TP53 est un gène suppresseur de tumeur muté dans la moitié des cancers humains. La plupart des mutations de TP53 affectent le domaine de liaison à l’ADN de la protéine, et sont situées au niveau de sept « hotspot » mutationnels. Parmi elles, la mutation Y220C est retrouvée dans 100 000 nouveaux cas de cancer par an et dans 10 familles Li-Fraumeni de prédisposition au cancer. Pour étudier cette mutation in vivo, j’ai créé au cours de ma thèse le modèle murin exprimant une protéine p53 portant la mutation Y217C équivalente à la Y220C humaine. J’ai pu démontrer que non seulement la mutation inactive la fonction de la protéine mais qu’elle semble également conférer de nouvelles fonctions oncogéniques. Plus intéressant encore, ce modèle constitue un très bon outil pour le test d’une nouvelle stratégie thérapeutique spécifique de cette mutation. Par ailleurs, le modèle murin p53∆31/∆31 a été créé dans notre laboratoire et a permis de démontrer in vivo le rôle de régulateur négatif du domaine C-terminal de p53 sur son activité. Au cours de mes travaux de recherche, j’ai pu montrer que p53 joue un rôle dans la régulation de nouvelles voies cellulaires chez la souris et chez l’Homme, et établi le mécanisme en jeu dans cette régulation. De façon surprenante, ces fonctions insoupçonnées sont impliquées dans la promotion de l’instabilité génétique et une activité accrue de p53 peut entraîner des maladies d’insuffisance médullaire prédisposant au cancer. Nos observations ont donc des retombées fondamentales mais également cliniques pour le diagnostic de ces maladies ainsi que pour les stratégies anti-tumorales selon le statut de p53. / TP53 is a tumor suppressor gene mutated in half of human cancers. Most of TP53 mutations affect the core DNA binding domain of the protein, and are located on seven « hotspot » residues. Among them, the Y220C mutation is found in 100 000 new cancer cases per year and in 10 Li-Fraumeni families of cancer predisposition. To study this mutation in vivo, I created a mouse model carrying the Y217C mutation, equivalent to the human Y220C. I showed that not only this mutation inactivates the function of the protein, but that it also confers new oncogenic functions. Moreover, this model is a great tool to evaluate the efficiency of a novel anti-tumoral strategy in vivo. Furthermore, the mouse p53∆31/∆31 model was created in our team and allowed us to demonstrate the negative regulatory role of the C-terminus of p53 in vivo. I used this model to discover the implication of p53 in the regulation of unsuspected cellular pathways in mice but also in humans, and to establish the mechanism of regulation. Surprisingly, these functions are responsible for the promotion of the genomic instability and p53’s high activity can cause bone marrow failure syndromes that predispose to cancer. Our observations have both fundamental and clinical impact for the diagnosis of these diseases and for the therapeutic anti-tumoral strategies according to p53’s status.

La télomérase est essentielle pour le maintien des télomères. Elle compense le problème de réplication de l’ADN télomérique par l’ajout de séquences d’ADN aux extrémités des chromosomes. Chez l’humain, elle est très active dans les premiers stades du développement (embryon, fœtus). Puis, son activité est réprimée pour devenir indétectable dans la plupart des cellules. Ceci conduit au raccourcissement de l’ADN télomérique, à la déprotection de l’ADN et à un arrêt de division cellulaire, appelé senescence. Par contre, dans 90% des cellules de type cancéreux, elle est suractivée. Elle contribue donc à une capacité continue de la prolifération de ces cellules et à leur immortalisation. Notre organisme d’étude est la levure bourgeonnante, Saccharomyces cerevisiae. En plus de ses nombreux avantages d’utilisation, chez cette levure, la télomérase est exprimée constitutivement, ce qui signifie qu’elle nous rapproche le plus du contexte de cellule cancéreuse. Mon projet de maîtrise vise à étudier un des composants de la télomérase chez la levure S. cerevisiae, c’est-à-dire la sous-unité ARN, appelée Tlc1, et plus particulièrement une sous-partie de cet ARN, formant une jonction à trois branches (« Three Way Junction »). Jusqu’à présent, cette structure a été considérée comme étant non essentielle. Pourtant, cette structure très conservée a été démontrée comme étant essentielle à l’assemblage de la télomérase et à son activité, chez une grande variété d’espèces. Avec ce projet, j’ai tenté de déterminer si cette structure à trois branches a un quelconque rôle à jouer que ce soit dans l’assemblage ou dans l’activité de la télomérase. J’ai exploré cette structure en y réalisant des mutations et en analysant leurs effets sur la croissance cellulaire et sur la longueur des télomères. Parmi tous les mutants, la simple substitution d’un nucléotide spécifique, l’adénine 119, conduit à des télomères plus courts qui demeurent stables au fil des générations et les levures sont viables. De plus, ce raccourcissement est de l’ordre de la centaine de paires de bases lorsque la délétion d’une partie ou de la structure au complet est réalisée. C’est donc un raccourcissement significatif, représentant près d’un tiers de la longueur normale des télomères. Par ailleurs, sur des cellules présentant des télomères anormalement courts, l’ajout de ces mutations de la TWJ de TLC1 crée un phénotype létal. / Abstract : Telomerase is essential for telomere maintenance. It compensates for the End-replication problem by adding DNA sequences to the ends of chromosomes. In humans, telomerase is very active in the early stages of development (embryos, foetus). Later, its activity is repressed, and in most cells its activity becomes undetectable. This leads to telomere shortening, a deprotection of chromosome ends and to an arrest of cellular divisions, a highly regulated process also called cellular senescence. However, in cancer cells of 90% of all subtypes, telomerase is up-regulated. Hence, this enzyme promotes the proliferative capacity of cancer cells and their immortalization. The budding yeast Saccharomyces cerevisiae is our organism of study. In addition to its ease of access, telomerase is constitutively expressed in this yeast, which makes it a useful and inexpensive model of cancer cells. My master’s project aims at studying one of the telomerase components in S. cerevisiae, namely the RNA subunit Tlc1, and more specifically a part of this RNA, forming a Three-Way Junction (TWJ). So far, this structure was considered as non-essential for cell viability. However, this structure is highly conserved among species, and in diverse species it was shown to be crucial for telomerase assembly and activity. My project hence consisted in trying to determine whether or not this structure plays a role in telomerase assembly or activity. The requirements on this structure were explored by creating mutations and by analyzing their effects on cell growth and telomere length. Of all the mutants, a specific nucleotide substitution, Adenine 119 in the TWJ, leads to shortened telomeres, and this shortening is stable during further outgrowth. Furthermore, a telomere shortening of up to 100 base pairs is observed when a part or the complete TWJ structure is deleted. This shortening is quite significant as it represents about one third of the normal length of telomeres. Moreover, expressing these mutants of the TWJ in cells with short telomeres creates a synthetic lethal effect.

La chromatine est le support de l'information génétique tout le long du cycle cellulaire. Elle est soumise à des modifications diverses et rigoureusement coordonnées par les complexes CDK-Cyclines, sous le contrôle de mécanismes de surveillance. En mitose, la kinase Aurora est un acteur clé qui contrôle la ségrégation correcte des chromosomes. Aurora participe à la bi-orientation des centromères, à la condensation des chromosomes et à la cytocinèse. Le dysfonctionnement de cette kinase conduit alors à une instabilité chromosomique et à l'aneuploïdie, un phénotype observé dans la majorité des cancers solides. Les travaux réalisés au cours de cette thèse démontrent un nouveau rôle pour cette kinase dans la dispersion et la disjonction des télomères en mitose chez la levure S. Pombe. La dispersion des télomères s'accompagne en métaphase de la dissociation aux télomères des protéines Swi6/HP1 et cohésine Rad21. Tandis que la disjonction a lieu en anaphase après la phosphorylation de la sous-unité de condensine Cnd2. L'inhibition d'Aurora induit la formation de ponts chromosomiques anaphasiques qui révèle des défauts de séparation des télomères. La délétion d'une protéine spécifique aux télomères, Ccq1, protège la cellule de la formation de ces ponts chromosomiques en favorisant le chargement de la condensine en anaphase malgré l'inhibition d'Aurora. / Chromatin is the support of the genetic information throughout the cell cycle. It is subject to various modifications that occur with precise coordination. This coordination is led by CDK-cyclins under the control of cell cycle checkpoints. In mitosis, correct chromosome segregation is ensured by Aurora kinases. Aurora participates to centromere bi-orientation, chromosome condensation and cytokinesis. A dysfunction in the activity of this kinase leads to chromosomal instability and aneuploidy, phenotypes frequently observed in cancer. The results obtained during this thesis reveal a new function for fission yeast Aurora kinase during mitosis in telomere dispersion and disjunction. Telomere dispersion is triggered in metaphase by the dissociation of Swi6/HP1 and cohesion Rad21 from telomeres. Then, during anaphase, the phosphorylation of the condensin subunit Cnd2 is required for telomere disjunction. Aurora inhibition leads to anaphase chromosome bridges with unseparated telomeres. Deletion of a specific telomeric protein, Ccq1, prevents the formation of anaphase chromosome bridges by favoring condensin loading despite Aurora inhibition.

Le lymphome de Hodgkin est caractérisé, d’un point de vue histologique, par la présence de rares cellules tumorales nommées cellules de Reed et Sternberg, au sein d’un infiltrat cellulaire polymorphe, inflammatoire et réactionnel. Cette dernière résulte de la transformation tumorale de cellules lymphocytaires B qui acquièrent des propriétés d’échappement au système immun, de prolifération, de résistance à l’apoptose et une instabilité chromosomique. Néanmoins, la rareté des cellules tumorales, impliquant des problèmes techniques mais aussi de caractérisation des évènements primaires dans l’initiation de cette instabilité chromosomique, a été bien débattue dans la littérature. Mais les mécanismes impliqués dans l’instabilité chromosomique dans le lymphome de Hodgkin demeurent obscurs.La première partie de cette thèse a été consacrée à l’étude des mécanismes impliqués dans l’instabilité génomique du lymphome de Hodgkin via l’instabilité des microsatellites et l’instabilité chromosomique en utilisant 7 lignées de lymphome de Hodgkin. Nous avons montré pour la première fois l’implication des microsatellites dans l’instabilité génomique des lymphomes de Hodgkin (MSI-H (microsatellite instability-high) dans 3/7 lignées). De plus, nous avons montré que deux mécanismes favorisent l’émergence d’une instabilité chromosomique : le premier implique une instabilité télomérique qui est présente essentiellement dans les petites cellules tumorales induisant la formation des chromosomes dicentriques, des amplifications des gènes (Jak2 comme exemple) et des arrangements chromosomiques complexes. Le deuxième mécanisme est lié essentiellement à un défaut de réparation des cassures double-brin avec l’apparition des chromosomes dicentriques sporadiques et une fréquence importante des micronoyaux avec la formation des ponts anaphasiques.La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l’étude des mécanismes de maintenance des télomères dans les ganglions tumoraux du lymphome de Hodgkin (50 patients) comme dans les lignées tumorales. Nous avons montré qu’il existe une cohabitation entre les deux mécanismes importants de maintenance des télomères, l’activation de la télomérase d’une part et le mécanisme ALT (alternative lengthening of telomeres) d’autre part. Nous avons identifié la présence de petites cellules dans les ganglions hodgkiniens comme dans les lignées tumorales avec une forte activité de la télomérase par contre la cellule de Reed Sternberg est caractérisée par un profil ALT avec la présence des corps PML et une très faible activité de télomérase. La fréquence des cellules télomérase ou ALT varie d’un ganglion à un autre et d’une lignée à une autre. Un drastique raccourcissement télomérique a été observé dans les cellules exprimant la télomérase. Pour les cellules ALT, une grande hétérogénéité de la taille des télomères ainsi que la présence des chromosomes dicentriques sporadiques ont été détectées. Le suivi des patients à long terme pendant 10 ans, nous a permis d’établir une corrélation entre le profil ALT et la survenue de mortalités et de morbidités. De plus, l’étude de la radiosensibilité des lignées tumorales a montré que les lignées ALT sont plus résistantes que les lignées télomérases.La troisième partie de cette thèse a été consacrée à la validation de ces deux concepts d’instabilité chromosomique via l’instabilité télomérique et à celle des mécanismes de maintenance des télomères, en utilisant un modèle de lymphome de Hodgkin établi dans le laboratoire à partir de la lignée L428.Ces données auront une retombée clinique importante non seulement dans la compréhension et le traitement des lymphomes de Hodgkin mais aussi dans d’autres pathologies malignes. / The study of Hodgkin lymphoma (HL), with its unique microenvironment and long clinical outcomes, has provided exceptional insights into several areas of tumour biology. Findings in HL have not only improved our understanding of human carcinogenesis, but have also pioneered its translation into the clinic.Tumoral cells in HL, called Hodgkin and reed Sternberg cells (HRS), are characterized by a highly altered genomic landscape with a wide spectrum of genomic alterations, including somatic mutations, copy number alterations, complex chromosomal rearrangements, and aneuploidy. Moreover, the scarcity of HRS cells and the resulting technical problems of their in situ characterization, the primary cytogenetic events and the clonality of these possible aberrations has been a matter of debate in the past. As a consequence, a few accepted and established HL cell lines are widely used in the majority of research projects conducted worldwide.In this thesis, first we have first investigated the possible mechanisms underlying genomic instability including microsatellite and chromosomal instability in HL cell lines. We provide the first evidence that the genomic instability observed in HL is related to microsatellite instability and chromosomal instability related to two major mechanisms: first, telomere fusion leading to dicentric chromosomes formation and breakage/fusion/bridge (B/F/B) cycles involving the repeated fusion and breakage of chromosomes following the loss of telomeres in small cells associated with the lower expression of TRF2, as well as an elevated copy number of the Jak2 gene and the presence of nucleoplasmic bridges containing telomere and centromere sequences. The second mechanism is related to defective DNA repair via non homologous end-joining (NHEJ) repair with the presence of nucleoplasmic bridges without telomere or centromere sequences, accompanied by the micronucleus without centromere sequences and a higher frequency of sporadic dicentric chromosomes.The second part of this thesis has focused on investigating telomere maintenance mechanisms (TMMs) not only in HL cell lines but also in lymph nodes of HL patients. A telomerase-independent mechanism for TMM in HL has been proposed in the absence of detectable telomerase activity (TA) in some cases. The major finding of this work has been the demonstration of the presence of both telomerase and ALT mechanism in lymph nodes of HL patients as well as in HL cell lines. We have identified a subset of tumors with some small cells expressing telomerase and Reed Sternberg cells containing ALT-associated PML bodies. A significant correlation was observed between telomere length and TMMs. Drastic telomere shortening was observed in cells with telomerase expression and elevated heterogeneity of telomere length was found in ALT profile cells. Interestingly, complex chromosomal rearrangements, included sporadic dicentric formation, were observed in ALT profile cell lines. Interestingly, the relationship between TMMs and all-cause mortality and morbidity during 10 years of follow-up of HL patients using cox proportion hazard models demonstrated a poor clinical outcome for HL patients exhibiting primarily ALT mechanisms. Similarly, higher radiation sensitivity was observed for cell lines with high telomerase activity compared to cell lines with the ALT profile.

Telomeres play an important role in carcinogenesis. They assure immortalization of tumor cells by maintaining their length through the activation of telomerase or the alternative lengthening of telomere. Despite these mechanisms, telomeres of tumor cells are generally shorter than those of normal cells. In cancer cells, short telomeres promote chromosomal instability, which is one of the aggravating factors of neoplastic process. Also, the nuclear architecture of telomeres can be altered during carcinogenesis and cause genomic instability. To further understand the roles of telomeres in cancer, we studied the length of individual telomeres and their nuclear architecture in neoplastic cells. Using chronic myeloid leukemia (CML) as a model, we established the first length profile of all individual telomeres in cancer. We found that telomeres on chromosome arms Xp, 18p and 5p were among the longest while the shortest were on 21p and 21q . Also, by comparing with normal cells, we established that individual telomeres of CML cells had different shortening rates. Moreover, we noted the presence of long telomeres on some specific chromosome arms in CML cells. These data led us to explore different mechanisms of telomere length maintenance in CML cells and we showed that both telomerase and the ALT can be used to maintain their telomere length. Finally, the use of LoVo cell line, from colon carcinoma, allowed us to show that the profile of individual telomere length can be dissimilar in different cancers; and specific mutations of TP53 influence this profile in a same cancer cell. Therefore, the profile of individual telomere length of a cancer cell is defined by the genetic background of the individual, the tumor type, and the nature of the mutations. The study of nuclear architecture of telomeres was done in three different settings. First, we explored impacts on nuclear architecture of telomeres after exposing normal cells to DNA-damaging agents. We particularly observed the presence of telomeric aggregates and a change in the position of telomeres in response to UVB exposure. Next, we showed that remodeling of the nuclear architecture of telomeres could occur as early as the first clinical phase of CML. Moreover, we categorized CML cells into two groups according to the number of telomeric aggregates. Finally, we showed that the mutation TP53-R175H lead to greater alteration of the nuclear organization of telomeres and a genomic instability than the other studied TP53 mutations. The work, presented here, fosters our understanding on the involvement of telomeres in carcinogenesis and will serve as foundation for future studies on length of individual telomeres and their nuclear architecture in cancers.

L'exposition aux rayonnements ionisants est une composante inévitable de la vie moderne. Il est bien établi qu'il existe une grande variabilité inter-individuelle de la radiosensibilité chez les individus sains et chez des patients atteints de cancer. Cependant, les mécanismes impliqués dans l'hétérogénéité des réponses biologiques radio-induites ne sont pas encore bien compris, et une approche biologique permettant d’établir de façon fiable le niveau de radiosensibilité reste à développer. Dans cette thèse, nous avons étudié l'ampleur et l'impact de la radiosensibilité individuelle chez les individus sains dans les contextes de dosimétrie d'urgence et de radiothérapie. Nous avons également examiné les différents rôles des télomères dans la prédiction de la radiosensibilité individuelle et des risques pour la santé humaine à long terme (spécifiquement, en ce qui concerne les maladies cardiovasculaires et/ou les cancers) après irradiation. Tout d'abord, dans le contexte de la dosimétrie dans le cas d'une situation d'urgence (lorsqu’il est nécessaire d’estimer rapidement la dose d’irradiation reçu par un individu), nous avons démontré que l'impact de la radiosensibilité individuelle peut être négligeable en utilisant des mesures globales de fluorescence de γH2AX via cytométrie en flux dans des fibroblastes humains et des lymphocytes à 4 heures après exposition ; cette méthode peut être un outil de biodosimétrie efficace et rapide qui peut aider au tri des personnes irradiées dans une situation d'urgence basées sur les niveaux individuels d'exposition. Dans un second temps, nous avons étudié l'ampleur et l'influence de la radiosensibilité individuelle sur l'induction d'aberrations chromosomiques après une irradiation de 2 Gy de rayons γ, correspondant à une fraction de radiothérapie conventionnelle, dans les lymphocytes d'individus sains. Pour ces analyses, nous définissons la radiosensibilité individuelle par rapport à la fréquence des cassures double-brin (CDB) radio-induite, qui ont été calculées à partir de la quantification des aberrations chromosomiques visualisées par hybridation in situ des télomères et centromères (TC-FISH). Ce marquage améliore et simplifie la technique « gold standard » de dosimétrie biologique (la quantification des chromosomes dicentriques). Nous avons également estimé la radiosensibilité individuelle à l’irradiation carbone, ions lourds utilisés en radiothérapie, et l'efficacité biologique relative (EBR) des ions carbone par rapport à une irradiation γ. Nous avons fourni des courbes dose-réponse pour ces deux types d’irradiations en fonction de la fréquence des CDB radio-induite par exposition à une gamme de doses. De plus, nous avons estimé l'EBR d'un troisième type de rayonnement également utilisé en radiothérapie d'ions lourds (protons) par rapport à une irradiation γ, et nous avons comparé la radiosensibilité individuelle de ces trois types d'irradiation avec énergies différentes. Ensuite, nous avons évalué les rôles des télomères et de leur maintien pour la prédiction de la radiosensibilité individuelle. Nous avons constaté que la longueur moyenne des télomères, en combinaison avec leurs modifications radio-induites, peuvent être un bon prédicteur de la radiosensibilité individuelle. Enfin, nous avons montré comment les télomères pourraient être liés à des risques sanitaires à long terme après une irradiation: nous avons démontré que le raccourcissement des télomères pouvait être un nouveau facteur de prédiction de maladies cardiovasculaires après radiothérapie, et nous avons discuté par la suite, les télomères comme des acteurs clés dans le processus de cancérogenèse radio-induite. En conclusion, nous proposons un modèle présentant la façon dont les télomères pourraient jouer un rôle crucial dans ces deux pathologies radio-induite, et nous délibérons des relations entre le maintien des télomères, les effets biologiques radio-induites, et la radiosensibilité individuelle. / Exposure to ionizing radiation (IR), from both natural and man-made sources, is an inevitable part of modern life. It is well established that there are considerable inter-individual variations in sensitivity to IR among healthy individuals and cancer patients. However, the mechanisms involved in the heterogeneity of biological responses to IR are not well understood, and a reliable biodosimetric and clinical approach to measure and rank radiosensitivity remains to be established. In this thesis, we study the extent and impact of individual radiosensitivity in healthy individuals in the contexts of emergency dosimetry and radiotherapy, and we explore the roles of telomeres in the prediction of individual radiosensitivity and long-term human health risks following IR exposure (specifically, cardiovascular diseases and/or cancer). First, in the context of dosimetry in the event of an emergency situation (when rapid dose estimates of each individual in an irradiated population are needed), we demonstrate that the impact of individual radiosensitivity can be negligible using global cellular measurements of γH2AX fluorescence via flow cytometry in human fibroblasts and lymphocytes at 4 hours post-irradiation; this method could be an effective and rapid biodosimetry tool that can aid in the medical triage of irradiated individuals in an emergency setting based on individual levels of exposure. Second, we study the extent and influence of individual radiosensitivity on the induction of chromosomal aberrations following a routinely administered dose of 2 Gy during conventional fractionated photon radiotherapy (γ-rays) in lymphocytes of healthy individuals. For these analyses, we define individual radiosensitivity based on the frequency of IR-induced DNA double strand breaks (DSBs), which were calculated from the scoring of chromosomal aberrations visualized with telomere/centromere-fluorescence in situ hybridization (TC-FISH). This TC-FISH staining of metaphasic chromosomes enhances the “gold standard technique” of biodosimetry (the dicentric chromosome assay) with the visualization of telomeres and centromeres and thereby provides improved simplicity and sensitivity to the classical cytogenetic assay. We also compare individual radiosensitivity following γ-irradiation to that following carbon irradiation, an up-and-coming ion species currently being used in heavy ion radiotherapy. We provide dose response curves for both γ- and carbon irradiations based on the calculated frequency of IR-induced DNA DSBs at a range of doses, and estimate the relative biological effectiveness (RBE) of carbon irradiation relative to γ-irradiation. We then estimate the RBE of a third type of IR also frequently used in heavy ion radiotherapy (proton beams) in comparison to γ-irradiation, and compare individual radiosensitivity to each of these three types of IR with different IR energies. Third, we evaluate the roles of telomeres and telomere maintenance in the prediction of individual radiosensitivity; we find that inherent mean telomere length in combination with the IR-induced change in mean telomere length may be a strong predictor of individual radiosensitivity. Finally, we show how telomeres could be linked to long-term health risks following IR exposure: we demonstrate that telomere shortening could be a new prognostic factor for cardiovascular disease following radiotherapy, and discuss how telomeres could be key players in the process of radiation-induced carcinogenesis. In conclusion, we deliberate the relationships between telomere maintenance, radiation effects, and individual radiosensitivity, and propose a model of how telomeres could play crucial roles in the development of cardiovascular diseases and the process of IR-induced carcinogenesis.

Toute l'information génétique octroyant l'existence à une cellule est encodée par les milliards de paires de bases d'ADN retrouvées principalement à l'intérieur du noyau. Toutefois, pour des raisons d'espace et d'accessibilité, tout cet ADN est soumis à de nombreuses étapes de compaction en plus d'être fractionné dans le but de former ultimement les chromosomes. Malgré que l'extrême compaction de l'ADN permette la protection des acides nucléiques contre la dégradation, certaines structures demeurent vulnérables et nécessitent une protection toute particulière. C'est le cas de séquences se retrouvant à l'extrémité des chromosomes, les télomères. Les télomères sont constitués de répétitions en tandem d'ADN non codant associées avec de nombreuses protéines spécialisées permettant une protection efficace contre la perte d'informations génétiques dû à la dégradation enzymatique ou à l'érosion naturelle. Ces structures télomériques sont normalement maintenues par une machinerie spécialisée, la télomérase, qui composée d'une sous unité ARN et de partenaires protéiques permet l'ajout de séquences télomériques spécifiquement aux extrémités. Cette enzyme essentielle est régulée par de nombreuses protéines et parmi celles-ci, de nombreuses observations font état du rôle essentiel joué par deux protéines kinases, les protéines Tel1p et Mec1p. Ces kinases occupent une double fonction; elles sont importantes pour la régulation de la taille des télomères, mais sont également au coeur de la réponse cellulaire face aux dommages à l'ADN. Étant donné la nature des télomères, soit des extrémités d'ADN libres, ceux-ci sont identiques en de nombreux points aux cassures double brins d'ADN expliquant probablement la double implication de ces protéines. Durant mes études, je me suis particulièrement intéressé à la double fonction jouée par les kinases Tel1p et Mec1p au niveau des télomères et du processus de réponse aux dommages à l'ADN. Dans un premier temps, avec l'aide d'un collègue j'ai pu démontrer l'étendue des fonctions télomériques et de réponses aux dommages à l'ADN jouées par Tel1p via l'isolation et la caractérisation d'un allèle de séparation de fonctions. Dans un deuxième temps, en poursuivant mes analyses génétiques sur la kinase Tel1p, j'ai pu déterminer que cette protéine possédait des fonctions indépendantes à celles octroyées par son domaine kinase, observation allant à l'encontre de l'idée générale que Tel1p sans fonction kinase opérationnelle simulait un allèle nul. Dans la même ligne de pensée, mes études ont permis d'identifier un nouveau mécanisme de régulation de la télomérase essentiel joué par les kinases Mec1p et Tel1p. En parallèle, je me suis intéressé aux mécanismes cellulaires permettant une régulation de l'enroulement global de l'ADN permettant son accessibilité à toutes les machineries cellulaires de transcription, de réparation et de réplication de l'ADN. Mes travaux ont permis d'identifier qu'une modification des histones, protéines critiques dans le processus de compaction de l'ADN, était extrêmement importante dans le processus de réponse aux dommages à l'ADN. En effet la triméthylation de l'histone H3 sur sa lysine 4 permet à la cellule de pouvoir efficacement réparer les dommages via la réparation de bout non-homologue et permettait de stabiliser les fourches de réplications soumises à un stress cellulaire. Globalement mes résultats m'ont permis de mieux comprendre deux moyens distincts utilisés par les cellules pour maintenir l'intégrité de leur génome : les rôles joués par les kinases Tel1p et Mec1p aux télomères et dans la réparation des dommages à l'ADN, ainsi que l'implication de la modification d'histone H3K4me3 dans le processus de réponse aux dommages à l'ADN.

Human gliomas represent the most common primary brain tumours in adults. According to World Health Organization classification, gliomas are divided into astrocytomas with four grades (I, II, III, and IV), oligodendrogliomas with two grades (II and III), and oligoastrocytomas with two grades (II and III) based on the tumor cell phenotype. Pathological classification remains controversial due to the lack of specific immunohistochemical biomarker to recognize gliomas. Also, due to their natural propriety to infiltrate the normal parenchyma and to migrate far from the first location, total surgical resection remains often impossible then adjuvant treatment is needed. The established therapies for gliomas include surgery, radiotherapy and chemotherapy. Despite this arsenal of therapies, median survival of the most malignant grade glioblastoma is approximately 15 months. This is why the attempts to better understand the molecular biology of gliomas in the aim to define new molecular targets is a holy grail. Using conventional and molecular cytogenetic approaches and molecular genetic methods, we have investigated patients bearing gliomas and followed at CHUS. Our results display that the codeletion 1p/19q (1p-/19-) is not only a prognostic and predictive biomarker of oligodendrogliomas but also a diagnostic tool of this tumor. Our study has allowed us to build a glioma-bank containing around 150 samples of patients, which we continued to populate. We have also defined the cut-off positivity of FISH on touch preparation slides, which is 20%. In addition, we have developed a new, fast and reliable method to retrieve the 1p-/19q- in all samples 24 hours after sampling. This method was transferred to the clinical lab. Furthermore, we have successfully cultured the brain tumor samples and analyzed their caryotypes. This has permitted us to discover a new alternative translocation, which is responsable of 1p deletion in one oligoastrocytoma case. Since glioblastoma is characterized by genomic instability, and telomere disruption is a main cause of genomic instability, we investigated the nuclear telomere architecture in this type of tumour. We found that nuclear telomeric architecture could be a biomarker of glioblastoma since it can subdivide glioblastoma patients in three categories with significantly different outcomes and time to progression. We used high-throughput methods (one manual and one semi-automatic) to characterize the nuclear telomeric architecture in glioblastoma. The semi-automatic method can be transfer to the clinical lab since it can deliver the results nine hours after sampling. Then, this approach is usable to monitor this tumor and to evaluate the impact of different treatment options. We need to search the putative tumor suppressor genes on chromosomes 1 and 19. Furthermore, trying to understand the molecular basis of nuclear telomeric architecture will bring up new molecular target therapies.

Les extrémités des chromosomes eucaryotes linéaires ont une structure nucléoprotéique particulière, et sont appelées télomères. Étant donnés leur structure et le mécanisme semi-conservatif de la réplication de l’ADN, la longueur des séquences télomériques est instable. Au fil des divisions cellulaires, les réplications successives de l’ADN entraînent une réduction progressive des séquences télomériques. Des télomères courts ne sont plus fonctionnels, ce qui entraîne l’arrêt du cycle cellulaire et de l’instabilité génomique. Il est donc essentiel de prévenir ce raccourcissement. Une enzyme spécialisée rallonge les télomères : la télomérase. La télomérase est une ribonucléoprotéine (RNP) qui maintient les télomères par un mécanisme d’ajout de répétitions de la séquence télomérique. Afin de former un complexe actif, les sous-unités protéiques de l’enzyme doivent s’assembler autour d’un ARN non-codant, nommé Tlc1 chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Cependant, le fait que la RNP nécessite plusieurs sous-unités pour son activité implique un assemblage précis et coordonné. Peu de données existent au sujet de l’assemblage de la RNP en un complexe actif, mais il semble qu’un trafic nucléo-cytoplasmique soit requis dans le cycle fonctionnel de l’enzyme. Caractériser le mécanisme d’assemblage de la télomérase permettra de mieux comprendre les phénomènes de régulation de l’activité de l’enzyme, et donc du maintien des télomères chez S. cerevisiae. À cette fin, j’ai d’abord vérifié l’état stoechiométrique de l’enzyme in vivo par des méthodes de FISH sur des molécules individuelles. J’ai ainsi pu montrer que la télomérase ne comportait qu’un seul ARN Tlc1. Ces données in vivo corrèlent avec des données publiées précédemment grâce à des techniques de biochimie, et suggèrent que l’enzyme n’est composée que de complexes individuels contenant une seule copie de chaque sous-unité protéique. Dans le but d’étudier les mécanismes d’assemblage de la télomérase, j’ai aussi développé un système de contrôle de la transcription d’une forme taguée de Tlc1. Cet outil génétique, basé sur les systèmes Cre-Lox et MS2-GFP, permet l’insertion d’un tag MS2 dans le gène TLC1. Ce tag donne la possibilité de suivre des ARN Tlc1 in vivo et en temps réel par microscopie confocale à spinning-disk. Ce système, baptisé CrEMGaT, a permis de montrer que l’insertion du tag dans le gène entraîne l’apparition de Tlc1-MS2, et que ces ARN forment des agrégats nucléaires ayant des caractéristiques similaires aux T-Recs précédemment caractérisés lors d’une collaboration avec le Pr Chartrand. De plus, des résultats préliminaires obtenus avec le CrEMGaT suggèrent que les ARN Tlc1-MS2 finissent leur cycle fonctionnel au cytoplasme. Dans l’ensemble, les données produites et l’outil développé au cours de cette thèse donnent une meilleure idée de l’état d’assemblage de la télomérase. / Abstract : In the eukaryotic kingdom, the extremities of the linear chromosomes have a particular nucleoproteic structure, and are called telomeres. Because of this structure and the semi-conservative nature of DNA replication, telomere length is unstable. DNA replications during consecutive cell divisions leads to a progressive shortening of telomeric sequences. Below a certain threshold, telomeres are not functional, triggering cell-cycle arrest and genomic instability. It is therefore essential to prevent this shortening. A specialized enzyme elongates telomeres: Telomerase. Telomerase is a ribonucleoprotein (RNP) that adds repeats of the telomeric sequence to the end of telomeres. The enzyme formation requires protein subunits to assemble onto a scaffolding ncRNA, Tlc1 in Saccharomyces cerevisiae. The fact that several subunits are needed for RNP activity implies a precise and coordinated assembly occurs. However, data are lacking about telomerase assembly into an active complex, but different observations point towards a nucleo-cytoplasmic trafficking requirement during the enzyme life-cycle. Characteristics about telomerase assembly mechanism would provide useful information in the quest for understanding the phenomena regulating the enzyme activity, and therefore telomere maintenance in S. cerevisiae. Engaged in this quest, I first verified telomerase stoichiometry in vivo. By quantitative single-molecule FISH, the results showed that the enzyme only contains one Tlc1 RNA per RNP in the cell. These in vivo data correlate with previous publications which, based on biochemical experiments, suggested single copies of the different subunits are present in the complex. Taken together, these findings are dismantling a previous dogma that stipulated telomerase is composed of two complexes, and suggest telomerase quaternary arrangement stays simple. Aiming to study telomerase assembly mechanisms, I also developed an inducible genetic system governing the transcription of a tagged version of Tlc1 (i.e. Tlc1-MS2). This system, based on the Cre-Lox and MS2-GFP systems, allows to control the insertion of a MS2 tag into the TLC1 gene. In this system, dubbed CrEMGaT, the genetic insertion is controllable and indeed leads to Tlc1-MS2 appearance. It is then possible to track these tagged RNAs in vivo and in real time with a spinning disk confocal microscope. Furthermore, these RNAs form nuclear aggregates with characteristics of the T-Recs previously described in a collaboration between our lab and Pr Chartrand’s. Finally, preliminary data obtained with the CrEMGaT suggest cytoplasm is the last cellular compartment visited by Tlc1-MS2 RNA. Overall, these data and the system developed during my thesis will give insights into telomerase assembly in vivo.

L’extrémité des chromosomes linéaires est une structure nucléoprotéique très conservée chez les organismes eucaryotes. Elle est constituée du télomère et des régions sous-télomériques répétées (STR) qui sont placées en amont du télomère. Chez la levure bourgeonnante, on trouve deux types de télomère, les télomères XY’ et les télomères X, qui se distinguent par la nature des STR positionnées en amont des répétitions télomériques. Le télomère et les STR sont liés par pas moins de dix protéines qui vont participer au maintien et à la régulation de l’extrémité chromosomique nécessaires à la stabilité du génome. Le télomère protège ainsi le chromosome de dégradations ou encore de fusions avec d’autres chromosomes. Le maintien de la taille du télomère est assuré par la télomérase, une transcriptase inverse, qui permet l’ajout de répétitions pour pallier leur perte lors de la phase de réplication durant le cycle cellulaire. Lorsque la télomérase est absente, deux types particuliers de cellules, les survivants de type I et les survivants de type II, peuvent maintenir leurs télomères grâce aux mécanismes de recombinaison homologue. Chez l’humain, les répétitions télomériques sont également liées par un certain nombre de protéines nécessaires au maintien de la stabilité de l’extrémité chromosomique. L’implication des télomères dans les processus de cancérisation, de vieillissement, mais également dans des maladies congénitales fait de cette structure un pivot dans le domaine de la recherche fondamentale. Dans 10 % des cas de cancers, l’allongement n’est pas dû à une réactivation de la télomérase comme c’est en général le cas, mais est inhérent à des processus de recombinaison homologue, comme chez la levure. Les homologies de séquences, de protéines, mais aussi de mécanismes de régulation des télomères avec les cellules humaines, font de S. cerevisiae un excellent modèle d’étude. Cette thèse se divise en trois chapitres. Les deux premiers traitent de l’interaction du complexe yKu avec les télomères de type XY’ dans le chapitre 1 puis de son interaction avec les télomères de type X dans le chapitre 2. Le chapitre 3 traite du comportement d’un type de survivant chez S. cerevisiae. Le chapitre 1 porte donc sur l’analyse des sites de liaison aux télomères XY’ du complexe yKu par la technique de ChEC in vivo. yKu intervient dans de nombreux processus de régulation des télomères, mais aussi dans un mécanisme de réparation des cassures double-brin de l’ADN (DSBs), la NHEJ (Non homologous end-joining). Les résultats présentés dans cette partie appuient un modèle dans lequel yKu aurait plusieurs sites de liaison aux télomères et dans les répétitions télomériques interstitielles. Nous supposons que la liaison du complexe se ferait lors de la formation d’une cassure de type « one-sided break » générée à la suite du passage de la fourche de réplication à l’intérieur des répétitions télomériques. Le chapitre 2 est également une étude des sites de liaison par la technique de ChEC in vivo du complexe yKu, mais cette fois-ci aux télomères X. Les observations faites dans cette partie viennent corroborer les résultats du chapitre 1 de la liaison de yKu à la jonction entre le télomère et les STRs, de plus elle met en évidence des interactions potentielles du complexe avec les éléments X laissant supposer l’existence d’un potentiel repliement du télomère sur la région sous-télomérique chez la levure. Enfin, le chapitre 3 est axé sur l’étude du comportement des survivants de type I, des cellules post-sénescences qui maintiennent leurs télomères par un processus de recombinaison homologue, le mécanisme de BIR (break-induced replication) en l’absence de télomérase. Les survivants de type I présentent une croissance lente liée à un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M qui dépend de la protéine de contrôle Rad9, dont l’activité est en général induite par des cassures double-brin. Ce chapitre a permis d’apporter des précisions sur la croissance lente probablement inhérente à un berceau télomérique très restreint chez ce type cellulaire.