Yes / Exposure to DNA-damaging agents produces a range of stress-related responses. These change the expression of genes leading to mutations that cause cell cycle arrest, induction of apoptosis and cancer. We have examined the contribution of haploid and diploid DNA damage and genes involved in the regulation of the apoptotic process associated with exposure, The Comet assay was used to detect DNA damage and quantitative RT-PCR analysis (qPCR) to detect gene expression changes in lymphocytes and sperm in response to methyl methanesulfonate. In the Comet assay, cells were administered 0–1.2 mM of MMS at 37 °C for 30 min for lymphocytes and 32 °C for 60 min for sperm to obtain optimal survival for both cell types. In the Comet assay a significant increase in Olive tail moment (OTM) and % tail DNA indicated DNA damage at increasing concentrations compared to the control group. In the qPCR study, cells were treated for 4 h, and RNA was isolated at the end of the treatment. qPCR analysis of genes associated with DNA stress responses showed that TP53 and CDKN1A are upregulated, while BCL2 is downregulated compared with the control. Thus, MMS caused DNA damage in lymphocytes at increasing concentrations, but appeared not to have the same effect in sperm at the low concentrations. These results indicate that exposure to MMS increased DNA damage and triggered the apoptotic response by activating TP53, CDKN1A and BCL2. These findings of the processing of DNA damage in human lymphocytes and sperm should be taken into account when genotoxic alterations in both cell types are produced when monitoring human exposure. / Libyan Government

This thesis investigates how pairwise combinatorial gene and stimulus perturbation experiments are conducted and interpreted. In particular, I investigate gene perturbation in the form of knockout, which can be achieved in a pairwise manner by SGA or CRISPR/Cas9 methods. In the present literature, I distinguish two approaches to interpretation: the calculation of stimulus and gene interactions, and the identification of equality among phenotypes measured for distinct perturbation conditions. I describe how each approach has been applied to derive hypotheses about gene regulatory networks. I identify conflicts and uncertainties in the assumptions allowing these derivations, and explore theoretically and experimentally approaches to improve the interpretation of genetic interaction data. I apply the approaches to a well-studied gene regulatory branch of the DNA damage checkpoint (DDC) pathway of Saccharomyces cerevisiae, and confirm the known order of genes within this pathway. I also describe observations that seem inconsistent with this pathway structure. I explore this inconsistency experimentally and discover that high concentrations of the DNA alkylating drug methyl methanesulfonate cause a cell division arrest program distinct from a G1 or G2/M checkpoint or from DNA damage adaptation, that resembles an endocycle.

Chenopodium quinoa, a South American pseudocereal, has valuable agricultural traits such as salt tolerance and drought tolerance, and it has beneficial nutritional properties such as high protein content and a complete amino acid profile. However, problems including disease susceptibility, low harvest index, lodging, seed shattering, low heat tolerance, and saponin content plague quinoa. Genetic resources for quinoa are needed to fix these problems and make quinoa more available throughout the world. We used ethyl methanesulfonate (EMS) to create a mutant population of QQ74 quinoa (USDA GRIN PI 614886) of 5,030 mutant families. We did whole exome sequencing (WES) on 44 mutant families. Using the recently published quinoa reference genome and MAPS, a mutation detection pipeline, we found a mutation rate of 11.35 mutations/Mb in these families. We also used whole genome sequencing (WGS) to calculate a mutation rate of 21.67 mutations/Mb in an additional nine mutant families. To demonstrate the utility of this population as a genetic resource, we found an EMS-induced nonsense mutation in the betalain synthesis pathway that prevents red betacyanins from accumulating in the hypocotyl of quinoa. With the mutation rates in our population, we calculate that analysis of 300 mutant families will yield 3-7 mutations in any gene of interest, which will facilitate forward and reverse genetic studies in quinoa.

The DNA damage response is a cell-wide response that coordinates repair and cell-cycle progression. Crucial to fidelity of genetic propagation, survival, and apoptosis, dysfunctions in the response are at the root of genome instability syndromes and cancer predisposition in mammalian cells. Within the response lie hubs of coordination, called checkpoints, whose members and organization are ubiquitous amongst eukaryotes. The high conservation of these checkpoints enable the study of their dynamics by proxy via simpler model organisms. We use the budding yeast, Saccharomyces cerevisiae, to study the replication and DNA damage checkpoints --- both implicated in DNA damage repair. Using a yEGFP reporter driven by the RNR3 promoter and reporter-based synthetic genetic array analysis, we created a detector of potential checkpoint activation in response to two doses of MMS, 0.015% and 0.060% (v/v). The high-throughput screens and differential epistasis miniarray analyses (EMAPs) yield unanticipated involvement of oxidative stress response, ribosomal biogenesis, and chromatin remodelling genes.

Il existe peu d’études sur les effets physiologiques et pharmacologiques du médicament anesthésiant le plus utilisé chez les anoures, la tricaïne méthanesulfonate, et son utilisation chez la grenouille Xenopus laevis. Notre premier objectif était d’évaluer l’effet de bains d’immersion de 20 minutes de 1 et 2 g/L de tricaïne méthanesulfonate sur la fonction cardiorespiratoire, l’analgésie et les réflexes ainsi que d’étudier la pharmacocinétique. Nos résultats démontrent que des bains de 1 et 2 g/L produisent une anesthésie chirurgicale de 30 et 60 minutes respectivement, sans effet significatif sur le système cardiorespiratoire. À la suite d’une immersion à 2 g/L, on note une demi-vie terminale de 3,9 heures. Cette dose ne produit aucun effet sur l’histologie des tissus 24 heures après l’immersion. Dans une deuxième expérience, nous avons évalué les effets d’une surdose de tricaïne méthanesulfonate en bain d’immersion sur les systèmes cardiorespiratoire et nerveux central grâce à l’électroencéphalographie ainsi que l’effet d’une injection de pentobarbital sodique après 2 heures d’immersion. L’EEG montre un effet dépresseur sur le SNC avec l’utilisation de la tricaïne méthanesulfonate sans voir un arrêt de signal d’EEG sur la période de 2 heures d’enregistrement. Les surdoses à 1 g/L et 3 g/L n’ont pas d’effet significatif sur le rythme cardiaque, et l’injection de pentobarbital suite au bain d’immersion de tricaïne méthanesulfonate est nécessaire pour induire l’euthanasie. Nous avons démontré que le bain de tricaïne méthanesulfonate peut produire une anesthésie de 30 à 60 minutes avec dépression du SNC sans effet cardiovasculaire chez les Xenopus laevis. / Very few studies exist on the physiological and pharmacological effects of the most commonly used anesthetic agent used in amphibians, tricaine methanesulfonate, in Xenopus laevis frogs. Our first goal was to measure the effects of 20 minutes bath immersions of 1 and 2 g/L tricaine methanesulfonate on cardiorespiratory system, analgesia and reflexes. We also studied the pharmacokinetic of tricaine methanesulfonate following an immersion in a 2 g/L bath. Our results show that both 1 and 2 g/L baths produce surgical anesthesia during 30 and 60 minutes respectively, without significant effect on the cardiorespiratory system. Following the immersion in a 2 g/L bath, the tricaine methanesulfonate has a terminal half-life of 3,9 hours and no effect on tissue histology is observed 24 hours after anesthesia. In a second experiment, we evaluated the effects of tricaine methanesulfonate overdose on cardiorespiratory system and on central nervous system using electroencephalography. Moreover, we evaluated the effect of sodium pentobarbital injection after 2 hours of immersion. A significant EEG depression of central nervous system activity occurred with the use of tricaine methanesulfonate following 2 hours of recording and the pentobarbital injection was necessary to induce euthanasia. We showed that tricaine methanesulfonate can produce safe anesthesia of 30 to 60 minutes with reduction of CNS activity and without cardiorespiratory effect in Xenopus laevis.

Il existe peu d’études sur les effets physiologiques et pharmacologiques du médicament anesthésiant le plus utilisé chez les anoures, la tricaïne méthanesulfonate, et son utilisation chez la grenouille Xenopus laevis. Notre premier objectif était d’évaluer l’effet de bains d’immersion de 20 minutes de 1 et 2 g/L de tricaïne méthanesulfonate sur la fonction cardiorespiratoire, l’analgésie et les réflexes ainsi que d’étudier la pharmacocinétique. Nos résultats démontrent que des bains de 1 et 2 g/L produisent une anesthésie chirurgicale de 30 et 60 minutes respectivement, sans effet significatif sur le système cardiorespiratoire. À la suite d’une immersion à 2 g/L, on note une demi-vie terminale de 3,9 heures. Cette dose ne produit aucun effet sur l’histologie des tissus 24 heures après l’immersion. Dans une deuxième expérience, nous avons évalué les effets d’une surdose de tricaïne méthanesulfonate en bain d’immersion sur les systèmes cardiorespiratoire et nerveux central grâce à l’électroencéphalographie ainsi que l’effet d’une injection de pentobarbital sodique après 2 heures d’immersion. L’EEG montre un effet dépresseur sur le SNC avec l’utilisation de la tricaïne méthanesulfonate sans voir un arrêt de signal d’EEG sur la période de 2 heures d’enregistrement. Les surdoses à 1 g/L et 3 g/L n’ont pas d’effet significatif sur le rythme cardiaque, et l’injection de pentobarbital suite au bain d’immersion de tricaïne méthanesulfonate est nécessaire pour induire l’euthanasie. Nous avons démontré que le bain de tricaïne méthanesulfonate peut produire une anesthésie de 30 à 60 minutes avec dépression du SNC sans effet cardiovasculaire chez les Xenopus laevis. / Very few studies exist on the physiological and pharmacological effects of the most commonly used anesthetic agent used in amphibians, tricaine methanesulfonate, in Xenopus laevis frogs. Our first goal was to measure the effects of 20 minutes bath immersions of 1 and 2 g/L tricaine methanesulfonate on cardiorespiratory system, analgesia and reflexes. We also studied the pharmacokinetic of tricaine methanesulfonate following an immersion in a 2 g/L bath. Our results show that both 1 and 2 g/L baths produce surgical anesthesia during 30 and 60 minutes respectively, without significant effect on the cardiorespiratory system. Following the immersion in a 2 g/L bath, the tricaine methanesulfonate has a terminal half-life of 3,9 hours and no effect on tissue histology is observed 24 hours after anesthesia. In a second experiment, we evaluated the effects of tricaine methanesulfonate overdose on cardiorespiratory system and on central nervous system using electroencephalography. Moreover, we evaluated the effect of sodium pentobarbital injection after 2 hours of immersion. A significant EEG depression of central nervous system activity occurred with the use of tricaine methanesulfonate following 2 hours of recording and the pentobarbital injection was necessary to induce euthanasia. We showed that tricaine methanesulfonate can produce safe anesthesia of 30 to 60 minutes with reduction of CNS activity and without cardiorespiratory effect in Xenopus laevis.

Chez les végétaux supérieurs, lembryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle lembryon établit les principales structures de la future plante. La compréhension des processus moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine est donc dun intérêt agronomique majeur. Chez Phaseolus la caractérisation moléculaire de lembryogenèse permet de mieux comprendre les mécanismes du développement embryonnaire et de son dysfonctionnement observé chez les hybrides interspécifiques. Cette thèse sinscrit dans ce cadre et vise à identifier et caractériser des gènes clés impliqués dans le développement de l'embryon chez Phaseolus. Des hybridations interspécifiques ont été réalisées entre lespèce P.vulgaris L. (cultivar NI637) utilisée comme parent mâle et lespèce P. coccineus L. (cultivar NI16) utilisée comme parent femelle. Des analyses ont aussi été effectuées sur un mutant obtenu par mutagenèse chimique à l'EMS (Ethyl Méthyl Sulfonate) de graines de la variété BAT93 de P.vulgaris. Une étude histologique comparative a permis de suivre la dynamique de lembryogenèse du haricot commun à partir dembryons prélevés 3 à 12 jours après la pollinisation et provenant de plantes normales et déficients dans la production de graines. Les embryons de P. vulgaris se développent plus rapidement par rapport à ceux issus du mutant EMS. Ces derniers présentent des anomalies au niveau de lembryon et du suspenseur. La caractérisation fonctionnelle de deux gènes candidats MIPS (myo-inositol phosphate synthase) et Sus (sucrose synthase) a été réalisée par RT-PCR quantitative et hybridation in situ suite à une étude spatio-temporelle dexpression de ces deux gènes candidats au cours de développement embryonnaire chez Phaseolus. Lanalyse du profil dexpression de ces deux gènes montre quils sont exprimés différemment au niveau des tissus de lembryon et du suspenseur. Lanalyse in silico nous a permis de sélectionner 22 gènes candidats dont nous avons vérifié l'expression au cours de développement de la graine chez Phaseolus. Des variations au niveau de la méthylation de lADN ont été déterminées chez les hybrides interspécifiques comparativement à leurs parents. La technique de lHSS a permis disoler des fragments dADNs complémentaires différemment exprimés au cours de développement de la graine chez Phaseolus. Lanalyse des séquences de ces ADNs complémentaires montre quils codent pour plusieurs protéines intervenant dans le développement cellulaire et embryonnaire, en particulier le "storage protein activator" (SPA), le "pentatricopeptide repeat-containing protein" (PPR) et lacetyl-CoA carboxylase (ACCase). La caractérisation de ces différents gènes exprimés au cours du développement de la graine, fournit de nouveaux outils susceptibles de mettre en évidence des mécanismes de dysfonctionnement embryonnaire chez le genre Phaseolus.

BRCA1 est un suppresseur de tumeur majeur jouant un rôle dans la transcription, la réparation de l’ADN et le maintien de la stabilité génomique. En effet, des mutations dans le gène BRCA1 augmentent considerablement le risque de cancers du sein et de l’ovaire. BRCA1 a été en majorité caractérisé pour son rôle dans la réparation de l’ADN par la voie de recombinaison homologue (HR) en présence de bris double brins, par example, induits par l’irradiation gamma (IR). Cependant, la fonction de BRCA1 dans d’autres voies de réparation de l’ADN, comme la réparation par excision de nucléotides (NER) ou par excision de base (BER), demeurent toutefois obscures. Il est donc important de comprendre la régulation de BRCA1 en présence d’agents génotoxiques comme le méthyle méthanesulfonate (MMS) ou l’UV, qui promouvoient le BER et le NER respectivement. Nos observations suggèrent que BRCA1 est dégradée par le protéasome après traitement avec le MMS ou les UV, et non avec l’IR. Par ailleurs, cette dégradation semble compromettre le recrutement de Rad51, suggérant que la voie de HR est inhibée. Nos résultats suggèrent que la HR est inhibée afin d’éviter l’activation simultanée de multiples voies de réparation. Nous avons aussi observé que la dégradation BRCA1 est réversible et que la restauration des niveaux de BRCA1 coïncide avec le recrutement de Rad51 aux sites de dommages. Cela suggère que la HR est réactivée tardivement par les bris double brins générés suite à l’effondrement des fourches de réplication. Ayant observé que BRCA1 est hautement régulé par l’ubiquitination et est ciblé par le protéasome pour dégradation, nous avons émis une hypothèse que BRCA1 est régulé par des déubiquitinases. Cela amène à caractériser plus en profondeur par un criblage en déplétant les déubiquitinases individuellement par RNAi et en observant leur effet sur le recrutement de BRCA1 et des protéines reliées à cette voie. Un criblage préliminaire nous a permi d’identifié candidats potentiels tel que BAP1, CXORF53, DUB3, OTUB1 et USP36. / BRCA1 is a tumour suppressor involved in transcription, DNA repair and maintenance of genomic stability. Indeed, BRCA1 mutation carriers have an exceptionally higher risk of breast and ovarian cancers. BRCA1 is mainly known for its role in homologous recombination repair (HR) by recruiting HR proteins to chromatin upon double strand break (DSBs) formation, e.g., following treatment with ionizing irradiation (IR). However, the function of BRCA1 in other DNA repair pathways such as nucleotide excision repair (NER) or base excision repair (BER) is still obscure. It is thus of fundamental and clinical importance to investigate BRCA1 function following exposure to diverse genotoxic agents. Using human cultured cell, we observed that BRCA1 is downregulated by the proteasome upon treatment with MMS or UV, but not with IR. Moreover, this downregulation prevents Rad51 recruitment to chromatin following exposure to MMS. Given that DNA damage induced by UV and MMS trigger NER and BER pathways respectively, this implies that HR could be inhibited in order to prevent competition between independent DNA repair pathways. We also found that BRCA1 downregulation is reversible and the recovery of BRCA1 levels correlates with the reappearance of BRCA1 and Rad51 on chromatin. This implies that the HR has been reactivated at the late stage of DNA damage for the repair of double strand breaks generated by replication fork collapse. Since BRCA1 stability is highly regulated by ubiquitination and is downregulated following MMS treatment, one would expect that a deubiquitinase is responsible for relieving this downregulation to promote the reactivation of the HR pathway. To characterize this aspect further, we conducted DUB RNAi screens in which a particular DUB is depleted and the localization of BRCA1 and other related proteins were observed. According to a preliminary screen, a few DUBs (BAP1, CXORF53, DUB3, OTUB1, and USP36) were identified as potential regulators of the stability and localization of BRCA1 and proteins involved in homologous recombination.

BRCA1 est un suppresseur de tumeur majeur jouant un rôle dans la transcription, la réparation de l’ADN et le maintien de la stabilité génomique. En effet, des mutations dans le gène BRCA1 augmentent considerablement le risque de cancers du sein et de l’ovaire. BRCA1 a été en majorité caractérisé pour son rôle dans la réparation de l’ADN par la voie de recombinaison homologue (HR) en présence de bris double brins, par example, induits par l’irradiation gamma (IR). Cependant, la fonction de BRCA1 dans d’autres voies de réparation de l’ADN, comme la réparation par excision de nucléotides (NER) ou par excision de base (BER), demeurent toutefois obscures. Il est donc important de comprendre la régulation de BRCA1 en présence d’agents génotoxiques comme le méthyle méthanesulfonate (MMS) ou l’UV, qui promouvoient le BER et le NER respectivement. Nos observations suggèrent que BRCA1 est dégradée par le protéasome après traitement avec le MMS ou les UV, et non avec l’IR. Par ailleurs, cette dégradation semble compromettre le recrutement de Rad51, suggérant que la voie de HR est inhibée. Nos résultats suggèrent que la HR est inhibée afin d’éviter l’activation simultanée de multiples voies de réparation. Nous avons aussi observé que la dégradation BRCA1 est réversible et que la restauration des niveaux de BRCA1 coïncide avec le recrutement de Rad51 aux sites de dommages. Cela suggère que la HR est réactivée tardivement par les bris double brins générés suite à l’effondrement des fourches de réplication. Ayant observé que BRCA1 est hautement régulé par l’ubiquitination et est ciblé par le protéasome pour dégradation, nous avons émis une hypothèse que BRCA1 est régulé par des déubiquitinases. Cela amène à caractériser plus en profondeur par un criblage en déplétant les déubiquitinases individuellement par RNAi et en observant leur effet sur le recrutement de BRCA1 et des protéines reliées à cette voie. Un criblage préliminaire nous a permi d’identifié candidats potentiels tel que BAP1, CXORF53, DUB3, OTUB1 et USP36. / BRCA1 is a tumour suppressor involved in transcription, DNA repair and maintenance of genomic stability. Indeed, BRCA1 mutation carriers have an exceptionally higher risk of breast and ovarian cancers. BRCA1 is mainly known for its role in homologous recombination repair (HR) by recruiting HR proteins to chromatin upon double strand break (DSBs) formation, e.g., following treatment with ionizing irradiation (IR). However, the function of BRCA1 in other DNA repair pathways such as nucleotide excision repair (NER) or base excision repair (BER) is still obscure. It is thus of fundamental and clinical importance to investigate BRCA1 function following exposure to diverse genotoxic agents. Using human cultured cell, we observed that BRCA1 is downregulated by the proteasome upon treatment with MMS or UV, but not with IR. Moreover, this downregulation prevents Rad51 recruitment to chromatin following exposure to MMS. Given that DNA damage induced by UV and MMS trigger NER and BER pathways respectively, this implies that HR could be inhibited in order to prevent competition between independent DNA repair pathways. We also found that BRCA1 downregulation is reversible and the recovery of BRCA1 levels correlates with the reappearance of BRCA1 and Rad51 on chromatin. This implies that the HR has been reactivated at the late stage of DNA damage for the repair of double strand breaks generated by replication fork collapse. Since BRCA1 stability is highly regulated by ubiquitination and is downregulated following MMS treatment, one would expect that a deubiquitinase is responsible for relieving this downregulation to promote the reactivation of the HR pathway. To characterize this aspect further, we conducted DUB RNAi screens in which a particular DUB is depleted and the localization of BRCA1 and other related proteins were observed. According to a preliminary screen, a few DUBs (BAP1, CXORF53, DUB3, OTUB1, and USP36) were identified as potential regulators of the stability and localization of BRCA1 and proteins involved in homologous recombination.

TCTP (Translationally Controlled Tumor Protein) est une protéine très conservée chez l'ensemble des eucaryotes. C’est une protéine vitale impliquée dans divers processus essentiels, et pour de nombreux organismes son absence conduit à la létalité dès les stades embryonnaires.Chez les animaux comme chez les végétaux, TCTP joue un rôle primordial dans la croissance et le développement des individus. En plus de son implication dans l’apoptose et la réparation de l’ADN, TCTP favorise la prolifération cellulaire, et se trouve donc être un élément important de la tumorigenèse. Chez les végétaux, la forte conservation de TCTP a permis la préservation de la plupart des fonctions décrites chez les animaux, mais les facteurs qui interviennent en amont ne sont pas encore connus.Par la mise en place, la conduite et la finalisation de deux cribles génétiques utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana, ce travail de thèse a cherché à identifier des facteurs situés en amont de TCTP. En parallèle, une seconde étude fut menée afin de mesurer l'impact de l'absence de TCTP sur les voies de l’auxine et des cytokinines au cours du développement embryonnaire, permettant de mieux comprendre l’origine de l’embryolétalité du mutant tctp. / TCTP (Translationally Controlled Tumor Protein) is strongly conserved among eukaryotes. It is a vital protein implicated in various major processes, and its absence leads to early embryolethality in many organisms. In plants as in animals, TCTP is a key factor of growth and development. Implicated in apoptosis and DNA repair, TCTP is also an enhancer of cell proliferation, and is a key element of tumorigenesis. Major functions of TCTP are conserved between plants and animals, but upstream factors are not known yet. Using a genetic screen on the model plant Arabidopsis thaliana, the principal goal of this thesis was to discover regulators of TCTP.In parallel, the impact of TCTP knockout on auxin and cytokinin pathways during embryo development was investigated.