Genomic instability and aneuploidy, which are ubiquitous hallmarks of cancer cells, encompass both structural and numerical chromosome aberrations. Strikingly, cancer cells often display recurrent patterns of aneuploidy which are thought to be contingent on selection pressures within the tumour microenvironment maintaining advantageous karyotypes. However, it is currently unknown if individual chromosomes are intrinsically vulnerable to missegregation, and therefore whether chromosome bias may also contribute to pathological aneuploidy patterns. Moreover, the earliest responses to chromosome missegregation in non-transformed cells, and how these are overcome in cancer, has remained elusive due to the difficult nature of isolating nascent aneuploid cells. Results. Individual chromosomes displayed recurrent patterns of biased missegregation in response to a variety of cellular stresses across cell lines. Likewise, a small subset of chromosomes accounted for a large fraction of segregation errors following one specific mechanism driving aneuploidy. This was supported by the discovery that chromosomes 1 and 2 are strikingly susceptible to the premature loss of sister chromatid cohesion during prolonged prometaphase arrest. Additionally, I have elucidated the arrangement of individual metaphase human chromosomes, highlighting missegregation vulnerabilities occurring at the metaphase plate periphery following nocodazole wash-out. Finally, I have developed a novel system for isolating nascent aneuploid cells, suggesting the earliest transcriptome responses to chromosome missegregation in non-transformed human cells involve ATM and BCL2-mediated apoptosis.

Lors d’un examen ou radiologique, des rayonnements X de basse énergie sont utilisés (<100 keV). Pour certains traitements radiologiques, l’énergie utilisée est de plusieurs MeV. La publication 103 de la CIPR considère actuellement que les photons, indépendamment de leur énergie, ont le même facteur de pondération. Cependant, il existe des différences topologiques à l'échelle nanométrique du dépôt d'énergie des rayonnements X en fonction de leur spectre énergétique. En effet, à mesure que l’énergie des photons décroit, la nature de leurs interactions avec la matière vivante se modifie. Pour étudier ces différences, nous avons caractérisé nos conditions d'irradiation en termes d'énergies initiales des photons, mais surtout en termes de spectres d'énergie des électrons secondaires au niveau du volume cellulaire, en utilisant des simulations de Monte Carlo. Nous nous sommes intéressés à la signalisation des dommages de l'ADN en analysant un grand nombre de foyers γH2A.X après exposition de cellules endothéliales humaines synchronisées en phase G0/G1 à des doses allant de 0,25 à 5 Gy à 40 kV, 220 kV et 4 MV. Le nombre et la distribution spatiale des foyers γH2A.X ont été explorés. Aussi, nous avons étudié la fréquence de division et de mort cellulaire. Nous avons également étudié le taux d’anomalies de ségrégation après la division cellulaire. Nous avons mis en évidence un nombre plus élevé de cassures double-brin de l'ADN signalisées par γH2A.X pour 40 kVp et/ou 220 kVp, comparé à 4 MVp pour les plus fortes doses testées de 2 et 5 Gy. Entre 40 et 220 kVp, aucune différence biologique n’a été observée. Ce manque de différence pourrait s’expliquer par la grande similarité des spectres énergétiques des électrons secondaires, au niveau du volume cellulaire.Le spectre d'énergie des électrons secondaires semble être plus étroitement lié au niveau de dommage à l'ADN mesuré par γH2A.X que le spectre initial des paramètres d'énergie ou de tension des photons. Nos résultats indiquent qu'à mesure que le spectre d'énergie des électrons secondaires augmente, les dommages à l'ADN signalés par γH2A.X diminuent et cet effet est observable au-delà de 220 kVp. / In a radiological examination, low-energy X-radiation is used (<100 keV). For other radiological procedures, the energy used is several MeV. ICRP in publication 103 has currently considered that photons irrespective of their energy have the same radiation weighting factor. Nevertheless, there are topological differences at the nanoscale of X-ray energy deposition as a function of its energy spectrum, meaning that the different interactions with living matter could vary in biological efficacy. To study these differences, we characterized our irradiation conditions in terms of initial photon energies, but especially in terms of energy spectra of secondary electrons at the cell nucleus level, using Monte Carlo simulations. We evaluated signaling of DNA damage by monitoring a large number of γH2A.X foci after exposure of G0/G1-phase synchronized human primary endothelial cells at a dose from 0.25 to 5 Gy at 40 kV, 220 kV and 4 MV X-rays. Number and spatial distribution of γH2A.X foci were explored. In parallel, we investigated cell behavior through cell death and ability of a mother cell to produce two daughter cells. We also studied the missegregation rate after cell division. We report a higher number of DNA double-strand breaks signaled by γH2A.X for 40 kVp and/or 220 kVp compared to 4 MVp for the highest tested doses of 2 and 5 Gy. We observed no difference between the biological endpoint studies with 40 kVp and 220 kVp X-ray spectra. This lack of difference could be explained by the relative similarity of the calculated energy spectra of secondary electrons at the cell monolayer. The energy spectrum of secondary electrons seems to be more closely related to the level of DNA damage measured by γH2A.X than the initial spectrum of photon energy or voltage settings. Our results indicate that as the energy spectrum of secondary electrons increases, the DNA damage signaled by γH2A.X decreases and this effect is observable beyond 220 kVp.

Dans le domaine des biomatériaux, cette thèse s’intéresse à l’influence de l’élasticité du substrat sur la division et la plasticité de la chromatine de cellules épithéliales. La létalité des cellules est corrélée aux faibles rigidités des substrats. Cependant, quelques cellules tumorales SW480, incluant celles portant des anomalies de ségrégation des chromosomes, progressent en mitose. Ces anomalies seraient à l’origine de réarrangements chromosomiques, sources de nombreuses mutations. Les substrats mous conduisent à la formation d’hétérochromatine tandis que les substrats très mous induisent la nécrose des cellules PtK2. Sur ces substrats, l’euchromatine est maintenue après inhibition de HDAC, permettant aux cellules de résister à la nécrose, indépendamment de la compétence transcriptionnelle du noyau. Ces cellules s’étalent à nouveau après transfert sur un substrat rigide. Ces résultats suggèrent 1) une voie de signalisation entrante initiée par le substrat conduisant à la nécrose via la formation d’hétérochromatine 2) une voie de signalisation sortante initiée par l’euchromatine permettant la survie cellulaire. / In the biomaterials field, this PhD work is about influence of substrate elasticity on cell division and chromatin plasticity of epithelial cells. Soft substrates cause massive death.However, some SW480 tumor cells, including those bearing chromosomal segregation abnormalities progress in mitosis. These abnormalities could result in more chromosomal rearrangements, increasing mutations. Soft substrates lead to heterochromatin remodelling and very soft substrates promote necrosis of PtK2 cells. On these substrates, euchromatin could be maintained after HDAC inhibition independently of the nuclear transcriptional competence.These cells spread again after tranfer on stiff substrates. These results suggest i) outside-insignalling cascade initiated at the soft substrate surface leading to heterochromatin remodelling and ultimately necrosis, ii) inside-out signaling cascade initiated from euchromatin allowing cell to overcome necrosis on soft substrate.