Les rayons UV du soleil causent une variété de dommages dans l'ADN, parmi lesquels les dimères cyclobutilyques de pyrimidines (CPD) sont considérés comme hautement toxiques et dommageables pour un organisme. Par conséquent, il est important de comprendre comment la machinerie de réparation par excision des nucléotides (la NER), assure la réparation in vivo des CPD présents dans l'ADN empaqueté sous forme de chromatine. Il est connu que la présence du nucléosome inhiberait la NER, mais les détails fonctionnels demeurent mal compris, de même que les mécanismes cellulaires nécessaires pour contourner cette inhibition offerte par la chromatine. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, les gènes SIR (SIR1, SIR2, SIR3 et SIR4 ) permettent la formation d'une structure hétérochromatique sur le locus du type sexuel et les télomères. Cependant, l'impact de cette hétérochromatine sur la réparation des CPD est très peu étudié.Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat ont permis de caractériser l'impact des gènes SIR dans la survie des cellules après irradiation aux rayons UV, de même que dans la réparation de l'ADN des régions hétérochromatiques. Premièrement, à l'aide d'une méthode basée sur le suivi de la croissance en milieu de culture liquide, nous avons démontré que les mutants sir[delta] sont plus résistants aux rayons UV par rapport aux cellules de types sauvages. Ce phénotype serait relié à l'effet de pseudo-diploïdie présent dans ces mutants, et plus précisément à la recombinaison homologue en phase G2/M du cycle cellulaire.Les protéines Sir ne joueraient donc pas un rôle directement dans la réparation des CPD. Par la suite, nous avons procédé à l'analyse de la cinétique de réparation de l'ADN du locus du type sexuel et des télomères dans des cellules de type sauvage et des mutants si2r[delta], sir3[delta], et rad26[delta] . À partir des résultats obtenus, nous avons pu tirer différentes conclusions préliminaires laissant croire que la présence de l'hétérochromatine faite par les protéines Sir n'inhiberait pas davantage la réparation par rapport à la présence des nucléosomes, du moins dans les régions sous-télomériques. De plus, nos résultats démontreraient que la réparation couplée à la transcription pourrait jouer un rôle important dans la réparation de ces régions. Ces hypothèses devront évidemment être testées.

Le xeroderma pigmentosum (XP) est une maladie génétique rare caractérisée par une hypersensibilité aux ultraviolets (UV) et une forte incidence des tumeurs cutanées. Les cellules des patients XP sont incapables d’éliminer les lésions induites dans l’ADN par les UV en raison d’un dysfonctionnement du mécanisme de réparation par excision de nucléotides (NER). Plusieurs groupes de complémentation ont été identifiés dans le syndrome XP, parmi lesquels le groupe XP-C représente la majorité des patients à travers le monde.Au cours de mon travail de thèse, j’ai développé un modèle de correction ciblée par recombinaison homologue (RH) d’une délétion de deux nucléotides au niveau de l’exon 9 du gène XPC aboutissant à l’apparition prématurée d’un codon stop. Afin de stimuler la RH, deux types de nucléases ingéniérées sont utilisées : les méganucléases et les TALENs. J’ai observé que la méthylation de la séquence ciblée pouvait affecter l’activité de celles-ci et donc l’efficacité du ciblage de gène. Cependant, deux approches ont été développées pour résoudre ce problème : l’utilisation d’un agent déméthylant (5-aza-2’-désoxycytidine (5azadC)) ou la création d’une endonucléase insensible à la méthylation. L’utilisation des méganucléases en combinaison avec la 5azadC a permis de stimuler la fréquence de coupure de presque 20 fois dans des fibroblastes XPC et la TALEN modifiée permet une augmentation de 40 fois. Avec ces deux stratégies j’ai obtenu des événements de correction génétique par introduction d’une matrice de réparation dans le locus ciblé avec une fréquence proche de 3%. La caractérisation des clones corrigés avec la TALEN XPC montre la correction génomique des deux nucléotides dans l’exon 9, une restauration de l’expression de la protéine XPC et une résistance cellulaire après irradiation UV traduisant le rétablissement des fonctions de la NER. Cette étude représente la première preuve de correction génétique de cellules déficientes en protéine XPC en utilisant une approche ciblée. / Xeroderma pigmentosum (XP) is a rare inherited genetic disorder characterized by an UV hypersensitivity and a severe predisposition to skin cancers. Cells from XP patients are deficient in nucleotide excision repair (NER) of UV‐induced DNA lesions. Several complementation groups have been identified in the XP syndrome and the XP-C group represents the majority of XP patients around the world. During my PhD work, I developed a model of targeted correction by homologous recombination (HR) in order to correct a deletion of two nucleotides in the ninth exon in XPC gene leading to a premature stop codon. To stimulate HR, I used two types of engineered endonucleases : meganucleases and TALEN. I observed that the target methylation status could affect the endonuclease activities and therefore XPC gene correction. Nervertheless, I developed two approaches to overcome this methylation sensitivity : use of a demethylating agent (5-aza-2-deoxycytidine (5azadC)) or a specific engineering of TALEN. Using 5azadC with meganuclease allowed to stimulate the cutting frequency by nearly 20 fold in XPC fibroblasts and the engineered TALEN allowed a 40 fold-increase in frequency. With both strategies I obtained genetic correction events by repair matrix introduction in the targeted locus with a near 3% frequency. The characterization of corrected clones with the XPC TALEN shows genomic correction in the ninth exon, a restoration of the XPC protein expression and cell survival following UV exposure, thus demonstrating fully recovered normal repair activity by NER. This study represents the first evidence of genetic correction of XPC-deficient cells by a targeted approach.

Afin de transmettre leurs informations génétiques d'une génération à l'autre, les organismes à reproduction sexuée doivent réduire de moitié leur contenu chromosomique pour former des gamètes haploïdes. Cette réduction se produit lors d'une division cellulaire appelée méiose, durant laquelle une étape de réplication est suivie de deux divisions successives, la méiose I et II. Au cours de la méiose I, les chromosomes homologues se séparent et leur bonne ségrégation dépend de la création entre eux d’un lien physique. En méiose c’est le processus de réparation appelé recombinaison homologue, qui à la suite de l’induction dans le génome de centaine de cassures double brin par la protéine Spo11, permet d’établir ce lien. Spo11 est l'orthologue méiotique de la sous-unité catalytique de la topoisomérase VI, TopoVIA. Comme TopoVI est composée de deux sous-unités, TopoVIA et TopoVIB, l’existence d’un orthologue méiotique de TopoVIB était une question posée depuis l'identification de Spo11. Au cours de ma thèse, j'ai contribué à identifier une nouvelle famille de protéine, que l’on a nommé TopoVIB-like, orthologue à TopoVIB et nécessaire à la formation des cassures double-brin d'ADN méiotiques(Robert et al, 2016). Ces protéines ont des domaines similaires à ceux de TopoVIB, à savoir un GHKL (impliqué dans la liaison et l'hydrolyse de l'ATP), un domaine transducteur et un domaine CTD. Nous avons démontré que chez la souris, SPO11 forme un complexe avec TOPOVIBL. De plus, nous avons démontré que cette protéine est nécessaire à la formation des CDB. Ces résultats suggèrent que chez la souris, les CDB méiotiques sont catalysées par un complexe TopoVI-like. Chez S. cerevisiae, il n'y a pas d'orthologue clair de TopoVIB, mais nous avons trouvé que la protéine Rec102, connue pour être nécessaire à la formation des CDB méiotiques, présente une homologie partielle avec le domaine transducteur des TopoVIB-like. Rec102 forme un complexe avec Rec104, une protéine également requise pour la formation des CDB. Ainsi, nous avons émis l'hypothèse que le complexe Rec102 / Rec104 était l'orthologue méiotique de TopoVIB chez la levure, interagissant avec Spo11 pour former un complexe de type TopoVI-like. Malgré l'importance de Spo11, son mode d'action est mal connu. Cette absence de données biochimiques est due à l’insolubilité de la protéine. Le but de ma thèse était de caractériser le mode d'action et la régulation du complexe TopoVI-like dans la formation des CDB méiotiques. Tout d'abord, biochimiquement, en purifiant in vitro une forme soluble du complexe TopoVI-like de levure composé de Spo11 / Rec102 / Rec104 / Ski8 (un partenaire direct de Spo11) en co-exprimant ces protéines dans deux systèmes d'expression, E. coli et S. cerevisiae. En utilisant E. coli, j'ai réussi à purifier un complexe soluble formé par Spo11 / Rec102 / Rec104 / Ski8 et en utilisant S. cerevisiae, j'ai purifié deux complexes différents, l'un formé par les quatre protéines, et un formé uniquement par Spo11 et Rec102. Néanmoins, les tests d'activité sur différents substrats d'ADN n'ont révélé aucune activité de coupure de l’ADN. Le deuxième objectif de ma thèse était d'étudier comment, chez la souris, TOPOVIBL régule l'activité de SPO11 en interagissant avec d'autres protéines nécessaires à la formation des CDB. En double hybride, j'ai prouvé que, comme chez la levure, l'orthologue méiotique de TopoVIB chez la souris interagissait avec REC114, une autre protéine nécessaire à la formation des CDB. La cartographie de cette interaction à l'échelle de l’acide aminé a conduit à l'identification d'un résidu sur TOPOVIBL essentiel pour l'interaction entre TOPOVIBL et REC114. Afin d'étudier in vivo le rôle de l'interaction entre TOPOVIBL et REC114, une souris mutante pour le résidu identifié de TOPOVIBL a été générée à l'aide de CRISPER-Cas9 et son phénotype a été analysé. / To properly transmit their genetic information from one generation to another, sexually reproductive organisms need to halve their genome to form haploid gametes. This reduction occurs during a special cell division called meiosis, which proceeds through one round of DNA replication followed by two successive divisions called meiosis I and II. During meiosis I homologous chromosomes segregate, and their proper segregation depends on the homologous recombination pathway that establishes a physical link between the homologues. During meiosis, homologous recombination events are triggered by the formation of DNA double strand break (DSB) catalyzed by the evolutionarily conserved Spo11 protein. Spo11 is the meiotic ortholog of the catalytic subunit of the TopoVI topoisomerase, TopoVIA. As TopoVI is composed of two subunits, TopoVIA and TopoVIB, the requirement for meiotic DSB formation of a B subunit was under investigation since the identification of Spo11. During my PhD, I contributed to the identification of a new family of protein, the TopoVIB-like family, ortholog to the Topoisomerase VI B subunit (TopoVIB) and required for meiotic DNA double strand break formation (Robert et al, 2016). These proteins share domains in part similar to the canonical TopoVIB which are a GHKL domain (involved in ATP binding and hydrolysis), a transducer domain and a CTD domain. We demonstrated that in mice, SPO11 forms a complex with TOPOVIBL. Biochemical characterization of this complex showed a structure compatible with an A2B2 organization. Furthermore, we demonstrated that this protein is required for meiotic DSB formation. These results suggest the existence, in mice, of a TopoVI-like complex that catalyzes the formation of meiotic DSB. In S. cerevisiae, there is no clear TopoVIB-like ortholog, but we found that the Rec102 protein, which is known to be required for the formation of meiotic DSB, shows a partial homology with the transducer domain of the TopoVIB-like proteins. Rec102 forms a complex with Rec104, a protein also essential for DSB formation. Thus, we hypothesized that the Rec102/Rec104 complex is the yeast meiotic ortholog of TopoVIB, interacting with Spo11 to form a meiotic TopoVI-like complex. Despite the importance of Spo11 little is known about its mode of action. This absence of biochemical data is due to the lack of solubility of the protein. The aim of my PhD was to characterize the mode of action and regulation of the TopoVI-like complex for meiotic DSB formation. First, biochemically, by purifying in vitro a soluble form of the yeast TopoVI-like complex composed by Spo11/Rec102/Rec104/Ski8. To achieve this objective, I co-expressed these proteins in two different expression systems, E. coli and meiotic culture of S. cerevisiae. Using E. coli I managed to purify a soluble complex formed by Spo11/Rec102/Rec104/Ski8, and using meiotic culture of S. cerevisiae, I purified two different complexes, one formed, by the four proteins, and one formed only by Spo11 and Rec102. Nevertheless, in vitro activity essays on different DNA substrates did not reveal any DNA cleavage activity. The second goal of my PhD was to study how in mouse, the activity of TOPOVIBL / SPO11 may be regulated by other proteins known to be required for DSB formation. Using Y2H experiment I was able to prove that, as in yeast, mouse TOPOVIBL interacts with REC114, a protein required for DSB formation. The mapping of this interaction at the amino-acid scale, leads to the identification of one residue on TOPOVIBL essential for the interaction between TOPOVIBL and REC114. In order to investigate in vivo the role of the interaction between TOPOVIBL and REC114, a mutant mouse carrying a mutation in the identified residue of TOPOVIBL was generated using CRISPER-Cas9, and its phenotype analyzed.

L'intégrité de l'information génétique est essentielle aux fonctions cellulaires et pour éviter l'instabilité génomique, qui est une des caractéristique du cancer. Suite à des cassures double brin (Double Strand Breaks; DSBs), la voie de signalisation de réponse aux dommages de l'ADN est activée dans la cellule qui comprend deux sous voies de signalisation : la jonction d'extrémités non-homologues et la recombinaison homologue. Le complexe TREX-2 associé au pore nucléaire est impliqué dans l'export des ARNm. Chez la levure, TREX-2 est impliqué dans le maintien de la stabilité génomique. Nous nous sommes intéressés au rôle de TREX-2 dans la réparation de DSBs dans les cellules humaines. La déplétion du complexe TREX-2 entraine une réparation de l'ADN par recombinaison homologue insuffisante. De plus, nos résultats démontrent que la protection contre les dommages de l'ADN par TREX-2 dépend aussi de l'équilibre entre H2B an H2Bub1 contrôlé par le module de deubiquitination de SAGA. / The maintenance of proper genetic information is essential to avoid genomic instability, which is a hallmark of cancer. In response to Double Strand Breaks (DSBs), cells initiate the DNA Damage Response (DDR), that acts through two main sub-pathways: non-homologous end joining (NHEJ) and homologous recombination (HR). The nuclear pore-associated TREX-2 complex is involved in mRNA export and has been implicated, in yeast, in genome stability maintenance. Here we investigated the role of TREX-2 in DSB repair in human cells. We find that loss of the scaffold subunit of TREX-2 (GANP) results in DNA repair deficiency by HR. Moreover, we showed that the mechanism through which TREX-2 protects human cells from DNA damage is dependent on an interplay with the co-activator complex SAGA that regulates H2Bub1 histone mark. Our results demonstrate a functional cross-talk between human TREX-2 and the SAGA deubiquitination activity that is important to ensure correct DSB repair during HR.

Des stress réplicatifs sont rencontrés à chaque phase S du cycle cellulaire et différents mécanismes permettent leur prise en charge. La recombinaison homologue (RH) tient un rôle important dans le maintien de la stabilité du génome au cours de la réplication. En effet, la RH escorte la progression des fourches et prévient les défauts mitotiques. Toutefois, le lien moléculaire entre le stress réplicatif et les défauts mitotiques n’est pas élucidé. De façon générale, les fourches de réplication bloquées peuvent être sauvées grâce à leur fusion avec la fourche convergente ou au redémarrage de fourche par la RH. Le laboratoire a développé un essai génétique reposant sur l’utilisation d’une barrière de réplication conditionnelle afin d’étudier le mécanisme par lequel la RH contribue au sauvetage des fourches de réplication bloquées. L’équipe a montré que le redémarrage des fourches bloquées par la RH est conditionné par l’exposition d’un ADNsb et non d’une cassure double-brin. Ainsi, les fonctions de la RH au cours de la gestion du stress réplicatif peuvent être adressées indépendamment de sa fonction de réparation des cassures (fonction relativement bien documentée). Les travaux décrits dans ce manuscrit s’inscrivent autour des mécanismes que la RH engage afin d’assurer la stabilité génétique en réponse au stress réplicatif. Plus précisément, je me suis intéressée à l’implication des facteurs de la RH dans la protection des fourches de réplication bloquées au niveau moléculaire et cellulaire. En absence de la recombinase Rad51 ou de son chargeur Rad52, le blocage d’une seule fourche de réplication est suffisant pour induire des défauts mitotiques, incluant des ponts anaphasiques (lien physique entre chromatides sœurs). Il s’avère que les fourches bloquées sont extensivement dégradées par la nucléase Exo1 en absence de Rad51/Rad52. De manière intéressante, l’accumulation excessive d’ADNsb à la fourche est à l’origine de la non-disjonction des chromatides sœurs en mitose et ce malgré l’arrivée de fourches convergente. Ainsi, les fourches de réplication non protégées sont le siège de terminaison pathologique mettant à mal la ségrégation des chromosomes. La RH étant impliquée dans la protection et le redémarrage des fourches de réplication, l’utilisation du mutant de séparation de fonction Rad51-3A a permis de montrer que ces deux fonctions sont génétiquement séparables. Les fourches de réplication protégées et incapables d’être redémarrées par la RH ne présentent pas de symptômes de terminaison pathologique. Ainsi, au-delà de sa capacité à redémarrer les fourches inactivées, les facteurs de la RH assurent la complétion de de la réplication en maintenant les fourches de réplication dans une conformation propice à une fusion avec la fourche convergente. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires invoqués par la RH afin de maintenir la stabilité génétique au cours du stress réplicatif. / At each cell cycle, cells undertaking the DNA replication process face several sources of replication stress (RS) compromising the progression of the replicating forks and threatening both chromosome duplication fidelity and their correct segregation during mitosis. Replication stresses emerged as a major source of genetic instability and cancer development. Several mechanisms, among which homologous recombination (HR), operate to buffer the deleterious effects of RS. HR acts as an escort to fork progression and prevents mitotic defects. Nonetheless, the molecular connection between replication stress and mitotic defects remains elusive. A conditional replication fork barrier (RFB) acting in a polar manner was developed in the lab to terminally-arrest fork progression. In this system, HR functions handling replication stress can be assessed independently of its well-known function in double strand break repair. The work described here aims to understanding the mechanism that HR performs to ensure genetic stability in response to replication stress. In general, blocked replication forks can be rescued either by fork convergence or by active HR-mediated fork restart. However, in absence of Rad51 recombinase or it loader Rad52, a single activated RFB is sufficient to induce mitotic abnormalities including anaphase bridges. The involvement of HR factors in fork protection was explored at the molecular and cellular levels. It turns out that terminally-arrested forks are extensively resected by the Exo1 nuclease in the absence of Rad51/Rad52. Interestingly, the excess of ssDNA accumulation at the fork triggers sister chromatid non-disjunction in mitosis despite the arrival of an uncorrupted converging fork to rescue replication. Thus, unprotected replication forks are prone to pathological termination threatening chromosome segregation. HR being involved in fork protection and restart, the use of a Rad51 mutant showed that these two functions are genetically separable. Indeed, protected forks unable to restart by HR do not show any pathological termination. Thus, beyond their ability to restart inactivated forks, HR factors ensure replication completion by maintaining the forks in a suitable conformation for a fusion with the converging fork. Overall, these results shed light on the molecular events engaged by RH to ensure genome stability in response to replication stress.

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.

La bactérie Deinococcus radiodurans se distingue par sa résistance exceptionnelle aux rayonnements γ, UV, à la dessiccation et au stress oxydant. La radiorésistance de D.radiodurans résulte de l’association de plusieurs mécanismes, dont des systèmes efficaces de réparation de l’ADN et de détoxification des ROS, la protection des protéines contre l’oxydation, une structure compacte du nucléoïde et des protéines spécifiques aux Deinococcaceae, qui sont fortement induites après l’exposition des cellules au rayonnement γ. Le gène ddrI (DNA damage response) est fortement induit après exposition des cellules au rayonnement γ et code un régulateur transcriptionnel appartenant à la sous-famille CRP (cAMP receptor protein). Comparée à la souche sauvage, la souche privée de DdrI présente des défauts de division cellulaire et/ou de ségrégation de l’ADN, et est sensible aux agents génotoxiques, au stress oxydant et au choc thermique. La prédiction in silico des cibles potentielles de DdrI suggère que cette protéine régule l’expression d’une centaine de gènes impliqués dans la réplication, la réparation de l’ADN, la transduction de signal, la réponse au stress oxydant et au choc thermique. La séquence consensus 5’TGTGA(N6)TCACA3’, extrapolée à partir des 115 séquences cibles potentielles de DdrI, est spécifiquement fixée par DdrI uniquement en présence d’AMPc. Après un choc thermique, DdrI induit directement ou indirectement l’expression de nombreux gènes codant des protéases, des protéines du métabolisme de l’ADN, des lipides, des carbohydrates ainsi qu’un inhibiteur de la traduction. PprA, une protéine spécifique aux Deinococcaceae, joue un rôle crucial dans la radiorésistance et est impliquée dans la ségrégation des chromosomes et/ou la division cellulaire après réparation de l’ADN. De manière intéressante, l’absence de RecN, une protéine de la famille SMC, supprime la sensibilité du mutant ΔpprA aux agents génotoxiques, aux inhibiteurs de l’ADN gyrase et les défauts de ségrégation observés dans le mutant ΔpprA après irradiation des cellules. Après exposition des cellules au rayonnement γ, l’absence de RecN réduit la fréquence de recombinaison entre ADN chromosomique et plasmidique, suggérant que RecN intervienne dans la réparation de l’ADN par recombinaison homologue. Nous proposons un modèle, dans lequel RecN, en favorisant la réparation de l’ADN par recombinaison homologue, nécessite la présence de PprA pour favoriser le recrutement des ADN topoisomérases et la résolution des contraintes topologiques engendrées par ce mécanisme de réparation d’ADN. / The Deinococcus radiodurans bacterium exhibits resistance to γ and UV radiation, desiccation and oxidative stress. The molecular mechanisms contributing to the radioresistance of D. radiodurans include very efficient DNA repair mechanisms and ROS detoxification systems, protein protection against oxidation, a compact nucleoid structure and a subset of Deinococcus specific genes which are strongly induced after γ radiation. The ddrI (DNA damage response) gene is highly up-regulated after exposure to γ radiation and encodes a transcription factor belonging to the CRP (cAMP receptor protein) family. Compared to wild type cells, cells devoid of DdrI display defects in cell division and/or DNA segregation and is sensitive to DNA damaging agents, oxidative stress and heat shock treatment. In silico predictions of putative DdrI targets suggest that hundreds of genes,belonging to various cellular processes (DNA replication and repair, oxidative stress and heat shock responses, regulation of transcription and signal transduction) may be regulated by DdrI. The pseudopalindromic 5’TGTGA(N6)TCACA3’ consensus sequence, extrapolated from 115 potential DdrI binding sites, is specifically bound by DdrI only in presence of cAMP. After heat shock treatment, DdrI is involved directly or indirectly, in the induction of heat shock response genes coding proteases, proteins involved in DNA, lipid, carbohydrate metabolism and a translation inhibitor. Among the Deinococcus specific proteins required for radioresistance, the PprA protein was shown to play a major role for accurate chromosome segregation and cell division after completion of DNA repair. Here, we analyzed the cellular role of the RecN protein belonging to the SMC family and, surprisingly, observed that the absence of the RecN protein suppressed the sensitivity of cells devoid of the PprA protein to γ- and UV-irradiation and to treatment with mitomycin C or DNA gyrase inhibitors. The absence of RecN also alleviated the DNA segregation defects displayed by the ΔpprA cells recovering from irradiation. After irradiation, the absence of RecN reduced recombination between chromosomal and plasmid DNA, indicating that the RecN protein is important for recombinational repair of DNA lesions. Here, we propose a model in which RecN, by favoring recombinational repair of DNA double strand breaks, requires the PprA protein to facilitate the recruitment of the DNA topoisomerases to resolve the topological constraints generated by DNA double strand break repair through homologous recombination.

Les mutations héréditaires dans le gène BRCA2 sont associées à une forte susceptibilité au développement du cancer du sein et de l’ovaire. La protéine suppresseur de tumeur BRCA2 est essentielle pour préserver l’intégrité des chromosomes après endommagement de l’ADN. BRCA2 est impliquée dans la recombinaison homologue (RH), une voie fiable de réparation des cassures de l’ADN. BRCA2 exerce aussi un rôle pendant la mitose afin d’assurer un point de contrôle et une division cellulaire correcte. Bien que le rôle de BRCA2 dans la RH soit bien établi, la littérature décrive une restauration partielle de la fonction de RH dans des cellules ne possédant pas le site de liaison à l’ADN en C-terminal (CT-DBD), ce que nous a encouragé à voir s’il existait un domaine secondaire de liaison à l'ADN. L'analyse in silico a révélé un domaine zf-PARP putatif dans la région N-terminale. Normalement, ce type de domaine s’associe à l’ADN, ce que nous a porté à l’examiner. En utilisant des fragments purifiés de la partie N-terminale comprenant le site putatif dans des analyses de changements de mobilité électrophorétique, nous avons montré une activité de liaison à l’ADN. En comparaison avec le CT-DBD canonique, le site de liaison à l’ADN en N-terminal (NT-DBD) manifeste une affinité plus forte pour divers substrats et contrairement du CT-DBD il est capable de s’associer à l’ADN à double brin. En utilisant des tests d’échange de brin, nous avons également montré que le NT-DBD peut stimuler la fonction de recombinaison de RAD51. De plus, des variantes faux-sens dans le NT-DBD trouvé chez les patients atteints de cancer du sein ont montré une activité réduite d’association à l’ADN et une stimulation diminuée de l’activité de RAD51 ce qui implique que ces amino-acides sont importants pour les deux fonctions. Ce travail révèle un nouveau sitede liaison à l’ADN, ce qui contrairement au CT-DBD est capable de s’associer à l’ADN double-bras(db) et stimuler l’activité de recombinaison de RAD51. Nous proposons que le NT-DBD positionne RAD51 à la jonction entre ADNdb et ADNsb, ce qui facilite le chargement de RAD51 sur l’ADN recouvert de RPA. Cette activité pourrait promouvoir la RH pendant la réparation des cassures de l’ADN (von Nicolai, C et al., 2016, under revision).Afin de définir la prévalence des mutations de NT-DBD pour la prédisposition au cancer, nous avons sélectionné des variants faux-sens non-classifiés (variants of unknown clinical significance), identifiés dans des familles à risque élevé de développer un cancer du sein. Nous avons effectué des tests afin d’étudier l’impact de ces variants sur la fonction de BRCA2 dans la RH et la mitose. Certains de ces variants ont conduit à une hypersensibilité aux agents endommageant l’ADN et aux inhibiteurs de PARP, caractéristique d’une RH défectueuse alors qu’un de ces variants était compétent pour la réparation. Tous les variants ont induit une duplication normale des centrosomes, mais la cytokinèse était défectueuse. Ce phénotype suggère un défaut dans la formation du midbody et de l’abscission. Cette étude aidera à classifier les VUS dans le NT-DBD et facilitera la consultation génétique pour des individus. BRCA2 est un médiateur de la RH dépendante de RAD51. Son homologue méiotique, DMC1, partage structure et fonction similaire et s’associe à BRCA2. Néanmoins, la pertinence fonctionnelle de cette interaction reste élusive. Nous avons montré que BRCA2 interagit avec DMC1 au travers des répétitions BRC et promeut la formation de molécules d'adhérence. Cet effet stimulant est dû au renforcement de la liaison de DMC1 à l’ADN. BRCA2 complet et fonctionnel était surtout capable de stimuler l’activité d’échange de brin de DMC1, ce qui confirme les résultats obtenus avec les répétitions BRC. Nos résultats identifient BRCA2 comme une protéine de médiation de la recombinaison méiotique et renforcent le rôle des répetitions BRC dans cette fonction (Martinez, von Nicolai, et al., PNAS, 2016). / Germline mutations in the BRCA2 gene lead to high susceptibility to the development of breast and ovarian cancer. The tumor suppressor protein BRCA2 is essential for preserving chromosome integrity after DNA damage emerging from endogenous or exogenous sources. BRCA2 functions in Homologous Recombination (HR), the most reliable pathway to repair DNA double strand breaks. BRCA2 exerts its tumor suppressor role also at several stages during mitosis where it ensures checkpoint control and proper cell division.Although the function of BRCA2 in HR is well established, evidence from the literature describing a partial restoration of HR function in cells lacking the C-terminal DNA binding domain (CT-DBD) brought us to test the hypothesis of a secondary DNA binding domain in BRCA2.In silico analysis of the protein revealed a putative zinc finger-PARP domain in exon 10 of the N-terminal region. This type of domain usually binds DNA which prompted us to examine this activity in vitro. Using purified N-terminal fragments comprising the putative DNA binding domain in electrophoresis mobility shift assay we demonstrated the DNA binding activity of the N-terminus of BRCA2. When compared to the canonical CT-DBD, the N-terminal DNA binding domain (NT-DBD) exhibits stronger affinity for various DNA substrates and unlike the CT-DBD, it can also associate with dsDNA. Using a DNA strand exchange assay we also showed that the NT-DBD stimulates the recombination function of RAD51. In addition, BRCA2 missense variants in the NT-DBD found in breast cancer patients showed reduced dsDNA binding and decreased stimulation of RAD51 recombination activity on dsDNA/ssDNA containing substrates, implying that these residues are important for both functions. This work revealed a novel DNA binding domain in the N-terminus of BRCA2 that, in contrast to the CT-DBD, can associate with dsDNA and promote RAD51 recombination activity. We propose that the NT-DBD positions RAD51 at the ssDNA/dsDNA junction facilitating RAD51 loading onto the RPA-coated ssDNA. This activity may promote HR in DSB repair and in daughter strand gap repair (von Nicolai, C et al., 2016 submitted).To define the relevance of NT DBD on cancer predisposition, we selected several missense variants of unknown clinical significance (VUS) found in families at high risk to develop breast cancer located in this region. We used in vitro and in vivo functional assays to study the impact of the mutations on BRCA2 function in HR and mitosis. Some of the variants exhibited hypersensitivity to DNA damaging agents and PARP inhibitors, a hallmark of defective HR while one variant was proficient in repair. All variants showed normal centrosome duplication, but exhibited delayed or failed cytokinesis. This phenotype suggests a defect of the variants in midbody formation and abscission as a consequence of impaired BRCA2 function. It remains to be established if the defects in HR and cytokinesis are related. In the future, this study will help to classify VUS in the NT-DBD and facilitate genetic counselling of individuals carrying these mutations.BRCA2 is a mediator protein in RAD51-dependent HR. Its meiotic counterpart, DMC1, shares similar structure and function and binds BRCA2. However, the functional relevance of this interaction remained elusive. In this work, we showed that through the BRC repeats, BRCA2 interacts with DMC1 and promotes joint molecule formation. This stimulatory effect is due to the enhancement of DMC1 assembly on ssDNA. Importantly, full-length BRCA2 also stimulated the DNA strand exchange activity of DMC1, confirming the results with the isolated BRC repeats. Our results identify BRCA2 as a mediator of meiotic recombination and underline the role of the BRC repeats on this function (Martinez, von Nicolai, et al., 2016, PNAS).

L'hétérochromatine est une caractéristique conservée des chromosomes eucaryotes, avec des rôles centraux dans la régulation de l'expression des gènes et le maintien de la stabilité du génome. Comment la réparation de l'ADN est régulée par l'hétérochromatine reste mal compris. Chez Saccharomyces cerevisiae, le complexe SIR (Silent Information Regulator) assemble une fibre de chromatine compacte. La chromatine SIR limite la résection aux cassures double-brin (DSB) protégeant les extrémités chromosomiques endommagées contre la perte d'informations génétiques. Toutefois, lesquels des trois complexes de résection redondants, MRX-Sae2, Exo1 et Sgs1-Dna2 sont inhibés et par quel(s) mécanisme(s) reste à decouvrir. Nous montrons que Sir3, le facteur de fixation des histones de l’hétérochromatine de Saccharomyces cerevisiae, interagit physiquement avec Sae2 et inhibe toutes ses fonctions. Cette interaction limite notamment la résection médiée par Sae2, stabilise MRX à la DSB et augmente le Non-Homologous End Joining (NHEJ). De plus, la chromatine répressive SIR inhibe partiellement les deux voies de résection extensive médiées par Exo1 et Sgs1-Dna2 par des mécanismes distincts. L'inhibition par les SIR de la résection extensive et de Sae2 favorise la NHEJ et limite le Break-Induced Replication (BIR), prévenant ainsi de la perte d'hétérozygotie au niveau des subtélomères. / Heterochromatin is a conserved feature of eukaryotic chromosomes, with central roles in regulation of gene expression and maintenance of genome stability. How DNA repair occurs in heterochromatin remains poorly described. In Saccharomyces cerevisiae, the Silent Information Regulator (SIR) complex assembles a compact chromatin fibre. SIR-mediated repressive chromatin limits Double Strand Break (DSB) resection protecting damaged chromosome ends against the loss of genetic information. However, which of the three redundant resection complexes, MRX-Sae2, Exo1 and Sgs1-Dna2 are inhibited and by which mechanism remains to be deciphered. We show that Sir3, the histone-binding factor of yeast heterochromatin, physically interacts with Sae2-mediated resection and inhibits all its functions. Notably, this interaction limits Sae2-mediated resection, delays MRX removal from DSB ends and promotes Non-Homologous End Joining (NHEJ). In addition, SIR-mediated repressive chromatin partially inhibits the two long range resection pathways mediated by Exo1 and Sgs1-Dna2 by distinct mechanisms. Altogether SIR mediated inhibition of extensive resection and of Sae2 promotes NHEJ and limits Break-Induced Replication (BIR) preventing loss of heterozygosity at subtelomeres.

La famille des Flexiviridae a été créée en 2004 et regroupe plusieurs genres viraux affectant particulièrement des espèces ligneuses dont des arbres fruitiers. Grâce à diverses approches plusieurs nouveaux Flexiviridae ont été partiellement caractérisés au cours de ces dernières années. En revanche la position taxonomique précise de certains d’entre eux et leur contribution à des pathologies particulières restent encore incertaines du fait de difficultés inhérentes à l’étude de ces agents. Dans le présent travail, nous avons obtenu les séquences génomiques complètes pour quatre agents proches de l’Apricot latent virus. Ceci a permis de préciser l’organisation génomique de ces virus et d’en déterminer la position taxonomique. Cette étude a également permis de montrer que la partie C-terminale de la capside et la protéine TGBp1 sont soumises à une pression sélective particulièrement forte. Dans un second volet de ce travail, plusieurs approches permettant l’obtention simple et rapide d’ADNc infectieux, sous forme clonée ou non ont été développées. Travaillant sur plusieurs Flexiviridae, dont le virus des taches foliaires chlorotiques du pommier (Apple chlorotic leaf spot virus, ACLSV), nous avons mis au point l’amplification d’ADNc génomiques complets en une seule étape à partir d’extraits d’acides nucléiques totaux obtenus à partir de plantes infectées. Des amplifiats comportant l’ADNc viral sous le contrôle du promoteur 35S du CaMV ou du promoteur de la RNA polymérase du phage T7 ont été obtenus et utilisés pour infecter des plantes directement par biolistique (promoteur 35S) ou pour obtenir des ARN infectieux par transcription in vitro (promoteur T7). Ces données ont mis en évidence des différences importantes dans le comportement de deux hôtes de l’ACLSV, Chenopodium quinoa et Nicotiana occidentalis 37B. Nous avons également utilisé le système de recombinaison homologue de la levure Saccharomyces cerevisiae simplifier le clonage d’ADNc complets amplifiés par PCR ou pour réaliser en une seule étape la construction d’un vecteur navette ternaire levure-E. coli-A. tumefaciens et l’obtention d’un clone ADNc de l’ACLSV inoculable par agroinfiltration. Ces différentes stratégies devraient trouver une large application, en particulier pour tester plus rapidement des hypothèses d’étiologie pour les virus de plantes réputés "difficiles", tels que ceux infectant des hôtes ligneux. / The Flexiviridae family was created in 2004 and contains several viral genera affecting in particular woody hosts, including fruit trees. Using various strategies several new Flexiviridae have been partially characterized in the past few years. However, due to difficulties inherent in studying these agents, the precise taxonomic position of some of them and their contribution to particular diseases are still uncertain. In the present work, the complete genomic sequences of four Prunus-infecting Apricot latent virus (ApLV) like isolates have been determined. This has allowed to determine the genomic organization and the taxonomic position of these viruses. The results obtained also indicate that the C-terminal half of the coat protein and the TGBp1 are the genomic regions under the strongest purifying selection pressure. In the second part of this work, a set of approaches to simplify and streamline the construction of cloned or uncloned infectious full-length viral cDNAs were developed. working with several Flexiviridae and, in particular, with the Apple chlorotic leaf spot virus (ACLSV), we have developed protocols allowing the one-step amplification from total nucleic acids extracts of full-length cDNAs. under the control of the CaMV 35S or phage T7 RNA polymerase promoters. Successful inoculation of plants with these uncloned amplification products was obtained by biolistic bombardment (35S promoter) or using in vitro synthesized RNA transcripts (T7 promoter). Results obtained showed significant differences in the behavior of the two ACLSV hosts, Chenopodium quinoa and Nicotiana occidentalis 37B. We also used the yeast homologous recombination system for the efficient cloning of full-length cDNAs and for the simultaneous one-step construction of a ternary yeast-E. coli-Agrobacterium tumefaciens shuttle vector and generation of an agroinfiltrable infectious ACLSV construct. These various strategies should find broad applications, in particular for the validation of etiological hypotheses in the case of “difficult” plant viruses, such as those infecting woody hosts.