Les séquences d’ADN et d'ARN riches en Guanines peuvent adopter des conformations inhabituelles connues sous le nom de G-quadruplexes (G4). Les topologies et les formes de ces structures fascinantes sont très diverses. Les G4 sont stabilisés par la présence de cations monovalents et des liaisons Hydrogène de type Hoogsteen. De petites molécules contribuent également à la formation de formes stables, principalement par des interactions d'empilement π - π. Bien que les G4 soient connus depuis des décennies, l'intérêt de la communauté scientifique a été stimulé par la découverte de leur effet potentiellement inhibiteur sur la télomérase, une transcriptase inverse impliquée dans la transformation maligne de la plupart des cellules cancéreuses. En ce qui concerne la télomérase, le cancer et G4, plusieurs groupes ont été impliqués dans la découverte de nouveaux stabilisateurs G4 qui peuvent indirectement inhiber l'enzyme. Des centaines de ligands ont été identifiés par ce biais au cours de la dernière décennie et c'est encore un domaine très actif. Prenant en compte les avantages et la facilité qu'offre l'identification de nouvelles structures à l'aide de techniques de calcul grâce à des modèles mathématiques simples et reproductibles, nous avons entrepris un criblage à haut débit et à faible coût de calcul afin d’identifier de nouveaux ligands G4. Avec l'utilisation de la modélisation QSAR nous pouvons prédire l’IC50 d'un ensemble de composés congénères. Nous avons également été en mesure de relier les descripteurs moléculaires qui apparaissent dans nos modèles avec des caractéristiques structurales que les études de la littérature scientifique et SAR ont rapportés dans les études précédentes, pour un ensemble de ligands congénères. En outre, nous avons construit des modèles différents utilisant des ensembles non congénères de composés en appliquant une stratégie de consensus et pu identifier six ligands approuvés par la FDA qui stabilisent les structures G4. Par la suite, en appliquant des techniques non linéaires et un processus pour le traitement de la base de données que nous avons contruite à partir de publications antérieures, nous avons effectué un criblage virtuel de plus de 500 000 ligands d'une base de données commerciale de composés. Nous avons pu identifier de nouveaux ligands avec une puissance plus forte que les précédentes, qui peuvent également stabiliser d’autres structures G4 impliqués dans les processus liés au cancer. Ces observations ouvrent un spectre large de possibilités à explorer. Malgré les limites des techniques de modélisation QSAR explorées tout au long de ce travail, nous considérons qu'elles peuvent être combinées et utilisées avec soin pour répondre à la recherche de nouveaux stabilisateurs G4. / DNA and RNA G-rich sequences can adopt unusual arrangements that are known as G-quadruplexes (G4). The topologies and forms of these fascinating structures are very diverse. G4 are stabilized by the presence of monovalent cations and Hoogsteen Hydrogen bonds. Small molecules also contribute to the formation of stable forms mainly via π-π stacking interactions. Although G4s are known for decades, interest in this field started with their potential effect on inhibition of telomerase enzyme, a Reverse Transcriptase involved in the malignant transformation of most cancer cells. With regards to telomerase, cancer and G4, several groups have been involved in the discovery of new G4 stabilizers that would indirectly inhibit the enzyme. Most of the G4 ligands were identified following this paradigm. Hundreds of ligands have been identified during the past decade and this is still a very active field in science. Taking into account the advantages and easiness that offers the identification of new structures using computational techniques we built single and reproducible mathematical models with high screening capacity and low computational cost in order to use them on the identification of G4 ligands. With the use of QSAR modelling we can predict the telIC50 of a congeneric set of compounds. We have also been able to relate the molecular descriptors that appear in ours models with some structural features that scientific literature and SAR studies have reported in previous studies as appropriated for describing the above mentioned activity, also for congeneric set of ligands. Moreover, we built different models using non congeneric sets of compounds applying a consensus strategy and could identify six FDA approved ligands that stabilize G4 structures. Subsequently, by applying nonlinear techniques and a process for the cure of the database proposed for us in previous publications, we have performed a virtual screening of more than 500 000 ligands from a commercial database of compounds, followed of structure-based model in order to reduce the number of candidates. We were able to identify new ligands with stronger potency than the previous ones, which can also stabilize other G4 structures involved in processes related to cancer. These observations open a wide-ranging spectrum of possibilities to be explored. Despite the limitations of the QSAR modelling techniques explored along this work, we consider they can be combined and used carefully to address the search for new G4 stabilizers.

La sénescence réplicative est le phénomène associé à un arrêt de croissance permanent causé par le raccourcissement progressif des télomères à chaque division. Lorsqu’ils atteignent une longueur critique, les télomères perdent leur structure terminale protectrice en t-loop, ce qui révèle l’extrémité du chromosome et déclenche une Réponse aux dommages à l’ADN (RDA) p53-dépendante. Le nombre de télomères ouverts nécessaire à la mise en place de la sénescence n’est pas connu, mais plusieurs évidences suggèrent que la cellule pourrait en tolérer un certain nombre avant de s’arrêter définitivement. Dans ce projet, nous utilisons un dominant négatif de Tin2 (Tin2DN), un membre du complexe nucléo-protéique nommé le télosome qui stabilise la t-loop, pour démontrer que la dysfonction chromatinienne télomérique seule ne suffit pas à déclencher un arrêt de croissance permanent. Lorsqu’il est exprimé, Tin2DN induit la formation de foyers de dommages de 53BP1, la RDA ainsi qu’un arrêt de croissance transitoire. De façon surprenante, nous observons que les cellules qui ont subi ce premier arrêt de croissance ré-entrent dans le cycle cellulaire et se divisent, et ce malgré la présence de foci télomériques. Cette réentrée cause l’apparition de cassures secondaires ainsi qu’une accumulation d’instabilités génomiques, telles que des ponts chromosomiques ou des micro-noyaux. Cet échappement des points de blocages du cycle cellulaire pourrait être expliqué par notre observation que la dysfonction télomérique induite par Tin2DN n’active que très faiblement p53 et p21, et pratiquement pas la kinase chkChk2. Néanmoins, en inhibant directement l’activité de p53, nous n’observons plus aucun arrêt de croissance mais une accumulation de foci et d’instabilités génomiques, avec une forte occurrence de catastrophes mitotiques. L’ensemble de ces résultats propose un nouveau modèle d’entrée en sénescence réplicative : l’ouverture des télomères induits une faible RDA menant à un premier arrêt de prolifération transitoire p53-dépendant. Les cellules échappent à cet arrêt et se divisent, mais l’ouverture des télomères ayant causé des fusions chromosomiques, la division crée alors de nouvelles cassures doubles brins dans le génome qui déclencheront une forte RDA et un nouvel arrêt de croissance permanent, la sénescence réplicative. / Replicative senescence is the physiological permanent growth arrest caused by telomeres shortening, at each round of replication. Once they have reach a critical length, the telomeres lose their t-loop structure, revealing the chromosome extremity that triggers a p53-dependant DNA damage response (DDR) and leads to proliferation arrest. The number of shortened telomeres that are necessary to onset senescence is not known, but accumulating evidences suggest that the cell is able to tolerate a certain level of telomere uncapping before stopping its divisions. Here, we used an inducible dominant negative form of Tin2 (Tin2DN), a member of the shelterin complex that stabilizes the t-loop, to show that telomeres uncapping alone is not sufficient to induce a stable growth arrest. When expressed, Tin2DN leads to the openingverture of the t-loop, creating a DDR with the formation of 53BP1 DNA damage foci (DDF) and a transient growth arrest. Indeed, we observed that the cells were re-entering the cell cycle and dividing, despite their uncapped DDF harbouring telomeres. As telomere uncapping creates chromosome fusions, such division leads to the apparition of secondary DNA breaks, with an accumulation of genomic instabilities, such as chromosomes bridges or micronuclei. We observed that Tin2 DN-induced telomere uncapping leads to a very weak activation of p53 and p21, with almost no phosphorylation of chkChk2. Nevertheless, when we infected our cells with a shp53, the primary growth arrest did not occur, leading to an amplification of the damages, with strong signs of instability and mitotic catastrophe. Altogether, these results propose a new model for replicative senescence: telomere uncapping induces a weak DDR that leads to a transitory growth arrest. The cells divide with fused chromosomes, creating new randomly distributed double strand breaks that trigger a stronger DDR and a permanent growth arrest. In that model, replicative senescence is not directly induced by telomere uncapping, but by an amplification of DNA damages through mitotic catastrophe.