The genetic defects that results in TAL1 oncogene activation are commonly seen in leukemic cells of the patient with T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia ( T-ALL ). The ectopic expression of TAL1 oncoprotein perturbs the development of T-cell, hence promotes the formation of leukemia. TAL1 gene encodes proteins with basic helix-loop-helix ( bHLH ) domain, a protein dimerization and DNA binding domain. In T-ALL cells, two Tal1 proteins, pp42(1-331 amino acids) and pp22(176-331 amino acids) are produced that both contain bHLH domain. Both proteins interact with immunoglobulin gene enhancer binding protein, E12/E47 to form DNA-binding heterodimers, that can bind to consensus E-box DNA sequence AACAGATGGT. Phosphorylation of S122 residue modulates the trans-activation potential of Tal1 protein. In addition, S172 is an inducible c-AMP dependent protein kinase (PKA) phosphorylation site in vivo. The phosphorylation of TAL1 S172 upon stimulation by forskolin can increase the DNA binding of E12-Tal1 heterodimer. We used site-directed mutagenesis to investigate the effect of S194,S224 mutation on the function of truncated Tal1 oncoprotein.Mutant Tal1 and E12 proteins expression plasmids were constructed and introduced into COS-1 cells by cotransfection. Tal1 and E12 protein expression in transfected cell were evaluated by Western blotting. The protein-DNA interaction were evaluated by electrophorectic mobility shift assay. The mutation of S194 and S224 of Tal1 protein all resulted in the loss of DNA-binding complex formation. This data indicated that these serine residues are essential for bHLH function. However, the phosphorylation status of these two residues in vivo, and what kinase is responsible for the phosphorylation of these residues, await further investigation.

Abstract¡G TAL1 gene was originally discovered as a result of its activation by chromosome rearrangements in T cell acute lymphoblastic leukaemia(T-ALL). Further studies have shown that TAL1 expression is aberrantly activated by several mechanisms including chromosome translocations, interstitial deletion and transactivation without detectable chromosomal alteration. TAL1 gene encodes a bHLH transcription factor, that is essential for the development of all haematopoietic lineages and its expression is maintained during differentiation along erythroid, mast and megakaryocytic cell lineages, but not in normal peripheral T-lymphocytes. The bHLH motif of these protein is responsible for DNA binding and dimerization with other bHLH proteins involved in transcription regulation. TAL1 protein is able to form heterodimers with the ubiquitously expressed E2A gene products, E47 and E12, and the heterodimers bind to E-box motif with the general sequence CANNTG. But the target genes for TAL1 oncoprotein have not yet been identified. We have previously isolated TAL1/E12 heterodimer bound genomic fragments by chromatin immunoprecipitation from K562 cells, and selected 6 fragments with one to four E-box CANNTG sequences. In order to determine if these fragments could be the regulatory elements of potential target genes of TAL1 oncoprotein, we inserted these 6 DNA fragments individually into pGL3 to generate recombinant reporter plasmids. The transfection experiments indicated that K34 and K94 DNA fragments behaved as a transcriptional transactivating sequence, and TAL1 and E12 proteins are required for efficient transcriptional activity. We also showed that transfection of these two recombinant constructs into K562 cells generated positive transcriptional activity, in a level similar to that in TAL1 and E12 co-transfected COS1 cells. These results established that both K34 and K94 DNA fragments are likely to contain a promoter of potential TAL1 target genes.

La leucémie aiguë lymphoblastique T (LAL-T) est une hémopathie maligne représentant environ 15% des LAL pédiatriques et 25% des LAL de l'adulte. Malgré l'amélioration de la prise en charge des LAL, le devenir des patients atteints de LAL-T reste péjoratif avec environ 30% de rechute dans les deux années suivant le diagnostic. En effet, les LAL-T constituent un groupe de leucémies particulièrement hétérogène dans lequel différents oncogènes sont activés dans des combinaisons diverses. De ce fait, l'identification de voies oncogéniques pouvant être ciblées thérapeutiquement reste un des défis majeurs dans la recherche translationnelle des LAL-T. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée au mode d'activation de deux oncogènes majeurs dans les LAL-T: les oncogènes MYC et TAL1. Nous avons montré que l'hyperactivation de la voie AKT, notamment à travers les mutations perte de fonction du gène PTEN induisait une augmentation de la protéine MYC. Nos résultats suggèrent que les axes MYC et PTEN/AKT pourraient représenter des cibles thérapeutiques potentielles dans les LAL-T. Nous avons alors conduit une étude pharmacologique révélant qu'in vitro plusieurs drogues induisent l'apoptose ou l'arrêt de prolifération des cellules de LAL-T. Par ailleurs, certaines de ces drogues sont responsables d'une inhibition de l'expression de MYC. L'efficacité de ces drogues est maintenant testée in vivo grâce à des souris immunodéficientes xénogreffées avec des cellules de LAL-T primaires humaines. / T-Cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL) are malignant proliferations of thymocytes which represents around 15% of pediatric and 25% of adult ALL. Despite indisputable therapeutic progress, T-ALL remains of poor prognosis and about 30% of cases relapse within the first 2 years following diagnosis. In fact T-ALL is a heterogeneous disease in which different oncogenes are activated in various combinations and this represents a major hurdle in the molecular analysis of T-ALL oncogenesis. During my thesis I investigated how MYC and TAL1, two key oncogenes in T-ALL, are activated. We showed that hyperactivation of AKT pathway, notably through PTEN loss-of-function mutations, gives rise to an increase of MYC protein level. Our data suggest that in T-ALL, MYC and PTEN/AKT axis may represent potential therapeutic targets. Then, we performed a pharmacological study which shows that, in vitro, several drugs lead to apoptosis or proliferation arrest of T-ALL cells. Moreover, some of those drugs impede MYC expression. The efficacy of these compounds are now tested in vivo using immunodeficient mice engrafted with primary human T-ALL blasts.

Malgré de nombreux progrès réalisés dans les traitements des cancers gynécologiques, ceux-ci demeurent la principale cause de mortalité due au cancer chez la femme. Les instabilités chromosomiques et génomiques au niveau du locus 3p21.3 sont des événements fréquents liés à des cancers épithéliaux, notamment les cancers du sein et de l'ovaire. C’est dans cette région que se trouvent les gènes hyaluronidases HYAL-1, HYAL-2 et HYAL-3. HYAL-1 est particulièrement surexprimé dans plusieurs cancers, notamment, le cancer de la prostate, la vessie, le cou, la tête et le sein où il est impliqué dans la progression tumorale et les métastases. Nous avons démontré que dans le locus 3p21.3, HYAL-1 est un gène cible sélectivement réprimé par ERα et l’estrogène. L’analyse de la cohorte METABRIC a révélé une corrélation inverse significative entre l’expression du gène HYAL-1 et ERα. Nous avons identifié des sites de liaison pour ERα au niveau du locus 3p21.3, parmi eux, un ERE proximal était responsable de la répression de HYAL-1 par ERα en plus d’un site Sp-1 requis pour atteindre une répression optimale. Cette répression de HYAL-1 est accompagnée par un enrichissement de la marque répressive H3K27me3 au niveau des deux sites ERE et Sp-1. En plus de réguler l’expression de nombreux gènes, l’activité transcriptionnelle des ERs est aussi régulée par les corégulateurs qui sont recrutés sur les ERs. Nous avons identifié un nouveau partenaire d’interaction inattendu pour les ERs, soit le facteur de transcription hématopoïétique TAL1. Malgré sa réputation d’oncogène dans les leucémies lymphoblastiques aiguës des cellules T, ce facteur de transcription est un corépresseur d’ERα, dû à son effet répresseur direct sur l’activité transcriptionnelle du récepteur en réponse à l’estrogène et donc sur l’expression de ces gènes cible dans le cancer du sein. De plus, TAL1 réprime aussi l’activation d’ERα en réponse à la phosphorylation induite par la voie des MAPK/Erk. Cette répression d’ERα par TAL1 résulte en une diminution de la prolifération et la migration des cellules cancéreuses mammaires. / Despite many advances in treatment of gynecological cancers, they remain the leading cause of cancer death in women. Chromosomal and genome instabilities at the 3p21.3 locus are frequent events related to epithelial cancers, including breast and ovarian cancers. It is in this region that the hyaluronidase HYAL-1, HYAL-2 and HYAL-3 genes are found. HYAL-1 is particularly overexpressed in several cancers, including prostate, bladder, neck, head and breast cancers where it promotes tumor progression and metastasis. We demonstrate here, that in the 3p21.3 locus, HYAL-1 is a target gene selectively repressed by ERα and estrogen. Integrative data mining using METABRIC dataset revealed a significant inverse correlation between ERα and HYAL-1 gene expression in human breast tumors. We identified binding sites for ERα at the 3p21.3 locus, among which a proximal ERE responsible for repression of HYAL-1 by ERα, in addition to an Sp-1 site required to achieve optimal repression. This repression of HYAL-1 is accompanied by an enrichment of the repressive mark H3K27me3 at the two sites ERE and Sp-1. In addition to regulate the expression of many target genes, the transcriptional activity of estrogen receptors is also regulated by coregulators who are recruited on ERs. We identified a new unexpected interaction partner for ERs, the hematopoietic transcription factor TAL1. Despite its reputation as an oncogene in T-cell acute lymphoblastic leukemia, this transcription factor is an ERα-corepressor due to its direct repressive effect on the transcriptional activity of the receptor in response to estrogen and thus to expression of its target genes in breast cancer. Moreover, TAL1 also inhibits ERs activation in response to phosphorylation induced by the MAPK/Erk pathway. This repression of ERα by TAL1 results in decreased growth and migration of mammary cancer cells.

Le système hématopoïétique est un tissu en constant renouvellement et les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont indispensables pour soutenir la production des cellules matures du sang. Deux fonctions définissent les CSHs; la propriété d’auto-renouvellement, soit la capacité de préserver l’identité cellulaire suivant une division, et la multipotence, le potentiel de différenciation permettant de générer toutes les lignées hématopoïétiques. Chez l’adulte, la majorité des CSHs sont quiescentes et l’altération de cet état corrèle avec une diminution du potentiel de reconstitution des CSHs, suggérant que la quiescence protège les fonctions des CSHs. La quiescence est un état réversible et dynamique et les réseaux génétiques le contrôlant restent peu connus. Un nombre croissant d’évidences suggère que si à l’état d’homéostasie il y a une certaine redondance entre les gènes impliqués dans ces réseaux de contrôle, leurs rôles spécifiques sont révélés en situation de stress. La famille des bHLHs (basic helix-loop-helix) inclue différentes classes des protéines dont ceux qui sont tissu-spécifiques comme SCL, et les protéines E, comme E12/E47 et HEB. Certains bHLHs sont proposés êtres important pour la fonction des cellules souches, mais cela ne fait pas l’unanimité, car selon le contexte cellulaire, il y a redondance entre ces facteurs. La question reste donc entière, y a-t-il un rôle redondant entre les bHLHs d’une même classe pour la fonction à long-terme des CSHs? Les travaux présentés dans cette thèse visaient dans un premier temps à explorer le lien encore mal compris entre la quiescence et la fonction des CSHs en mesurant leurs facultés suite à un stress prolifératif intense et dans un deuxième temps, investiguer l’importance et la spécificité de trois gènes pour la fonction des CSHs adultes, soit Scl/Tal1, E2a/Tcf3 et Heb/Tcf12. Pour répondre à ces questions, une approche cellulaire (stress prolifératif) a été combinée avec une approche génétique (invalidation génique). Plus précisément, la résistance des CSHs au stress prolifératif a été étudiée en utilisant deux tests fonctionnels quantitatifs optimisés, soit un traitement basé sur le 5-fluorouracil, une drogue de chimiothérapie, et la transplantation sérielle en nombre limite. Dans la mesure où la fonction d’un réseau génique ne peut être révélée que par une perturbation intrinsèque, trois modèles de souris, i.e. Scl+/-, E2a+/- et Heb+/- ont été utilisés. Ceci a permis de révéler que l’adaptation des CSHs au stress prolifératif et le retour à l’équilibre est strictement contrôlé par les niveaux de Scl, lesquels règlent le métabolisme cellulaire des CSHs en maintenant l’expression de gènes ribosomaux à un niveau basal. D’autre part, bien que les composantes du réseau puissent paraître redondants à l’équilibre, mes travaux montrent qu’en situation de stress prolifératif, les niveaux de Heb restreignent la prolifération excessive des CSHs en induisant la sénescence et que cette fonction ne peut pas être compensée par E2a. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les CSHs peuvent tolérer un stress prolifératif intense ainsi que des dommages à l’ADN non-réparés, tout en maintenant leur capacité de reconstituer l’hématopoïèse à long-terme. Cela implique cependant que leur métabolisme revienne au niveau de base, soit celui trouvé à l’état d’homéostasie. Par contre, avec l’augmentation du nombre de division cellulaire les CSHs atteignent éventuellement une limite d’expansion et entrent en sénescence. / The hematopoietic system is constantly replenished by hematopoietic stem cells (HSCs) that are essential to sustain mature blood cells production. Two key functions characterize HSCs; their capabilities to self-renew, i.e. maintenance of cellular identity following cell division, and their multipotencies, i.e. their potentials to generate all hematopoietic lineages. In adults, most HSCs are quiescent and alterations to this state correlate with decreased reconstitution potential, thus suggesting that quiescence protects HSC functions. Quiescence is a reversible and dynamic state, and genetic networks controlling these characteristics are poorly described. Recent evidence suggests that during steady-state hematopoiesis, genes controlling HSC functions are highly redundant, whereas stress conditions may reveal their specific roles. Transcription factors of the basic helix-loop-helix (bHLHs) family include tissue-specific subclasses (e.g SCL) and more ubiquitous E proteins (e.g. E12/E47 and HEB). Several bHLH members have been described as important for HSC functions, however this question is still highly debated in the field due to functional redundancies. How different bHLHs from a same subclass can uniquely affect long term HSC functions is still an open question. The work presented in this thesis aimed to address the question how three bHLH transcription factors specifically Scl/Tal1, E2a/Tcf3 and Heb/Tcf12 control HSC functions after an important proliferative stress to eventually re-establish steady state conditions typified by quiescence in adult HSCs. . To this end, we used three converging approaches, at the cellular level, by imposing a proliferative stress on HSCs, a genetic approach, by deleting genes of interest and genome-wide transcriptomics. More precisely, HSC resistance to proliferative stress has been evaluated under two extreme conditions; i.e. by consecutive treatments with the chemotherapeutic drug 5-fluorouracil (5-FU), mimicking a clinical situation in cancer chemotherapy, and by serial transplantation assays with limited cell numbers. Moreover, to test if a genetic network regulates HSCs functions, we also used three mouse models, i.e. Scl+/-, E2a+/- et Heb+/-. Using these tools, we showed that HSC adaptation to proliferative stress and return to steady state is strictly regulated by Scl expression levels that restricts ribosomal gene expression. Moreover, despite some degree of redundancy within this network, Heb expression levels restrain the excessive proliferation of HSC upon stress conditions by inducing senescence, a function that cannot be compensated for by E2a. To conclude, our results show that HSCs can tolerate both proliferative stress and unrepaired DNA damages without affecting their primary function to replenish the hematopoietic system. This is especially true if their metabolism can come back to basal levels. However, with increased numbers of cell divisions, HSC will sooner or later reach their expansion limit and enter senescence.