Le surenroulement de l’ADN est important pour tous les processus cellulaires qui requièrent la séparation des brins de l’ADN. Il est régulé par l’activité enzymatique des topoisomérases. La gyrase (gyrA et gyrB) utilise l’ATP pour introduire des supertours négatifs dans l’ADN, alors que la topoisomérase I (topA) et la topoisomérase IV (parC et parE) les éliminent. Les cellules déficientes pour la topoisomérase I sont viables si elles ont des mutations compensatoires dans un des gènes codant pour une sous-unité de la gyrase. Ces mutations réduisent le niveau de surenroulement négatif du chromosome et permettent la croissance bactérienne. Une de ces mutations engendre la production d'une gyrase thermosensible. L’activité de surenroulement de la gyrase en absence de la topoisomérase I cause l’accumulation d’ADN hyper-surenroulé négativement à cause de la formation de R-loops. La surproduction de la RNase HI (rnhA), une enzyme qui dégrade l’ARN des R-loops, permet de prévenir l’accumulation d’un excès de surenroulement négatif. En absence de RNase HI, des R-loops sont aussi formés et peuvent être utilisés pour déclencher la réplication de l’ADN indépendamment du système normal oriC/DnaA, un phénomène connu sous le nom de « constitutive stable DNA replication » (cSDR). Pour mieux comprendre le lien entre la formation de R-loops et l’excès de surenroulement négatif, nous avons construit un mutant conditionnel topA rnhA gyrB(Ts) avec l’expression inductible de la RNase HI à partir d’un plasmide. Nous avons trouvé que l’ADN des cellules de ce mutant était excessivement relâché au lieu d'être hypersurenroulé négativement en conditions de pénurie de RNase HI. La relaxation de l’ADN a été montrée comme étant indépendante de l'activité de la topoisomérase IV. Les cellules du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) forment de très longs filaments remplis d’ADN, montrant ainsi un défaut de ségrégation des chromosomes. La surproduction de la topoisomérase III (topB), une enzyme qui peut effectuer la décaténation de l’ADN, a corrigé les problèmes de ségrégation sans toutefois restaurer le niveau de surenroulement de l’ADN. Nous avons constaté que des extraits protéiques du mutant topA rnhA gyrB(Ts) pouvaient inhiber l’activité de surenroulement négatif de la gyrase dans des extraits d’une souche sauvage, suggérant ainsi que la pénurie de RNase HI avait déclenché une réponse cellulaire d’inhibition de cette activité de la gyrase. De plus, des expériences in vivo et in vitro ont montré qu’en absence de RNase HI, l’activité ATP-dépendante de surenroulement négatif de la gyrase était inhibée, alors que l’activité ATP-indépendante de cette enzyme demeurait intacte. Des suppresseurs extragéniques du défaut de croissance du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) qui corrigent également les problèmes de surenroulement et de ségrégation des chromosomes ont pour la plupart été cartographiés dans des gènes impliqués dans la réplication de l’ADN, le métabolisme des R-loops, ou la formation de fimbriae. La deuxième partie de ce projet avait pour but de comprendre les rôles des topoisomérases de type IA (topoisomérase I et topoisomérase III) dans la ségrégation et la stabilité du génome de Escherichia coli. Pour étudier ces rôles, nous avons utilisé des approches de génétique combinées avec la cytométrie en flux, l’analyse de type Western blot et la microscopie. Nous avons constaté que le phénotype Par- et les défauts de ségrégation des chromosomes d’un mutant gyrB(Ts) avaient été corrigés en inactivant topA, mais uniquement en présence du gène topB. En outre, nous avons démontré que la surproduction de la topoisomérase III pouvait corriger le phénotype Par- du mutant gyrB(Ts) sans toutefois corriger les défauts de croissance de ce dernier. La surproduction de topoisomérase IV, enzyme responsable de la décaténation des chromosomes chez E. coli, ne pouvait pas remplacer la topoisomérase III. Nos résultats suggèrent que les topoisomérases de type IA jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes lorsque la gyrase est inefficace. Pour étudier le rôle des topoisomérases de type IA dans la stabilité du génome, la troisième partie du projet, nous avons utilisé des approches génétiques combinées avec des tests de « spot » et la microscopie. Nous avons constaté que les cellules déficientes en topoisomérase I avaient des défauts de ségrégation de chromosomes et de croissance liés à un excès de surenroulement négatif, et que ces défauts pouvaient être corrigés en inactivant recQ, recA ou par la surproduction de la topoisomérase III. Le suppresseur extragénique oriC15::aph isolé dans la première partie du projet pouvait également corriger ces problèmes. Les cellules déficientes en topoisomérases de type IA formaient des très longs filaments remplis d’ADN d’apparence diffuse et réparti inégalement dans la cellule. Ces phénotypes pouvaient être partiellement corrigés par la surproduction de la RNase HI ou en inactivant recA, ou encore par des suppresseurs isolés dans la première partie du projet et impliques dans le cSDR (dnaT18::aph et rne59::aph). Donc, dans E. coli, les topoisomérases de type IA jouent un rôle dans la stabilité du génome en inhibant la réplication inappropriée à partir de oriC et de R-loops, et en empêchant les défauts de ségrégation liés à la recombinaison RecA-dépendante, par leur action avec RecQ. Les travaux rapportés ici révèlent que la réplication inappropriée et dérégulée est une source majeure de l’instabilité génomique. Empêcher la réplication inappropriée permet la ségrégation des chromosomes et le maintien d’un génome stable. La RNase HI et les topoisomérases de type IA jouent un rôle majeur dans la prévention de la réplication inappropriée. La RNase HI réalise cette tâche en modulant l’activité de surenroulement ATP-dependante de la gyrase, et en empêchant la réplication à partir des R-loops. Les topoisomérases de type IA assurent le maintien de la stabilité du génome en empêchant la réplication inappropriée à partir de oriC et des R-loops et en agissant avec RecQ pour résoudre des intermédiaires de recombinaison RecA-dépendants afin de permettre la ségrégation des chromosomes. / DNA supercoiling is important for all cellular processes that require strand separation and is regulated by the opposing enzymatic effects of DNA topoisomerases. Gyrase uses ATP to introduce negative supercoils while topoisomerase I (topA) and topoisomerase IV relax negative supercoils. Cells lacking topoisomerase I are only viable if they have compensatory mutations in gyrase genes that reduce the negative supercoiling level of the chromosome to allow bacterial growth. One such mutation leads to the production of a thermosensitive gyrase (gyrB(Ts)). Gyrase driven supercoiling during transcription in the absence of topoisomerase I causes the accumulation of hypernegatively supercoiled plasmid DNAs due to the formation of R-loops. Overproducing RNase HI (rnhA), an enzyme that degrades the RNA moiety of R-loops, prevents the accumulation of hypernegative supercoils. In the absence of RNase HI alone, R-loops are equally formed and can be used to prime DNA replication independently of oriC/DnaA, a phenomenon known as constitutive stable DNA replication (cSDR). To better understand the link between R-loop formation and hypernegative supercoiling, we constructed a conditional topA rnhA gyrB(Ts) mutant with RNase HI being conditionally expressed from a plasmid borne gene. We found that the DNA of topA rnhA gyrB(Ts) cells was extensively relaxed instead of being hypernegatively supercoiled following the depletion of RNase HI. Relaxation was found to be unrelated to the activity of topoisomerase IV. Cells of topA rnhA gyrB(Ts) formed long filaments full of DNA, consistent with segregation defect. Overproducing topoisomerase III (topB), an enzyme that can perform decatenation, corrected the segregation problems without restoring supercoiling. We found that extracts of topA rnhA gyrB(Ts) cells inhibited gyrase supercoiling activity of wild type cells extracts in vitro, suggesting that the depletion of RNase HI triggered a cell response that inhibited the supercoiling activity of gyrase. Gyrase supercoiling assays in vivo as well as in crude cell extracts revealed that the ATP dependent supercoiling reaction of gyrase was inhibited while the ATP independent relaxation reaction was unaffected. Genetic suppressors of a triple topA rnhA gyrB(Ts) strain that restored supercoiling and corrected the chromosome segregation defects mostly mapped to genes that affected DNA replication, R-loop metabolism and fimbriae formation. The second part of this project aimed at understanding the roles of type IA DNA topoisomerases (topoisomerase I and topoisomerase III) in chromosome segregation and genome maintenance in E. coli. To investigate the role of type IA DNA topoisomerases in chromosome segregation we employed genetic approaches combined with flow cytometry, Western blot analysis and microscopy (for the examination of cell morphology). We found that the Par- phenotypes (formation of large unsegregated nucleoid in midcell) and chromosome segregation defects of a gyrB(Ts) mutant at the nonpermissive temperature were corrected by deleting topA only in the presence of topB. Moreover, overproducing topoisomerase III was shown to correct the Par- phenotype without correcting the growth defect, but overproducing topoisomerase IV, the major cellular decatenase, failed to correct the defects. Our results suggest that type IA topoisomerases play a role in chromosome segregation when gyrase is inefficient. To investigate the role of type IA DNA topoisomerases in genome maintenance, in the third part of the project, we employed genetic approaches combined with suppressor screens, spot assays and microscopy. We found that cells lacking topoisomerase I suffered from supercoiling-dependent growth defects and chromosome segregation defects that could be corrected by deleting recQ, recA or overproducing topoisomerase III and by an oriC15::aph suppressor mutation isolated in the first part of the project. Cells lacking both type 1A topoisomerases formed very long filaments packed with diffuse and unsegregated DNA. Such phenotypes could be partially corrected by overproducing RNase HI or deleting recA, or by suppressor mutations isolated in the first part of the project, that affected cSDR (dnaT18::aph and rne59::aph). Thus, in E. coli, type IA DNA topoisomerases play a role in genome maintenance by inhibiting inappropriate replication from oriC and R-loops and by preventing RecA-dependent chromosome segregation defect through their action with RecQ. The work reported here reveals that inappropriate and unregulated replication is a major source of genome instability. Preventing such replication will ensures proper chromosome segregation leading to a stable genome. RNase HI and type IA DNA topoisomerases play a leading role in preventing unregulated replication. RNase HI achieves this role by modulating ATP dependent gyrase activity and by preventing replication from R-loops (cSDR). Type IA DNA topoisomerases ensure the maintenance of a stable genome by preventing inappropriate replication from oriC and R-loops and by acting with RecQ to prevent RecA dependent-chromosome segregation defects.

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Le surenroulement de l’ADN est important pour tous les processus cellulaires qui requièrent la séparation des brins de l’ADN. Il est régulé par l’activité enzymatique des topoisomérases. La gyrase (gyrA et gyrB) utilise l’ATP pour introduire des supertours négatifs dans l’ADN, alors que la topoisomérase I (topA) et la topoisomérase IV (parC et parE) les éliminent. Les cellules déficientes pour la topoisomérase I sont viables si elles ont des mutations compensatoires dans un des gènes codant pour une sous-unité de la gyrase. Ces mutations réduisent le niveau de surenroulement négatif du chromosome et permettent la croissance bactérienne. Une de ces mutations engendre la production d'une gyrase thermosensible. L’activité de surenroulement de la gyrase en absence de la topoisomérase I cause l’accumulation d’ADN hyper-surenroulé négativement à cause de la formation de R-loops. La surproduction de la RNase HI (rnhA), une enzyme qui dégrade l’ARN des R-loops, permet de prévenir l’accumulation d’un excès de surenroulement négatif. En absence de RNase HI, des R-loops sont aussi formés et peuvent être utilisés pour déclencher la réplication de l’ADN indépendamment du système normal oriC/DnaA, un phénomène connu sous le nom de « constitutive stable DNA replication » (cSDR). Pour mieux comprendre le lien entre la formation de R-loops et l’excès de surenroulement négatif, nous avons construit un mutant conditionnel topA rnhA gyrB(Ts) avec l’expression inductible de la RNase HI à partir d’un plasmide. Nous avons trouvé que l’ADN des cellules de ce mutant était excessivement relâché au lieu d'être hypersurenroulé négativement en conditions de pénurie de RNase HI. La relaxation de l’ADN a été montrée comme étant indépendante de l'activité de la topoisomérase IV. Les cellules du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) forment de très longs filaments remplis d’ADN, montrant ainsi un défaut de ségrégation des chromosomes. La surproduction de la topoisomérase III (topB), une enzyme qui peut effectuer la décaténation de l’ADN, a corrigé les problèmes de ségrégation sans toutefois restaurer le niveau de surenroulement de l’ADN. Nous avons constaté que des extraits protéiques du mutant topA rnhA gyrB(Ts) pouvaient inhiber l’activité de surenroulement négatif de la gyrase dans des extraits d’une souche sauvage, suggérant ainsi que la pénurie de RNase HI avait déclenché une réponse cellulaire d’inhibition de cette activité de la gyrase. De plus, des expériences in vivo et in vitro ont montré qu’en absence de RNase HI, l’activité ATP-dépendante de surenroulement négatif de la gyrase était inhibée, alors que l’activité ATP-indépendante de cette enzyme demeurait intacte. Des suppresseurs extragéniques du défaut de croissance du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) qui corrigent également les problèmes de surenroulement et de ségrégation des chromosomes ont pour la plupart été cartographiés dans des gènes impliqués dans la réplication de l’ADN, le métabolisme des R-loops, ou la formation de fimbriae. La deuxième partie de ce projet avait pour but de comprendre les rôles des topoisomérases de type IA (topoisomérase I et topoisomérase III) dans la ségrégation et la stabilité du génome de Escherichia coli. Pour étudier ces rôles, nous avons utilisé des approches de génétique combinées avec la cytométrie en flux, l’analyse de type Western blot et la microscopie. Nous avons constaté que le phénotype Par- et les défauts de ségrégation des chromosomes d’un mutant gyrB(Ts) avaient été corrigés en inactivant topA, mais uniquement en présence du gène topB. En outre, nous avons démontré que la surproduction de la topoisomérase III pouvait corriger le phénotype Par- du mutant gyrB(Ts) sans toutefois corriger les défauts de croissance de ce dernier. La surproduction de topoisomérase IV, enzyme responsable de la décaténation des chromosomes chez E. coli, ne pouvait pas remplacer la topoisomérase III. Nos résultats suggèrent que les topoisomérases de type IA jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes lorsque la gyrase est inefficace. Pour étudier le rôle des topoisomérases de type IA dans la stabilité du génome, la troisième partie du projet, nous avons utilisé des approches génétiques combinées avec des tests de « spot » et la microscopie. Nous avons constaté que les cellules déficientes en topoisomérase I avaient des défauts de ségrégation de chromosomes et de croissance liés à un excès de surenroulement négatif, et que ces défauts pouvaient être corrigés en inactivant recQ, recA ou par la surproduction de la topoisomérase III. Le suppresseur extragénique oriC15::aph isolé dans la première partie du projet pouvait également corriger ces problèmes. Les cellules déficientes en topoisomérases de type IA formaient des très longs filaments remplis d’ADN d’apparence diffuse et réparti inégalement dans la cellule. Ces phénotypes pouvaient être partiellement corrigés par la surproduction de la RNase HI ou en inactivant recA, ou encore par des suppresseurs isolés dans la première partie du projet et impliques dans le cSDR (dnaT18::aph et rne59::aph). Donc, dans E. coli, les topoisomérases de type IA jouent un rôle dans la stabilité du génome en inhibant la réplication inappropriée à partir de oriC et de R-loops, et en empêchant les défauts de ségrégation liés à la recombinaison RecA-dépendante, par leur action avec RecQ. Les travaux rapportés ici révèlent que la réplication inappropriée et dérégulée est une source majeure de l’instabilité génomique. Empêcher la réplication inappropriée permet la ségrégation des chromosomes et le maintien d’un génome stable. La RNase HI et les topoisomérases de type IA jouent un rôle majeur dans la prévention de la réplication inappropriée. La RNase HI réalise cette tâche en modulant l’activité de surenroulement ATP-dependante de la gyrase, et en empêchant la réplication à partir des R-loops. Les topoisomérases de type IA assurent le maintien de la stabilité du génome en empêchant la réplication inappropriée à partir de oriC et des R-loops et en agissant avec RecQ pour résoudre des intermédiaires de recombinaison RecA-dépendants afin de permettre la ségrégation des chromosomes. / DNA supercoiling is important for all cellular processes that require strand separation and is regulated by the opposing enzymatic effects of DNA topoisomerases. Gyrase uses ATP to introduce negative supercoils while topoisomerase I (topA) and topoisomerase IV relax negative supercoils. Cells lacking topoisomerase I are only viable if they have compensatory mutations in gyrase genes that reduce the negative supercoiling level of the chromosome to allow bacterial growth. One such mutation leads to the production of a thermosensitive gyrase (gyrB(Ts)). Gyrase driven supercoiling during transcription in the absence of topoisomerase I causes the accumulation of hypernegatively supercoiled plasmid DNAs due to the formation of R-loops. Overproducing RNase HI (rnhA), an enzyme that degrades the RNA moiety of R-loops, prevents the accumulation of hypernegative supercoils. In the absence of RNase HI alone, R-loops are equally formed and can be used to prime DNA replication independently of oriC/DnaA, a phenomenon known as constitutive stable DNA replication (cSDR). To better understand the link between R-loop formation and hypernegative supercoiling, we constructed a conditional topA rnhA gyrB(Ts) mutant with RNase HI being conditionally expressed from a plasmid borne gene. We found that the DNA of topA rnhA gyrB(Ts) cells was extensively relaxed instead of being hypernegatively supercoiled following the depletion of RNase HI. Relaxation was found to be unrelated to the activity of topoisomerase IV. Cells of topA rnhA gyrB(Ts) formed long filaments full of DNA, consistent with segregation defect. Overproducing topoisomerase III (topB), an enzyme that can perform decatenation, corrected the segregation problems without restoring supercoiling. We found that extracts of topA rnhA gyrB(Ts) cells inhibited gyrase supercoiling activity of wild type cells extracts in vitro, suggesting that the depletion of RNase HI triggered a cell response that inhibited the supercoiling activity of gyrase. Gyrase supercoiling assays in vivo as well as in crude cell extracts revealed that the ATP dependent supercoiling reaction of gyrase was inhibited while the ATP independent relaxation reaction was unaffected. Genetic suppressors of a triple topA rnhA gyrB(Ts) strain that restored supercoiling and corrected the chromosome segregation defects mostly mapped to genes that affected DNA replication, R-loop metabolism and fimbriae formation. The second part of this project aimed at understanding the roles of type IA DNA topoisomerases (topoisomerase I and topoisomerase III) in chromosome segregation and genome maintenance in E. coli. To investigate the role of type IA DNA topoisomerases in chromosome segregation we employed genetic approaches combined with flow cytometry, Western blot analysis and microscopy (for the examination of cell morphology). We found that the Par- phenotypes (formation of large unsegregated nucleoid in midcell) and chromosome segregation defects of a gyrB(Ts) mutant at the nonpermissive temperature were corrected by deleting topA only in the presence of topB. Moreover, overproducing topoisomerase III was shown to correct the Par- phenotype without correcting the growth defect, but overproducing topoisomerase IV, the major cellular decatenase, failed to correct the defects. Our results suggest that type IA topoisomerases play a role in chromosome segregation when gyrase is inefficient. To investigate the role of type IA DNA topoisomerases in genome maintenance, in the third part of the project, we employed genetic approaches combined with suppressor screens, spot assays and microscopy. We found that cells lacking topoisomerase I suffered from supercoiling-dependent growth defects and chromosome segregation defects that could be corrected by deleting recQ, recA or overproducing topoisomerase III and by an oriC15::aph suppressor mutation isolated in the first part of the project. Cells lacking both type 1A topoisomerases formed very long filaments packed with diffuse and unsegregated DNA. Such phenotypes could be partially corrected by overproducing RNase HI or deleting recA, or by suppressor mutations isolated in the first part of the project, that affected cSDR (dnaT18::aph and rne59::aph). Thus, in E. coli, type IA DNA topoisomerases play a role in genome maintenance by inhibiting inappropriate replication from oriC and R-loops and by preventing RecA-dependent chromosome segregation defect through their action with RecQ. The work reported here reveals that inappropriate and unregulated replication is a major source of genome instability. Preventing such replication will ensures proper chromosome segregation leading to a stable genome. RNase HI and type IA DNA topoisomerases play a leading role in preventing unregulated replication. RNase HI achieves this role by modulating ATP dependent gyrase activity and by preventing replication from R-loops (cSDR). Type IA DNA topoisomerases ensure the maintenance of a stable genome by preventing inappropriate replication from oriC and R-loops and by acting with RecQ to prevent RecA dependent-chromosome segregation defects.

Les Sites Fragiles Communs (SFCs) sont des points de cassures chromosomiques récurrents survenant suite à un stress réplicatif. La majorité d'entre eux ont été identifiés suite à un traitement à l'Aphidicoline (APC), un inhibiteur des ADN polymérases, ce qui explique pourquoi l'étude de leur fragilité est majoritairement basée sur des perturbations de la réplication. Parmi les facteurs impliqués dans la fragilité, ATR (Ataxia Telangiectasia and Rad3 Related), une kinase engagée dans la signalisation des fourches de réplication bloquées, et sa cible CHK1 (Checkpoint Kinase 1), induisent l'apparition de cassures aux SFCs lorsqu'ils sont déplétés dans la cellule. Cependant, ces gènes sont difficiles à étudier car leur déplétion totale est létale pour les cellules. Nous avons donc choisi de développer un modèle basé sur l'utilisation de la lignée MSI de cancer colorectal HCT116de laquelle nous avons isolé des clones haploinsuffisants pour ATR ou CHK1.Ces mutations sont naturelles et sont d'ailleurs dans les cancers MSI. Aujourd'hui, de nouvelles données montrent que la transcription semble aussi être impliquée dans l'induction de certains SFCs. Pour étudier ce mécanisme, nous nous sommes servis de cellules déficientes pour la Topoisomérase 1 (Topo1) grâce à un shARN inductible. Cette protéine est impliquée dans la gestion des interférences entre les machineries de réplication et de transcription et son inhibition est à l'origine d'une forte instabilité chromosomique.Nos études démontrent tout d'abord que l'haploinsuffisance d'ATR ou de CHK1 retrouvée dans les cancers MSI génère des défauts de réplication, des problèmes de checkpoints ainsi que des cassures ADN et en particulier au niveau des SFCs. Une déficience en Topo1 induit aussi l'apparition de problèmes de réplication et une plus grande fragilité ADN, mais elle est aussi capable d'induire des cassures au niveau de certains SFCs, connus pour être sensible à des défauts de réplication. Une étude plus approfondie du SFC le plus fréquemment induit, FRA3B, montre qu'il est sensible à la fois à des défauts dans la voie ATR/CHK1, au stress réplicatif induits par l'aphidicoline mais aussi à la déficience en Topo1. Nos travaux suggèrent que l'haploinsuffisance d'ATR et CHK1 peut favoriser la cancérogenèse à travers l'induction des SFCs et que tous les SFCs n'ont pas les mêmes mécanismes d'induction, laissant la porte ouverte pour l’identification de nouveaux SFCs. / Common Fragile Sites (CFSs) are recurrent chromosomal breakpoints occurring when cells are exposed to replicative stress. Most CFSs have been identified following Aphidicolin (APC) treatment, an inhibitor of DNA polymerase and therefore the working model to explain their fragility is indeed mainly based on perturbation of replication. Among the key actors involved in fragility, ATR (Ataxia Telangiectasia and Rad3 Related), a kinase involved in stalled replication fork signaling, and its target CHK1 (Checkpoint Kinase 1), lead to enhanced chromosome fragility when transiently depleted in cells. However, ATR and CHK1 are difficult to study since their complete depletion is lethal for the cells. We have developed a colorectal cancer HCT116 MSI model harboring ATR or CHK1 haploinsufficient mutations found in MSI cancers. Transcription also seems to be involved in the induction of SFCs. To investigate this mechanism, we created topoisomerase 1 (Topo1) deficient cells with inducible shRNA. This protein is involved in interference between replication and transcription and its inhibition is associated with high chromosomal instability. Our studies indicate that ATR or CHK1 haploinsufficiency found in MSI cancers causes replication and checkpoints defects and induces DNA break particularly at CFSs. Topo1 deficiency is responsible of replication defects and DNA fragility and it induces breaks at some CFSs already known to be sensitive to replication defects. Moreover, a precise study of the most induced CFSs, FRA3B, shows that it is sensitive to defects in ATR/CHK1 pathway, to replicative stress induced by aphidicolin but also to Topo1 deficiency. Our results suggest that ATR and CHK1 haploinsufficiency can promote carcinogenesis through the induction of CFSs. Futhermore, we suggest that all CFSs do not rely on the same induction mechanisms, letting us to postulate that new CFSs are still to be identified.

O objetivo do estudo foi avaliar a importância da expressão das proteínas topoisomerase II alfa (topo II) e HER-2 como fatores preditvos da resposta à quimioterapia neoadjuvante e prognóstico em pacientes com câncer de mama nos estádio clínico II e III. Pacientes e métodos: 99 pacientes receberam quimioterapia neoadjuvante com docetaxel (75mg /m²) e epirrubicina (50 mg/m²) em infusão endovenosa no dia 1 a cada 3 semanas após terem sido submetidas a biópsia incisional. Foi complementado tratamento sistêmico com quimioterapia adjuvante com CMF ou FEC de acordo com o estado axilar avaliada após a cirurgia definitiva e/ou hormonioterapia de acordo com a avaliacãodos receptores hormonais. Avaliamos a taxa de resposta ao tratamento neoadjuvante e a influência da topo II alfa e do HER-2 na taxa de resposta à quimioterapia neoadjuvante bem comona sobrevida livre de doença e sobrevida global. Também foram avaliadas a expressão dos receptores hormonais. Resultados: a taxa de resposta clínica objetiva foi de 80,8 % com 9,1 % de resposta patológica completa. A expressão da topo II alfa nao apresentou significância nas taxas de resposta ou na sobrevida das pacietnes e nao houve correlação entre a expressão desta proteína e de HER-2. A superexpressão da proteína HER-2 foi associada com uma redução significante nas taxas de sobrevida livre de doença e sobrevida global (p= 0,04 e p= 0,004, respectivamente). Conclusão: a expressão da topo II alfa não demonstrou, em nosso estudo, ser fator preditivo ou prognóstico nas pácientes submetidas a quimioterapia neoadjuvante com docetaxel e epirrubicina. / The objective of this study is to evaluate the importance of the expression of the proteins topoisomerase II alpha (topo II) and HER-2 as predictive factors to response to neoadjuvant chemotherapy and the prognosis of patients diagnosed with clinical stage II and stage III breast cancer. Patients and methods: 99 patients have received neoadjuvant chemotherapy with docetaxel (75mg /m²) and epirrubicine (50 mg/m²) through intravenous infusion on D1 q3 weeks, after submitted to pathologic specimen harvest. Systemic treatment was then complemented with CMF or FEC according to the status of axilla involvement after surgical staging and/or hormone therapy according tohormone receptor status. We evaluated the response rate to neoadjuvant treatment and the influence of topo II alpha and HER-2 expression on the response rate and disease free survival and overall survival. The expression of hormone receptors was also evaluated. Results: Objective clinical response was 78,8%, with 8,2% of complete pathological response.Topo II alpha expression did not correlate to response to chemotherapy or survival and there was no correlation between topo II alpha expression and HER-2 expression. Superexpression of HER-2 protein was associated to a significant reduction in disease free survival and overall survival (p=0,04 and p=0,004, respectively). Conclusion: topo II alpha expression did not demonstrate, in our study, to be a predictive nor prognostic factor to the patientssubmitted to neoadjuvant with docetaxel and epirrubicin.

O objetivo do estudo foi avaliar a importância da expressão das proteínas topoisomerase II alfa (topo II) e HER-2 como fatores preditvos da resposta à quimioterapia neoadjuvante e prognóstico em pacientes com câncer de mama nos estádio clínico II e III. Pacientes e métodos: 99 pacientes receberam quimioterapia neoadjuvante com docetaxel (75mg /m²) e epirrubicina (50 mg/m²) em infusão endovenosa no dia 1 a cada 3 semanas após terem sido submetidas a biópsia incisional. Foi complementado tratamento sistêmico com quimioterapia adjuvante com CMF ou FEC de acordo com o estado axilar avaliada após a cirurgia definitiva e/ou hormonioterapia de acordo com a avaliacãodos receptores hormonais. Avaliamos a taxa de resposta ao tratamento neoadjuvante e a influência da topo II alfa e do HER-2 na taxa de resposta à quimioterapia neoadjuvante bem comona sobrevida livre de doença e sobrevida global. Também foram avaliadas a expressão dos receptores hormonais. Resultados: a taxa de resposta clínica objetiva foi de 80,8 % com 9,1 % de resposta patológica completa. A expressão da topo II alfa nao apresentou significância nas taxas de resposta ou na sobrevida das pacietnes e nao houve correlação entre a expressão desta proteína e de HER-2. A superexpressão da proteína HER-2 foi associada com uma redução significante nas taxas de sobrevida livre de doença e sobrevida global (p= 0,04 e p= 0,004, respectivamente). Conclusão: a expressão da topo II alfa não demonstrou, em nosso estudo, ser fator preditivo ou prognóstico nas pácientes submetidas a quimioterapia neoadjuvante com docetaxel e epirrubicina. / The objective of this study is to evaluate the importance of the expression of the proteins topoisomerase II alpha (topo II) and HER-2 as predictive factors to response to neoadjuvant chemotherapy and the prognosis of patients diagnosed with clinical stage II and stage III breast cancer. Patients and methods: 99 patients have received neoadjuvant chemotherapy with docetaxel (75mg /m²) and epirrubicine (50 mg/m²) through intravenous infusion on D1 q3 weeks, after submitted to pathologic specimen harvest. Systemic treatment was then complemented with CMF or FEC according to the status of axilla involvement after surgical staging and/or hormone therapy according tohormone receptor status. We evaluated the response rate to neoadjuvant treatment and the influence of topo II alpha and HER-2 expression on the response rate and disease free survival and overall survival. The expression of hormone receptors was also evaluated. Results: Objective clinical response was 78,8%, with 8,2% of complete pathological response.Topo II alpha expression did not correlate to response to chemotherapy or survival and there was no correlation between topo II alpha expression and HER-2 expression. Superexpression of HER-2 protein was associated to a significant reduction in disease free survival and overall survival (p=0,04 and p=0,004, respectively). Conclusion: topo II alpha expression did not demonstrate, in our study, to be a predictive nor prognostic factor to the patientssubmitted to neoadjuvant with docetaxel and epirrubicin.

Protein-protein interactions (PPIs) are essential features of cellular processes including DNA replication, transcription, translation, recombination, and repair. In my study, the protein interactions of bacterial DNA topoisomerase I, an essential enzyme, were investigated. The topoisomerase I in bacteria relaxes excess negative supercoiling on DNA and maintains genomic stability. Investigating the PPI network of DNA topoisomerase I can further our understanding of the various functional roles of this enzyme. My study is focused on topoisomerase I of Escherichia coli and Mycobacterium smegmatis. Firstly, we have explored the biochemical mechanisms for an interaction between RNA Polymerase, and topoisomerase I in E. coli. Molecular docking and molecular dynamic simulations have predicted that the interactions are mediated through electrostatic, and hydrogen bonding. The predicted Lysine residues (K627, K664) of topoisomerase I that are involved in the electrostatic interactions were mutated to Alanine, and its effect on the binding efficiency with RNA polymerase was reported. In a separate study, PPI partners of topoisomerase I in mycobacteria were identified. Knowledge gained from the study can provide valuable insights into the physiological functions of a validated drug target, DNA topoisomerase I, in pathogenic mycobacteria. Co-immunoprecipitation and pull-down assays were coupled to mass spectrometry for identification of the protein partners of mycobacterial topoisomerase I. The study has identified RNA polymerase, and putative helicases (DEAD/DEAH BOX helicases) as potential protein partners of mycobacterial topoisomerase I. My results indicated that the tail region of the CTD-topoisomerase I was required for direct physical interaction with the RNAP beta’ subunit. My studies have also verified the physiological relevance of the topoisomerase I - RNA polymerase interactions for survival under antibiotic, and oxidative stress. Lastly, I report a direct physical interaction between E. coli topoisomerase I and RecA by pull-down assays. Previous studies have shown that RecA, a DNA repair protein, can stimulate the relaxation activity of E. coli topoisomerase I. Our new results showed that the stimulatory effect can be attributed to the physical interaction of topoisomerase I with RecA.

Les protéines SR, qui constituent une famille conservée de facteurs liant l'ARN, jouent un rôle majeur dans l'épissage des ARN et en particulier dans la régulation de l'épissage alternatif. Certaines protéines SR peuvent également participer à l'élongation de la transcription, l'export, la stabilité ou la traduction des ARNm. Ces différents rôles soulignent l'importance des protéines SR en tant que régulateurs clés du métabolisme des ARNm et de l'expression des gènes. Des altérations de leur quantité ou de leur activité peuvent induire des défauts développementaux ou des pathologies telles que des tumeurs. Afin de mieux comprendre les fonctions et les mécanismes de régulation des protéines SR in vivo, je me suis intéressée à la protéine SR B52 chez D. melanogaster. En réalisant un crible génétique, nous avons identifié des protéines capables de sauver les phénotypes induits par la surexpression de B52 in vivo. L'une de ces protéines est l'ADN Topoisomérase I (Topo I). La Topo I possède à la fois une activité topoisomérase impliquée dans la relaxation de l'ADN, et une activité kinase capable de phosphoryler les protéines SR. Nous avons montré que B52 est impliquée dans le recrutement de la Topo I aux sites actifs de transcription, en particulier lors de l'induction des gènes heat shock, et que ces protéines jouent un rôle dans la libération de l'ARN hsp70 de son site de transcription et dans l'extinction de sa transcription. Une autre protéine capable de sauver les phénotypes induits par la surexpression de B52 est Brain tumor, un répresseur post-transcriptionnel de l'expression de myc. Myc est un régulateur clé de la croissance chez la drosophile. Nos résultats révèlent un effet positif de B52 sur la croissance cellulaire dans certains tissus, et sur l'expression de dmyc. Nous montrons également que le niveau de B52 affecte l'épissage alternatif de plusieurs gènes impliqués dans la croissance, dont le coactivateur transcriptionnel Yorkie et le facteur d'initiation de la traduction eIF4E. Ainsi, nos travaux suggèrent que la protéine SR B52 pourrait coordonner un ensemble d'évènements d'épissage dans des voies de signalisation impliquées dans la croissance cellulaire. / SR proteins, which constitute a conserved family of RNA-binding factors, play a key role in RNA splicing and particularly in alternative splicing regulation. In addition, some SR proteins have been shown to participate in transcription elongation, mRNA export, mRNA stability and mRNA translation. These wide-ranging roles of SR proteins highlight their importance as pivotal regulators of mRNA metabolism and gene expression. Alteration of their expression level or activity can induce developmental defects or pathologies such as tumors. To better understand SR proteins functions and how they are regulated in vivo, I studied a major SR protein in Drosophila melanogaster called B52. Using a genetic screen, we identified proteins that can rescue the phenotypes induced by B52 overexpression. Among them is the DNA Topoisomerase I (Topo I). Topo I carries two enzymatic activities: a topoisomerase activity that can relax DNA supercoiling generated by transcription or replication, and a kinase activity which phosphorylates SR proteins. We showed that B52 is required for Topo I recruitment to active transcription sites, especially at the heat shock genes upon their induction, and that these proteins play a role in hsp70 mRNA release from its transcription site and in its transcription shutdown. Another protein that can rescue the phenotypes induced by B52 overexpression is Brain tumor, a post-transcriptional repressor of myc expression. Myc is a major regulator of cell growth in Drosophila. Our results reveal a positive effect of B52 on cell growth in some tissues, and on myc expression. We also show that B52 level can affect the alternative splicing of several genes involved in cell growth, especially that of the transcriptional coactivator Yorkie and the translation initiation factor eIF4E. Thus, our work suggests that the SR protein B52 could coordinate a range of splicing events in signalling pathways involved in cell growth.

Argonautes (AGOs) are present in all domains of life. Like their eukaryotic counterparts, archaeal and eubacterial AGOs adopt a similar global architecture and bind small nucleic acids. In many eukaryotes, AGOs, guided by short RNA sequences, defend cells against transposons and viruses. In the eubacterium Thermus thermophilus, the DNA-guided Argonaute TtAgo defends against transformation by DNA plasmids. We find that TtAgo also participates in DNA replication. In vivo, TtAgo binds 15–18 nt DNA guides derived from the chromosomal region where replication terminates, and TtAgo complexed to short DNA guides enhances target finding and prefers to bind targets with full complementarity. Additionally, TtAgo associates with proteins known to act in DNA replication. When gyrase, the sole T. thermophilus type II topoisomerase, is inhibited, TtAgo allows the bacterium to finish replicating its circular genome. In contrast, loss of both gyrase and TtAgo activity slows growth and produces long, segmented filaments in which the individual bacteria are linked by DNA. Furthermore, wild-type T. thermophilus outcompetes an otherwise isogenic strain lacking TtAgo. Finally, at physiologic temperature in vitro, we find TtAgo possesses highest affinity for fully complementary targets. We propose that terminus-derived guides binding in such a fashion localize TtAgo, and that the primary role of TtAgo is to help T. thermophilus disentangle the catenated circular chromosomes generated by DNA replication.

The clearance of viruses is largely dependent upon the activation of T cells to generate a robust immune response. However, host responses are suppressed during chronic viral infections. In this thesis, we explored the role of Top2α in DNA topology in individuals with chronic HBV, HCV, and HIV infections. We found that Top2α protein expression and activity were low in T cells derived from chronically virus-infected individuals compared to healthy subjects. Using CD4+ T cells treated with Top2α inhibitor or poisoner as a model, we demonstrated that Top2α inhibition disrupts the DNA topology, suppresses DNA repair kinase (ATM), and telomere protein (TRF2) expression, and induces T cell dysfunction. These findings reveal that Top2α inhibition is a mechanism by which viruses evade the host responses and establish persistent infection, and thus, restoring Top2α levels could be a way of boosting immune responses during chronic viral infections.