Des études cliniques ont montré que l'hypoxie corrèle avec un mauvais pronostic dans plusieurs types de tumeurs solides. L'hypoxie active plusieurs gènes impliqués dans l'angiogenèse qui contribue à nourrir la tumeur et, dans certains cas, déclenche le processus métastasique. MTF-1 est un facteur de transcription qui est activé par plusieurs facteurs de stress dont fait partie l'hypoxie. MTF-1 a surtout été étudié pour son activation en réponse aux métaux parce qu' il a été découvert pour son rôle essentiel dans l'activation des gènes des Métallothionéines (MT) en réponse aux ions de métaux de transition. Le modèle d'activation de MTF-1 en réponse aux métaux est le suivant: MTF-1 est une protéine à doigts de zinc qui se lie à l'ADN. MTF-1 subit ensuite des événements de phosphorylation qui lui permettent d' activer la transcription des gènes des MT. Quant à l'activation de MTF-1 en réponse à l 'hypoxie, aucun mécanisme n'est connu. Il faut donc se référer à un mécanisme connu d'activation d'un autre facteur de transcription activé par l'hypoxie, RIF-1. L' activation de RIF -1 par l 'hypoxie passe par un mécanisme de dégradation/stabilisation impliquant les hydroxylases. Nous avons d'abord confirmé -que les MT sont induites en hypoxie et que cette induction passe par MTF-1 et les séquences MRE. Nous avons montré que MTF-1 n'est pas stabilisé en hypoxie, donc que les mécanismes d'activation de MTF-1 diffèrent de ceux activant RIF -1 u. Cependant, nous avons montré que les hydroxylases sont impliquées dans l'activation de MTF-1 en hypoxie, de même que le stress oxydant. En se référant au modèlè d'activation de MTF-1 en réponse aux métaux, nous avons aussi montré que des événements de phosphorylation impliquant les kinases JNK, PI3K et PKC sont cruciaux pour l'activation de MTF-1 par l'hypoxie. Finalement, nous avons montré que MTF-1 et RIF-1α entretiennent une relation de coopération pour l'induction de leur activité transcriptionnelle en réponse à l 'hypoxie. Compte tenu des nombreux rôles tenus par MTF-1, une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant son activation permettra ultimement de développer des stratégies thérapeutiques pour lutter contre l'angiogenèse et la progression tumorale. / [MTF-1 : Facteur de transcription de la régulation par les métaux = Metal-regulatory transcription factor-1].

Les bases moléculaires de l’initiation et de la progression du cancer ovarien épithélial (COE) sont pauvrement comprises. Un élément pathogénique clé dans le cancer est l’inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs, fréquemment due à l’hyperméthylation de leur région promotrice. Dans ce contexte, nous avons utilisé une approche épigénomique pour trouver des gènes hyperméthylés dans le COE. Nous avons employé un agent déméthylant, 5-aza-dC, pour réactiver les gènes hyperméthylés dans quatre lignées cellulaires du COE (SKOV3, OVCAR3, TOV112 et TOV21). Nous avons trouvé plusieurs cibles potentielles d’hyperméthylation qui pourraient jouer un rôle fonctionnel dans la suppression tumorale, l’apoptose ou la réparation de l’ADN. Nous avons évalué leur statut de méthylation par MSP (methylation-specific PCR) et BSP (bisulfite-sequencing PCR) avec des échantillons normaux et tumoraux et deux lignées cellulaires du COE. Parmi ces cibles, le gène DOK1 a démontré une évidence de méthylation de la région promotrice des échantillons tumoraux comparativement à celle de ceux qui sont normaux. Des clones surexprimant et d’autres sous-exprimant DOK1 ont été construits et validés. Son rôle potentiel dans la prolifération cellulaire, dans la sensibilité au taxol et au cisplatin, et dans le cycle cellulaire a été évalué par des études fonctionnelles et une légère implication a été détectée dans ces fonctions. Les changements d’expressions globales reliés à l’expression de ce gène ont également été analysés par la technologie de micropuces de l’ADN. Nos données montrent que DOK1 est touché par une hyperméthylation de sa région promotrice potentielle dans les tumeurs du COE. Par contre, cette hyperméthylation ne semble pas influencer son niveau d'expression. Au contraire, son expression augmente dans le cancer ovarien. Cette augmentation serait reliée à une diminution des risques de progression du COE. Cette observation confirme le rôle potentiel de suppresseur de tumeur de DOK1 dans le COE. / The molecular basis of the epithelial ovarian cancer (EOC) initiation and progression are still poorly understood. A key pathogenic element in cancer is the inactivation of tumours suppressor genes, frequently due to the hypermethylation of their promoter sequence. In this context, we used an epigenomic approach to identify hypermethylated genes in the EOC. We used the demethylating agent, 5-aza-dC, to reactivate hypermethylated genes in four cells lines of EOC (SKOV3, OVCAR3, TOV112 and TOV21). We identified several targets genes potentially hypermethylated that could play a functional role in ovarian tumorigenesis suppression, apoptosis or DNA repair. We evaluated their methylation status by MSP (methylation-specific PCR) and BSP (bisulfite-sequencing PCR) within normal and tumoral ovarian samples and in two EOC cells lines. Among these targets, the DOK1 gene showed an evidence of methylation of the promoter region in the tumour samples compared to the normal ones. Clones over-expressing and others under-expressing DOK1 were built and validated. The potential role of this gene in cellular proliferation, sensitivity to taxol and cisplatin, and in the cell cycle was evaluated by functional studies and a little implication of the DOK1 gene was detected in these functions. The global expression changes connected to the expression of the DOK1 gene were also analyzed by the microarray genomics technology. Our data show that DOK1 is affected by hypermethylation of its potential promoter region in EOC tumors. This hypermethylation do seems not to influence its expression levels. On the contrary, its expression level increases in ovarian cancer. This increase would be connected to a reduction in the risks of progression of the COE. Moreover, this observation confirms the potential role of DOK1 as tumor suppressor in EOC.

Chez les eucaryotes, les microARN sont de courts ARN non codants régulant les gènes essentiels pour le développement et la différenciation cellulaire. Parmi les facteurs cellulaires clés de cette voie métabolique, on retrouve les RNAses de type III Drosha et Dicer, ainsi que les protéines Argonautes ALG-1 et ALG-2 chez C. elegans. Dans le but de mieux caractériser l’implication des protéines Argonautes dans la voie des microARN, nous avons utilisé deux approches différentes. Premièrement, nous avons étudié la liaison de la protéine Argonaute ALG-1 aux microARN chez C. elegans en fonction du stade développemental, et ce par analyse par micropuce des microARN associés avec ALG-1. Cette étude nous a permis de remarquer que ALG-1 lie la majorité des microARN, mais non la totalité, et ce, de façon très importante aux stades développementaux tardifs. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à l’identification d’interacteurs génétiques d’alg-2. Nous avons donc réalisé un criblage génétique basé sur la létalité synthétique avec le gène alg-2. Ainsi, lorsque le gène synthétique létal est muté simultanément avec alg-2, tel qu’observé avec alg-1, la double lésion induit la mort de l’animal. De ce criblage, nous avons isolé 11 mutants, classés en 5 groupes de complémentation. Par l’utilisation de techniques de cartographie génétique, nous avons localisé la mutation chez le candidat sla-1 sur le chromosome V, entre les positions génétiques de -12.7 et -3.65. / In eukaryotes, microRNAs are small non-coding RNAs which have the role of regulating genes essential for development and cellular differentiation. Beside the RNAse III family members (Drosha and Dicer) and the Argonaute proteins ALG-1 and ALG-2 in C. elegans, essential components of this gene regulation pathway are still not uncovered. In order to characterize the implication of Argonaute proteins ALG-1 and ALG-2 in microRNA pathway, we used two approaches. First, we studied the interaction between microRNA and ALG-1 during worm development by microarray analysis of microRNA associated to ALG-1. From this analysis, we observed that the majority, but not the totality, of microRNA are associated to ALG-1, mostly at early developmental stages. Secondly, to identify new components of microRNA pathway, we conducted a genetic screen to identify new interactors of alg-2. Our screen is based on the synthetic lethality feature of alg-2 and alg-1 genes. In absence of both genes, the animal can not survive. With this synthetic lethal screen, we want to identify new genes that work in synergy with alg-2, like alg-1, interacting in the same genetic pathway. The worms have been mutagenized and 11 mutants, classified in 5 complementation groups, have been collected. By using various mapping techniques, we localized the mutation on mutant sla-1(qbc1) on chromosome V, between the genetic positions of -12.7 and -3.65.

La plupart des mutations qui ont lieu sur la séquence protéique de FUS et qui lie la protéine à la SLA se trouvent dans le signal de localisation nucléaire (NLS), ce qui rend la protéine anormalement abondante dans le cytoplasme. Combiné à d'autres observations, il est suggéré qu'un gain de fonction toxique de FUS dans le cytoplasme serait à l'origine de la neurodégénérescence. Alors que FUS est principalement une protéine nucléaire impliquée dans les processus de transcriptions, il possède également plusieurs fonctions cytoplasmiques. FUS est impliqué dans l'activité traductionnelle. Son rôle dans la traduction n'est pas encore entièrement compris. Il a été rapporté que FUS à la capacité de se lier au polyribosome pour avoir une action répressive sur la synthèse des protéines. La voie de signalisation mTOR impacte l'association de FUS avec les polyribosomes dans des cellules HEK293T. La SLA étant une maladie qui impacte les neurones du système nerveux central, nous voulons savoir si FUS y sera régulé par cette voie de signalisation. Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont connues pour être impliquées dans l'interaction entre les protéines. L'une des hypothèses est que les PTMs et interactions protéines-protéines sont impliqués dans l'association entre FUS et les polyribosomes. Ainsi, l'objectif de mon étude est de déterminer comment la répression de l'activité traductionnelle par les FUS est régulée en étudiant les PTMs, les protéines et les voies de signalisation provoquant l'association de FUS aux polyribosomes. Mes résultats ont montré que la statut phosphorylation de FUS est impliquée dans sa localisation cytoplasmique et est en corrélation avec l'inhibition de la synthèse protéique. De plus, la voie de signalisation mTOR joue un rôle dans la localisation cytoplasmique de FUS en corrélation avec l'inhibition de la synthèse des protéines montrant le rôle de mTOR sur la modulation de FUS face à l'inhibition traductionnelle. De plus, mes résultats ont montré que le rôle de FUS dans la régulation de la traduction dans les régions éloignées telles que les synapses est influencée par la voie de signalisation mTOR. Par conséquent, des composants protéiques de mTOR serait impliqué dans l'association de FUS et son rôle d'inhibiteur traductionnel. / Most of the mutations that take place on the protein sequence of FUS that links the protein to ALS are in the nuclear localization signal (NLS), which makes the protein abnormally abundant in the cytoplasm. Combined with other observations, it is suggested that a toxic gain-of-function of FUS in the cytoplasm is the cause of neurodegeneration. While FUS is primarily a nuclear protein involved in transcription processes, it also has several cytoplasmic functions. FUS is involved in translational regulation. Its role in translation is not yet fully understood. FUS has been reported to have the ability to bind to the polyribosome to have a repressive action on protein synthesis. The mTOR signaling pathway impacts the association of FUS with polyribosomes in HEK293T cells. Since ALS is a disease that impacts the neurons of the central nervous system, we want to know if FUS will be regulated by thissignaling pathway. Post-translational modifications (PTMs) are known to be involved in the interaction between proteins. One of the hypotheses is that PTMs and protein-protein interactions are coordinating the association between FUS and polyribosomes. Thus, the objective of my study is to determine how the repression of translational activity by FUS is regulated by studying the PTMs, FUS protein interactions and signaling pathways causing the association of FUS with polyribosomes. My results showed that the phosphorylation status of FUS is involved in its cytoplasmic localization. Moreover, the cytoplasmic localization of FUS correlates with inhibition of protein synthesis. Moreover, the mTOR signaling pathway plays a role in the cytoplasmic localization of FUS correlating with the inhibition of protein synthesis showing the role of mTOR on the modulation of FUS to translational inhibition. Furthermore, my results showed that the role of FUS in regulating translation in remote regions such as the synapse is influenced by the mTOR signaling pathway.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les suppresseurs de tumeurs Rb, p53, INK4a et ARF sont essentiels et ils sont partie intégrante d'un réseau complexe qui régule le cycle cellulaire ainsi que la réponse aux stress oncogéniques. La biogénèse des ribosomes, donc la synthèse et l'assemblage des ribosomes, est une activité essentielle pour la prolifération cellulaire et est fortement affectée par les changements environnementaux ainsi que différentes formes de stress. Il est donc peu surprenant d'apprendre que plusieurs suppresseurs de tumeurs et oncogenes, dont Rb, ARF, p53 et MDM2 travaillent de concert ou en opposition afin de maintenir le niveau de la production de ribosomes à un niveau optimal pour répondre à la demande cellulaire. ARF, un des produits du gène CDKN2A, est reconnu pour causer la stabilisation de p53 en inhibant son ubiquitine ligase MDM2 et ainsi induire l'arrêt du cycle cellulaire et/ou l'apoptose. ARF peut aussi être un suppresseur de tumeurs en l'absence de p53/TP53, car il peut causer un arrêt de prolifération en inhibant, en partie, la synthèse des ARN ribosomiques (ARNrs) dans des cellules p53-/-. ARF cause l'ubiquitination et la dégradation de la chaperonne NPM/B23 qui est impliquée dans la maturation de l'ARNr 28S, cependant ARF inhibe aussi la production de l'ARNr 18S ainsi que l'ARNr précurseur (47S). L'effet de ARF sur NPM n'explique pas l'ensemble des effets de ARF sur la production et la maturation des ARNrs. Nous avons démontré que ARF contrôle la localisation sub-nucléaire du Facteur de Terminaison de la Transcription de la Polymerase I, TTF-I. TTF-I est dynamique et se déplace entre le nucléoplasme et le nucléole avec l'aide de NPM et d'un signal de localisation nucléolaire dans son domaine de régulation en N-terminal. ARF inhibe la localisation nucléolaire de TTF-I en interagissant avec le signal de localisation nucléolaire causant son accumulation dans le nucléoplasme. La réduction de TTF-I récapitule les effets de ARF sur la synthèse et la maturation des ARNrs et le phénotype est récupéré par l'introduction d'un transgène de TTF-I. La surexpression de TTF-I affecte, de façon similaire à une réduction, la biogénèse des ribosomes et le niveau cellulaire de TTF-I est critique et régulé par l'ubiquitine ligase MDM2. ARF inhibe l'interaction de MDM2 avec TTF-I ainsi que son ubiquitination. De plus, ARF et Senp3 régulent la sumoylation de TTF-I. Nos résultats montrent comment ARF, NPM et MDM2 peuvent réguler et limiter la synthèse des ARNrs.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare, caractérisée par une défaillance de la moelle osseuse et une incidence accrue d'anomalies du développement et de cancer. Les protéines FANC sont impliquées dans la voie Fanconi pour réparer les pontages interbrins de l'ADN. En présence de dommages, la protéine FANCD2 est mono-ubiquitinée et s'accumule à la chromatine. Il est admis que FANCD2 occupe un rôle central dans la voie Fanconi, mais sa fonction biochimique exacte est inconnue. La purification de la protéine FANCD2 et de plusieurs fragments de la protéine, dans le but d'étudier leur capacité à lier l'ADN, a mené à l'identification de deux domaines de liaison à l'ADN. La perte de l'un ou l'autre de ces domaines empêche la localisation de la protéine FANCD2 aux foyers de réparation suite à l'induction de dommages, suggérant que ces domaines sont essentiels pour la fonction de FANCD2.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / De toutes les lésions qui menacent l'intégrité du génome, les cassures double-brin (CDBs) de l'ADN sont l'une des plus délétères, puisque toute cassure mal réparée suffit à induire des mutations et des translocations chromosomiques pouvant mener au cancer. La recombinaison homologue (RH) est un processus permettant aux cellules de réparer les CDBs de façon fidèle sans créer de mutations. Chez les eucaryotes supérieurs, ce mode de réparation repose en grande partie sur les fonctions catalytiques de la recombinase RAD51 et des évidences génétiques démontrent que ses paralogues, RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2 et XRCC3, sont également des acteurs clés dans ce processus. Jusqu'à présent, les paralogues de RAD51 n'ont été que très peu caractérisés sur le plan cellulaire et moléculaire si bien que leurs fonctions précises demeurent mal définies. Dans cette étude, nous apportons des évidences implicant les paralogues de RAD51 humains dans les étapes précoces de la RH. Plus précisément, nous démontrons que le paralogue RAD51C interagit avec la recombinase RAD51 et qu'il est requis pour l'assemblage de cette dernière en foyers de réparation. De plus, nous établissons par des immunoprécipitations de chromatine que les paralogues sont recrutés à proximité d'une CDB unique en phase S-G2 du cycle cellulaire et nous montrons par immunofluorescence que RAD51C s'y accumule en foyers, une signature des enzymes de réparation. Par ailleurs, nous avons découvert que les paralogues de RAD51 jouent un rôle crucial dans la progression du cycle cellulaire. Tandis que l'inhibition par ARN interférence de RAD51B ou RAD51C provoque un arrêt prolongé en G2-M, celle de XRCC3 favorise l'entrée en mitose par le phénomène d'adaptation. La microscopie en temps réel a démontré que la perte de XRCC3 engendre un délai mitotique qui s'accompagne d'une fréquence élevée d'anomalies de centrosomes et de défauts de ségrégation chromosomique (micronoyaux et ponts anaphases). Des phénotypes mitotiques comparables sont obtenus suivant la depletion de la résolvase GEN1. Conséquemment, nous proposons qu'une fonction tardive de XRCC3 et de GEN1 dans la RH, soit au niveau de la résolution des jonctions de Holliday, puisse être à l'origine de ces aberrations mitotiques. L'ensemble de ces données permet d'éclaircir les fonctions distinctes et communes des paralogues de RAD51 lors de la RH ainsi que leur rôle dans le maintien de la stabilité du génome en mitose.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La protéine de liaison aux facteurs de croissance analogues à l’insuline (IGFBP)-2 est une protéine circulante fortement associée à la résistance à l’insuline qui module les effets métaboliques d’IGF-I et IGF-II en s’y associant directement, et qui exerce aussi des actions IGF-indépendantes via sa liaison à la matrice extracellulaire et aux intégrines. Chez l’homme, de faibles niveaux d’IGFBP-2 sont associés à un profil lipidique délétère, ainsi qu'à une augmentation de la masse grasse et de la résistance à l’insuline. Les travaux décrits dans cette thèse montrent chez l’humain et la souris que les niveaux d’IGFBP-2 sont associés de manière indépendante aux composantes du risque cardiométabolique. Chez l’homme, de faibles niveaux d’IGFBP-2 sont associés à la dyslipidémie athérogène. Une valeur seuil d’IGFBP-2 de 221.5 ng/mL a permis de discriminer entre les sujets métaboliquement sains et ceux répondant aux critères du syndrome métabolique. En plus de son association avec la résistance à l’insuline et les composantes du profil lipidique, de faibles niveaux d’IGFBP-2 sont associés à une fonction cardiaque diminuée chez les patients atteints de sténose aortique, tel qu’évaluée par le volume d’éjection indexé, un indice de fonction global du ventricule gauche qui intègre la fonction pompe et le remodelage du tissu. Chez l’homme, des niveaux d’IGFBP-2 élevés sont associés à un tissu adipeux brun plus volumineux ainsi qu’à une activité métabolique plus importante de ce dernier. Ces observations, telles qu’évaluées par PET/CT, sont aussi validées chez les souris surexprimant la forme humaine d’IGFBP-2. Nos travaux démontrent que les niveaux d’IGFBP-2 sont fortement associés au métabolisme des lipoprotéines et des lipides, à la fonction cardiaque ainsi qu’à l’activité du tissu adipeux brun. L’influence des niveaux d’IGFBP-2 par différentes altérations métaboliques menant à l’augmentation du risque cardiométabolique pourrait faire de ce dernier un biomarqueur précoce et intégrateur. Les travaux exposés dans la présente thèse soulignent aussi un rôle mécanistique potentiel pour IGFBP-2 dans la protection contre certaines altérations du métabolisme. / Insulin-like growth factor binding protein (IGFBP)-2 is a circulating protein strongly associated with insulin resistance. IGFBP-2 modulates the metabolic actions of IGF-I and IGF-II by direct binding, but can also exert IGF-independent effects through extracellular matrix and integrin binding. In humans, lower IGFBP-2 levels are associated with a deleterious lipid profile, increased fat mass and decreased insulin sensitivity. Causal links between IGFBP-2 levels and surrogate markers of cardiometabolic risk and the potential of IGFBP-2 as a biomarker of metabolic alteration have been scarcely studied. The work presented herein shows in humans and mice that IGFBP-2 levels are independently associated with components of the metabolic syndrome. In men, low IGFBP-2 levels are associated with atherogenic dyslipidemia. A cut-off value for IGFBP-2 at 221.5 ng/mL allowed us to identify subjects with or without the metabolic syndrome. In addition to its association with insulin resistance and the components of the lipoprotein-lipid profile, low IGFBP-2 levels are linked to decreased cardiac function in aortic stenosis patients, as assessed by stroke volume index, a global marker of left ventricle function and remodeling. In men, high IGFBP-2 levels are associated with a more important volume of brown adipose tissue and an increased activity. These observations, as assessed by PET/CT, were also confirmed in mice overexpressing the human form of IGFBP-2. Our results show that IGFBP-2 levels are strongly associated to lipid metabolism, cardiac function and brown adipose tissue activity. The combined influence of different metabolic alterations on IGFBP-2 levels could make it an early and integrative biomarker. The work presented here highlights a potential mechanistic role for IGFBP-2 in the protection against certain metabolic alterations.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie du motoneurone la plus fréquente chez les adultes. Elle se caractérise par une perte progressive des motoneurones supérieurs et inférieurs menant à une paralysie et au décès entre deux à cinq ans après le début des symptômes. Environ 10% des patients ont une forme familiale (fSLA). Jusqu’à 15% des patients atteints de la SLA peuvent également présenter une démence fronto-temporale (DFT). La DFT se présente par des troubles de comportement et un changement de personnalité. Plusieurs gènes sont identifiés dans fSLA, incluant superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), Tank-binding kinase 1 (TBK1) et ubiquiline-2 (UBQLN2). Ces mutations ont mené à la compréhension de plusieurs mécanismes pathologiques. L’un des mécanismes les mieux décrit est la formation d’inclusions cytoplasmiques de TDP-43. Ces inclusions contiennent d’autres protéines telles qu’UBQLN2 et ubiquitine et représentent le marqueur neuropathologique classique de la maladie. UBQLN2 est une protéine impliquée dans le système de dégradation du protéasome (UPS) et l’autophagie. Des mutations dans le gène UBQLN2 ont été lié à l’agrégation de TDP-43 dans des cellules en culture. En revanche, nous possédons très peu de connaissances sur les mécanismes pathologiques impliquant UBQLN2. Dans cette thèse, nous avons utilisé des neurones en culture pour surexprimer les formes native et mutante d’UBQLN2 humain et pour étudier l’effet sur la délocalisation cytoplasmique et l’agrégation de TDP-43. La surexpression d’UBQLN2WT ou d’UBQLN2P497H entraînait une accumulation cytoplasmique et une agrégation de TDP-43. Puisque notre groupe a déjà démontré une interaction entre la sous-unité p65 de NF-κB et TDP-43, nous avons analysé l’activation du facteur NF-κB par la surexpression d’UBQLN2 WT ou P497H. Nous avons observé une activation du facteur avec l’expression des deux formes d’UBQLN2. Cette activation était dépendante de la MAPK p38 en réponse à un stress cellulaire et une accumulation cytoplasmique d’UBQLN2/TDP- 43. L’augmentation de l’activité de NF-κB causait une mort neuronale et celle-ci était réversible par le traitement des cellules avec la Withaferine A, un inhibiteur de NF-κB. Puisque nous avons déterminé qu’il y avait un effet synergique important sur l’agrégation de TDP- 43 par la surexpression d’UBQLN2, nous avons décidé de générer un nouveau modèle de souris transgénique avec mutation dans UBQLN2 et dans TDP-43. Les souris ont été générées par l’introduction du gène UBQLN2P497H sous le contrôle du promoteur du gène neurofilament lourd (NFH). Les souris simples transgéniques UBQLN2P497H étaient ensuite croisées avec nos souris TDP-43G348C précédemment décrites pour produire des souris double transgénique UBQLN2P497H; TDP-43G348C. Bien que les souris simples transgéniques UBQLN2P497H développaient seulement un trouble cognitif léger, les souris doubles transgéniques développaient les caractéristiques classiques de la SLA/DFT avec agrégation cytoplasmique de TDP-43, perte de motoneurones, dégénérescence axonale et atrophie musculaire, troubles moteurs et cognitifs et une gliose entourant les motoneurones. Nous avons ensuite utilisé ce modèle pour approfondir notre compréhension des mécanismes d’agrégation d’UBQLN2 et de TDP-43 et de leur rôle dans l’inflammation. Nous avons observé que les microglies provenant des souris doubles transgéniques étaient plus sensibles à la stimulation aux lipopolysaccharides (LPS) et que l’activité NF-κB était plus importante dans les cerveaux provenant des souris doubles transgéniques. Nos résultats ont également suggéré que l’agrégation d’UBQLN2 entraînait une séquestration d’ubiquitine, réduisant ainsi l’efficacité du protéasome et la clairance de TDP-43. D’ailleurs, l’augmentation du pool d’ubiquitine a permis d’améliorer l’efficacité du protéasome et favoriser le retrait de TDP-43 des agrégats et d’augmenter sa dégradation. En conclusion, cette thèse démontre un rôle important de la protéine UBQLN2 dans la délocalisation de TDP-43 sous formes d’agrégats en culture cellulaire et en modèle animaux. Cela suggère qu’UBQLN2 et TDP-43 possède un rôle synergique dans la physiopathologie de la SLA et dans la neuroinflammation qui leur est associée. Notre modèle double transgénique pourra certainement être utilisé pour tester des possibilités thérapeutiques. De plus, l’interaction entre UBQLN2 et TDP-43 pourrait être ciblé pour traiter la SLA/DFT. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common motor neuron disease in adults. It is characterized by progressive lost of upper and lower motor neurons leading to paralysis and eventually death from 2 to 5 years after the onset of the symptoms. Approximately 10% of the patients have a family history and the remaining patients have a sporadic form of the disease. Up to 15% also have fronto-temporal dementia (FTD) with prominent behavioral and personality changes. Numerous genes are known to be mutated in the familial form of the disease. This includes mutation in superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), Tank-binding kinase 1 (TBK1) and ubqiquilin-2 (UBQLN2). These mutations lead to various pathological mechanisms. One of the most defined mechanism is the formation of cytoplasmic aggregates of TDP-43. These inclusions are positive for other proteins such as UBQLN2 and ubiquitin and are the pathological hallmark of the disease. UBQLN2 plays a central role in the ubiquitin proteasome system (UPS). Mutations in UBQLN2 have been link to TDP-43 pathology in vitro. However, the mechanisms underlying TDP-43 pathology induced by UBQLN2 are still unknown. In this thesis, we used neurons in culture and overexpressed human UBQLN2WT and human UBQLN2P497H to study the interaction between TDP-43 and UBQLN2. We demonstrated that the overexpression of UBQLN2 species enhanced TDP-43 cytoplasmic accumulation and aggregation. Since TDP-43 is known to interact with the p65 subunit of the NF-κB transcriptional factor, we analyzed the effect of UBQLN2 overexpression on the p65 activation. We observed an increase in NF-κB activation in cells transfected with either UBQLN2WT or UBQLN2P497H. We observed that the hyperactivation of NF-κB was caused by the action of the p38 MAPK in response to cellular stress and UBQLN2/TDP-43 cytoplasmic accumulation. This increase in NF-κB activity enhanced motor neuron death which was reversible by treatment with Withaferin A, a known NF-κB inhibitor. Because we observed an important synergistic effect in TDP-43 aggregation with UBQLN2 overexpression, we decided to generate a new transgenic mouse model with mutations in both UBQLN2 and TDP-43. Mice were generated with the expression of UBQLN2P497H gene under the control of the neurofilament heavy (NFH) promoter. The single transgenic UBQLN2P497H were then bred with our previously described TDP-43G348C transgenic mice. Whereas the single UBQLN2P497H transgenic mice developed only mild cognitive impairment, the double transgenic UBQLN2P497H; TDP-43G348C mice developed typical features of ALS/FTD with important TDP- 43 cytoplasmic aggregation, motor neurons loss, axonal degeneration, muscle atrophy, as well as motor and cognitive symptoms and gliosis. We took advantage of our new generated double transgenic mice to analyze the interaction between UBQLN2 and TDP-43 and to study the effect of aggregation of both proteins on inflammatory pathways. We observed that microglia from double transgenic mice were hyperresponsive to intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS) and that NF-κB activity was increased in double transgenic mice. Our results also suggested that UBQLN2 up-regulation induced TDP-43 aggregation by the sequestering of ubiquitin proteins into aggregates and the reduction of the UPS efficacy. Thus, increasing the pool of ubiquitin promoted the UPS function with ensuing reduction of TDP-43 cytosolic accumulation. In conclusion, this thesis demonstrates an important role of UBQLN2 species in TDP-43 mislocalization and aggregation in vitro and in vivo. It also suggests that UBQLN2 and TDP-43 possess a synergic role in neuroinflammation. Certainly, our double transgenic mice could be used to study future therapeutic avenues and these mechanisms could be targeted to treat TDP-43- associated ALS/FTD pathology.

Les cassures double-brin (CDBs) de l’ADN sont généralement néfastes pour la cellule, toutefois il existe une exception importante à cette règle. Chez la levure et les autres eucaryotes, Spo11 (ou Rec12 chez S. pombe) est décrit comme étant capable de créer des CDBs, bris de l’ADN nécessaire à l’initiation de la recombinaison méiotique. Des analyses génétiques et bioinformatiques ont démontré que les homologues de Spo11 lient l'ADN double-brin sous la forme d’un dimère. Leur activité topoisomérase permet d’ailleurs de cliver l’ADN pour générer des intermédiaires ADN-protéine transitoires et covalents. Cependant, cette observation a été mise en doute par les biochimistes, mais aussi par le fait qu'il est extrêmement difficile de purifier les protéines Spo11 dans des conditions natives. Pour mieux comprendre comment Schizosaccharomyces pombe Spo11 (Rec12) génère des CDBs, nous avons établi un protocole de purification par triple affinité et effectué des essais in vitro permettant de montrer le rôle de Spo11 dans la formation de CDBs. Nous avons également purifié Rec12 - Y98F (mutant catalytique) et Rec12 - G202E (mutant de liaison à l'ADN). La protéine Rec12 s’avère être capable de catalyser la formation de CDBs de l'ADN superenroulé alors que les mutants Rec12-Y98F et Rec12-G202E sont inactivés. En accord avec l'accumulation de Spo11 aux CDBs durant la méiose, nous observons que Rec12 possède plusieurs sites de liaison à l’ADN préférant l'ADN 5'-protubérant à l'ADN 3’-protubérant. Nous avons également analysé biochimiquement le mécanisme par lequel Rec12 est enlevé des CDBs par la nucléase Rad32 (Mre11). Certains des résultats présentés ont été confirmés à l'aide Spo11 humain et de S. cerevisiae. Le rôle des activités endo- et exonuclease du complexe MRE11 - RAD50 - NBS1 (MRN) dans la régulation de la voie de réparation des CDBs par l’utilisation d’inhibiteurs (endo ou exo) spécifiques à la structure de MRE11 sera discuté. En somme, nos résultats démontrent que Rec12 est responsable de la formation de CDBs et que cette activité est régulée par plusieurs domaines de liaison à l'ADN. Cette étude représente une première analyse de la fonction biochimique de Spo11 chez la levure et l’humain dans des conditions natives. / Double-strand breaks are generally harmful to the cell, although there is an important exception to this rule. In yeast and other eukaryotes, Spo11 (or S. pombe Rec12) is known to create double-strand DNA breaks (DSBs), which are important to initiate meiotic recombination. Genetic and bioinformatic analyses proposed that Spo11 homologues bind double-strand DNA as a dimer and cleave the DNA by a topoisomerase-like reaction to generate transient, covalent protein-DNA intermediates. However, this view has been challenged by biochemists, but also by the fact that it is extremely difficult to purify proteins Spo11 under native conditions. To understand how Schizosaccharomyces pombe Spo11 (Rec12) generates double-strand breaks, we established a protocol for triple affinity purification. We performed in vitro assays, reminiscent of the function of Spo11 in DSB formation. The resulting purified Rec12 was pure as judged by Sypro staining. We also purified Rec12-Y98F (catalytic mutant) and Rec12-G202E (DNA binding mutant). Purified Rec12 catalysed double-strand break formation on supercoiled DNA whereas Rec12-Y98F and Rec12–G202E were inactivated. Rec12 showed activity on supercoiled DNA but not in short double-stranded DNA oligonucleotides. We mapped the possible DNA binding motifs on Rec12. Using purified mutants, we biochemically confirmed that Rec12 contains multiple DNA binding sites. Rec12 binds 5’-tailed DNA but not 3’-tailed DNA, which is reminiscent of the accumulation of Spo11 on meiotic DNA double-strand breaks. We also analyzed biochemically how Rec12 is removed from DSBs by the Rad32 (Mre11) nuclease to produce single-strand overhang that can undergo DNA recombination. Some of the results presented were also confirmed using human and S. cerevisiae Spo11. We also discuss how endo- and exonuclease activities of MRE11-RAD50-NBS1 (MRN) complex regulates double-strand break repair pathway choice. By using structure-based designed MRE11 endo- or exonuclease inhibitors we represented here specific nuclease roles in DSB repair. Altogether, our results indicate that Rec12 is responsible for the formation of double-strand breaks, an activity that is regulated by multiple DNA binding sites. This study represents a first glimpse of the biochemical function of yeast or human Spo11 under native conditions.