La bactérie Deinococcus radiodurans est connue pour sa capacité à résister à un grand nombre de traitements génotoxiques parmi lesquels on peut citer l’exposition aux rayons ionisants, aux ultra-violets, à la mitomycine C, à la dessication et au stress oxydant. Elle est capable lors d’une exposition à des doses extrêmes de rayons γ générant des centaines de cassures de l’ADN de reconstituer un génome intact en seulement 2 à 3 heures via un mécanisme original, l’ESDSA, impliquant une synthèse massive d’ADN pendant la phase de réparation des cassures de l’ADN. En plus de mécanismes efficaces de réparation de l’ADN, elle possède un kit de survie comprenant une compaction importante du nucléoïde, des mécanismes de protection des protéines contre l’oxydation, une réponse originale aux lésions de l’ADN et des protéines spécifiques induites après irradiation. Tous ces facteurs contribuent au maintien de l’intégrité du génome et à la survie de la cellule lors de l’exposition à différents agents génotoxiques. Souvent considéré comme un organisme ayant une stabilité génomique exceptionnelle, cette bactérie possède dans son génome un grand nombre de séquences répétées et des éléments mobiles et est par ailleurs naturellement compétente. Ce sont autant de facteurs pouvant participer à la variabilité génétique de cette espèce. Je me suis donc intéressée lors de ma thèse à deux processus pouvant participer à l’instabilité génétique chez D. radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle.L’introduction dans le génome de D. radiodurans de séquences répétées directes de 438 pb séparées par des régions d’ADN d’une longueur allant de 1479 pb à 10 500 pb m’a permis de mettre en évidence le rôle majeur joué par l’appariement simple brin (Single Strand Annealing ou SSA) impliquant la protéine DdrB, spécifique des Deinococcaceae, joue un rôle majeur dans la recombinaison « spontanée » entre les séquences répétées en absence de la recombinase RecA. L’absence de DdrB dans des souches déficientes pour la recombinaison augmente davantage la perte de viabilité observée dans ces souches ce qui suggère que le SSA participe à la prise en charge de fourches de réplication bloquées, source majeure d’instabilité génétique en absence de stress extérieur, si ces fourches ne peuvent être prise en charge par des voies impliquant des protéines de recombinaison. Je me suis également intéressée à la transformation naturelle et aux protéines impliquées dans ce processus chez D. radiodurans. J’ai pu démontrer que la protéine DprA impliquée dans la protection de l’ADN simple brin et le chargement de RecA sur l’ADN simple brin internalisé lors de la transformation de nombreuses espèces comme Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ou Helicobacter pylori, est également impliquée dans la transformation chez D. radiodurans. J’ai pu montrer également qu’en plus de jouer un rôle majeur dans la transformation par de l’ADN plasmidique, DdrB est impliquée dans la transformation par de l’ADN génomique si la protéine DprA est absente. / The bacterium Deinococcus radiodurans is known for its ability to withstand a large number of genotoxic treatments, including exposure to ionizing or ultraviolet radiation, mitomycin C, desiccation, and oxidative stress. It is able, upon exposure to extreme doses of γ-radiation generating hundreds of DNA breaks, to reconstitute an intact genome in only 2 to 3 hours via an ESDSA mechanism, involving massive DNA synthesis during DNA double strand break repair. Together with efficient DNA repair mechanisms, D. radiodurans possesses a survival kit comprising significant compaction of its nucleoid, protection mechanisms against protein oxidation, an original response to DNA damage and specific proteins induced after irradiation. All of these contribute to the maintenance of genomic integrity and cell survival upon exposure to various genotoxic agents. In spite of the idea that D. radiodurans is an organism with outstanding genomic stability, this bacterium has in its genome a large number of repeat sequences and mobile elements and is also naturally competent. All these factors contribute to the genetic variability of species. I was interested in two processes that can play a role in genetic variability in D. radiodurans: recombination between repeated sequences and natural transformation.The introduction, into the genome of D. radiodurans, of 438 bp direct repeated sequences separated by DNA regions ranging from 1,479 bp to 10,500 bp in length allowed me to demonstrate the major role of Single Strand Annealing (SSA) involving the DdrB protein specific for Deinococcaceae, in the "spontaneous" recombination between the repeated sequences in the absence of the RecA recombinase. The absence of DdrB in strains deficient for recombination further increased the loss of viability observed in these strains, suggesting that SSA is required for the management of blocked replication forks, a major source of genetic instability in the absence of external stress when these forks cannot be rescued by pathways involving recombination proteins.I was also interested in the natural transformation and proteins involved in this process in D. radiodurans. I demonstrated that DprA protein involved in DNA single strand protection and loading of RecA on single-stranded DNA internalized during transformation of many species such as Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, or Bacillus subtilis, is also involved in this process in D. radiodurans. I also showed that, in addition to playing a major role in transformation by plasmid DNA, DdrB is also involved in transformation by genomic DNA of cells devoid of the DprA protein.

Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'élasticité d'une molécule d'ADN simple brin à l'aide de pinces magnétiques. Les modèles de polymères idéaux ne rendent pas bien compte de l'élasticité de cette molécule, alors qu'ils décrivent très bien l'ADN double brin. Nous avons donc étudié expérimentalement l'élasticité d'une molécule simple brin dans différentes conditions salines, i.e. d'écrantage de charges, et dans des conditions modulant les interactions internes du polymère. En utilisant des conditions dénaturantes, nous avons pu séparer les effets des différentes interactions intramoléculaires et ainsi mieux caractériser leur importance respective pour décrire l'élasticité de la molécule. Il est ressorti de ces mesures qu'une description complète de l?ADN simple brin doit prendre en compte d'une part la formation de structures secondaires à basses forces, et d'autre part les effets de volume exclu: contrairement au double brin, le simple brin est tellement flexible que les répulsions électrostatiques dues aux groupements phosphates le long de la chaîne ne peuvent plus être négligées. Des simulations numériques prenant en compte ces deux effets sont en excellent accord avec nos observations expérimentales. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié l'activité de deux hélicases à l'échelle de la molécule unique. Les hélicases sont des moteurs moléculaires qui catalysent la séparation des deux brins de la double hélice d?ADN, permettant ainsi l'accès aux bases individuelles formant le code génétique. Dans notre expérience, une unique molécule d'ADN double brin était immobilisée par pinces magnétiques et son extension mesurée avec une précision de 10 nm. Ceci nous a permis de suivre l'activité des hélicases, puisque celles-ci provoquent un changement de l'extension de la molécule lorsque le double brin est converti en simple brin. Cette méthode présente l'avantage de permettre l'observation en temps réel de l'activité d'une seule protéine. L'analyse statistique des données nous a permis d'accéder aux distributions complètes de vitesse et de processivité des enzymes. Nous avons ainsi caractérisé le comportement dynamique d?hélicases uniques (leur vitesse, leur processivité, leur coopérativité et leur pas élémentaire sur l'ADN). Le suivi en temps réel de l'activité des hélicases nous a permis d'observer une instabilité dans leur mode d'ouverture, et ainsi de rendre compte de mesures de vitesse obtenues en volume.

L'Efficacité Biologique Relative (EBR) des faisceaux de protons énergétiques (70-250 MeV) utilisés dans les différents centres de protonthérapie est classiquement estimée à 1,10 par rapport aux photons du Cobalt-60. Bien qu'en accord avec la mesure de la régénération des cryptes intestinales chez la souris après exposition à une dose unique de 10 à 15 Gy, cette valeur moyenne a été contestée par la microdosimétrie. Ces incertitudes nous ont conduits à analyser l'effet des protons mis en œuvre dans les deux faisceaux médicaux (76 et 201 MeV) du Centre de Protonthérapie de l'Institut Curie à Orsay (ICPO) sur deux lignées cellulaires humaines tumorales, et en partie sur une lignée fibroblastique. Les résultats font apparaître une différence de la valeur de l'EBR pour la survie au rayonnement dans la partie distale du SOBP (Spread-Out Bragg Peak) en fonction de l'énergie incidente, ainsi qu'une absence de corrélation entre la réponse en survie et l'incidence des cassures double-brin de l'ADN dans le faisceau de 76 MeV. Nous montrons cependant, grâce à l'utilisation de lignées défectives dans les voies de signalisation et de réparation des cassures double-brin de l'ADN par le D-NHEJ, que ces voies déterminent la valeur de l'EBR dans la partie distale du SOBP de 76 MeV. La réponse aux dommages de l'ADN dans cette région suggère que les dommages létaux appartiennent à la classe des "lésions complexes" (LMDS) de l'ADN. D'autre part, il apparaît que la fluence des particules constitue un paramètre majeur qui doit être pris en compte dans la partie distale des faisceaux.

La génétique inverse est devenue une méthode clé pour la production de virus à ARN génétiquement modifiés et pour comprendre les propriétés cellulaires et biologiques des virus. Cependant les méthodes les plus fréquemment utilisées, basées sur le clonage de génomes viraux complets dans des plasmides, sont laborieuses et imprévisibles. La première partie de cette thèse présente des études sur la mise au point d'un nouveau système de génétique inverse, appelé méthode ISA (Amplicons-Sous génomique-Infectieux), qui permet la génération, en quelques jours, de virus infectieux sauvages et génétiquement modifiés appartenant à trois familles différentes de virus à ARN simple brin de polarité positive, avec une grande maîtrise des séquences virales. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons appliqué pour la première fois à un arbovirus (CHIKV), le ré-encodage des codons - une méthode développée récemment et très excitante pour le développement de vaccins vivants atténués. En utilisant une approche aléatoire de ré-encodage des codons qui attribue au hasard des codons sur la base de la séquence en acides aminés correspondante, nous avons mis en évidence des pertes importantes de fitness réplicatif sur des cellules de primates et d'arthropodes. La diminution du fitness réplicatif est en corrélation avec le degré de ré-encodage, une observation qui peut aider à la modulation de l'atténuation virale. En utilisant l'expérience acquise avec le CHIKV, nous avons transposé avec succès ce mécanisme d'atténuation au JEV et amélioré notre maîtrise du processus d'atténuation en utilisant une combinaison de la synthèse de novo et de la méthode ISA. / Reverse genetics has become a key methodology for producing genetically modified RNA viruses and deciphering cellular and viral biological properties, but the most commonly used methods, based on the preparation of plasmid-based complete viral genomes, are laborious and unpredictable. The first part of this thesis presents studies relating to the development of a new reverse genetics system, designated the ISA (Infectious-Subgenomic-Amplicons) method, which enabled the generation of both wild-type and genetically modified infectious viruses belonging to three different families of positive, single stranded RNA viruses within days with great control of the viral sequences. In the second part of this thesis, we applied for the first time to an arbovirus (CHIKV), codon re-encoding - a recently developed and very exciting method for the development of live attenuated vaccines. Using a random codon re-encoding approach which randomly attributed nucleotide codons based on their corresponding amino acid sequence, we identified major fitness losses of CHIKV in both primate and arthropod cells. The decrease of replicative fitness correlated with the extent of re-encoding, an observation that may assist in the modulation of viral attenuation. Detailed analysis of these observed replicative fitness losses indicated that they are the consequence of several independent re-encoding induced events. Using the experience acquired on the CHIKV, we successfully transposed this attenuation mechanism to JEV and improved our control of the attenuation process by using a combination of de novo synthesis and the ISA method.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un virus à ARN simple brin positif (ssARN) qui se replique dans le foie. Deux cents millions de personnes sont infectées par le virus dans le monde et environ 80% d’entre elles progresseront vers un stade chronique de l’infection. Les thérapies anti-virales actuelles comme l’interféron (IFN) ou la ribavirin sont de plus en plus utilisées mais ne sont efficaces que dans la moitié des individus traités et sont souvent accompagnées d’une toxicité ou d’effets secondaires indésirables. Le système immunitaire inné est essentiel au contrôle des infections virales. Les réponses immunitaires innées sont activées suite à la reconnaissance par les Pathogen Recognition Receptors (PRRs), de motifs macromoléculaires dérivés du virus appelés Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs). Bien que l'activation du système immunitaire par l'ARN ou les protéines du VHC ait été largement étudiée, très peu de choses sont actuellement connues concernant la détection du virus par le système immunitaire inné. Et même si l’on peut très rapidement déceler des réponses immunes in vivo après infection par le VHC, l’augmentation progressive et continue de la charge virale met en évidence une incapacité du système immunitaire à contrôler l’infection virale. Une meilleure compréhension des mécanismes d’activation du système immunitaire par le VHC semble, par conséquent, essentielle au développement de stratégies antivirales plus efficaces. Dans le présent travail nous montrons, dans un modèle de cellule primaire, que le génome ARN du VHC contient des séquences riches en GU capables de stimuler spécifiquement les récepteurs de type Toll (TLR) 7 et 8. Cette stimulation a pour conséquence la maturation des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs), le production d’interféron de type I (IFN) ainsi que l’induction de chémokines et cytokines inflammatoires par les différentes types de cellules présentatrices d’antigènes (APCs). Les cytokines produites après stimulation de monocytes ou de pDCs par ces séquences ssARN virales, inhibent la production du virus de façon dépendante de l’IFN. En revanche, les cytokines produites après stimulation de cellules dendritiques myéloïdes (mDCs) ou de macrophages par ces mêmes séquences n’ont pas d’effet inhibiteur sur la production virale car les séquences ssARN virales n’induisent pas la production d’IFN par ces cellules. Les cytokines produites après stimulation des TLR 7/8 ont également pour effet de diminuer, de façon indépendante de l’IFN, l’expression du récepteur au VHC (CD81) sur la lignée cellulaire Huh7.5, ce qui pourrait avoir pour conséquence de restreindre l’infection par le VHC. Quoiqu’il en soit, même si les récepteurs au VHC comme le CD81 sont largement exprimés à la surface de différentes sous populations lymphocytaires, les DCs et les monocytes ne répondent pas aux VHC, Nos résultats indiquent que seuls les macrophages sont capables de reconnaître le VHC et de produire des cytokines inflammatoires en réponse à ce dernier. La reconnaissance du VHC par les macrophages est liée à l’expression membranaire de DC-SIGN et l’engagement des TLR 7/8 qui en résulte. Comme d’autres agonistes du TLR 7/8, le VHC stimule la production de cytokines inflammatoires (TNF-α, IL-8, IL-6 et IL-1b) mais n’induit pas la production d’interféron-beta par les macrophages. De manière attendue, la production de cytokines par des macrophages stimulés par les ligands du TLR 7/8 ou les séquences ssARN virales n’inhibent pas la réplication virale. Nos résultats mettent en évidence la capacité des séquences ssARN dérivées du VHC à stimuler les TLR 7/8 dans différentes populations de DC et à initier une réponse immunitaire innée qui aboutit à la suppression de la réplication virale de façon dépendante de l’IFN. Quoiqu’il en soit, le VHC est capable d’échapper à sa reconnaissance par les monocytes et les DCs qui ont le potentiel pour produire de l’IFN et inhiber la réplication virale après engagement des TLR 7/8. Les macrophages possèdent quant à eux la capacité de reconnaître le VHC grâce en partie à l’expression de DC-SIGN à leur surface, mais n’inhibent pas la réplication du virus car ils ne produisent pas d’IFN. L’échappement du VHC aux défenses antivirales pourrait ainsi expliquer l’échec du système immunitaire inné à contrôler l’infection par le VHC. De plus, la production de cytokines inflammatoires observée après stimulation in vitro des macrophages par le VHC suggère leur potentielle contribution dans l’inflammation que l’on retrouve chez les individus infectés par le VHC. / Hepatitis C virus (HCV), a positive single stranded RNA (ssRNA) virus that replicates in the liver, infects 200 million people worldwide, with approximately 80% of infected individuals ultimately suffering from chronic HCV infection. Antiviral therapies, including interferon and ribavirin, have improved considerably in recent years, but are effective in only about one-half of those treated, and are associated with significant side effects and toxicity. Innate immune defenses are essential to control viral infection; the innate response is activated through recognition of viral macromolecular motifs known as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) that are recognized by a multitude of Pathogen recognition receptors (PRRs). Although immune activation induced by HCV RNA or proteins has been extensively studied, the detection of HCV by the innate immune system remains poorly understood. Despite activation of the immune response early after HCV infection in vivo, the persistent increase inpatient HCV viral load suggests the failure of the immune response to control HCV infection. A better understanding of the mechanisms of immune activation induced by HCV is crucial for development of effective strategies for HCV treatment. Here we demonstrate in primary cell models that the HCV genome contained GU-rich RNA sequences that specifically trigger Toll-like receptors (TLR) 7/8, resulting in maturation of plasmacytoid dendritic cells (pDCs) and production of type I interferon (IFN), induction of inflammatory cytokines and chemokines in different antigen presenting cells (APCs). Cytokines produced by monocytes and pDCs upon stimulation of HCV-derived ssRNA inhibited HCV production in an IFN-dependent manner, whereas cytokines produced by myeloid DCs (mDCs) and macrophages had no inhibitory effect on virus production, due to a defect in IFN induction by HCV ssRNA in these cells. TLR7/8 stimulated cytokines also down-regulated the expression of the HCV receptor CD81 on Huh7.5 in an IFN-independent manner that may restrict HCV infection. However, although HCV receptors like CD81 were widely expressed on different subsets of lymphocytes, DCs and monocytes did not respond to HCV particles, and our data indicates that only macrophages sense HCV and produce inflammatory cytokines. The recognition of HCV by macrophages is related to the expression of DC-SIGN on macrophages, and results in TLR7/8 engagement. Similar to a TLR7/8 agonist, HCV stimulation induces inflammatory cytokine production (TNF-α, IL-8, IL-6 and IL-1b) by macrophages but does not stimulate interferon-beta production in macrophages, Congruously, TLR7/8 and HCV RNA mediated cytokine production in macrophages did not inhibit HCV replication. Our results reveal that HCV RNA has the potential to trigger TLR7/8 in DC populations, and initiate an innate immune response against HCV infection that leads to an IFN-dependent suppression of viral replication. However, HCV is able to escape detection by monocytes and DCs, which produce type I IFN and suppress HCV replication when TLR7/8 is engaged. Macrophages possess the capacity to detect HCV, in part because of surface expression of DC-SIGN. In turn, macrophages produce inflammatory cytokines that nevertheless fail to inhibit HCV replication due to lack of IFN-beta production. Evasion of antiviral defense by HCV may explain the failure of innate immunity in control of HCV infection. Moreover, inflammatory cytokine production by macrophages upon HCV stimulation in vitro suggests that activation of macrophages may contribute to inflammation in HCV infected individuals.

Le maintien de la stabilité du génome est essentiel pour la propagation de l’information génétique et pour la croissance et la survie des cellules. Tous les organismes possèdent des systèmes de prévention des dommages et des réarrangements de l’ADN et nos connaissances sur ces processus découlent principalement de l’étude des génomes bactériens et nucléaires. Comparativement peu de choses sont connues sur les systèmes de protection des génomes d’organelles. Cette étude révèle l’importance des protéines liant l’ADN simple-brin de la famille Whirly dans le maintien de la stabilité du génome des organelles de plantes. Nous rapportons que les Whirlies sont requis pour la stabilité du génome plastidique chez Arabidopsis thaliana et Zea mays. L’absence des Whirlies plastidiques favorise une accumulation de molécules rearrangées produites par recombinaison non-homologue médiée par des régions de microhomologie. Ce mécanisme est similaire au “microhomology-mediated break-induced replication” (MMBIR) retrouvé chez les bactéries, la levure et l’humain. Nous montrons également que les organelles de plantes peuvent réparer les bris double-brin en utilisant une voie semblable au MMBIR. La délétion de différents membres de la famille Whirly entraîne une accumulation importante de réarrangements dans le génome des organelles suite à l’induction de bris double-brin. Ces résultats indiquent que les Whirlies sont aussi importants pour la réparation fidèle des génomes d’organelles. En se basant sur des données biologiques et structurales, nous proposons un modèle où les Whirlies modulent la disponibilité de l’ADN simple-brin, régulant ainsi le choix des voies de réparation et permettant le maintien de la stabilité du génome des organelles. Les divers aspects de ce modèle seront testés au cours d’expériences futures ce qui mènera à une meilleure compréhension du maintien de la stabilité du génome des organelles. / Maintenance of genome stability is essential for the accurate propagation of genetic information and for cell growth and survival. Organisms have therefore developed efficient strategies to prevent DNA lesions and rearrangements. Much of the information concerning these strategies has been obtained through the study of bacterial and nuclear genomes. Comparatively little is known about how organelle genomes maintain a stable structure. This study implicates the single-stranded nucleic acid-binding proteins of the Whirly family in the maintenance of plant organelle genome stability. Here we report that the plastid-localized single-stranded DNA binding proteins of the Whirly family are required for plastid genome stability in Arabidopsis thaliana and Zea mays. Absence of plastidial Whirlies favors the accumulation of rearranged molecules that arise through a non-homologous recombination mechanism mediated by regions of microhomology. This mechanism is similar to the microhomology-mediated break-induced replication (MMBIR) described in bacteria, yeast and humans. Additionally we show that plant organelles can repair double-strand breaks using a MMBIR-like pathway. Plants lacking Whirly proteins accumulate elevated levels of microhomology-mediated DNA rearrangements upon double-strand break induction, indicating that Whirlies also contribute to the accurate repair of plant organelle genomes. Using biological and structural data, we propose a working model in which Whirlies modulate the access of repair proteins and complementary DNA to single-stranded regions, thereby regulating the choice of repair pathways and maintaining plant organelle genome stability. The various aspects of this model will be tested in future experiments which should allow a better understanding of the mechanisms underlying genome stability in plant organelles.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'Efficacité Biologique Relative (EBR) des faisceaux de protons énergétiques (70-250 MeV) utilisés dans les différents centres de protonthérapie est classiquement estimée à 1,10 par rapport aux photons du Cobalt-60. Bien qu'en accord avec la mesure de la régénération des cryptes intestinales chez la souris après exposition à une dose unique de 10 à 15 Gy, cette valeur moyenne a été contestée par la microdosimétrie. Ces incertitudes nous ont conduits à analyser l'effet des protons mis en œuvre dans les deux faisceaux médicaux (76 et 201 MeV) du Centre de Protonthérapie de l’Institut Curie à Orsay (ICPO) sur deux lignées cellulaires humaines tumorales, et en partie sur une lignée fibroblastique. Les résultats font apparaître une différence de la valeur de l'EBR pour la survie au rayonnement dans la partie distale du SOBP (Spread-Out Bragg Peak) en fonction de l'énergie incidente, ainsi qu'une absence de corrélation entre la réponse en survie et l'incidence des cassures double-brin de l'ADN dans le faisceau de 76 MeV. Nous montrons cependant, grâce à l'utilisation de lignées défectives dans les voies de signalisation et de réparation des cassures double-brin de l'ADN par le D-NHEJ, que ces voies déterminent la valeur de l'EBR dans la partie distale du SOBP de 76 MeV. La réponse aux dommages de l'ADN dans cette région suggère que les dommages létaux appartiennent à la classe des “lésions complexes” (LMDS) de l'ADN. D'autre part, il apparaît que la fluence des particules constitue un paramètre majeur qui doit être pris en compte dans la partie distale des faisceaux. / Treatment planning in proton therapy uses a generic value for the Relative Biological Efficiency (RBE) of 1.1 relative to 60Co gamma-rays throughout the Spread Out Bragg Peak (SOBP). We have studied the variation of the RBE at three positions in the SOBP of the 76 and 201 MeV proton beams used for cancer treatment at the Institut Curie Proton Therapy in Orsay (ICPO) in two human tumor cell lines using clonogenic cell death and the incidence of DNA double-strand breaks (DSB) as measured by pulse-field gel electrophoresis without and with endonuclease treatment to reveal clustered lesions as endpoints.The RBE for induced cell killing by the 76 MeV beam increased with depth in the SOBP. However for the 201 MeV protons it was close to that for 137Cs gamma-rays and did not vary significantly. The incidence of DSBs and clustered lesions was higher for protons than for 137Cs g-rays, but did not depend on the proton energy or the position in the SOBP.In the second part of our work, we have shown using cell clones made deficient for known repair genes by stable or transient shRNA transfection, that the D-NHEJ pathway determine the response to protons. The response of DNA damages created in the distal part of the 76 MeV SOBP suggests that those damages belong to the class of DNA "complex lesions" (LMDS). It also appears that the particle fluence is a major determinant of the outcome of treatment in the distal part of the SOBP.

Les « DNA beacons » sont des molécules composées de simple brins d'ADN dont les deux bouts contiennent des bases complémentaires et auxquels on attache un fluorophore et un quencher. Ainsi, ces deux extrémités peuvent s'assembler pour former un bout de double hélice d'ADN que nous appelons « stem », la partie centrale du brin forme alors une sorte de boucle. On appelle cette structure la configuration en « épingle à cheveux ». Un aspect important de cette structure est qu'elle représente des systèmes simples permettant une étude détaillée de l'assemblage/désassemblage de la double hélice d'ADN. Nous avons développé deux modèles différents pour étudier la thermodynamique et la cinétique de ces systèmes. Le premier est un modèle sur réseau inspiré des modèles utilisés pour l'étude des repliements des protéines. Le deuxième est un modèle qui inclut les ingrédients physiques du premier modèle mais sans la contrainte apportée par le réseau. Il combine la théorie des polymères et le modèle de Peyrard-Bishop et Dauxois (PBD) pour la double hélice. Avec cette nouvelle approche, nous sommes capable de comparer quantitativement nos résultats théoriques avec les résultats expérimentaux.

Le maintien de la stabilité du génome est essentiel pour la propagation de l’information génétique et pour la croissance et la survie des cellules. Tous les organismes possèdent des systèmes de prévention des dommages et des réarrangements de l’ADN et nos connaissances sur ces processus découlent principalement de l’étude des génomes bactériens et nucléaires. Comparativement peu de choses sont connues sur les systèmes de protection des génomes d’organelles. Cette étude révèle l’importance des protéines liant l’ADN simple-brin de la famille Whirly dans le maintien de la stabilité du génome des organelles de plantes. Nous rapportons que les Whirlies sont requis pour la stabilité du génome plastidique chez Arabidopsis thaliana et Zea mays. L’absence des Whirlies plastidiques favorise une accumulation de molécules rearrangées produites par recombinaison non-homologue médiée par des régions de microhomologie. Ce mécanisme est similaire au “microhomology-mediated break-induced replication” (MMBIR) retrouvé chez les bactéries, la levure et l’humain. Nous montrons également que les organelles de plantes peuvent réparer les bris double-brin en utilisant une voie semblable au MMBIR. La délétion de différents membres de la famille Whirly entraîne une accumulation importante de réarrangements dans le génome des organelles suite à l’induction de bris double-brin. Ces résultats indiquent que les Whirlies sont aussi importants pour la réparation fidèle des génomes d’organelles. En se basant sur des données biologiques et structurales, nous proposons un modèle où les Whirlies modulent la disponibilité de l’ADN simple-brin, régulant ainsi le choix des voies de réparation et permettant le maintien de la stabilité du génome des organelles. Les divers aspects de ce modèle seront testés au cours d’expériences futures ce qui mènera à une meilleure compréhension du maintien de la stabilité du génome des organelles. / Maintenance of genome stability is essential for the accurate propagation of genetic information and for cell growth and survival. Organisms have therefore developed efficient strategies to prevent DNA lesions and rearrangements. Much of the information concerning these strategies has been obtained through the study of bacterial and nuclear genomes. Comparatively little is known about how organelle genomes maintain a stable structure. This study implicates the single-stranded nucleic acid-binding proteins of the Whirly family in the maintenance of plant organelle genome stability. Here we report that the plastid-localized single-stranded DNA binding proteins of the Whirly family are required for plastid genome stability in Arabidopsis thaliana and Zea mays. Absence of plastidial Whirlies favors the accumulation of rearranged molecules that arise through a non-homologous recombination mechanism mediated by regions of microhomology. This mechanism is similar to the microhomology-mediated break-induced replication (MMBIR) described in bacteria, yeast and humans. Additionally we show that plant organelles can repair double-strand breaks using a MMBIR-like pathway. Plants lacking Whirly proteins accumulate elevated levels of microhomology-mediated DNA rearrangements upon double-strand break induction, indicating that Whirlies also contribute to the accurate repair of plant organelle genomes. Using biological and structural data, we propose a working model in which Whirlies modulate the access of repair proteins and complementary DNA to single-stranded regions, thereby regulating the choice of repair pathways and maintaining plant organelle genome stability. The various aspects of this model will be tested in future experiments which should allow a better understanding of the mechanisms underlying genome stability in plant organelles.