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.

ADN subit une série de transformations structurelles complexes au cours de la division cellulaire, ce qui entraîne dans son compactage chromosomes mitotiques par un processus appelé la condensation des chromosomes. Le complexe de condensine pentamérique est fortement impliqué comme un effecteur majeur de ce phénomène. Il s'agit d'un complexe protéine de sous-unités multiples avec deux sous-unités catalytiques [SMC- Structural Maintenance of Chromosomes] et de trois sous-unités de régulation, hautement conservés de la levure à l'homme. Le complexe de condensine dans Saccharomyces cerevisiae est constitué de deux sous-unités de SMC [Smc2 et Smc4] et trois protéines non réglementaires [Brn1, Ycs4, Ycg1]. Malgré son importance, le mécanisme d'action de condensine reste largement inconnu. Par conséquent, l'objectif de cette recherche est de comprendre le mécanisme d'action de condensine et comment elle est affectée par l'interaction entre ses sous-unités réglementaires et non-réglementaires. Cette thèse identifie quatre morphologies dépendants du cycle cellulaire distincts du locus d'ADNr. Cette transformation du phénotype ADNr de G1 à la mitose dépend condensine. Afin de déterminer le rôle de l'interaction entre les sous-unités catalytiques et réglementaires de condensine dans la régulation du complexe condensine, nous avons identifié six résidus positifs sur l'extrémité C-terminale de BRN1 qui affectent la formation du complexe condensine, l'activité de la condensation et l'interaction avec tubuline, ce qui suggère que ces résidus ont un rôle dans la régulation de condensine. Ensemble, nos résultats suggèrent un modèle de règlement du condensine par l'interaction entre les sous-unités de condensine. / DNA undergoes a series of complex structural transformations during cell division, resulting in its compaction into intact mitotic chromosomes called chromosome condensation. The pentameric condensin complex has been strongly implicated as a major effector of this phenomenon. It is a multi-subunit protein complex with two catalytic “Structural maintenance of chromosome” [SMC] subunits and three regulatory subunits, highly conserved from yeast to humans. The condensin complex in Saccharomyces cerevisiae is made up of two SMC subunits [Smc2 and Smc4] and three regulatory non-SMC proteins [Brn1, Ycs4, Ycg1]. Despite its importance, the mechanism of action of condensin remains largely unknown. Hence, the objective of this research is to understand the mechanism of action of condensin and how it is affected by interaction between its regulatory and non-regulatory sub-units. This thesis identifies four distinct cell cycle dependent morphologies of the rDNA locus. The transformation of the rDNA phenotype from G1 to mitosis is condensin dependent. In order to determine the role of the interaction between the catalytic and regulatory subunits of condensin in the regulation of the condensin complex, we have identified six positive residues on the C-terminus of Brn1 which affect complex formation, condensation activity and interaction with tubulin, suggesting that these residues have a role in condensin regulation. Together, our results suggest a model for condensin regulation by interaction between condensin subunits.

Le complexe condensine est le moteur de la condensation mitotique des chromosomes, un processus essentiel à la stabilité du génome au cours de la division cellulaire. De nombreuses données publiées indiquent qu’il existe des liens fonctionnels étroits entre le processus de transcription des gènes et le processus d’organisation des chromosomes par condensine. Ces données sont toutefois souvent contradictoires et aucun modèle ne fait actuellement consensus pour expliquer les liens entre transcription et condensine. Au cours de cette thèse, nous avons montré chez la levure Schizosaccharomyces pombe qu’en l’absence de l’hélicase à ADN/ARN Sen1, condensine s’accumule spécifiquement à proximité des gènes transcrits par l’ARN Polymérase III. Nous avons utilisé ces observations pour mieux comprendre les liens entre transcription par l’ARN polymérase III et le positionnement de condensine. Nos données montrent que Sen1 est un cofacteur de l’ARN Polymérase III impliqué dans la terminaison de la transcription. Ce résultat est important car il démontre que les modèles existants qui affirment que l’ARN polymérase III termine de transcrire de façon autonome sont erronés. Nous avons ensuite démontré que les défauts de terminaison de l’ARN polymérase III observés en l’absence de Sen1 suffisent entièrement à expliquer l’accumulation de condensine en ces sites. Cette observation importante démontre que le contrôle de qualité de la transcription est directement impliqué dans le positionnement de condensine sur les chromosomes en mitose. Nos résultats nous permettent de proposer qu’au-delà d’un certain seuil, la densité en ARN polymérases est un obstacle à la translocation de condensine sur les chromosomes. / The condensin complex is a key driver of chromosome condensation in mitosis. The condensin-dependent assembly of highly compacted chromosomes is essential for the faithful transmission of the genome during cell division. Many independent studies have established that gene transcription impacts the association of condensin with chromosomes, but the molecular mechanisms involved are still unclear. This is especially true as a number of sometimes contradictory mechanisms have been proposed so far. Here, we show in Schizosaccharomyces pombe that condensin accumulates specifically in the vicinity of a subset of RNA polymerase III-transcribed genes in the absence of the conserved DNA/RNA helicase Sen1. We demonstrate that Sen1 is a cofactor of RNA polymerase III (RNAPIII) required for efficient transcription termination. These results are important because they fundamentally challenge the pre-existing view that RNAPIII terminates transcription autonomously. Strikingly, we show that the RNAPIII transcription termination defects are directly responsible for the accumulation of condensin in the absence of Sen1. This indicates that the quality control of transcription impacts the distribution of condensin on mitotic chromosomes. We propose that above a certain density threshold, the accumulation of RNAPIII constitutes a barrier for the translocation of condensin on chromosomes.

Les télomères garantissent la stabilité des extrémités chromosomiques. Une défaillance de protection entraine l’apparition de chromosomes dicentriques (c-à-d. possédant deux centromères) instables en mitose. La présence de chromosomes dicentriques est donc une source de mutagénèse et une menace pour la viabilité des cellules. Chez Saccharomyces cerevisiae, les dicentriques issus d’une fusion de télomères cassent préférentiellement à la fusion. Ce processus inexpliqué permet la régénération d’un caryotype normal et protège les chromosomes des conséquences néfastes d’une fusion accidentelle de leurs extrémités. Ce manuscrit explore les mécanismes moléculaires de cette voie de secours. La haute affinité de Rap1, pour ses sites consensus en tandem ou pour des séquences télomériques est suffisantes pour former un point chaud de cassure des chromosomes dicentriques. Une protéine hétérologue ayant aussi une haute affinité fixation pour sa séquence mime la présence de fusions de télomères, montrant que la forte affinité d’une protéine pour ses sites en tandem suffit à créer un point chaud. En l’absence de séquence télomérique interne, les chromosomes dicentriques cassent plutôt aux régions péricentromériques. Ces positions de cassure dépendent d’une force générée par les Condensines capable de relocaliser rapidement les centromères des chromosomes dicentriques au site de cytodiérèse avant leur cassure. De plus, le repliement des chromosomes dicentriques dépendant des Condensines est également nécessaire à une cassure préférentielle aux séquences fixant Rap1. En anaphase, ces séquences forment aussi un isolateur capable de séparer deux domaines chromosomiques. Ainsi, les télomères fusionnés sont secourus par un mécanisme qui favorise une capture des fusions et des régions péricentromériques par le septum dépendant de la conformation des chromosomes dirigées par les Condensines et par Rap1, Ces résultats suggèrent que les séquences télomériques fixant Rap1 bloquent l’extrusion de boucles par Condensine. De plus ce travail propose un nouvel outil pour l’étude de la condensation in vivo. Il montre également que la cassure des chromosomes dicentriques survient pendant la septation et que cytodiérèse n’est pas ralentie par la présence d’un pont de chromatine. / Telomeres ensure chromosome end stability. Failure to do so would lead to chromosome end fusions and the formation dicentric chromosomes (i.e. chromosomes with two centromeres) that are unstable in mitosis. Dicentrics are a threat to cell viability and a source of extensive mutagenesis. In Saccharomyces cerevisiae, dicentrics formed by telomere fusion preferentially break at the fusion. This unexplained process allows the recovery of a normal karyotype and protects the genome from the detrimental consequences of accidental telomere fusions. Here, I address the molecular basis of this rescue pathway. Simple tandem arrays tightly bound by the telomere factor Rap1 or a heterologous high-affinity DNA binding factor are sufficient to establish breakage hotspots, mimicking telomere fusions within dicentrics. I also adress the mechanism allowing breakage at pericentromeric regions when dicentric do not bear telomeric sequences. During anaphase, Condensins generate forces sufficient to rapidly relocalize the centromeres to the bud neck and refold dicentrics prior their breakage by cytokinesis. This relocalisation is essential for breakage at pericentromeres. Moreover Condensin-dependent refolding is essential to the preferential breakage at telomere fusions, more generally at Rap1-bound arrays and which delimit insulated chromosomal domains. Thus, the rescue of fused telomeres results from a Condensin- and Rap1-driven chromosome conformation that favours fusion entrapment where the septum closes. These results suggest that Rap1-bound telomere sequences stall loop-extrusion by Condensins. In addition, this work provides a new and direct way to monitor Condensin activity on chromatin in live cells. It also shows that dicentric chromosomes are broken during septation and that cytokinesis is not delayed by chromatin bridges.

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Condensine est un complexe protéique organisateur du génome qui conduit l’assemblage des chromosomes et promeut leur transmission fidèle en anaphase. De nombreuses études ont rapporté des changements dans les niveaux des ARNs cellulaires quand Condensine est défaillante, suggérant un rôle pour Condensine dans la régulation de l’expression génique. Cependant, les mécanismes sous-jacents sont demeurés énigmatiques, et l’on ignore dans quelle mesure le rôle joué par Condensine dans l’expression génique est lié ou non à sa fonction dans l’organisation des chromosomes. Lors de ma thèse, j’ai étudié l’activité de Condensine dans la régulation de l’expression génique en utilisant la levure S. pombe comme organisme modèle. Contrairement à l’idée communément admise, mes résultats montrent que Condensine ne joue aucun rôle direct dans le maintien du transcriptome, ni en interphase, ni en mitose chez cette levure. En accord avec les études précédentes, j’observe des changements de niveau et de qualité des ARNs dans les cellules mutantes pour Condensine au sortir de la mitose ; des ARNs non codants et des ARNs aberrants, étendus en 3’, s’accumulent. En revanche, je démontre que ces changements sont la conséquence de défauts de transmission des chromosomes en anaphase. L’inactivation de Condensine cause la non-disjonction de l’ADN ribosomique et du nucléole, entrainant une déplétion de l’ARN-exosome des cellules filles, lesquelles accumulent alors des ARNs normalement dégradés par l’ARN-exosome. De façon cruciale, je montre qu’empêcher les anomalies de migration des chromosomes restaure une expression normale des gènes malgré l’inactivation de Condensine, démontrant que c’est l’instabilité chromosomique qui est source des changements d’expression génique observés quand Condensine est défaillante, et non le complexe Condensine en tant que tel. Ce travail remet en question le concept de régulation de l’expression génique par les complexes Condensine et appelle à la prudence lorsque l’on cherche à étudier les fonctions de ces complexes en dehors de la condensation de la chromatine en mitose. / Condensin is a genome organiser that shape chromosomes and promote their accurate transmission in anaphase. Several studies have related changes in RNA level when Condensin is defective, suggesting that the complex has also a role in gene expression. However, the mechanisms have remained enigmatic and we still don’t know to what extent it is related to its role in chromosome organization. During my thesis, I studied the role played by Condensin in the regulation of gene expression using S. pombe as a model system. In contrast to previous studies, my results provide compelling evidence that Condensin plays no direct role in the maintenance of the transcriptome, neither during interphase nor during mitosis in this yeast. Accordingly to previous studies, I observed changes in RNA level in cells mutated for Condensin; non coding and 3’ extended RNA accumulate. However, I showed that the changes in gene expression in post-mitotic fission yeast cells that result from Condensin inactivation are largely a consequence of chromosome missegregation during anaphase, which notably depletes the RNA-exosome from daughter cells. Crucially, preventing karyotype abnormalities in daughter cells restores a normal transcriptome despite Condensin inactivation. Thus, chromosome instability, rather than a direct role of Condensin in the transcription process, changes gene expression. This work challenges the concept of gene regulation by canonical Condensin complexes and ask for caution when studying Condensin role outside chromosome condensation in mitosis.

La condensation mitotique des chromosomes est l'un des mécanismes assurant la transmission fidèle de l'information génétique. Les complexes condensines et leur association à la chromatine sont nécessaires à cette condensation. Cependant, les mécanismes par lesquels ces complexes s'associent aux chromosomes et contribuent à leur condensation sont mal compris. L'objectif de ma thèse était d'identifier et de caractériser des facteurs de condensation encore inconnus collaborant avec le complexe condensine présent chez S. pombe. Par un crible génétique, nous avons recherché des mutants viables lorsque le complexe condensine est complètement fonctionnel mais morts lorsque ce complexe est partiellement défectif. Nous avons ainsi identifié 7 protéines jusqu'alors jamais impliquées dans la condensation mitotique. Parmi ces dernières, nous avons identifié des protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine et des facteurs de transcription comme Gcn5, une HAT très conservée, connue pour son rôle de coactivateur de la transcription ; suggérant un lien entre la condensation et la machinerie transcriptionnelle. Gcn5 s'associe à la chromatine au niveau des promoteurs des gènes où elle acétyle principalement H3K9, H3K14 et H3K18. Sa présence au niveau des promoteurs est directement corrélée avec le niveau de transcription des gènes correspondants. Bien que la majorité de la chromatine soit dé-acétylée et que la présence de Gcn5 soit réduite au niveau des chromosomes en mitose, des traces de H3K9 acétylée persistent au niveau de certains promoteurs. Nos résultats suggèrent que cette acétylation persistante pourrait être liée au recrutement du complexe condensine à la chromatine / From yeasts to human, Condensin is essential for mitotic chromosome condensation. However, how Condensin binds to chromatin and, in this context, shapes mitotic chromosome remain poorly understood. Mappings performed from yeasts to mouse have revealed that condensin is enriched near highly expressed genes along chromosome arms, suggesting that as yet identified features associated with transcription take part in condensin binding to chromatin. To identify factors that collaborate with Condensin we performed a synthetically lethal genetic screen in fission yeast. We searched for mutants that are alive when Condensin is fully functional but dead when Condensin is partly defective. We identified 7 proteins never known for their roles in the mitotic condensation, such as some chromatin remodelling and some transcription factors. All these results were consistent with a link between condensation and transcription. Among theses 7 proteins, we found Gcn5, which encodes a conserved HAT, well known for the role it plays as a transcriptional co-activator. Gcn5 binds to gene promoters where it acetylates mainly H3K9, K14 and K18, and its occupancy correlates with transcription rates. Remarkably, although the bulk of chromatin is de-acetylated and Gcn5 reduced from chromatin upon mitosis entry, traces of Gcn5 dependant H3K9 acetylated persist at condensin binding sites. Here, we provide evidence that Gcn5-mediated histone H3 K9 acetylation could assist the binding of Condensin to chromatin

Les modifications post-traductionelles des histones contribuent à l’expression génique et à la stabilité du génome. La méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4me), une marque associée aux promoteurs de gènes transcrits, est déposé par les methyltransferases hautement conservées de la famille SET1, dans le contexte du complexe COMPASS. SET-2, l’homologue de SET1 chez Caenorhabditis elegans, est responsable de la déposition de H3K4me dans la lignée germinale, et son inactivation provoque une perte progressive de la fertilité. Le but de mon travail de thèse a été d’étudier comment SET-2 et la méthylation de H3K4 contribuent au maintien de la lignée germinale. J’ai montré que l’absence de SET-2 provoque une sensibilité accrue aux dommages à l’ADN. Cependant, les voies de signalisation et de réparation de ces dommages sont fonctionnelles dans le mutant set-2. Par séquençage de l’ADN, j’ai par ailleurs montré que la stérilité progressive observée en l’absence de set-2 n’est pas due à une capacité de réparation réduite. L’ensemble de mes résultats suggère que H3K4me pourrait agir en aval de la signalisation de dommages à l’ADN, en influençant l’organisation de la chromatine aux sites des cassures double brin. J’ai d’autre part mis en évidence une nouvelle fonction pour la méthylation de H3K4 dans l’organisation de la chromatine en montrant que set-2 interagit génétiquement avec le complexe Condensine II et la Topoisomérase II, facteurs clefs de l’organisation mitotique des chromosomes. Des expériences de microscopie par FLIM-FRET ont d’ailleurs validé une fonction de H3K4 méthylée dans l’organisation de la chromatine dans la lignée germinale. Enfin, j’ai montré par analyses transcriptomiques que la protéine CFP-1 du complexe COMPASS est impliquée dans la régulation du programme transcriptionnel de la lignée germinale et que cette fonction est indépendante de SET-2. L’ensemble de mes résultats montre comment la régulation chromatinienne impacte le maintien d’une lignée germinale fonctionnelle à plusieurs niveaux. / Post-translational modifications of histones contribute to gene expression and genome stability. Methylation of lysine 4 of histone H3 (H3K4me), a mark associated with actively transcribed genes, is deposited by the highly conserved SET1 family methyltransferases acting in COMPASS related complexes. SET-2, the SET1 homologue in Caenorhabditis elegans, is responsible for the deposition of H3K4me in the germ line, and its inactivation causes progressive loss of fertility. The purpose of my PhD work was to study how SET-2 and the methylation of H3K4 contribute to the maintenance of the germ line. I have shown that the absence of SET-2 causes increased sensitivity to DNA damage. However, the DNA damage-induced signaling and repair pathways are functional in the set-2 mutant. By DNA sequencing, I have also shown that the progressive sterility observed in the absence of set-2 is not due to a reduced repair capacity. Together, my results suggest that H3K4 methylation may act downstream of DNA damage signaling, potentially by influencing the organization of chromatin at the sites of double-strand breaks. I have also described a new function for H3K4 methylation in the organization of chromatin by showing that set-2 genetically interacts with the Condensitin II complex and Topoisomerase II, key factors in mitotic chromosome organization. Moreover, FLIM-FRET microscopy experiments have validated a role for H3K4 methylation in germline chromatin organization. Finally, using transcriptomic analyses, I have described a function for CFP-1, a component of the COMPASS complex, in the regulation of the germline transcriptional program independent of SET-2. Altogether, my results show how chromatin regulation affects the maintenance of a functional germline through multiple mechanisms.