Les gènes Hox sont présents dans la majorité des espèces du règne animal et sont nécessaires à la différenciation coordonnée des cellules le long de différents axes longitudinaux au cours du développement embryonnaire. Ils sont impliqués dans le maintien de l'homéostasie de nombreux tissus à l'âge adulte. Des mutations affectant leur expression et/ou leur fonction sont ainsi retrouvées dans de nombreux cancers chez l'Homme.Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription reconnaissant des séquences nucléotidiques très similaires. L'interaction avec une classe évolutivement conservée de cofacteurs, les protéines Pbx et Meis, permet aux protéines Hox de reconnaître des sites de liaison plus spécifiques. Cette interaction a d'abord été décrite pour dépendre d'un petit motif commun aux protéines Hox, l'hexapeptide (HX). Cependant, des analyses récentes ont montré que ce motif pouvait en fait être dispensable in vivo, soulignant une capacité étonnante des protéines Hox à pouvoir potentiellement utiliser différents motifs pour interagir avec les mêmes cofacteurs. Mon travail de thèse s'inscrit dans la problématique du rôle des petits motifs dans les interactions Hox-cofacteur. Un premier projet a consisté à réaliser une analyse systématique du mode d'interaction de chaque représentant des groupes de paralogie des protéines Hox humaines avec leurs cofacteurs Pbx/Meis. Ce travail a révélé de nouveaux modes d'interaction pour plusieurs protéines Hox. Un deuxième projet a consisté à mettre en place un nouveau système de crible moléculaire pour identifier des partenaires de la protéine humaine HoxA9 sauvage ou mutée dans son motif HX dans différentes lignées cellulaires. L'ensemble de mon travail de thèse ouvre ainsi de nouvelles perspectives sur notre compréhension du mode moléculaire d'action des protéines Hox et de leurs cofacteurs, que cela soit en contexte développemental normal ou pathologique / Hox genes are present in the vast majority of the animal kingdom, and are required for the differentiation of several longitudinal axes during embryogenesis. There are also involved in the homeostasis of several tissues in the adult organism. Mutations affecting their expression and/or function are found in numerous human cancers.Hox genes encode for transcription factors that recognize short and highly similar DNA-binding sites. The direct interaction between Hox proteins and two evolutionary classes of cofactors, the Pbx and Meis proteins, allows them to recognize more specific DNA-binding sites. This interaction was first described to rely on a common short Hox protein motif called hexapeptide (HX). However, subsequent functional and molecular analyses showed that the HX motif could be dispensable for the interaction with Pbx and Meis partner in vivo. These results strongly suggest that Hox proteins could use different motifs to interact with the same set of cofactors. Such alternative motifs are unknown in mammalian Hox proteins.My thesis work is dedicated to the issue of the role of the HX motif and other short motifs in Hox-cofactor interactions. More particularly, I developed two main projects using human Hox proteins and cell lines derived from different tissues as a model system. My first project consisted in the systematic analysis of the interaction property of all Hox paralogs with the Pbx/Meis cofactors. This work revealed new Pbx/Meis-interaction interfaces in human Hox proteins. My second project consisted in establishing a new molecular screen to identify transcriptional partners of the wild type or HX-mutated human HoxA9 protein in different cell lines.Overall, my thesis work opens new perspectives into our understanding of the molecular mode of action of Hox proteins and their cofactors, in a normal or pathological developmental context

Kürzlich wurde mithilfe von Ribo-seq Experimenten die Translation hunderter Mikroproteine in menschlichen Herzen entdeckt. Diese blieben zuvor aufgrund ihrer geringen Größe (< 100 Aminosäuren) unentdeckt, und ihre physiologische Rolle ist noch weitgehend unbekannt. Ziel dieser Promotionsarbeit ist es, potentielle Funktionen dieser neuartigen Mikroproteine zu entschlüsseln. Dabei sollen insbesondere die Aufklärung ihrer evolutionären Konservierungssignatur, subzellulären Lokalisierung und ihres Proteininteraktoms helfen. Die Konservierungsanalyse ergab, dass fast 90% der Mikroproteine nur in Primaten konserviert ist. Weiterhin konnte ich die Produktion von Mikroproteine in vitro und in vivo nachweisen, die subzelluläre Lokalisierung von 92 Mikroproteinen definieren, und Interaktionspartner für 60 Mikroproteine identifizieren. Dutzende dieser Mikroproteine lokalisieren in Mitochondrien. Dazu gehörte ein im Herzen angereichertes Mikroprotein, das aufgrund der Interaktions- und Lokalisationsdaten einen neuartigen Modulator der mitochondrialen Proteintranslation darstellen könnte. Der Interaktom-Screen zeigte außerdem, dass evolutionär junge Mikroproteine ähnliche Interaktionsfähigkeiten wie konservierte Kandidaten haben. Schließlich wurden kurze Sequenzmotive identifiziert, die Mikroprotein-Protein-Wechselwirkungen vermitteln, wodurch junge Mikroproteine mit zellulären Prozessen – wie z.B. Endozytose und Spleißen – in Verbindung gebracht werden konnten. Zusammenfassend wurde die Produktion vieler kleiner Proteine im menschlichen Herzen bestätigt, von denen die meisten lediglich in Primaten konserviert sind. Zusätzlich verknüpften umfangreiche Lokalisierungs- und Interaktionsdaten mehrere Mikroproteine mit Prozessen wie Spleißen, Endozytose und mitochondrialer Translation. Weitere Untersuchungen dieses zuvor verborgenen Teils des Herzproteoms werden zu einem besseren Verständnis von evolutionär jungen Proteinen und kardiologischen Prozessen beitragen. / Recently, the active translation of hundreds of previously unknown microproteins was detected using ribosome profiling on tissues of human hearts. They had remained undetected due to their small size (< 100 amino acids), and their physiological roles are still largely unknown. This dissertation aims to investigate these novel microproteins and validate their translation by independent methods. Particularly, elucidating their conservation signature, subcellular localization, and protein interactome shall aid in deciphering their potential biological role. Conservation analysis revealed that sequence conservation of almost 90% of microproteins was restricted to primates. I next confirmed microprotein production in vitro and in vivo by in vitro translation assays and mass spectrometry-based approaches, defined the subcellular localization of 92 microproteins, and identified significant interaction partners for 60 candidates. Dozens of these microproteins localized to the mitochondrion. These included a novel cardiac-enriched microprotein that may present a novel modulator of mitochondrial protein translation based on its interaction profile and subcellular localization. The interactome screen further revealed that evolutionarily young microproteins have similar interaction capacities to conserved candidates. Finally, it allowed identifying short linear motifs that may mediate microprotein-protein interactions and implicated several young microproteins in distinct cellular processes such as endocytosis and splicing. I conclude that many novel small proteins are produced in the human heart, most of which exhibit poor sequence conservation. I provide a substantial resource of microprotein localization and interaction data that links several to cellular processes such as splicing, endocytosis, and mitochondrial translation. Further investigation into this hidden part of the cardiac proteome will contribute to our understanding of recently evolved proteins and heart biology.