Le cannabis (*Cannabis sativa* L.), plante domestiquée depuis des millénaires, possède une importance économique et sociétale considérable. Utilisée pour ses fibres, son huile, ses graines et ses propriétés médicinales et psychoactives, elle est aujourd'hui au cœur d'une industrie en pleine expansion. Malgré son importance croissante, la culture du cannabis souffre d'un manque de connaissances fondamentales. La production de plants uniformes et de qualité constante est un défi majeur, influencé par des interactions entre différents facteurs génétiques et environnementaux. La culture *in vitro* se présente comme une solution prometteuse pour la production de clones uniformes. Cependant, les variations somaclonales - les variations entre clones induites par des modifications génétiques ou épigénétiques - peuvent altérer la fidélité génétique et épigénétique des clones. Les facteurs épigénétiques, tels que la méthylation de l'ADN, jouent un rôle crucial dans la régulation de l'expression des gènes et peuvent être à l'origine de la variation somaclonale. Comprendre la méthylation de l'ADN au sein des clones de cannabis cultivés *in vitro* est donc essentiel pour garantir la stabilité et l'uniformité à long terme de la production de molécules d'intérêt chez le cannabis. Ce mémoire vise à évaluer la variabilité du méthylome chez une population de clones de cannabis *in vitro*. Pour ce faire, nous avons développé une méthode abordable, appelée CREAM (Comparative Restriction Enzyme Analysis of Methylation), permettant d'analyser les profils de méthylation de l'ADN chez plusieurs individus. Le premier chapitre de ce mémoire présente une revue de littérature approfondie sur les sujets suivants : le cannabis, son importance et les défis liés à sa production; la culture *in vitro* et les paramètres affectant l'uniformité des clones; les facteurs épigénétiques et la méthylation de l'ADN; les approches de séquençage et d'analyse de la méthylation de l'ADN à l'échelle du génome. Le deuxième chapitre, sous forme d'article intégré au mémoire, décrit le développement et la validation de la méthode CREAM, ainsi que son application à l'étude d'une population de 78 clones de cannabis. Les résultats obtenus révèlent une variabilité du méthylome au sein de la population, soulignant l'importance de la surveillance épigénétique pour la production de cannabis de qualité constante. En somme, ce mémoire apporte des contributions importantes à la compréhension de la méthylation de l'ADN dans les clones de cannabis cultivés *in vitro*. Nos résultats permettront d'améliorer les pratiques de culture et de sélection pour la production de plants uniformes et de qualité supérieure chez une variété d'espèces. / Cannabis (*Cannabis sativa* L.), a plant that has been domesticated for thousands of years, is of considerable economic and social importance. Used for its fibers, oil, seeds and medicinal and psychoactive properties, it is now at the heart of a booming industry. Despite its growing importance, cannabis cultivation suffers from a lack of fundamental knowledge. Producing uniform plants of consistent quality is a major challenge, influenced by interactions between different genetic and environmental factors. Tissue culture offers a promising solution for the production of uniform clones. However, somaclonal variations - variations between clones induced by genetic or epigenetic modifications - can alter the genetic and epigenetic fidelity of clones. Epigenetic factors, such as DNA methylation, play a crucial role in regulating gene expression and may be at the origin of somaclonal variation. Understanding DNA methylation in cannabis clones produced in tissue culture is therefore essential to ensure long-term stability and consistency in the production of molecules of interest in cannabis. This memoir aims to assess methylome variability in a population of *in vitro* cannabis clones. To this end, we have developed an affordable method, called CREAM (Comparative Restriction Enzyme Analysis of Methylation), to analyze DNA methylation profiles in several individuals. The first chapter of this memoir presents an in-depth literature review on the following topics: cannabis, its importance and the challenges associated with its production; tissue culture and parameters affecting clone uniformity; epigenetic factors and DNA methylation; genome-wide approaches to DNA methylation sequencing and analysis. The second chapter, in the form of a scientific article, describes the development and validation of the CREAM method, and its application to the study of a population of 78 cannabis clones. The results obtained reveal methylome variability within the population, underlining the importance of epigenetic monitoring for the production of cannabis of consistent quality. In sum, this memoir makes an important contribution to the understanding of DNA methylation in tissue culture-grown cannabis clones. Our results will help improve cultivation and breeding practices for the production of uniform, high-quality plants in a variety of species.

Les méthyltransférases de l'ADN (DNMT) catalysent la méthylation de l'ADN, l'une des marques épigénétiques les plus étudiées. Dans les cancers, on observe une hyperméthylation spécifique de promoteurs de gènes suppresseurs de tumeurs (GST) conduisant à leur extinction génique, ce qui participe au maintien et à la progression de tumeurs. A ce jour, les mécanismes responsables de cette hyperméthylation spécifique des promoteurs de GST dans les cancers sont indéterminés. Ces travaux de thèse sont consacrés à l'inhibition des DNMT dans les cancers afin de restaurer l'expression des GST mais également à l'utilisation d'une approche innovante de chemobiologie pour l'identification de partenaires des DNMT potentiellement responsables de leur adressage vers les régions promotrices des GST. Les partenaires ainsi identifiés peuvent constituer de nouvelles cibles épigénétiques pour le ciblage indirect de la méthylation de l'ADN dans les cancers. Deux séries d'inhibiteurs de DNMT ont été étudiées. La première est la famille des chloronitro-flavanones, précédemment identifiée par criblage, pour laquelle de nouveaux dérivés de type bromonitro-flavanones ont été synthétisés afin d'améliorer la stabilité en conditions physiologiques. J'ai réalisé l'étude des effets pharmacologiques de cette famille de molécules. J'ai également entrepris la synthèse et la caractérisation pharmacologique de nouveaux inhibiteurs de type bi-substrats, analogues de l'adénosine et de la désoxycytidine, conçus par une approche rationnelle. Ces deux études ont permis respectivement d'identifier un dérivé flavanone plus stable et plus actif que le composé de référence et deux dérivés quinazoline-quinoléine très prometteurs, actifs sur les DNMT et dans les lignées cellulaires, à la fois pour la réexpression d'un gène rapporteur mais surtout dans l'induction de la déméthylation du GST CDKN2A et de sa réexpression. Pour identifier les partenaires de DNMT, nous avons employé une approche de chemobiologie (" Activity-Based Protein Profiling - ABPP ") basée sur la conception de sondes chimiques comportant un inhibiteur de DNMT. Ces sondes, utilisées sur des cellules vivantes, permettent, grâce à une étape de fonctionnalisation par chimie bioorthogonale, de purifier les protéines partenaires des DNMT. Vingt sondes ont été synthétisées et leurs activités ont été évaluées sur des modèles enzymatiques et cellulaires. Les sondes sélectionnées ont été utilisées dans des lignées cellulaires cancéreuses pour purifier les protéines partenaires qui ont ensuite été identifiées par analyse protéomique. Suite à leur validation, ces protéines pourront constituer de nouvelles cibles de la méthylation aberrante de l'ADN dans les cancers. / DNA methyltransferases (DNMTs) catalyse DNA methylation, one of the most studied epigenetic marks. In cancers, a specific hypermethylation of the promoters of the tumour suppressor genes (TSGs) is observed, which leads to their silencing. This abnormal DNA methylation pattern participates to the maintenance and the progression of the tumour. Today, the mechanisms that direct this specific hypermethylation of TSG promoters and their transcriptional repression in cancers are still unknown. The aim of my PhD is to identify DNMT inhibitors that are able to reactivated TSGs in cancer cells but also to identify the DNMT partners that address specifically these enzymes to TSG promoter regions. Such partners can constitute new anticancer "epitargets" to indirectly target DNA methylation specifically in cancer cells. Two families of DNMT inhibitors were studied. The first one starts from the chloronitro-flavanones previously identified by screening. New derivatives including bromonitro-flavanones were synthesised aiming at improving compound stability. I pharmacologically characterised these compounds and show for one of them an increased stability and activities compared to reference compound. In parallel, I synthesised and pharmacologically characterised new bi-substrate analogue inhibitors, mimicking the adenosine and the deoxycytidine. Two very promising quinazoline-quinoline derivatives were identified. They are active against DNMT and in cell lines, both for reexpression of a reporter gene but mostly in CDKN2A TSG demethylation inducing its reexpression. To identify DNMT partners we adopted a chemical biology approach (Activity-Based Protein Profiling (ABPP)) based on the use of chemical probes including in-house non- nucleoside DNMT inhibitors as bait to trap the DNMT partners. We designed and synthesised twenty chemical probes and evaluate them using enzymatic and cellular-based assays. Selected probes were used to carry out ABPP directly in living cells. After functionalization by bioorthogonal chemistry, DNMT protein partners were purified and identified by proteomic analysis. Target validation would enable to determine new targets for the aberran

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais

Les mécanismes épigénétiques jouent un rôle essentiel dans la régulation de l’expression des gènes. L’enzyme du complexe répresseur Polycomb II EZH2, capable de triméthyler la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) est impliquée dans la régulation de nombreux processus normaux, tels que le développement et la différenciation cellulaire. Les plasmocytes jouent un rôle majeur dans la réponse immunitaire humorale. La différenciation des lymphocytes B en plasmocytes (PCD) est finement régulée par un réseau de facteurs de transcription impliqué de l’induction et le maintien de l’identité de ces deux types cellulaires. Par ailleurs, peu de mécanismes épigénétiques ont été décrits dans la PCD. En utilisant un modèle in vitro de PCD développé dans notre laboratoire, nous avons mis en évidence une surexpression d’EZH2 dans le stade préplasmablaste (prePB) de la PCD. Grâce à l’analyse globale des séquences d’ADN associées à EZH2 et H3K27me3 dans ce type cellulaire, nous avons montré que l’enzyme était capable de réprimer l’expression de gènes impliqués dans différentes fonctions des lymphocytes B et des plasmocytes. EZH2 est également capable de se fixer sur le promoteur de gènes actifs dans les prePB, impliqués dans la régulation de la prolifération de ces cellules. En outre, nous avons montré que l’inhibition chimique d’EZH2 dans notre modèle résultent en une dérégulation transcriptionnelle associée à une accélération du processus de différenciation. Nos résultats suggèrent qu’EZH2 est impliqué dans le maintien de l’état transitoire, immature et prolifératif des prePBs via la régulation de gènes, dépendante et indépendante de H3K27me3, favorisant l’amplification des cellules à défaut de leur différenciation en plasmocytes. Des anomalies de séquence ou de l’expression d’EZH2 ont été mis en évidence de nombreux cancers hématologiques et solides. Le myélome multiple (MM) est une hémopathie caractérisée par l’accumulation de plasmocytes tumoraux dans la moelle osseuse. Nos travaux ont notamment permis d’identifier une surexpression des membres du complexe Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) dans les cellules de MM, en association avec leur prolifération. Afin de comprendre le rôle de PRC2 dans le MM, nous avons utilisé un inhibiteur de l’activité méthyltransférase d’EZH2 (EPZ-6438). L’effet de l’inhibiteur d’EZH2 sur la prolifération et la survie des cellules de MM est très hétérogène. En effet, les cellules sensibles présentent un arrêt du cycle cellulaire et entrent en apoptose. De manière intéressante, la résistance des cellules de MM à l’inhibiteur d’EZH2 pourrait être médiée induite par la méthylation des promoteurs des gènes cibles de PRC2. Nous avons ainsi établi un score (EZ-score), basé sur l’expression des gènes, permettant d’identifier des patients de mauvais pronostic pouvant bénéficier d’un traitement avec un inhibiteur d’EZH2. Nous avons également mis en évidence un effet synergique de EPZ-6438 et du Lenalidomide, un agent immuno-modulateurs utilisé en traitement conventionnelle du MM. Cette inhibition de la croissance cellulaire est notamment due à l’induction de l’expression de facteurs de transcription, spécifiques des lymphocytes B, et des suppresseurs de tumeurs en association avec la répression de l’expression de MYC. Aussi, un prétraitement avec l’inhibiteur d’EZH2 permet de surmonter la résistance des cellules tumorales au Lenalidomide. Ces données suggèrent que le ciblage de PRC2 pourrait avoir un intérêt thérapeutique chez les patients caractérisés par un mauvais pronostic et un fort EZ-score. Ainsi, l’inhibiteur d’EZH2 pourrait également permettre de resensibiliser les patients aux chimiothérapies basées sur des agents immuno-modulateurs. / Epigenetic mechanisms play an essential role in gene expression regulation. EZH2, the catalytic sub-unit of PRC2, is able to trimethylate the lysine 27 of histone H3 (H3K27me3) and is involved in the regulation of numerous normal processes, such as development and cell differentiation. Plasma cells (PCs) play a major role in the defense of the host organism against pathogens, by producing antigen-specific antibodies. B cell differentiation into PC is mediated by a fine-tuned regulatory network of cell specific transcription factors involved in B and plasma cell identity. Although numerous key actors involved in plasma cell differentiation (PCD) have been described, most of the epigenetic mechanisms associated with this process are yet to be unveiled. Using an in vitro model of PCD developed in our laboratory, we showed that EZH2 is upregulated in the preplasmablast stage (prePB) of the PCD. By analyzing DNA sequences associated with EZH2 and H3K27me3 in this cell type, we highlighted that EZH2 is recruited to and represses through H3K27me3 a subset of genes involved in B cell and plasma cell identity. Interestingly, in prePBs and PBs, EZH2 was also found to be recruited to H3K27me3-free promoters of transcriptionally active genes known to regulate cell proliferation and DNA repair. Inhibition of EZH2 catalytic activity resulted in B to PC transcriptional changes associated with PC maturation induction together with higher immunoglobulin secretion. Altogether, our data suggests that EZH2 is involved in the maintenance of prePBs/PBs transitory immature proliferative state through H3K27me3-dependent and independent gene regulation supporting their amplification. Moreover, while EZH2 overexpression was previously shown to inhibit PCD in mice, this study highlights for the first time that EZH2 inhibition can accelerate normal human PCD by prematurely inducing a plasma cell transcriptional program.EZH2 mutations or abnormal expression were shown to be involved in numerous hematological malignancies and solid tumors. Multiple Myeloma (MM) is a malignant plasma cell disease with a poor survival, characterized by the accumulation of myeloma cells (MMCs) within the bone marrow. We identified a significant upregulation of the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) core genes in MM cells in association with proliferation. We used EPZ-6438, a specific small molecule inhibitor of EZH2 methyltransferase activity, to evaluate its effects on MM cells phenotype and gene expression profile. PRC2 targeting results in cell growth inhibition due to cell cycle arrest and apoptosis together with Polycomb, DNA methylation, TP53 and RB1 target genes induction. EZH2 inhibitor induced toxicity was heterogeneous in human myeloma cell lines and primary MM cells from patients. Interestingly, we found that MM cell resistance to EZH2 inhibitor could be mediated by DNA methylation of PRC2 target genes. We established a gene expression-based EZ-score allowing to identify poor prognosis patients that could benefit from EZH2 inhibitor treatment. We also demonstrated a synergistic effect of EPZ-6438 and Lenalidomide, a conventional drug used for MM treatment, through the activation of B cell transcription factors and tumor suppressor gene expression in concert with MYC repression. Moreover, EPZ-6438 pre-treatment was able to overcome MM cells resistance to lenalidomide. These data suggest that PRC2 targeting could have a therapeutic interest in MM patients characterized by high-risk EZ-score values, reactivating B cell transcription factors and tumor suppressor genes. EZH2 inhibitor could also re-sensitize MM patients to chemotherapies based on immunomodulatory agents.

L’hypoxie est un processus physiopathologique impliqué dans l’embryogenèse et le développement de maladies cardiovasculaires, mais également dans la tumorigenèse et la progression tumorale. Au niveau cellulaire, la réponse hypoxique est médiée par une activité transcriptionnelle adaptative hautement régulée via le facteur de transcription induit en hypoxie, HIF-1(Hypoxia inducible factor-1). L’activité de ce facteur de transcription est dépendante de la stabilisation de sa sous-unité HIF-1α en fonction des niveaux d’oxygène. Dans des travaux récents, nous avons identifié un nouveau répresseur de l’expression de HIF-1α, soit la protéine arginine méthyltransférase 1 (PRMT1). En inhibant l’activité des facteurs de transcription Sp1 et Sp3 (Sp1/3) au promoteur de HIF-1α, PRMT1 module la disponibilité de la sous-unité HIF-1α et l’activité du facteur de transcription HIF-1. Dans ces mêmes travaux, nous avons montré que PRMT1 inhibe l’activité de Sp1/3 en empêchant leur phosphorylation via la répression de la voie de signalisation mitogénique MAPK (mitogen-activated protein kinases) composée entre autres des kinases ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases) et de la kinase MEK (MAPK/ERK kinase) qui peut elle-même être activée par la kinase PAK1 (p21-activated kinase). Nous avons également identifié le facteur d’échange de nucléotides guanyliques DOCK6 comme partenaire de PRMT1 et comme intermédiaire dans la régulation de la voie MAPK. Le but de cette étude est donc de mieux caractériser le rôle de DOCK6 dans le contrôle de l’expression de HIF-1α et dans la régulation de la voie MAPK modulés par PRMT1. Nos résultats montrent que la méthylation de DOCK6 par PRMT1 inhibe son activité GEF(guanine exchange factor) ce qui résulte en l’inactivation de la signalisation PAK1/MEK/ERK1/2 en aval. De manière intéressante, nos résultats montrent également que l’expression protéique de DOCK6 est modulée en hypoxie de manière HIF-1 dépendante. Enfin, nous montrons queHIF-1α est nécessaire pour l’activation de la voie MAPK en hypoxie. Ces travaux permettent de mieux comprendre le mécanisme de rétrocontrôle régulant les protéines HIF-1, PRMT1, DOCK6 et la voie MAPK. Ce projet souligne ainsi l’importance et la complexité de la régulation du facteur de transcription HIF-1 lors de contextes cellulaires hypoxiques particuliers. / Conditions of low oxygen, or hypoxia, are involved in various pathophysiological situations including cancer and cardiovascular diseases. Hypoxic responses are mediated through a highly regulated transcriptional response in which hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) plays an important role. HIF-1transcriptional activity relies on hypoxia-dependent stabilization of HIF-1α, an essential HIF-1 subunit. In previous work, we identified protein-arginine methyltransferase 1 (PRMT1) as a novel repressor of HIF-1αexpression. By inhibiting the activity of specificity proteins 1 and 3 (Sp1, Sp3; Sp1/3) transcription factors, PRMT1 regulates HIF-1α subunit availability and HIF-1 activity. PRMT1 blocks Sp1/3 activity by preventing phosphorylation through the inhibition of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) pathway. MAPK pathway iscomposed of ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases) and MEK (MAPK/ERK kinase), which can itself be activated by PAK1 (p21-activated kinases). In addition, we identified the guanine nucleotide exchange factor (GEF) DOCK6 as a novel PRMT1 binding partner and as an intermediate for the regulation of MAPK pathway. Therefore, the aim of this study is to better characterize the role of DOCK6 in HIF-1α expression and MAPK regulation. Our results show that DOCK6 is directly methylated by PRMT1. PRMT1 methylation of DOCK6 alters its GEF activity and results in the inactivation of downstream PAK1/MEK/ERK1/2signaling. Interestingly, our results indicate that DOCK6 levels are increased by hypoxia in a HIF-1 dependent manner. Finally, we show that HIF-1αis required for MAPK pathway activation in hypoxic conditions. These studies demonstrate the intricate feedback mechanism that can regulate HIF-1, highlight the complexity of HIF-1 regulation under hypoxic conditions and identify novel targets for potential intervention.

Le parasite intracellulaire Toxoplasma gondii est l'agent pathogène de la toxoplasmose. Cette maladie est gravissime pour le fœtus et pour l'individu immunodéprimé. L'interconversion du parasite de la forme tachyzoïte virulente à la forme bradyzoïte quiescente est au centre de la pathogénèse de cette infection. Ce processus engage une régulation coordonnée des gènes du parasite qui se traduit par une cascade d'évènements moléculaires au niveau de l'ADN. Des études suggèrent un contrôle transcriptionnel de l'interconversion avec l'expression exclusive de certains gènes dans une forme donnée. Cependant, ce parasite et son phyllum se distinguent des autres eucaryotes par une quasi-pénurie des facteurs spécifiques de transcription. Nous avons émis l'hypothèse que le niveau d'expression des gènes du Toxoplasme est étroitement régulé par la structure physique et la nature chimique de la chromatine. Ce manuscrit illustre l'influence majeure du « code histone » sur la différenciation parasitaire. Nous avons identifié plusieurs enzymes en charge de l'écriture de ce code. L'exemple le plus frappant est la découverte d'une methyltransférase TgCARM1 qui méthyle l'arginine 17 de l'histone H3, une marque activatrice de la transcription. Nous avons également identifié le premier complexe co-repressor du Toxoplasme (TgCRC). TgCRC en opposition avec l'acétylase TgGCN5 régule en partie la balance acétylation/déacétylation, qui en retour influe sur la différenciation parasitaire. L'ensemble de nos résultats converge vers l'idée de l'existence d'un « code histone parasitaire » hautement sophistiqué, qui a co-évolué avec celui de la cellule hôte parasitée.

During translation, the transfer RNAs (tRNAs) play the crucial role of adaptors between the messenger RNA and the amino acids. The tRNAs are first transcribed as pre-tRNAs which are then maturated. During this maturation, several nucleosides are modified by tRNA modification enzymes. These modifications are important for the functions of the tRNAs and for their correct folding. Many of the modifications are methylations of the bases or the ribose. Four families of tRNA methyltransferases are known, among which the SPOUT superfamily. Proteins of this superfamily are characterised by a C-terminal topological knot where the methyl donor is bound. With the exception of the monomeric Trm10, all known SPOUT proteins are dimeric and have an active site composed of residues of both protomers. Interestingly, depending on the organism, the same modification can be catalysed by completely unrelated enzymes. On the other hand, homologous enzymes can have different specificities or/and activities. These differences are well illustrated for the TrmJ and Trm10 enzymes.<p>In the first part of this work we have identified the TrmJ enzyme of Sulfolobus acidocaldarius (the model organism of hyperthermophilic Crenarchaeota) which 2’-O-methylates the nucleoside at position 32 of tRNAs. This protein belongs to the SPOUT superfamily and is homologous to TrmJ of the bacterium Escherichia coli. A comparative study shows that the two enzymes have different specificities for the nature of the nucleoside at position 32 as well as for their tRNA substrates. To try to understand these shifts of specificity at a molecular level we solved the crystal structure of the SPOUT domains of the two TrmJ proteins.<p>In the second part of this work, we have determined the crystal structure of the Trm10 protein of S. acidocaldarius. This is the first structure of a 1-methyladenosine (m1A) specific Trm10 and also the first structure of a full length Trm10 protein. The Trm10 protein of S. acidocaldarius is distantly related to its yeast homologues which are 1-methylguanosine (m1G) specific. To understand the difference of activity between the Trm10 enzymes, we compared the yeast and the S. acidocaldarius Trm10 structures. Remarkably several Trm10 proteins (such as Trm10 of Thermococcus kodakaraensis) are even able to form both m1A and m1G. To understand the capacity of the T. kodakaraensis protein to methylate A and G, a mutational study was initiated./Lors de la traduction, les ARN de transfert (ARNt) jouent le rôle crucial d’adaptateurs entre l’ARN messager et les acides aminés. Les ARNt sont transcrits sous forme de pré-ARNt qui doivent être maturés. Lors de cette maturation, plusieurs nucléosides sont modifiés. Un grand nombre de ces modifications sont des méthylations des bases ou du ribose. Quatre familles d’ARNt méthyltransferases sont actuellement connues, dont la superfamille des SPOUT. Les membres de cette superfamille sont caractérisés par un nœud dans la chaîne polypeptidique du côté C-terminal. C’est au niveau de ce nœud que se lie la S-adénosylméthionine qui est le donneur de groupement méthyle. A l’exception de Trm10 qui est monomérique, toutes les protéines SPOUT connues sont dimériques et leur site actif est formé de résidus provenant des deux protomères. Selon l’espèce, une même modification peut être formée à la même position dans la molécule d’ARNt par des enzymes qui appartiennent à des familles différentes. A l’opposé, des enzymes homologues peuvent présenter des spécificités ou des activités différentes.<p>Au cours de ce travail, nous avons identifié l’enzyme TrmJ de Sulfolobus acidocaldarius (l’organisme modèle des Crénarchées hyperthermophiles) qui méthyle le ribose du nucléoside en position 32 des ARNt. Cette protéine est un homologue de l’enzyme TrmJ de la bactérie Escherichia coli. L’étude comparative que nous avons réalisée a révélé que ces deux enzymes présentent une différence de spécificité pour la nature du nucléoside en position 32 ainsi que pour les ARNt substrats. Afin de comprendre ces différences de spécificité au niveau moléculaire, les structures des domaines SPOUT des deux TrmJ ont été déterminées et comparées.<p>En parallèle, nous avons résolu la structure cristalline de la protéine Trm10 de S. acidocaldarius. C’est la première structure disponible d’un enzyme Trm10 formant de la 1-méthyladénosine (m1A). C’est aussi la première structure complète d’une protéine Trm10. Les enzymes homologues des levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe qui n’ont que peu d’identité de séquence avec l’enzyme de S. acidocaldarius, forment de la 1-méthylguanosine (m1G). Dans le but de comprendre comment ces enzymes homologues peuvent présenter des activités différentes, leurs structures ont été comparées. De manière surprenante, certains homologues de Trm10 (comme l’enzyme de l’Euryarchée Thermococcus kodakaraensis) sont capables de former du m1A et du m1G. Afin de mieux comprendre comment ces protéines sont capables de méthyler deux types de bases, nous avons initié l’étude de l’enzyme Trm10 de T. kodakaraensis par mutagenèse dirigée.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La méthylation de l’ADN est un phénomène épigénétique qui joue un rôle important dans le développement des mammifères et qui est associé à une répression transcriptionnelle. La méthylation de loci CpG de l’ADN est médiée par les méthyltransférases de l’ADN – les Dnmts. La méthylation joue également un rôle clef dès les stades précoces de la cancérogenèse dans une grande partie des tumeurs où on observe une méthylation, notamment la répression des gènes suppresseurs de tumeurs et une déméthylation, notamment l’expression de séquences d’ADN parasites. <p>\ / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un certain nombre d'études épidémiologiques ont montré au cours des cinquante dernières années une augmentation des infertilités, des malformations de l'appareil reproducteur masculin et des cancers testiculaires. Une des hypothèses est que, l'exposition durant la vie foetale ou néonatale à des composés présents dans l'environnement capables d'interférer avec le système hormonal (perturbateurs endocriniens), serait responsable de l'augmentation de l'incidence de ces pathologies. Les molécules qui sont suspectées d'avoir des effets néfastes à long terme sur le tractus génital mâle possèdent des activités de type estrogénique ou antiandrogénique. Parmi les mécanismes impliqués dans l'effet à long terme, un certain nombre d'auteurs mettent en avant l'intervention de mécanismes de type épigénétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux types de modèles expérimentaux reposant sur l'exposition développementale de rats à ces composés : un modèle d'exposition néonatale à un estrogène (estradiol benzoate) et un modèle d'exposition foetale à un antiandrogène (flutamide). Les deux modèles expérimentaux induisent chez le rongeur un phénotype d'hypospermatogenèse. Dans le cas de l'exposition néonatale à l'estradiol benzoate nous montrons que l'hypospermatogenèse observée chez les animaux à l'âge adulte est due à l'activation chronique de l'apoptose des cellules germinales testiculaires. Cette apoptose mettrait en jeu, par un mécanisme post-transcriptionnel, la diminution à long terme de l'expression de protéines clés de la machinerie épigénétique de méthylation de l'ADN, les ADN méthyltransférases (DNMT 3A, 3B et 1), et du facteur antiapoptotique, MCL-1. D'un point de vue fonctionnel, la chute d'expression des DNMTs se traduit notamment par l'augmentation d'expression des éléments transposables LINE-1 et du gène Ibtk normalement contrôlés par méthylation de l'ADN. En amont, la chute d'expression des DNMTs et de MCL-1 serait dépendante de l'augmentation d'expression d'autres effecteurs épigénétiques, les microRNAs de la famille miR-29. Dans le cas de l'exposition in utero au flutamide, notre travail indique que l'apoptose chronique des cellules germinales serait liée à la diminution à long terme de l'expression des inhibiteurs d'apoptose cIAP1 et cIAP2, et une augmentation d'expression de leur inhibiteur SMAC/DIABLO. En revanche, l'absence de mort des cellules somatiques testiculaires (Sertoli et Leydig) dans ce modèle serait due à l'augmentation d'expression spécifiquement dans ces cellules des inhibiteurs d'apoptose XIAP et SURVIVIN. Par ailleurs, le phénotype d'apoptose observé à l'âge adulte impliquerait également une altération précoce de l'expression des DNMTs. En conclusion, nous apportons une réponse mécanistique au phénotype de programmation foetale/néonatale d'apoptose des cellules germinales testiculaires adultes. En effet, l'augmentation des miR-29s provoquerait : (1) une chute d'expression des DNMTs altérant ainsi le profil de méthylation des gènes, et (2) une chute d'expression de facteurs protégeant les cellules germinales contre l'apoptose comme le facteur MCL-1.

All cellular RNAs contain numerous chemically modified nucleosides, but the largest number and the greatest variety are found in transfer RNA (tRNA). These modifications are posttranscriptionally introduced by modification enzymes during the complex process of tRNA maturation. The function of these modified nucleosides is not well known, but it seems that when present in the anticodon region, they play a direct role in increasing translational efficiency and fidelity, while modifications outside the anticodon region would be involved in the maintenance of the structural integrity of tRNA. Among the naturally occurring nucleoside modifications, base and ribose methylations are by far the most frequently encountered. They are catalyzed by tRNA methyltransferases (MTases), using generally the S-adenosyl-L-methionine (AdoMet) as methyl donor. Most of the knowledge about tRNA MTases comes from studies on bacterial and eukaryal model organisms, and very few informations are available about tRNA methylation in Archaea, particularly for thermophilic and hyperthermophilic Archaea whose GC-rich tRNAs are difficult to sequence. Nevertheless, some works on tRNA hydrolyzates from thermophiles or hyperthermophiles highlighted the presence of numerous methylated nucleosides. Furthermore, it has been shown that the only sequenced tRNA from an hyperthermophilic Archaea, the initiator methionine tRNA (tRNAiMet) from the Sulfolobus acidocaldarius, contains ten modified nucleosides, nine of them bearing a methylation on the base, on the ribose or on both base and ribose.<p>Of special interest is the modified nucleoside found at position 9 of this tRNA. It is an adenosine derivative, but the exact nature of the modification is unknown. In the yeast S. cerevisiae, some tRNAs with a guanosine at this position are methylated by the MTase Trm10p to form m1G9 (126). Since Trm10p-related proteins are found in hyperthermophilic archaea, such a homolog could be responsible for modification at position 9 of S. acidocaldarius tRNAiMet. In this work, we showed indeed that the Trm10p-related protein Saci_1677p from S. acidocaldarius methylates position 9 of tRNAs, but is specific for position N1 of adenosine, forming m1A rather than m1G. Interestingly, we demonstrated that Tk0422p from T. kodakaraensis, the euryarchaeal homolog to Saci_1677p, is the first tRNA MTase presenting a broadened nucleoside recognition capability, methylating both position N1 of A and of G to form m1A and m1G at position 9 of tRNAs. <p>This unique tRNA (m1A-m1G) MTase activity was further studied on one hand by site-directed mutagenesis of residues potentially important for the catalytic activity of Tk0422p enzyme, and on the other hand by determining the importance of the pH on the efficacy of the methylation reaction. Indeed, protonation state of atom N1 of A and G differs at physiological pH (N1 of G being protonated contrary to N1 of A), and we showed that m1G formation was increased with increasing pH. This could reflect the need of the enzyme to deprotonate G to be able to catalyze de methyltransfer. We showed also that the activity of the two archaeal enzymes (Saci_1677p and Tk0422p) present different dependence toward the structure of tRNA, the euryarchaeal Tk0422p requiring the intact tRNA structure while its crenarchaeal counterpart Saci_1677p being able to modify some truncated tRNAs.<p>Finally, some attempts to unveil the in vivo function of these enzymes, as well as their enzymatic mechanisms were undertaken, but these experiments are very preliminary and underline the needs for the development of genetic tools applicable to Archaea./ Tous les ARN cellulaires contiennent des nucléosides modifiés chimiquement, mais ce sont les ARNt qui en contiennent la plus grande variété et la plus grande proportion. Ces modifications sont introduites post-transcriptionnellement par des enzymes de modification durant le processus complexe de maturation des ARNt. Parmi les nucléosides modifiés, les méthylations de bases ou de riboses sont les plus fréquemment rencontrées. Elles sont catalysées par des ARNt méthyltransférases (MTases) utilisant pour la plupart de la S-adenosyl-L-methionine (AdoMet) comme donneur de méthyle. <p>La plupart des connaissances relatives aux ARNt MTases provient d’études sur des organismes modèles eucaryotes et bactériens, et peu de choses sont connues en ce qui concerne les archées, plus particulièrement les archées thermophiles et hyperthermophiles dont les ARNt GC riches sont difficiles à séquencer. Néanmoins, des travaux sur des hydrolysats d’ARNt de thermophiles et hyperthermophiles ont mis en évidence la présence d’un grand nombre de nucléosides modifiés. De plus, le seul ARNt d’archée hyperthermophile séquencé à ce jour, l’ARNtiMet de S. acidocaldarius contient 10 nucléosides modifiés, essentiellement par méthylation de la base, du ribose, ou des deux à la fois. Le nucléoside présent en position 9 de cet ARNt porte une modification chimique de nature encore inconnue. Or, chez la levure S. cerevisiae, certains ARNt possédant une guanosine à cette position sont méthylés par la MTase Trm10p pour former la 1-méthylguanosine. Etant donné qu’il existe une protéine apparentée à Trm10p chez les archées hyperthermophiles, celle-ci pourrait être responsable de la modification trouvée en position 9 de l’ARNtiMet de S. acidocaldarius. Dans ce travail, nous avons montré qu’effectivement la protéine Saci_1677p de la crénarchée S. acidocaldarius, orthologue à Trm10p, modifie la position 9 des ARNt, mais catalyse la formation de 1-methyladénosine (m1A) plutôt que de m1G dans les ARNt. De façon intéressante, nous avons montré que chez l’euryarchée T. kodakaraensis, l’enzyme Tk0422p homologue à Saci_1677p est capable de méthyler à la fois une adénosine et une guanosine en position 9 des ARNt. A notre connaissance, cette enzyme est la première ARNt MTase présentant une capacité élargie de reconnaissance de substrat.<p>Le présent travail a contribué à la caractérisation fonctionnelle et structurale de ces deux enzymes archéennes, et a permis d’améliorer la connaissance générale de la machinerie de modification des ARNt d’archées.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished