Candida glabrata est une levure pathogène opportuniste, apparaissant aujourd’hui comme la deuxième cause de candidémie en Europe et en Amérique du Nord. Cette levure présente de nombreuses particularités génomiques telles que la présence de nouveaux domaines structuraux au sein d’ARN non-codants ubiquitaires. Le premier aspect de cette thèse a consisté en l’étude de la sous-unité ARN atypique de la Ribonucléase P nucléaire de C. glabrata. Cet ARN contient trois grand domaines additionnels octroyant au transcrit une taille trois fois plus élevée que la moyenne des sous-unités ARN des RNase P eucaryotiques. Les expériences réalisées ont permis une meilleure compréhension du rôle de ces domaines additionnels et ont démontré la présence inédite de la protéine Rcl1 au sein du complexe de la RNase P. Dans un second temps ce travail de thèse a aussi contribué à l’amélioration des outils d’édition du génome de C. glabrata existants. De nouvelles cassettes intégratives de faible taille et positivement sélectionnables ont été mises au point. Ces éléments présentent toutes les caractéristiques permettant leur utilisation dans la modification du génome de souches sauvages et d’isolats cliniques de C. glabrata. / Candida glabrata is an opportunistic pathogenic yeast, and is today the second causative agent of candidemia in Europe and North America. This yeast has many genomic peculiarities such as the presence of new structural domains within ubiquitous non-coding RNAs. The first aspect of this thesis was the study of the atypical RNA subunit of the nuclear Ribonuclease P of C. glabrata. This RNA contains three large additional domains giving the transcript an overall size more than three times larger than the average eukaryotic RNase P RNA subunits. The experiments performed led to a better understanding of the role of these additional domains and demonstrated for the first time the presence of the Rcl1 protein within the RNase P complex. Secondly, this thesis work also contributed to the improvement of existing genome editing tools in C. glabrata. New small and positively selectable integrative cassettes have been developed. These elements exhibited all the required characteristics for their use in wild-type strains and clinical isolates of C. glabrata.

Le staphylocoque doré (S. aureus) est un pathogène responsable d’infections diverses chez l’homme et l’animal. Il est responsable d’infections suppuratives (furoncles, endocardites, méningites…) ou non suppuratives (toxi-infections alimentaires…). L’émergence de souches bactériennes multi-résistantes aux antibiotiques augmente la gravité des infections et constitue un réel problème de santé publique. Depuis plusieurs années, les chercheurs tentent d’identifier des cibles pour de nouveaux antibiotiques. Parmi elles, les acides ribonucléiques (ARN) dits « régulateurs » constituent un modèle de choix. Environ 200 ARN régulateurs ont été identifiés chez S. aureus, mais jusqu'à maintenant, dans la plupart des cas, leurs fonctions ne sont pas connues. Pour identifier la fonction des ARN régulateurs chez S. aureus, nous avons utilisé une stratégie consistant à mettre en compétition 39 souches différentes dans chacune desquelles un ARN régulateur a été remplacé par une étiquette spécifique identifiable par séquençage. Cette expérience de compétition a été réalisée dans douze conditions de cultures différentes (conditions de stress différents) ainsi que chez un modèle souris. Les résultats de ces expériences ont été obtenus par analyse de séquençage massif haut débit. Un phénotype a été mis en évidence pour 11 des ARN régulateurs étudiés dans les conditions choisies. Nous avons aussi développé une méthode fiable pour identifier les cibles des ARN régulateurs. Cette méthode consistait à utiliser in vitro, ces ARN régulateurs comme appât pour piéger leurs cibles parmi un mélange d’ARN total. Les ARN cibles piégés ont ensuite été séquencés par ARN-seq haut débit. Cette stratégie a été appliquée pour déterminer les cibles de quatre ARN régulateurs chez S. aureus : RsaA, RsaE, RsaH et RNAIII. Plusieurs cibles putatives ont été identifiées et utilisées pour prédire le motif qui serait impliqué dans les interactions entre un ARN régulateur et sa cible. Le dernier chapitre de ce manuscrit concerne l’étude du mécanisme d’action des ARN régulateurs. En général, la liaison de l’ARN régulateur à son ARN messager cible va affecter la stabilité de ce dernier et engendrer sa dégradation par la ribonucléase III (RNase III). Chez S. aureus, RNase III est l’enzyme principalement impliquée dans la dégradation des complexes ARN régulateur-ARN messager (ARN double brin). RNase III a été décrite comme étant non essentielle chez S. aureus. Cependant, nous avons montré que cette ribonucléase est essentielle dans les souches de S. aureus contenant des prophages portant un système toxine/antitoxine (TA) de type I. Dans ces souches, la présence de RNase III est essentielle pour diminuer l’expression de ce système TA et contrer sa toxicité. / Staphylococcus aureus is an opportunistic Gram-positive pathogen bacterium and a leading cause of hospital- and community-acquired infections worldwide. In S. aureus, regulatory RNAs are key mediators in controlling bacterial virulence, viability and adaptability under various environmental conditions. About 200 regulatory RNAs were identified in S. aureus but up to date, their functions in most cases are unknown. To address the function of S. aureus regulatory RNAs, we used a strategy in which competitive fitness experiments were performed with mixed cultures comprising thirty-nine sRNA mutants. A bacterial population made of these mixed mutants was grown in twelve stress conditions and in a mouse model. The results were obtained by deep sequencing analysis. Eleven sRNA gene mutants were found to have an altered fitness in the tested conditions; three of them being requires for solely one studied condition, the others being modified by multiple stress conditions. The absence of sRNA genes generated negative fitness adaptation in all conditions, but one of the mutants had a strong growth defective phenotype at low-temperature. Current investigations indicate that the deleted sequence affects the 3’ end of a mRNA. This sequence is required for an optimum growth in cold conditions and contributes to the stability or translation of the associated mRNA. We also developed a robust procedure to identify reliably sRNA targets based on synthetic sRNAs that were used in vitro as bait to trap their corresponding targets which were subsequently identified by deep sequencing. Using this approach, we found new targets for RsaA, RsaE, RsaH and RNAIII. The binding of sRNAs to targeted mRNAs usually affect their stability by recruiting Ribonucleases (RNases). In S. aureus, RNase III encoded by rnc gene, is a major RNase involved in the degradation of sRNA-mRNA duplexes. RNase III was reported as nonessential in S. aureus. However, we report that the rnc gene is essential in some S. aureus strains due to the presence of prophages carrying type I toxin/antitoxin (TA) system. RNase III in these strains is essential to reduce the expression of TA systems to prevent their toxicity

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La RNase P est une endoribonucléase responsable de la maturation de l'extrémité 5' des ARNt prématures. Holoenzyme très conservée, elle est constituée d'une composante ARN formant le noyau catalytique et d'une composante protéique dont le nombre de sous-unités est variable : une protéine chez les bactéries, 5 chez les archées et d'au moins 9 chez les eucaryotes. Les eucaryotes possèdent également une autre endoribonucléase, la RNase MRP dont la composition est proche de la RNase P tant au niveau ribonucléique que protéique mais avec une spécificité de substrat propre. Dans cette étude, nous proposons une méthode originale et spécifique pour purifier la RNase P et la RNase MRP de S. cerevisiae. Grâce à la microscopie électronique et au traitement d'images, nous avons déterminé la première structure de ces deux holoenzymes à une résolution d'environ 1.5 nm. Ces structures révèlent une architecture modulaire commune où les protéines stabilisent la composante ARN et contribuent à l'édification de cavités et de conduits. Les spécificités structurales sont localisées en des positions stratégiques pour l'identification et la coordination du substrat.

La RNase P est impliquée dans la maturation des ARNt en libérant l’extrémité 5’ leader des précurseurs d’ARNt. Jusqu’à récemment, il était admis que cette enzyme soit universellement conservée en tant que complexe ribonucléoprotéique. La rupture avec le modèle établi est venue avec l’identification d’une RNase P uniquement protéique dans les mitochondries humaines et chez les plantes. Ces protéines, nommées PRORP (PROteinaceous RNase P), présentent trois paralogues chez Arabidopsis, qui sont localisés soit dans les organelles (PRORP1), soit dans le noyau (PRORP2 et 3). Des tests d’activité in vitro montrent que les protéines PRORP possèdent seules une activité RNase P. L’étude de lignées ADN-T indique que la fonction des protéines PRORP est essentielle et la fonction de PRORP2 et 3 est redondante. L’analyse des lignées de dérégulation montre que les protéines PRORP possèdent une diversité de substrat et que la RNase MRP, une autre ribonucléoprotéine, n’est pas impliquée dans la maturation des ARNt. Ainsi les protéines PRORP seraient bien les seules enzymes impliquées dans la maturation de l’extrémité 5’ des ARNt chez Arabidopsis. / RNase P is involved in the maturation of tRNA precursors by cleaving their 5’ leader sequences. Until recently this enzyme was considered to be universally occurring as a ribonucleoprotein complex. The breakthrough from the existing model came with the identification of protein-only RNase P in human mitochondria as well as in plants. These proteins that we called PRORP (PROteinaceous RNase P) have three paralogs in Arabidopsis, which are localised in organelles (PRORP1) and nuclei (PRORP2 and 3). We have shown that PRORP proteins have RNase P activity in vitro as single proteins. In vivo the functions of PRORP proteins are essential and the function of PROPR2 and 3 are redundant. PRORP down-regulation mutants, show that PRORP proteins have a variety of other substrates and RNase MRP, another ribonucleoprotein, is not involved in the tRNA maturation. Results show that PRORP proteins would be the only enzymes responsible for RNase P activity in Arabidopsis.

La maturation des ARNt en 5' est réalisée par RNase P. C'est un ribozyme chez les bactéries, les fungi et les nuclei des mammifères et un enzyme protéique dans les plantes ou des organelles des mammifères qui s’appelle PRORP. Il y a trois PRORP dans A. thaliana. PRORP contiennent deux domaines : un domaine PPR qui reconnaît spécifiquement des séquences d'ARN et un domaine nucléase qui assure la coupure endonucléolytique 5' des précurseurs d’ARNt. Pendant ma thèse j'ai pu montré par des méthodes biophysiques et structurales comme SRCD et SAXS que PRORP1 et 2 sont composées en majorité des hélices alpha Elles ont un rayon de giration de 33 Å et contiennent deux domaines distincts avec et une dimension maximale de 110 Å. Pour le complex entre un substrat d'ARNt et PRORP une constante de dissociation de 1 uM a pu être confirmé par la microcalorimétrie, la thermophorèse et l'ultracentrifugation analytique. Ces analyses nous ont permis de construire un modèle PRORP et un substrat d'ARNt. / RNase P cleaves 5’ leaders of precursor tRNAs. RNase P is a ribozyme in bacteria, fungi and animal nuclei and a protein in animal organelles, plants and many other organism. There are three PRORPs in A. thaliana. MALS, SRCD and SAXS provided first structural information: 1) PRORPs are monomers in solution. 2) PRORP 1-2 have a high alpha-helical content. 3) PRORPs are composed of two distinct domains with a radius of gyration of 33 A. These results together with homology modelling enabled us to build a first model of PRORPs in complex with tRNA. Using three different methods, isothermal titration calorimetry, microscale thermophoresis and analytical ultracentrifugation, a binding constant of about 1 µM could be determined for the system PRORP2mDD and L5T0 tRNA. This helped us conducting a SAXS experiment taking into account the low resolution affinity and designed to provide the direct structural data of a complex of proteinaceous RNase P with a substrate tRNA.

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Trz1 chez levure est responsable du clivage endonucléolytique à l'extrémité 3 'au cours du processus de maturation des ARNt. Trz1 appartient à la famille des RNases de type b-lactamase, caractérisé par la présence d'un motif de séquence HxHxDH qui est impliqué dans la fixation des ions de zinc catalytique. La famille des RNaseZ est partagée en deux sous-familles de longueur de séquence différente: les formes courtes (300-400 acides aminés) et les formes longues (700-900 acides aminés). Les structures cristallines des enzymes RNaseZ de forme courte ont montré qu'ils sont actifs comme des homodimères. Une sous-unité englobe les ARNt substrat en utilisant un bras en saillie et l'autre fournit le site catalytique. Nous présentons ici la structure cristalline de Trz1, la première pour une RNase Z de forme longue. Trz1 est organisé en deux domaines reliés par un long peptide charnière. Chaque domaine est composé d'un repliement de type β-lactamase. Le domaine N-terminal a perdu ses résidus catalytiques au cours de l’évolution, mais il contient le bras long qui est important pour la liaison de l'ARNt; tandis que c’est l'inverse pour le domaine C-terminal. À partir des études protéomiques, on sait que Trz1 forme un complexe ternaire avec NUC1, une nucléase mitochondriale impliquée dans l'apoptose, et avec une mutarotase (codée par YMR099C). Nous avons purifié le complexe ternaire Trz1/NUC1/mutarotase caractérisé ses propriétés biochimiques. Trz1/NUC1/mutarotase forme in vitro un heterohexamère très stable en solution. A partir de nos données SAXS et MALLS nous proposons que l'homodimère NUC1 est au centre du complexe et que chaque sous-unité interagit avec une copie de Trz1 et une copie de mutarotase. / Yeast Trz1 is responsible for the endonucleolytic cleavage at the 3’-end during the maturation process of tRNAs. Trz1 belongs to the family of β-lactamase type RNases characterized by the presence of a HxHxDH sequence motif that is involved in the ligand formation of the catalytical required Zn-ions. The family consists of two subfamilies: the short forms with sequence lengths between and the long forms. A few crystal structures of short form RNase Z enzymes showed that they are active as homodimers. One subunit embraces the substrate tRNA using a protruding arm and the other provides the catalytic site. We here present the crystal structure of Trz1, the first of a long form RNase Z. Trz1 is organized in two domains connected by a large linker. Each domain is composed of a beta-lactamase type fold. The N-terminal domain has lost its catalytic residues, but contains the long arm that is important for tRNA binding; while it is the other way around of the C-terminal domain. From proteomics studies it is known that Trz1 forms a ternary complex with NUC1, a mitochondrial nuclease involved in apoptosis, and with a mutarotase (encoded by YMR099C). We purified the ternary Trz1/Nuc1/mutarotase complex and characterized its biochemical properties. Trz1/Nuc1/mutarotase forms in vitro a very stable heterohexamer in solution. From our SAXS and MALLS data we propose that the Nuc1 homodimer is at the centre of the complex and that each subunit interacts with one copy of Trz1 and mutarotase.

Les R-loops générés durant la transcription sont impliqués dans de nombreuse fonctions incluant la réplication, la recombinaison et l’expression génique tant chez les procaryotes que chez les eucaryotes. Plusieurs études ont montré qu’un excès de supertours négatifs et des séquences riches en bases G induisent la formation de R-loops. Jusqu’à maintenant, nos résultats nous ont permis d’établir un lien direct entre les topoisomérases, le niveau de surenroulement et la formation de R-loops. Cependant, le rôle physiologique des R-loops est encore largement inconnu. Dans le premier article, une étude détaillée du double mutant topA rnhA a montré qu’une déplétion de RNase HI induit une réponse cellulaire qui empêche la gyrase d’introduire des supertours. Il s’agit ici, de la plus forte évidence supportant les rôles majeurs de la RNase HI dans la régulation du surenroulement de l’ADN. Nos résultats ont également montré que les R-loops pouvaient inhiber l’expression génique. Cependant, les mécanismes exacts sont encore mal connus. L’accumulation d’ARNs courts au détriment d’ARNs pleine longueur peut être causée soit par des blocages durant l’élongation de la transcription soit par la dégradation des ARNs pleine longueur. Dans le deuxième article, nous montrons que l’hypersurenroulement négatif peut mener à la formation de R-loops non-spécifiques (indépendants de la séquence nucléotidique). La présence de ces derniers, engendre une dégradation massive des ARNs et ultimement à la formation de protéines tronquées. En conclusion, ces études montrent l’évidence d’un lien étroit entre la RNase HI, la formation des R-loops, la topologie de l’ADN et l’expression génique. De plus, elles attestent de la présence d’un nouvel inhibiteur de gyrase ou d’un mécanisme encore inconnu capable de réguler son activité. Cette surprenante découverte est élémentaire sachant que de nombreux antibiotiques ciblent la gyrase. Finalement, ces études pourront servir également de base à des recherches similaires chez les cellules eucaryotes. / R-loops generated during transcription elongation are implicated in many DNA reactions, including replication, recombination and gene expression both in prokaryotes and in eukaryotes. Many studies have shown that negative supercoils excess and G-rich sequences induce the formation of R-loops. Up to now, our results allow us to establish a direct link between topoisomerases, supercoiling level, and the formation of R-loops. However, what the physiological significance, if any, of R-loops is still largely unknown. In the first article, a detailed study on double topA rnhA mutants showed that the depletion of RNase HI activity induces a cellular response which renders gyrase unable to perform supercoils. This is the first evidence implicating RNase HI as a major player in DNA supercoiling regulation. Our results also show that R-loops formation can lead to the inhibition of gene expression. However, the exact mechanism(s) leading to the inhibition of gene expression are not yet understood. The accumulation of shorter than full length RNAs could be caused by road-blocks during transcription elongation or by the degradation of full length RNAs. In the second article, we show that hypernegative supercoiling can lead to sequence independent R-loop formation. The physiological consequence is extensive RNA degradation which ultimately culminates in the formation of truncated proteins. In conclusion, this study clearly shows a close link between RNase HI activity, R-loop formation, DNA topology and gene expression. In addition, this study also provides some evidence for the synthesis of a gyrase inhibitor that can regulate gyrase activity directly or indirectly via unidentified mechanisms. This surprising observation is still preliminary taking into consideration that many antibiotics target gyrase. Finally results from this study could open up avenues for research in eukaryotes.

L'insulinorésistance, caractérisée par l'incapacité des organes impliqués dans le métabolisme énergétique (tissu adipeux, muscles squelettiques et foie) à répondre à l'insuline, tient une place centrale dans la physiopathologie des complications métaboliques de l'obésité. L'apparition d'une insulinorésistance chez un sujet obèse est plurifactorielle et les mécanismes moléculaires impliqués ne sont à ce jour pas complètement élucidés.L'expansion majoritairement hyperplasique du tissu adipeux conduit à une hypoxie et un stress des adipocytes, induisant un relargage accru de cytokines inflammatoires et d'acides gras libres (AGL). Les AGL se fixent eux-mêmes sur les récepteurs toll-like (TLRs) de l'immunité innée, dont l'activation aboutit également à la sécrétion de cytokines inflammatoires. Ces AGL et cytokines, véhiculés par la circulation systémique, contribuent, avec la coopération des macrophages infiltrant le tissu adipeux, au développement d'une inflammation chronique de bas grade. Ainsi, les perturbations de l'homéostasie énergétique, associées à une activation du système immunitaire sont à l'origine d'une atteinte globale de la sensibilité à l'insuline de l'organisme, particulièrement délétère au métabolisme musculaire.Cette étude porte sur le rôle d'un effecteur de l'immunité innée, l'endoribonucléase latente (RNase L), dont l'expression est régulée par les interférons de type I et l'activation, par un oligoadénylate, le 2-5A. La RNase L clive les ARNs cellulaires conduisant à l'inhibition spécifique de l'expression de certains gènes. Nous montrons par ce travail l'implication de la RNase L dans le contrôle de la différenciation cellulaire et la pathogenèse de l'insulinorésistance associée à l'obésité, via la régulation des voies de l'inflammation au niveau des tissus adipeux et musculaire. / Insulin resistance, which is characterized by the incapacity of organs involved in the energetic metabolism (adipose tissue, skeletal muscles and liver) to respond to insulin, has a central place in the pathophysiology of the metabolic complications associated to obesity. The onset of insulin resistance in obese subjects is multifactorial and the molecular mechanisms involved have not yet been completely elucidated.The mainly hyperplasic expansion of white adipose tissue leads to hypoxia and stress in adipocytes, inducing an increased release of inflammatory cytokines and free fatty acids (FFA). FFA bind and activate the toll-like receptors (TLR) of the innate immunity system, leading to the secretion of inflammatory cytokines. These FFA and cytokines, taken by the systemic circulation, contribute, with the cooperation of macrophages infiltrating the adipose tissue, to the development of a chronic low-grade inflammation. Thus, the disturbances of the energetic homeostasis, associated with an activation of the immune system cause a global impairment of insulin sensitivity of the body, with particularly deleterious effects on muscular metabolism.This study focuses on the role of an effector of innate immunity, the latent endoribonuclease (RNase L). RNase L expression is regulated by type I interferons and is activated by the 2-5A oligoadenylate. RNase L splits cellular RNA, thus leading to the specific inhibition of the expression of certain genes. In this study, we demonstrate the implication of RNase L in the control of cell differentiation and the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance, via the regulation of inflammatory pathways in the adipose and muscular tissues.