capable de rechercher les homologies de séquences dans tout le génome, en partenariat avec d'autres partenaires protéiques. Une fois l'homologie identifiée, une structure de D-loop (pour Displacement loop) est formée pour favoriser l'échange de brins. Le moteur moléculaire Rad54 assiste Rad51 dans la formation de la D-loop. Son rôle dans la recherche d'homologie et la formation des complexes synaptiques, avant mêle la formation de la D-loop reste un sujet de débat. Cette thèse porte sur mes travaux d’étude in vitro des mécanismes de formation de la D-Loop, en utilisant des protéines de la RH purifiées Rad51 et Rad54 avec d'autres partenaires protéiques et des substrats d'ADN synthétisés, mimant les structures de la RH. J'ai utilisé la microscopie électronique (ME) pour visualiser directement l'ADN et les complexes ADN-protéines intervenant au cours de la formation de D-loop in vitro avec Rad51, Rad54 et un mutant de Rad54. Ces approches d’imagerie, combinées à la biochimie suggèrent que Rad54 est crucial pour la recherche d'homologie et la formation du complexe synaptique, avant la formation de la D-loop, dans une coopération étroite avec Rad51. J'ai également montré que les paralogues de Rad51, Rad55-Rad57, stimulent la formation de la D-loop et que cet hétérodimère présente une activité ATPase dix fois plus forte que Rad51. Par ailleurs, j'ai également développé d'autres outils méthodologiques en ME et en microscopie à force atomique à haute vitesse (HS-AFM) pour mieux caractériser différents intermédiaires de la RH. / Homologous recombination (HR) is a major high-fidelity DNA repair pathway of double-stranded breaks and recovery of stalled and collapsed replication forks. HR uses a homologous template to accurately repair DNA that is essential for maintaining genomic stability in all organisms and to ensure the transmission and exchange of the genetic information during meiosis. The importance of HR study is highlighted by genetic instability, loss of heterozygosity, chromosomal aberrations, cell death and carcinogenesis associated with a defected HR. The key recombinational stages and proteins are well conserved throughout species. In Saccharomyces cerevisiae, the Rad51 recombinase forms a presynaptic filament with ssDNA that along with other protein partners is able to search for homology within the entire genome. Once homology is identified, a Displacement-loop (D-loop) is formed to promote strand-exchange. The Rad54 molecular motor assists Rad51 in the D-loop formation, and it is still a matter of debate whether it also plays a key role in homology search and synaptic complex formation, prior to D-loop. This dissertation covers my in vitro assays using purified key HR proteins Rad51 and Rad54, other protein partners and designed DNA substrates, mimicking HR structures.I used electron microscopy (EM) to directly visualize the HR DNA and DNA-protein complexes generated by D-loop in vitro assay with Rad51, Rad54 and a Rad54 mutant, and these studies combined with biochemistry suggest Rad54 is crucial to homology search and synaptic complex formation, prior to D-loop formation, in a tight intercooperation by Rad51 and Rad54. In a multiprotein system, I also showed the Rad51 paralogs Rad55-Rad57 stimulate the D-loop formation and that this heterodimer presents a ten times stronger ATPase activity than Rad51. I also developed other EM and high speed atomic force microscopy (HS-AFM) methodological tools to characterize other HR intermediates.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Les mécanismes épigénétiques sont apparus comme fondamentaux au cours de la tumorigenèse, où l’inhibition des gènes suppresseurs de tumeurs et d'autres gènes associés aux cancers peut être causée non seulement par des facteurs génétiques, mais aussi épigénétiques. La réversibilité intrinsèque et l'ubiquité des modifications épigénétiques ainsi que leurs apparitions précoces dans de nombreux cancers en font une cible attractive pour la découverte de biomarqueurs et l’élaboration de stratégies pour la prévention du cancer. Afin d'identifier les événements épigénétiques impliqués dans la cancérogenèse et d’acquérir une meilleure compréhension des mécanismes, nous avons utilisé des méthodes quantitatives permettant de déterminer les profils de méthylation de l'ADN au sein d’un panel de gènes associés au cancer. Ces travaux ont principalement été effectués sur des cas de cancer du poumon et des contrôles. Nos analyses ont révélé une fréquence élevée et anormale d’hyperméthylation de l’ADN au niveau de gènes spécifiques dans les tumeurs pulmonaires par rapport aux tissus environnants non-tumoraux. Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse établie qu’une méthylation aberrante de l'ADN se produit d’une manière tumeur-spécifiques et au niveau de certains gènes. Nous avons montré une association entre les changements de méthylation de l’ADN des gènes et certains facteurs environnementaux connus pour être des facteurs de risque (tels que le tabagisme et la consommation d’alcool). Nos résultats suggèrent également que les caractéristiques clinico-pathologiques tels que l'âge et le sexe peuvent influencer les niveaux de méthylation de l’ADN. Nous avons étudiés les conséquences moléculaires de l’inactivation des gènes ayant une hyperméthylation anormale dans les tumeurs et nous avons montré que leur dérégulation par voie épigénétique compromettait des voies de signalisation importantes (telles que les voies de signalisation déclenchant la mort cellulaire) / Epigenetic changes have emerged as key mechanisms in fpment. The main events associated with cancer development and progression such as silencing of tumor suppressor genes and activation of proto-oncogenes can be caused not only by genetic but also by epigenetic deregulation. The intrinsic reversibility and ubiquity of epigenetic changes as well as their early appearances in virtually all types of human cancer make them attractive subjects for biomarker discovery and strategies for cancer prevention. In order to identify critical epigenetic events involved in common human cancers and to gain a better mechanistic understanding of them we have applied quantitative profiling of DNA methylation states in a panel of cancer-associated genes in large case-control studies of lung cancer. Our analyses revealed a high frequency of aberrant hypermethylation of specific genes in lung tumors as compared to surrounding non-tumor tissues, consistent with the notion that aberrant DNA methylation occurs in a tumor-specific and gene-specific manner. Importantly, we have identified specific DNA methylation changes that are associated with the established and suspected risk factors (such as tobacco smoking and alcohol intake). Our results also indicated that clinicopathological features such as age and gender may also influence DNA methylation levels. Furthermore, we have carried out functional studies and identified possible underlying mechanisms and functional impact of deregulated methylation-mediated silencing of the genes under study on cellular processes (such as cell death response)

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.