Mon travail de thèse consistait à caractériser le rôle de la protéine TIF1γ (transcriptional intermediary factor 1 gamma) dans l’hématopoïèse adulte. L’hématopoïèse est un processus actif, ordonné, et hautement régulé faisant intervenir des étapes de prolifération, de différenciation et d’apoptose et permettant la production de toutes les cellules sanguines matures à partir d’un nombre restreint de cellules souches hématopoïétiques. La dérégulation des mécanismes intervenant dans l’hématopoïèse induit le développement d’hémopathies, notamment de leucémies. Les souris nullizygotes pour Tif1γ meurent au cours de l’embryogenèse du fait de graves défauts du développement. Afin d’étudier le rôle de Tif1γ dans l’hématopoïèse murine, et plus particulièrement sa contribution au développement et à la différenciation des cellules souches et des progéniteurs hématopoïétiques, nous avons généré des souris déficientes pour Tif1γ uniquement dans les cellules hématopoïétiques. Nous avons observé que Tif1γ agit en tant que gène suppresseur de tumeur dans ces cellules. Nous avons aussi démontré que Tif1γ est un régulateur clef du devenir des cellules souches hématopoïétiques chez les mammifères. Nous avons mis en évidence que, chez les souris âgées, la délétion de Tif1γ provoque l’apparition d’un syndrome myéloprolifératif dysplasique, ressemblant fortement au phénotype de la leucémie myélomonocytaire chronique (LMMC) humaine. De façon intéressante, nous avons identifiéé que plus de 40% de patients atteints de cette pathologie présentent un faible taux de TIF1γ. La décitabine, molécule hypométhylante utilisée en thérapeutique, permet le rétablissememnt d’une expression normale de TIF1γ. Chez certains patients, nous avons corrélé la diminution de l’expression de TIF1 avec l’hyperméthylation de l’ADN et un patron spécifique de modifications d’histones (acétylations et méthylations) sur le promoteur du gène TIF1γ. Ces résultats suggèrent une signature épigénétique spécifique de la leucémie myélomonocytaire chronique sur le promoteur de TIF1γ. L’ensemble de nos données indiquent donc que TIF1γ est un gène suppresseur de tumeur régulé épigénétiquement dans les cellules hématopoïétiques. / My thesis deals with the characterization of the role of the protein TIF1γ (transcriptional intermediary factor 1 gamma) in adult hematopoiesis. Hematopoiesis is an active process, orderly and highly regulated, using proliferation, differentiation and apoptosis steps, and allowing the production of mature blood cells from a restricted number of hematopoietic stem cells. Deregulation of mechanisms involved in hematopooiesis leads to the development of leukemias. Tif1γ knockout mice die during embryogenesis with severe development defects. In order to study the role of Tif1γ in murine hematopoiesis, and more particularly its contribution to hematopoietic stem and progenitor cells development and differentiation, we generated hematopoietic Tif1γ deleted mice. We showed that Tif1γ functions as a tumor suppressor gene in hematopoietic cells. Moreover, we identified Tif1γ as a key player in the commitment of mammal hematopoietic stem cells. In ageing mice, we demonstrated that the Tif1γ deletion leads to a myeloproliferative and myelodysplastic syndrome, phenotypically very close to the human chronic myelomonocytic leukemia (CMML). We also identified a very low level of TIF1γexpression in the monocytes of 40% CMML patients. Decitabine, a hypomethylating molecule used in CMML therapy, allows the restoration of a normal TIF1γ expression. In some patients, we have highlighted the correlation between the low expression of TIF1γ, the DNA hypermethylation and a specific pattern of histone modifications (acetylation and methylation) on TIF1γ gene promoter. These results suggest a specific epigenetic signature of the disease on this promoter. Taking together, our data indicate that TIF1γ is a tumor suppressor gene, epigenetically regulated in hematopoietic cells.

Le suppresseur de tumeur p53 permet à la cellule de se défendre contre différentes formes de stress. Il joue un rôle de barrière s'opposant à la tumorigenèse: en effet la perte de p53 chez la souris prédispose grandement ces animaux à développer des tumeurs; de même le locus p53 est inactivé dans près de 50% des tumeurs humaines. p53 constitue un facteur de transcription qui se lie à des séquences particulières de l'ADN et active l'expression des gènes adjacents. L'expression orchestrée de ces gènes conduit, directement ou indirectement et suivant le contexte cellulaire, soit à la mort de la cellule soit à l'inhibition de la division cellulaire. Les mécanismes moléculaires médiant ces deux activités biologiques essentielles de p53, de même que les mécanismes influençant le choix de la réponse cellulaire, sont encore mal compris. L'importance de p53 dans ce choix reste également à démontrer. Afin de contribuer à la compréhension de ces mécanismes, le modèle murin déficient pour Mdm4, un régulateur négatif de l'activité de p53, a été choisi. L'inactivation de Mdm4 chez la souris conduit en effet à l'activation ectopique de p53 in vivo et l'induction de deux types de réponse: apoptose dans le neuroépithélium et arrêt de la prolifération cellulaire dans les tissus non neuronaux. Le profil d'expression des gènes dans les tissus neuronaux et non neuronaux a donc été comparé entre embryons de souris sauvage et mdm4-/- par la technique d'hybridation de biopuces à ADN. Les résultats obtenus suggèrent que le type de réponse dépend du type cellulaire et non de p53 lui-même. En effet les profils d'expression des gènes dans les tissus neuronaux (conditions d'apoptose) et non neuronaux (conditions d'arrêt de la prolifération cellulaire) chez l'embryon de souris mdm4-/- sont comparables. Nous nous sommes ensuite particulièrement intéressés à deux nouveaux gènes dont l'expression est augmentée dans les embryons mdm4-/-. Dans un premier temps, leur induction transcriptionnelle chez l'embryon de souris mdm4-/- a été confirmée par différentes techniques et il a été vérifié qu'ils constituaient tous deux des cibles directes de p53 induites suite à un stress génotoxique. Le premier gène code Dapk1, une protéine suppresseur de tumeur pro-apoptotique présentant une activité de type sérine/thréonine kinase. Ce travail a permis d'établir que Dapk1 participait à une boucle de rétroaction du contrôle de l'activité de p53. Le deuxième gène identifié code la protéine Ptprv, un récepteur transmembranaire présentant une activité de type tyrosine phosphatase. En vue d'étudier la signification physiologique de l'induction transcriptionnelle de ptprv suite à l'activation de p53, des expériences effectuées à partir de matériel biologique issu de souris déficientes pour Ptprv ont été réalisées. Ces expériences confirment le rôle essentiel de Ptprv comme médiateur de l'arrêt du cycle cellulaire en phase G1 induit par p53 suite à un stress génotoxique, à la fois in vitro et in vivo. Par contre, Ptprv ne semble pas influencer l'apoptose induite suite à l'activation de p53. Ce travail a également permis d'établir le rôle essentiel de Ptprv dans la suppression de tumeurs induites chez la souris par activation constitutive de l'oncogène Ras.

L'ubiquitination est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle central dans divers processus biologiques. Elle peut être contrecarrée par les déubiquitinases (DUBs). "BRCA1-Associated Protein 1" (BAP1) est une déubiquitinase, qui fait partie de complexes multiprotéiques, possèdant une fonction de suppression tumorale ainsi qu'un potentiel anti-métastatique. De plus, BAP1 est phosphorylée suite aux dommages à l’ADN par les kinases ATM/ATR. En nous basant sur ces données, nous avons purifié les protéines associées à BAP1 dans des conditions de stress génotoxique. Bien que la composition du complexe et l’activité DUB semblent inchangées, nous avons pu identifier des changements critiques dans les niveaux et les sites de phosphorylation, confirmant la régulation de BAP1 suite aux dommages à l’ADN. En déplétant BAP1 par ARNi et en utilisant des mutants dominants négatifs, nous avons obtenu des résultats suggèrant que suite au stress génotoxique, cette DUB est requise pour prolonger le point de contrôle en G2/M et ce, en retardant la reprise du cycle cellulaire. D'un autre côté, l'expression de BAP1 dans des cellules cancéreuses qui en sont déficientes restore une ploïdie normale et diminue la fréquence d'aberrations nucléaires, suggérant que cette protéine joue un rôle dans la stabilité génomique. Nos résultats suggèrent fortement que BAP1 joue un rôle dans la réponse des cellules au stress génotoxique et la stabilité génomique. Nos travaux permettront ainsi d’identifier et de caractériser les voies de signalisation cellulaire régulant l’activité et la fonction de BAP1 durant les périodes d’exposition à des agents qui endommagent l’ADN. Les connaissances acquises seront donc d’une valeur tangible pour nôtre compréhension de la mutagenèse induite par des agents carcinogènes, un déterminant clé de la formation des tumeurs. / Ubiquitination is a reversible, covalent post-translational modification that regulates protein function and as such plays crucial roles in a wide range of physiological processes. Importantly, gain- or loss-of-function mutations in components of the ubiquitin system have been causally linked to tumorigenesis. The reverse reaction of ubiquitination is catalyzed by deubiquitinases (DUBs), a family of enzymes that removes ubiquitin from proteins. BRCA1-Associated Protein 1 (BAP1) is a deubiquitinase known to be a tumor suppressor and anti-metastatic protein since deletions and rearrangements are observed in a wide range of tumors. However, little is known about how BAP1 works into the cells. Here, we show that BAP1 is hyperphosphorylated after DNA damage by gamma radiations and ultraviolet light, probably by ATM and/or ATR. Moreover, we found that BAP1 depletion cause a defect in the maintenance of the G2/M checkpoint after gamma radiation, suggesting that BAP1 is required to maintain the arrest after DNA damage. This delay is important to allow DNA repair and to prevent genomic instability. Consistently, we found that BAP1 expression in BAP1 deficient cells restore normal diploidy and prevent nuclear aberrations, suggesting that BAP1 links DNA damage induced checkpoint regulation to genomic stability: two important processes for carcinogenesis. These findings provide new insights into the role of deubiquitination in cell signaling and neoplastic transformation.

La sénescence est un mécanisme de défense antiprolifératif dont la cellule est munie afin de prévenir l’accumulation de mutations pouvant mener à sa transformation et l’éventuel développement d’une tumeur. Ce programme consiste en un arrêt permanent du cycle cellulaire. Il peut être activé par de nombreux stimuli tels que le raccourcissement des télomères, le stress oxydatif, ou l’expression d’un oncogène constitutivement actif. Sa régulation requiert l’activation de protéines appelées des suppresseurs de tumeur dont les plus importants sont p53 et RB. De manière plus spécifique, les sénescences induites par l’expression des oncogène RASV12 ou STAT5A(1*6) sont respectivement caractérisées par l’augmentation de l’expression des protéines PML et CHES1/FOXN3. Le but de cette thèse est, dans un premier temps, de mettre en évidence le mécanisme de régulation de la sénescence par PML. PML est un suppresseur de tumeur dont l’expression dans des cellules diploïdes normales est suffisante pour induire la sénescence. Cette protéine forme des corps nucléaires sphériques au sein desquels est recruté, parmi d’autres molécules, la protéine du rétinoblastome RB. RB est un régulateur négatif du cycle cellulaire capable de lier et inhiber les facteurs de transcription E2F dont les gènes cibles sont nécessaires à la prolifération. Nos travaux démontrent que le mécanisme d’induction de la sénescence par PML implique le recrutement du complexe RB/E2F aux corps de PML afin de renforcer l’inhibition de l’activité des E2F par RB. Également, les E2F sont recrutés aux corps de PML en compagnie de leurs promoteurs ce qui favorise la formation d’hétérochromatine au niveau de ces gènes, aidant à leur répression et donc à l’établissement de la sénescence. D’autre part, cette thèse a pour but de caractériser le rôle de CHES1/FOXN3 dans la régulation du cycle cellulaire. CHES1 est un facteur de transcription de la famille des Forkheads. Son expression dans des cellules cancéreuses provoque un ralentissement de leur prolifération. Afin de comprendre son mécanisme de fonctionnement, une analyse sur micropuce d’ADN de l’expression des gènes de cellules cancéreuses exprimant CHES1 a été réalisée. Cette analyse a montré que, dans la cellule, CHES1 joue un rôle de répresseur transcriptionnel. Plus précisément, CHES1 réprime, entre autres, l’expression de gènes nécessaires à la synthèse des protéines tels que PIM2 et DYRK3. De manière intéressante, la réexpression de PIM2 dans des cellules cancéreuses exprimant CHES1 permet de rétablir partiellement la prolifération cellulaire. Également, l’analyse sur micropuce a révélé que CHES1 régule l’expression de nombreux gènes impliqués dans la formation des cilia dont l’une des fonctions semble être de moduler la synthèse protéique. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que le mécanisme antitumoral de CHES1 consiste en une inhibition de la synthèse de protéines. / Senescence is an antiproliferative defense mechanism that protects the cell against the accumulation of mutations and, eventually, her transformation and the development of a tumor. This program consists of a permanent cell cycle arrest. It can be activated by many stimuli, such as telomere shortening, oxidative stress, or the expression of a constitutively active oncogene. Senescence regulation requires activation of proteins called tumor suppressors which the most important are p53 and RB. More specifically, senescences induced by the expression of oncogenic RASV12 or STAT5A (1 * 6) are respectively characterized by increased expression of the proteins PML and CHES1/FOXN3. The purpose of this thesis is, firstly, to identify the mechanism of regulation of senescence by PML. PML is a tumor suppressor whose expression in normal diploid cells is sufficient to induce senescence. This protein forms spherical nuclear bodies in which is recruited, among other molecules, the retinoblastoma protein RB. RB is a negative regulator of the cell cycle due to its capacity to bind and inhibit the E2F transcription factors whose target genes are necessary for proliferation. Our work demonstrates that the mechanism of induction of senescence by PML involves the recruitment of the complex RB/E2F to the PML body to enhance the inhibition of E2F activity by RB. Also, the E2Fs are recruited to PML bodies together with their promoters which promotes the formation of heterochromatin in these genes, helping their repression and thus the establishment of senescence. On the other hand, this thesis aims to characterize the role of CHES1/FOXN3 in regulating the cell cycle. CHES1 is a transcription factor of the Forkheads family which expression in cancer cells causes a growth reduction. To understand the antitumoral mechanism of CHES1, a microarray analysis of cancer cells expressing CHES1 was performed. This analysis shows that CHES1 is a transcriptional repressor. Specifically, CHES1 represses, among others, the expression of genes required for the synthesis of proteins such as PIM 2 and DYRK3. Interestingly, re-expression of PIM 2 in cancer cells expressing CHES1 partially restores cell proliferation. Also, microarray analysis revealed that CHES1 regulates the expression of many genes involved in the formation of cilia which one of the functions seems to be to modulate protein synthesis. Taken together, these results suggest that the antitumor mechanism of CHES1 involves inhibition of protein synthesis.

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

La leucémie T de l’adulte (ATL) est une pathologie lympho-proliférative aiguë associée à l’infection par le virus HTLV-1 (human T-cell leukemia virus type 1). La réactivation de la télomérase observée lors de la phase tardive du développement de l’ATL est un évènement crucial dans la progression tumorale. Elle est induite au niveau transcriptionnel par la protéine HBZ (HTLV-1 bZIP factor) et est dépendante du facteur de transcription JunD. Ce dernier est normalement associé en complexe avec le produit du gène suppresseur de tumeur MEN-1, la ménine, dont l’interaction avec JunD réprime la transcription JunD-dépendante et convertit JunD en inhibiteur de croissance.Mes résultats démontrent que la protéine virale HBZ inhibe la fonction suppresseur de tumeur de la ménine, induisant l’activité transcriptionnelle de JunD et donc l’activation de la transcription de son gène cible : la transcriptase inverse télomérase humaine (hTERT). J’ai démontré que HBZ, JunD et la ménine peuvent coexister dans un même complexe protéique et que HBZ et la ménine ont des effets opposés sur l’activité transcriptionnelle de JunD. En effet la ménine inhibe l’activation du promoteur proximal d’hTERT par JunD, alors que HBZ est capable de contre balancer cet effet. Finalement, je propose qu’en recrutant l’histone acétyltransférase p300, HBZ réverse la déacétylation des histones induite par le recrutement des HDACs par la ménine et par conséquent active le promoteur d’hTERT. L’ensemble de ces résultats a permis d’identifier les mécanismes moléculaires aboutissant à l’inhibition fonctionnelle de la protéine suppresseur de tumeur ménine, résultant en la dérégulation de la voie AP-1 dans les cellules infectées par HTLV-1. Finalement, ce travail apporte de nouvelles précisions sur le mécanisme de la surexpression transcriptionnelle de la télomérase lors de l’infection par HTLV-1, une étape importante de la mise en place et du développement de la leucémie T de l’adulte vers des stades plus agressifs. / Adult T-cell leukemia (ATL) is an aggressive lymphoproliferative disorder associated with human T-cell leukemia virus type 1 (HTLV-1) infection. Reactivation of telomerase, a critical event in tumor progression observed in late phases of ATL development, has been shown to be caused by HBZ (HTLV-1 bZIP factor), a regulatory protein encoded by the negative strand of the HTLV-1 genome. The HBZ-mediated up-regulation of the telomerase catalytic subunit is dependent on JunD, which in the cellular context occurs in the complex with menin, the product of the MEN-1 tumor suppressor gene. Interaction with menin represses JunD-dependent transcription and converts JunD into a growth suppressor, whereas it acts as a growth promoter in the absence of menin. My results demonstrate that the viral protein HBZ abrogates tumor suppressor function of menin, resulting in the activation of JunD transcriptional activity and finally in the up-regulation of its target gene, the human telomerase reverse transcriptase (hTERT). I showed that HBZ, JunD and menin can coexist in the same protein complex and that HBZ and menin exert opposite effects on JunD transcriptional activity. Moreover menin inhibits the JunD-mediated activation of the hTERT proximal promoter and HBZ is able to counteract this effect. Finally, I proposed that HBZ, by recruiting p300 histone acetyltransferase, reverses the histone deacetylation conducted by menin-recruited HDACs and therefore up-regulates the expression of the hTERT gene. Altogether, my work led to the identification of the molecular mechanism leading to the functional impairment of the menin tumor suppressor, which results in the deregulation of AP-1 signaling in HTLV-1 infected cells. Finally this work gave new insights into the mechanism of the transcriptional up-regulation of the hTERT gene upon HTLV-1 infection, being a key event during the development of Adult T-cell leukemia and a necessary step towards the progression into more aggressive courses.

La protéine suppresseur de tumeur p53 est soumise à de complexes régulations transcriptionnelles et posttraductionnelles. La découverte d’isoformes de p53 a introduit un degré de complexité supplémentaire auxmécanismes de régulation des fonctions de p53. On dénombre à ce jour douze isoformes qui diffèrent de p53dans leurs domaines N- et C-terminal. Cependant, les modes d’expression et de fonction de ces isoformes restentà être clarifiés.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux deux isoformes Δ40p53 et Δ133p53, en analysant leurinteraction avec p53 et en mesurant leur expression dans les mélanomes, un type de cancer où p53 est trèsrarement mutée. Nous montrons que Δ40p53 peut moduler l’activité de p53 avec un effet bi-phasique, tantôtactivateur ou répresseur du niveau d’expression et des fonctions de p53. Δ133p53 est produite par un promoteurP2 localisé dans le gène TP53. Nous avons montré qu’en réponse à un stress génotoxique, l’expression de Δ133p53 est régulée par p53, qui se lie au promoteur P2. Ceci suggère une boucle d’auto-régulation par p53, quiest capable de contrôler l’expression d’une isoforme inhibant ses propres fonctions. Enfin, les isoformes Δ40p53 et Δ133p53 sont surexprimées dans les tumeurs métastatiques de mélanomes comparées aux tumeurs noninvasives,suggérant à ces isoformes un rôle dans l’inactivation de p53 dans les cancers.Ainsi, Δ40p53 et Δ133p53 interagissent avec p53 de façon complexe, avec des effets plus contrastés que lasimple inhibition de l’activité suppressive de p53. Les isoformes de p53 jouent ainsi un rôle majeur dans lesactivités basales de p53, ainsi que dans l’inactivation fonctionnelle de p53 dans les cancers. / The p53 tumour suppressor protein has a highly complex pattern of regulation at transcriptional and posttranslationallevels. The discovery of p53 isoforms has added another layer of complexity to the mechanisms thatregulate p53 functions. Indeed, p53 is expressed as 12 isoforms that differ in their N- and C-terminus due toalternative splicing, promoter or codon initiation usage. So far, there is limited understanding of the patterns ofexpression and of the functions of each of these isoforms.In this Thesis, we have focused on the two major p53 N-terminal isoforms, Δ40p53 and Δ133p53. We haveanalysed their patterns of interactions with the full-length p53 and we have investigated whether their expressioncould be deregulated in melanoma, a cancer type in which TP53 mutations are rare. Our results show that Δ40p53 can modulate p53 function with a bi-phasic effect, acting as a repressor or activator of p53 to control itslevels and activity. Moreover, we demonstrate that the internal P2 promoter produces Δ133p53 and is regulatedby p53 in response to genotoxic stress, identifying a novel auto-regulatory loop by which p53 may control theexpression of an isoform acting as an inhibitor of p53 activities. Finally, we show that mRNAs encoding Nterminalisoforms are often over-expressed in highly metastatic melanoma when compared to non-invasiveforms, suggesting that N-terminal isoforms contribute to functionally inactivate p53. Thus, we propose that Δ40p53 and Δ133p53 modulate p53 functions within dynamic fluctuations of aprotein network. Hence, p53 isoforms may have a major role in basal p53 activities as well as in the functionalinactivation of p53 in cancer cells.

L’hyperplasie bilatérale macronodulaire des surrénales (HBMS) conduit au développement de nodules corticosurrénaliens bilatéraux entraînant un syndrome de Cushing diagnostiqué souvent au cours de la cinquième décennie. L’étiologie de cette maladie n’était que partiellement connue mais le caractère bilatéral de l’atteinte surrénalienne et l’observation de cas familiaux suggéraient, au début de ce travail, une origine génétique. L’analyse de l’ADN tumoral et leucocytaire d’une série de 33 patients opérés a permis de mettre en évidence chez 25% des patients une perte d’hétérozygotie neutre en nombres de copies (LOH) de tout le bras court du chromosome 16 (16p) au niveau du tissu surrénalien. Un séquençage complet du génome de 5 patients (ADN germinal et tumoral) a permis de mettre en évidence une mutation du gène ARMC5 localisé en 16p pour 4 patients. Le séquençage direct des parties codantes d’ARMC5 à partir de l’ADN somatique et germinal de l’ensemble des patients opérés de la cohorte a montré qu’au total, 55% des patients avaient une mutation d’ARMC5. L’inactivation du gène se fait selon la théorie de Knudson (un événement germinal inactivant le premier allèle associé à un autre événement somatique inactivant le second allèle) ce qui laisse supposer qu’ARMC5 est un gène suppresseur de tumeur. L’analyse de la cohorte d’HBMS de nos collaborateurs américains au National Institute Health (laboratoire de CA. Stratakis, Bethesda, USA) a permis de confirmer que les mutations d’ARMC5 étaient un événement fréquent. Des variants de ce gène sont aussi associés à l’hypertension à rénine basse chez les patients noirs-américains. Afin de déterminer des corrélations génotype-phénotype, notre cohorte initiale a été élargie pour constituer une série consécutive de 98 cas index de patients présentant des formes légères à sévères de la maladie, opérées ou non. Vingt-quatre patients (25%) présentaient une altération d’ARMC5. Par ailleurs, 31 nodules surrénaliens de 19 patients ont été analysés en somatique. Le second événement était une mutation dans 68% des cas et une LOH du locus pour les 32% restant. Chez un même patient, le second événement était différent dans chaque nodule présenté. Les patients mutés avaient un syndrome de Cushing plus sévère cliniquement et biologiquement par rapport aux patients non mutés. La taille de leurs surrénales étaient plus grandes avec un plus grand nombre de nodules. Les patients mutés étaient aussi plus jeunes au diagnostic et plus souvent hypertendus. Ces patients étaient ainsi plus souvent opérés. La fonction de la protéine ARMC5 n’était pas connue lors de son identification comme gène de l’HBMS. In vitro, la surexpression du gène sauvage induit l’apoptose. La surexpression des mutants faux-sens et du mutant p.F700del retrouvés chez les patients entraîne moins d’apoptose qu’ARMC5 sauvage. La protéine ARMC5 contient des domaines Armadillo et BTB, connus pour être impliqués dans l’interaction protéine-protéine. En physiologie, l’ACTH stimule la production d’AMPc et la voie de la protéine kinase A (PKA) est impliquée dans différentes pathologies corticosurrénaliennes. Nous avons pu montrer qu’ARMC5 interagissait avec la sous-unité catalytique alpha de la PKA. L’invalidation d’ARMC5 conduit in vitro à une diminution de l’expression d’enzymes de la stéroïdogénèse, de la production de cortisol et une diminution de l’activité PKA. Ainsi, l’hypothèse pour expliquer les HBMS liées à une inactivation d’ARMC5 est que la perte d’apoptose conduit à une hyperplasie nodulaire du tissu corticosurrénalien et que, même si la production de cortisol est diminuée à l’échelle unicellulaire, l’effet de masse global conduit au total à un hypercortisolisme. Nos travaux ont donc identifié et caractérisé un premier gène causal, ARMC5, fréquemment impliqué dans l’HBMS et associé à des formes plus sévères de la maladie. Cette découverte ouvre des perspectives pour le diagnostic familial et la prise en charge des patients. (...) / Primary bilateral macronodular adrenal hyperplasia (PBMAH) is a rare cause of adrenal Cushing’s syndrome and bilateral adrenal tumors. We suspected a genetic origin of the disease on the basis of the report of some familial cases and the involvement of both adrenal glands. The aim of this study was to find a genetic cause of non syndromic PBMAH. To look at chromosomal abnormalities, we use single-nucleotide polymorphism (SNP) arrays and microsatellite markers analysis in a first series of 33 patients all operated for PBMAH. We realize whole genome sequencing of 5 patients (blood and tumor DNAs matched). Then we genotyped by Sanger sequencing the gene Armadillo Repeat Containing 5 (ARMC5) in this first series and 66 additional patients. Clinical data were collected to establish genotype-phenotype correlation. In addition, the cohort of patients of our collaborators at the National Institute Health (Dr. Stratakis, Bethesda, USA) was studied. The effects of ARMC5 inactivation and overexpression and the partners of the protein were sought in cell-culture models. The most frequent somatic alteration was a loss of heterozygosity at 16p observed in tumors of 25% of the patients. The gene ARMC5, located at 16p11.2, was the most frequently mutated by whole genome sequencing: a mutation was found in 4/5 patients. 55% of the patients of the first cohort (33 patients treated by adrenalectomy for PBMAH) had ARMC5 alteration. One patient presented with germline microdeletion of the locus identified by SNP array. Every patient had two events: either a mutation or a deletion at the germline level, either a second mutation or a LOH at the somatic level. We showed that the two events were present on different alleles suggesting that ARMC5 is a tumor suppressor gene. In addition, we showed for several patients that the second hit was different in each adrenal nodules of a same patient. This first cohort included only operated patients with serious forms of the disease. The study of the American cohort and the analysis of the total cohort of our lab including non-operated patients and milder forms showed an alteration of ARMC5 in about 25% of the patients. Genotype-phenotype correlation showed that ARMC5 defects are associated with younger age at the diagnosis, higher hypercortisolism, bigger adrenals and higher number of nodules. In addition, a mutation of ARMC5 was shown in a patient with a PBMAH secreting both aldosterone and cortisol. Analysis of a series of patient affected by primary hyperaldosteronism suggested that ARMC5 may be associated with hypertension especially in African-American subjet. Overexpression of ARMC5 leads in vitro to cell apoptosis. We showed that this apoptosis was reduced when transfecting vector harboring missense mutations or single amino-acid deletion found in our cohort. Invalidation of ARMC5 leads to a decreased steroidogenic enzymes expression, cortisol production and reduced protein kinase A (PKA) activity. We showed that ARMC5 interacts with the calaytic subunit alpha of the PKA dissociated from the cAMP-bound regulatory subunits. More than one quarter of sporadic PBMAH patients present a pathogenic germline ARMC5 defect and these index cases present a more severe disease. Systematic genotyping of ARMC5 may help for early diagnosis of PBMAH, familial counseling, and patients’ management. ARMC5 appears to be a new regulator of PKA and might represent a new target for the development of pharmacological agents controlling PKA function and cortisol production.

Le syndrome von Hippel Lindau (VHL) prédispose au développement de multiples tumeurs hautement vascularisées, telles que des hémangioblastomes rétiniens ou du système nerveux central, des phéochromocytomes et des carcinomes rénaux à cellules claires (CCRCC). Les patients atteints de ce syndrome sont porteurs d’une mutation du gène VHL. Ce gène, composé de trois exons, est transcrit en deux ARN messagers par épissage alternatif de l’exon 2. L’ARNm composé des 3 exons (variant #1) est la forme majoritairement exprimée par rapport à l’ARNm dépourvu de l’exon 2 (variant #2). Toutefois, une diminution du ratio variant #1/variant #2 a été essentiellement décrite dans deux situations : (i) dans les tissus embryonnaires humains et en particulier le rein, et (ii) dans certains CCRCC. Ces données suggèrent un rôle potentiel de ce variant #2 dans la tumorigenèse rénale. Deux protéines, pVHL213 et pVHL160, sont produites à partir du variant #1 et elles agissent comme suppresseurs de tumeur. Au début de ce travail, l’expression de l’isoforme protéique pVHL172 produite à partir du variant #2 restait à démontrer et sa fonction était inconnue. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont permis de mettre en évidence l’expression de pVHL172 dans des lignées cellulaires et dans des tissus tumoraux grâce à un nouvel anticorps monoclonal de souris dirigé contre les trois isoformes protéiques humaines de pVHL. Pour savoir si l’isoforme pVHL172 a un rôle de suppresseur de tumeur, des lignées cellulaires tumorales rénales exprimant stablement cette protéine ont été établies puis des expériences de xénogreffes de ces cellules chez la souris ont été réalisées. Non seulement pVHL172 n’inhibe pas la formation de tumeurs mais son expression induit un phénotype tumoral plus agressif avec une composante sarcomatoïde plus importante ainsi qu’une vascularisation immature plus conséquente que dans les tumeurs contrôles (n’exprimant pas pVHL). De plus, pVHL172 augmente l’expression des métalloprotéases de matrice MMP1 et MMP13, en partie via l’activation de la voie de signalisation Smad-dépendante du TGF-β. Par ailleurs, des partenaires protéiques de cette protéine ont été recherchés par une analyse protéomique différentielle. Les réseaux d’interaction réalisés à partir des protéines identifiées concernent entre autres la régulation de la matrice extracellulaire et le contrôle qualité des protéines. En conclusion, ce travail a montré que le gène VHL produit des isoformes protéiques avec des fonctions distinctes voire antagonistes, ce qui implique que la balance de leur expression influencerait la progression tumorale rénale. Chez certains patients, une augmentation de l’expression de pVHL172 pourrait être corrélée à une pathologie plus sévère. Ce travail montre l’intérêt de poursuivre l’étude des fonctions de cette protéine pour une meilleure compréhension de son implication dans le cancer du rein et dans la maladie VHL afin d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques. / VHL disease predisposes to the development of multiple and highly vascularized tumors, including central nervous system and retinal haemangioblastomas, phaeochromocytomas and clear cell renal cell carcinomas (ccRCCs). Patients with VHL disease harbor a mutant allele of the VHL gene. This gene is transcribed into two mRNAs by alternative splicing of the exon 2. The mRNA variant #1 composed of 3 exons usually predominates over the mRNA variant #2 lacking exon 2. A decrease of the variant #1/variant #2 ratio was however described in 2 situations: (i) in embryonic tissues, particularly in the kidney, and (ii) in some ccRCCs. These data suggest a potential role for the variant #2 in kidney tumorigenesis. pVHL213 and pVHL160 are the two proteins encoded by the mRNA variant #1 and act as tumor suppressors. At the beginning of this Ph.D. project, the expression of pVHL172 isoform encoded by the mRNA variant #2 remained to be established and its function was unknown. The experiments performed during this Ph.D. shed light on pVHL172 expression in cell lines and in tumor tissues using a newly produced mouse monoclonal antibody recognizing the three human pVHL isoforms. To examine if pVHL172 had a tumor suppressor function, human kidney tumor cell lines stably expressing this isoform were established, characterized and then grafted in mice. pVHL172 not only inhibits tumor formation, but its expression also induces a more aggressive phenotype with a higher sarcomatoid component and a more immature vasculature compared to control tumors (that do not express any pVHL). Moreover, pVHL172 increases the matrix metalloproteases MMP1 and MMP13 expression, partly by the activation of the Smad-dependent TGF-β signalling pathway. Besides, we looked for protein partners of pVHL172 by a differential proteomic analysis and showed that interaction networks obtained with the identified proteins are related to extracellular matrix regulation and protein quality control. To conclude, this work demonstrated that the VHL gene encodes protein isoforms with distinct and even antagonistic functions. The balance of expression of these isoforms is likely to influence kidney tumor progression. For some patients, an increase of pVHL172 expression could be correlated with a more severe pathology. This work shows the importance of further studying this isoform’s functions to better understand its involvement in kidney cancer and in VHL disease, so that new therapeutic approaches could be developed.

Comment la taille d'un organisme est-elle régulée au cours du développement embryonnaire ? Quels sont les mécanismes génétiques à l'origine de l'arrêt de la prolifération pendant la croissance d'un organisme pluricellulaire ? Afin d'identifier des acteurs de la sortie du cycle cellulaire au cours du développement, mon travail s’est orienté sur l’étude de gènes suppresseurs de tumeurs pendant la croissance du toit optique (TO) du médaka Oryzias latipes. Le TO, structure dorsale du cerveau moyen des Vertébrés, est un modèle particulièrement adapté à l’étude de la régulation de la prolifération. Trois zones de la marge vers le centre du TO sont discernables : une zone périphérique de prolifération, une zone intermédiaire de cellules sortant du cycle cellulaire et une zone centrale de cellules différenciées. Un crible d'expression par hybridation In Situ a été réalisé et a permis d'identifier 28 gènes exprimés dans le TO, suggérant leur implication dans le contrôle de la sortie du cycle cellulaire au cours du développement. Dans le but de caractériser in vivo la fonction de gènes issus de ce crible, le gène BTG1 (B-cell Translocation Gene 1) et les membres de sa famille, ont été étudiés au cours du développement du médaka. J’ai mené des expériences fonctionnelles sur BTG1, permettant de mettre en évidence son rôle central pour la morphogenèse du système nerveux central. De plus, une autre partie de mon travail s’est penchée sur l’étude de l’expression des membres de la voie de signalisation Hippo, bien connue et caractérisée chez la drosophile et les Mammifères pour son rôle dans le contrôle de la taille des organes via une régulation de l’arrêt de la prolifération. A l’issu de notre travail, une fonction de la voie de signalisation Hippo dans la formation du TO et des somites a pu être mise en évidence au cours du développement du médaka. / How is an organisms’ size regulated during embryonic development? What are the genetic mechanisms that control the proliferation arrest during multicellular organisms growth? In order to identify a cell cycle exit developmental actor genes, I have analysed the role of tumor suppressor genes (TSGs) in the optic tectum (OT) of the medaka Oryzias latipes. This structure is particularly suited for this kind of studies because, during its morphogenesis, there is a strict correlation between the position of a cell and its degree of differentiation. 3 zones can be easily distinguished from the border to the center: a marginal zone made of proliferative cells, an intermediate zone in which cells exit the cycle, and a central zone made of postmitotic cells. Using this criterium, I have performed an in situ hybridization expression screen on 150 TSGs on medaka embryos. The expression patterns of 28 TSGs in the OT suggest their implication in the OT proliferation arrest mechanisms. I focused my study on the BTG1 gene, implicated in many cancers, and for which few developmental data are available. A functional analysis on developing medaka embryos has been performed and permitted to highlight the essential role of BTG1 in central nervous system morphogenesis. Furthermore, I performed an expression study on Hippo signalling pathway components. Hippo pathway is well caracterised for its organ size control function in drosophila and Mammals. Our results show that this pathway could act in OT formation and somitogenesis in medaka fish.