L'expression des gènes est finement régulée dans la cellule et soumise à de multiples contrôles-qualité. Cette régulation intervient à différents niveaux, de façon à garantir une synthèse efficace des produits fonctionnels de l'expression génique, et pour assurer une adaptation à un changement environnemental. Notamment, les régulations transcriptionnelles sont cruciales pour contrôler la cinétique et le niveau d'expression des gènes. La transcription pervasive est une transcription généralisée non-codante et instable qui fut révélée chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Bien que son potentiel régulateur ait été démontré de façon ponctuelle, la question de sa fonctionnalité globale restait ouverte. Lors de ma thèse, j'ai pu montrer l'existence de phénomènes multiples d'interférence transcriptionnelle liés à la transcription pervasive, pour co-réguler un ensemble de gènes entre la phase exponentielle et la quiescence. En effet, la transcription non-codante en antisens des gènes concernés conduit à leur répression, dans des conditions où ils ne doivent pas être exprimés. Le mécanisme de répression fait intervenir des modifications de la chromatine. La levure bourgeonnante, dépourvue de la machinerie d'ARN interférence, présente donc un système fin de régulation de l'expression génique utilisant la transcription pervasive. / In the cell, gene expression is finely tuned and is submitted to different quality-controls. Gene are regulated at different expression levels in order to guarantee a proper synthesis of functional products, and to ensure an optimal adaptation to environmental changes. In particular, transcriptional regulations are critical for gene expression level and kinetics.Pervasive transcription, defined as a generalized non-coding and unstable transcription, was discovered in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Although its regulatory potential was punctually shown, the question of its global functionality still remained. During my PhD, I could show the existence of numerous transcriptional interference mechanisms involved in the co-regulation of a group of genes between exponential phase and quiescence. Indeed, non-coding transcription in antisense to genes promoter leads to its repression in conditions where they have to be switched off. The repression mechanism is allowed by chromatin modifications.Hence, budding yeast that lacks RNA interference machinery has developed a fine regulation system using pervasive transcription.

Bien que très proches dans leur organisation génomique, le rétrovirus HTLV-1 est impliqué dans le développement de la leucémie à cellule T de l’adulte (ATL) alors que l’infection par HTLV-2 n’a jamais été associée à des désordres hématologiques malins. La transformation des cellules infectées par HTLV-1 a longtemps été attribuée uniquement à la protéine virale transactivatrice Tax (Tax-1). Cependant, son expression est très faible dans les cellules ATL. La protéine HBZ a été découverte en 2002. Elle est traduite à partir d'un ARNm transcrit à partir du LTR 3' d'HTLV-1 et est exprimée par les cellules infectées issues de tous les patients HTLV-1 quel que soit leur statut clinique. HBZ participe au maintien du phénotype tumoral en stimulant la prolifération des cellules leucémiques et intervient dans l'échappement du virus au système immunitaire. Des analyses in silico nous avaient permis de détecter un cadre ouvert de lecture sur le brin complémentaire de l’ARN génomique d’HTLV-2. Mon travail de thèse a consisté à amplifier et caractériser d’une part le transcrit APH-2 et d’autre part la protéine qui en est issue. Nous avons démontré dans un premier temps que la transcription d’APH-2 était initié dans le LTR 3’ et que le transcrit APH-2 était épissé et poly-adénylé. Nous avons ensuite mis en évidence l’expression d’APH-2 dans les lignées infectées par HTLV-2, ainsi que dans des cultures de lymphocytes issus de deux porteurs sains africains. La mise au point d’une technique quantitative de RT-PCR nous a permis de détecter APH-2 ex vivo chez 94% des individus d’une série de 51 porteurs sains américains. Nous avons aussi montré que l'expression de cet ARNm était proportionnelle à la charge provirale. APH-2 code une protéine de 183 acides aminés dont nous avons mis en évidence l’expression dans la lignée MO. Mes travaux ont aussi permis de démontrer le rôle inhibiteur d’APH-2 sur la transcription virale malgré l’absence d’un domaine bZip classique, ainsi que son interaction avec le facteur de transcription CREB. Par immunofluorescence, nous avons établi la localisation nucléaire d’APH-2. La protéine semble associée aux corps PML grâce à une région de six arginines comprise entre les résidus 78 et 92. Cependant, contrairement à HBZ, nous n’avons pas observé d’interactions entre APH-2 et les facteurs cJun, JunD ou le cofacteur de transcription CBP/p300. De plus nous avons observé qu’APH-2 était incapable d’induire la prolifération des lymphocytes in vitro alors qu’une lymphocytose est souvent observée chez les porteurs d’HTLV-2. Grâce à une approche comparative, mes travaux ont ainsi permis d’apporter des éléments nouveaux dans la compréhension de la différence de pathogénicité qu’il existe entre HTLV-1 et HTLV-2. / Although they are very similar in their genomic organization, the HTLV-1 retrovirus is involved in the development of adult T cell leukaemia (ATL) while HTLV-2 has not been associated to any malignant haematological disorders. The tumoral transformation of infected cells was widely associated to the viral transactivactor protein Tax (Tax-1), which modulates many cellular functions. However, its expression is slightly in ATL cells. In 2002, the HBZ protein was discovered, encoded from the 3’ LTR by the complementary strand of HTLV-1 and expressed by all HTLV-1 infected people. HBZ participates in the maintenance of the tumoral phenotype by stimulating leukemic cells proliferation and is involved in the immune system escape. We recently detected a coding region by an in silico analysis in the complementary strand of HTLV-2. My work consisted in the characterization of the APH-2 transcript, and in a second part, of the associated protein. At first, we characterized the APH-2 transcription initiation in the 3’LTR and that transcript was spliced and poly-adenylated and demonstrated that the APH-2 expression in all HTLV-2 cell lines and in short cultured lymphocytes from African healthy carriers. We used a quantitative RT-PCR on uncultured cells from 51 American HTLV-2 healthy carriers and we we detected APH-2 expression in 94% of them. We then showed that APH-2 RNA expression is correlated to the HTLV-2 proviral load. The APH-2 transcript encoded a 183 amino acid protein that was shown to be expressed in the HTLV-2 infected Mo cell line. Our work demonstrated the inhibitory functions of APH-2 in the viral transcription and its interaction with the transcriptional cofactor CREB despite the lack of a bZip domain. By an immunofluorescence approach we established the nuclear localisation of APH-2, which is in particular in the PML nuclear bodies. We demonstrated that six arginines in the 78-92 amino acids region is involved in this PML colocalization. Contrary to HBZ, we didn’t observe any interaction with between APH-2 and cJun or JunD factors nor with the transcriptional cofactor CBP/p300. Furthermore we showed that APH-2 is not involved in lymphocyte proliferation in vitro although a lymphocytosis is often observed in HTLV-2 carriers. According to this comparative approach, my work allowed us to better understand the difference of pathogenicity existing between HTLV-1 and HTLV-2.

Le premier membre de la famille des rétrovirus humains HTLV (Virus T-lymphotropique Humain), HTLV-1, a été découvert en 1980 et l’on estime aujourd’hui à plus de 10 millions le nombre d’individus infectés à travers le monde. Après une période de latence d’environ 40 ans, 5% des individus infectés développent des leucémies, des lymphomes adultes de lymphocytes T (ATLL) ou encore une myélopathie associée à HTLV-1/ paraparésie spastique tropicale (HAM/TSP). L’apparition de la maladie serait en grande partie orchestrée par deux protéines virales, soit Tax et HTLV-1 bZIP factor (HBZ). L’expression du génome viral se fait à partir d’un transcrit sens de pleine longueur suite à un épissage alternatif, à l’exception du gène HBZ. HBZ est produite à partir d’un transcrit antisens initié dans la séquence terminale longue répétée (LTR)’3. Elle a été décrite comme étant capable de réguler négativement la transcription virale dépendante de Tax en se dimérisant avec des facteurs de transcription cellulaires tels que CREB-2 et certains membres de la famille Jun. HBZ a aussi un pouvoir prolifératif et bien que nous ne sachions toujours pas le mécanisme moléculaire menant à l’oncogenèse par HBZ, nous savons qu’elle module une multitude de voies de transduction de signaux, dont AP-1. Nous avons récemment mis en évidence un transcrit antisens nommé Antisense Protein of HTLV-2 (APH-2) chez HTLV-2 qui n’est associé qu’à une myélopathie apparentée au HAM/TSP. Ce n’est qu’en 2005 que HTLV-3 et HTLV-4 se sont rajoutés au groupe HTLV. Cependant, aucune corrélation avec le développement d’une quelconque maladie n’a été montrée jusqu’à ce jour. Le premier volet de ce projet de doctorat avait pour objectif de détecter et caractériser les transcrits antisens produits par HTLV-3 et HTLV-4 et d’étudier les protéines traduites à partir de ces transcrits pour ainsi évaluer leurs similitudes et/ou différences avec HBZ et APH-2. Nos études de localisation cellulaire réalisées par microscopie confocale ont montré que APH-3 et APH-4 sont des protéines nucléaires, se retrouvant sous la forme de granules et, dans le cas d’APH-3, partiellement cytoplasmique. Ces granules co-localisent en partie avec HBZ. Les analyses à l’aide d’un gène rapporteur luciférase contenant le LTR 5’ de HTLV-1 ont montré que APH-3 et APH-4 peuvent aussi inhiber la transactivation du LTR 5’ par Tax. Aussi, des études faisant appel au gène rapporteur précédé d’un promoteur de collagénase (site AP-1), ont montré que ces deux protéines, contrairement à HBZ, activent la transcription dépendante de tous les membres des facteurs de transcription de la famille Jun. De plus, les mutants ont montré que le motif fermeture éclair (LZ) atypique de ces protéines est impliqué dans cette régulation. En effet, APH-3 et APH-4 modulent la voie Jun-dépendante en se dimérisant via leur LZ atypique avec la famille Jun et semblent activer la voie par un mécanisme ne faisant pas par d’un domaine activateur autonome. Dans un deuxième volet, nous avions comme objectif d’approfondir nos connaissances sur la localisation nucléolaire de HBZ. Lors de nos analyses, nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction, B23 et la nucléoline, qui semblent être associés à sa localisation nucléolaire. En effet, ces interactions sont plus fortes suivant une délétion des domaines AD et bZIP de HBZ qui dans ce cas est localisée strictement au nucléole. De plus, bien que APH-3 et APH-4 puissent se localiser aux nucléoles, HBZ est la seule protéine traduite à partir d’un transcrit antisens pouvant interagir avec B23. Finalement, ces travaux ont clairement mis en évidence que HTLV-3 et HTLV-4 permettent la production de transcrits antisens comme chez d’autres rétrovirus. Les protéines traduites à partir de ces transcrits antisens jouent d’importants rôles dans la réplication rétrovirale mais semblent avoir des fonctions différentes de celles de HBZ au niveau de la régulation de la transcription de la voie Jun. HBZ semble aussi jouer un rôle unique dans le nucléole en ciblant les protéines nucléolaires de la cellule. Ces études démontrent que les protéines produites à partir de transcrits antisens chez les rétrovirus HTLV partagent plusieurs ressemblances, mais démontrent aussi des différences. Ainsi, les APH pourraient, en tant qu’outil comparatif, aider à mieux cibler les mécanismes moléculaires importants utilisés par HBZ pour induire la pathogénèse associée à une infection par HTLV. / The first human T-cell lymphotropic virus (HTLV) family member was discovered in 1980 and it is estimated that approximately 10 million people are infected with HTLV-1 worldwide. After about 40 years, 5% of infected individuals will develop an adult T-cell leukemia/lymphoma (ATLL) while another 4% will develop HTLV-1-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP). It is believed that two viral proteins, Tax and HBZ, together orchestrate the oncogenic process. The viral proteins are expressed from an alternatively spliced sense transcript except for the HBZ gene. HBZ is translated from an antisense transcript initiated in the long terminal repeat (LTR)’3. This viral protein is capable of inhibiting Tax transactivation of the LTR5’ by dimerizing with cellular transcription factors such as CREB-2 and c-Jun. HBZ also has proliferating capacities and while the molecular mechanisms leading to the disease still need to be elucidated, it is well known that HBZ can modulate a multitude of signal transduction pathways like AP-1. We have recently discovered an antisense transcript termed Antisense Protein of HTLV-2 (APH-2) produced in HTLV-2. HTLV-2 is only associated to myelopathies resembling HAM/TSP. HTLV-3 and HTLV-4 were discovered in 2005 and have not been associated with any type of disease thus far. The first goal of this PhD project was hence to detect and characterize the antisense transcripts produced in HTLV-3 and HTLV-4, to study the functions of these translated proteins and to evaluate their similarities and/or differences shared with HBZ and APH-2. Our localization studies using confocal microscopy demonstrated that APH-3 and APH-4 are found in the nucleus as speckles, and for APH-3, also partially cytoplasmic. These two proteins can also partially colocalize with HBZ. Using a luciferase reporter plasmid bearing the HTLV-1 LTR5’, we demonstrated that APH-3 and APH-4 could inhibit Tax transactivation of the LTR5’. We also used a luciferase reporter plasmid bearing the collagenase promoter, which bears an AP-1 site, and demonstrated that both viral proteins could activate transcription in the presence of any of the Jun family of transcription factors. We generated several mutants and the atypical leucine zipper (LZ) found in APH-3 and APH-4 is crucial for this regulation. In fact, APH-3 and APH-4 using their atypical LZ dimerize with Jun family members and activate this pathway using a mechanism other than an autonomous activation domain. Our next goal was to investigate the significance of the HBZ nucleolar localization. During this project, we identified two new interacting partners, B23 and nucleolin, which seem to be associated with its nucleolar localization. In fact, these interactions are stronger when HBZ is deleted of its AD and bZIP domains and hence when HBZ demonstrates a stronger nucleolar distribution. Moreover, while APH-3 and APH-4 are also found in the nucleolus, HBZ is the only antisense protein able to interact with B23. Finally, this work clearly demonstrates that HTLV-3 and HTLV-4 can produce an antisense transcript alike other retroviruses. The encoded proteins play an important role in retroviral replication and seem to regulate Jun-dependant transcription differently than HBZ. HBZ also seems to have a unique role in the nucleoli by targeting specific cellular nucleolar proteins. Similarities but also differences are shared between the antisense proteins. Thus, the APH proteins represent a good comparative tool in order to better understand the molecular mechanisms involved in HTLV induced diseases.

Le génome des rétrovirus existe sous deux formes différentes : sous forme d'ARN simple brin, qui est traduit ou encapsidé, ou sous forme d'ADN double brin intégré dans le génome de la cellule hôte infectée. Cette dernière forme, l'ADN proviral, est indispensable à la production de tous les ARNm viraux nécessaires à la synthèse des protéines virales, qui en retour agissent sur la région promotrice située au niveau du LTR 5'. Cependant, l'ADN proviral possède un second LTR à son extrémité 3', capable de réguler une transcription antisens, orientée dans la direction opposée à celle contrôlée par le LTR 5'. L'ADN proviral a donc deux brins codants, ce qui offre au virus un plus grand potentiel de synthèse protéique. Dans le cas du Virus de l'immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1), la transcription antisens permet la production d'une protéine, appelée ASP (Antisense Protein). Dans ce manuscrit, nous démontrons que cette activité transcriptionnelle antisens s'exprime préférentiellement dans les cellules d'origine monocytaire, en particulier les cellules dendritiques ; une localisation membranaire de la protéine ASP a par ailleurs été mise en évidence dans ce type cellulaire. Nos résultats suggèrent également que la transcription antisens du VIH-1 est indépendante de la protéine Tat, et que par ailleurs les deux types de transcriptions ne sont pas exprimés simultanément au sein d'une même cellule. En outre, nos données soulignent que la séquence codante de la protéine ASP est très fortement conservée parmi les différents isolats viraux. Sur la base de l'ensemble de ces résultats, notre hypothèse est que la protéine ASP du VIH-1 possède des fonctions cruciales dans le cycle réplicatif des rétrovirus, indépendantes de la production virale. / Genome of retroviruses exists in two different forms: as single-stranded RNA that is translated or packaged, or as double-stranded DNA integrated into the genome of the infected host cell. The latter form, the proviral DNA, is essential for the production of all viral mRNAs required for the synthesis of viral proteins, which in turn act on the promoter region located at the 5 '-LTR. However, the proviral DNA has a second LTR at its 3 '-end, capable of regulating antisense transcription oriented in the opposite direction to that controlled by the 5'-LTR. The proviral DNA has then two coding strands, which gives the virus a greater potential for protein synthesis. In the case of the Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1), antisense transcription allows the production of a protein called ASP (Antisense Protein). In this manuscript, we demonstrate that this antisense transcriptional activity is preferentially expressed in cells of the monocyte lineage, in particular dendritic cells; a membrane localization of the ASP protein was also observed in this cell type. Our results also suggest that the antisense transcription of HIV-1 is Tat-independent, and what's more that the two types of transcription are not expressed simultaneously within the same cell. In addition, our data highlight that the ASP protein coding sequence is highly conserved among different viral isolates. Based on these results, our hypothesis is that the ASP protein of HIV-1 has critical functions in the replicative cycle of retroviruses, distinct from viral production.

Les rétrotransposons sont des éléments génétiques mobiles qui constituent presque la moitié de notre génome. Seule la sous-famille L1HS appartenant à la classe des Long Interspersed Element-1(LINE-1 ou L1) a gardé une capacité de mobilité autonome chez l’Homme. Leur mobilisation dans la lignée germinale, mais Aussi dans certains tissus somatiques, contribue à la diversité du génome humain ainsi qu’à certaines maladies comme le cancer. Ainsi, de nouvelles copies de L1 peuvent directement s'intégrer dans des séquences codantes ou régulatrices, et altérer leur fonction. De plus, les séquences L1 contiennent elles-mêmes plusieurs éléments cis-régulateurs et leur insertion à proximité ou dans un gène peut produire des altérations génétiques plus subtiles. Afin d'explorer l'ensemble de ces altérations à l'échelle du génome, nous avons développé un logiciel dédié à l’analyse des données de séquençage d'ARN qui permet d'identifier des transcrits chimériques ou antisens impliquant les L1 et d'annoter ces isoformes en fonction des différents événements d’épissage alternatif subits. Au cours de ce travail, il est apparu que la compréhension du lien entre polymorphisme des insertions et phénotype nécessite une vue complète des différentes copies L1HS présentes chez un individu donné. Afin de disposer d'un catalogue aussi complet que possible de ces polymorphismes identifiés dans des échantillons humains sains ou pathologiques et publiés dans des journaux scientifiques, nous avons développé euL1db, la base de données des insertions de rétrotransposon L1HS chez l’Homme. En conclusion, ce travail aidera à comprendre l’impact des L1 sur l’expression des gènes, à l'échelle du génome. / Retrotransposons are mobile genetics elements, which form almost half of our genome. Only the L1HS subfamily of the Long Interspersed Element-1 class (LINE-1 or L1) has retained the ability to jump autonomously in humans. Their mobilization in the germline – but also in some somatic tissues – contributes to human genetic diversity and to diseases, such as cancer. L1 reactivation can be directly mutagenic by disrupting genes or regulatory sequences. In addition, L1 sequences themselves contain many regulatory cis-elements. Thus, L1 insertions near a gene or within intronic sequences can also produce more subtle genic alterations. To explore L1-mediated genic alterations in a genome-wide manner, we have developed a dedicated RNA-seq analysis software able to identify L1 chimeric or antisense transcripts and to annotate these novel isoforms with their associated alternative splicing events. During the course of this work, it appeared that understanding the link between L1HS insertion polymorphisms and phenotype or disease requires a comprehensive view of the different L1HS copies present in a given individual or sample. To provide a comprehensive summary of L1HS insertion polymorphisms identified in healthy or pathological human samples and published in peer-reviewed journals, we developed euL1db, the European database of L1HS retrotransposon insertions in humans. This work will help understanding the overall impact of L1 insertions on gene expression, at a genome-wide scale.