Dans le noyau de nos cellules l’ADN est enroulé autour de petites protéines que l’on appelle les histones et forme ainsi ce que l’on nomme la chromatine. L’activation des gènes permet la production de protéines qui sont nécessaires au bon fonctionnement des différentes cellules de notre organisme. Notre corps est composé de différentes cellules dont l’identité est définie par un patron de gènes actifs et inactifs bien spécifique. Au cours de la mitose (division des cellules) il est crucial que les cellules conservent leur identité, faute de quoi des structures non adaptées peuvent apparaître et dans certains cas conduire à l’apparition de cancers. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) constituent un important système de mémoire cellulaire qui permet de maintenir un gène inactif au cours du développement d’un organisme. Ces protéines sont ciblées sur des gènes spécifiques où elles modifient la nature chimique des histones, rendant la chromatine compacte, difficile d’accès et donc empêchant l’activation de ces gènes. Lors de la mitose, la chromatine va se compacter drastiquement pour faciliter la ségrégation des chromosomes. Les mécanismes par lesquels les protéines du PcG s’adaptent à cette restructuration massive du génome ne sont pas connus. Mon projet est d’étudier le comportement des protéines du PcG au niveau de la chromatine à travers la mitose et ainsi de comprendre comment est préservée l’identité des cellules. Historiquement, les protéines du PcG ont été découvertes chez la drosophile et leurs mutations entrainent des anomalies au niveau du plan corporel. Ces protéines existent également chez l’homme et jouent un rôle essentiel dans le contrôle du développement. Ainsi mes travaux effectués chez la drosophile pourront être repris pour l’étude de ces protéines chez l’homme. Par l’utilisation de techniques de microscopie à fluorescence, il est possible de détecter la fixation des protéines du PcG au niveau de la chromatine au cours de la mitose. Il a été observé que durant la mitose l’une des protéines du PcG est dissociée de la chromatine alors que deux autres protéines de ce groupe sont quant à elles maintenues. L’ancrage des protéines du PcG à la chromatine se fait par le dépôt d’une modification chimique spécifique sur une histone, la triméthylation de la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3). Pendant la mitose le résidu adjacent, la serine 28, va être phosphorylé (H3S28ph), et cette seconde modification perturbe la fixation des protéines du PcG. Pour mieux comprendre comment ces deux modifications (H3K27me3 et H3S28ph) définissent la fixation des protéines du PcG le long du chromosome lors de la mitose, j’analyserai la distribution de ces protéines le long du génome dans des cellules en mitose. D’autre part, j’étudierai les défauts développementaux provoques par l’absence de ces deux modifications chimiques à partir de drosophiles mutantes. La dérégulation des protéines du PcG entraine des défauts développementaux et est à l’origine de nombreux cancers chez l’homme. Des avancées dans le domaine pharmacologique ont permis d’élaborer des inhibiteurs de certaines des protéines du PcG qui pourraient constituer de nouvelles thérapies anti-cancer. Il est donc important de comprendre parfaitement les mécanismes d’actions de ces protéines, tout particulièrement au cours de processus biologiques cruciaux tel que la mitose. / Polycomb group (PcG) proteins maintain repression on key developmental genes to preserve cell fates. It is unknown on how PcG-mediated repressive chromatin is inherited across cell cycles. This project aims to study the chromatin-binding profile of PcG proteins and their cognate histone mark (H3K27me3) in mitosis. We observed that Polycomb (Pc) were dissociated from chromosomes during mitosis and reassociation begins from late anaphase onwards. In contrary, Ph, PSC and high level of H3K27me3 were detected on mitotic chromosomes. Importantly, drug-inhibition of Aurora B and hence depletion of H3S28ph retained Pc on mitotic chromosomes. To further understand how mitotic H3S28ph affects PcG proteins binding profile, a FACS-sorting protocol was optimized to isolate mitotic cells for ChIP-seq analyses. In parallel, Drosophila model of histone mutants (H3K27R and H3S28A) were established to assess the importance of these modifications on PcG-mediated epigenetics inheritance across mitoses.

Une surprolifération cellulaire associée à de l’aneuploïdie est un marqueur couramment retrouvé dans les cancers et une faible instabilité génétique peut-être un élément aggravant (sinon déclencheur) de la tumorigénèse. Récemment, il a été montré sur un modèle de cellules cancéreuses en culture qu’une forte aneuploïdie compromet la prolifération cellulaire en entraînant la mort de ces dernières. Au cours de ma thèse, nous avons souhaité tester si cette hypothèse se vérifiait in vivo en utilisant comme modèle, les tumeurs du système nerveux central de la larve de D. melanogaster. Nous avons fait le choix d’utiliser des mutants pour des gènes impliqués dans la formation du fuseau mitotique et la ségrégation des chromosomes (Sas-4 ou AurA) afin d’induire ces tumeurs. Pour générer l’aneuploïdie, nous avons choisi d’associer les mutations sas-4 ou aurA avec des mutations pour des gènes essentiels du SAC, Mad2 ou BubR1ken. Nous avons ensuite analysé par immunofluorescence et microscopie l’effet de la perte du SAC sur la prolifération des Nb. Pour sas-4, la perte du SAC cause l’apparition d’une forte aneuploïdie et une baisse du nombre de Nb associée à une forte réduction de taille des cerveaux. Cela compromet totalement la capacité des cerveaux mutants à induire des tumeurs lorsqu’on les injecte dans l’abdomen de mouches adultes saines. Dans le cas d’aurA, ni hausse de l’aneuploïdie dans le tissu ni baisse de la prolifération des Nbs n’ont été observés. Par ailleurs, la même forte proportion de mouches injectées avec des cerveaux aurA ou aurA mad2 développant une tumeur a été constaté. Afin de mieux comprendre pourquoi le mutant aurA ne réagit pas comme le mutant sas-4 à la déplétion du SAC, nous avons entrepris une analyse détaillée des mutants aurA et aurA mad2. Nous avons d’abord observé que, malgré la perte du SAC, 1) il existe toujours un délai en mitose dans aurA mad2 et 2) il existe un délai entre la satisfaction du SAC et l’entrée en anaphase dans aurA. Comme l’entrée en anaphase est dépendante de la dégradation de la CycB et de la Sécurine via l’APC/C, nous avons analysé le comportement de la CycB (couplé à une étiquette GFP) par vidéo-microscopie en temps réel et observé un défaut de la régulation de la dégradation de cette dernière dans le mutant aurA ainsi que dans le double mutant aurA mad2. Ces observations nous ont permis de proposer un nouveau rôle pour la kinase AurA dans la régulation de la dégradation de la CycB en fin de mitose. / Cellular overproliferation associated with aneuploidy is a common hallmark of cancers. Low genetic instability may be a contributing factor of tumorigenesis. Recently, it was shown on a cellular cancer model in culture that strong aneuploidy compromises cell proliferation by causing cell death. During my thesis, we have test if this hypothesis was verified in vivo by using as a model, the tumours of the larval central nervous system of D. melanogaster. We decided to use mutants involved in mitotic spindle formation and chromosome segregation (Sas-4 or AurA) to induce these tumours. To generate aneuploidy, we chose to associate these mutations with mutations in genes essential for the SAC, Mad2 or BubR1ken. We then analysed the effect of the SAC depletion on the Nb proliferation. For sas-4, loss of the SAC leads to high aneuploidy and a decrease in Nb number associated with brain size reduction. It completely undermines the ability of mutant brain to induce tumors when injected into the abdomen of healthy adult flies. In the case of aurA, nor increase of aneuploidy in tissue or decrease in nb proliferation have been observed. Moreover, the same proportion of flies injected with aurA or aurA mad2 brains developed tumours. To better understand why the aurA mutant not react as the sas-4 mutant to the SAC depletion, we undertook a detailed analysis of aurA and aurA mad2 mutants. We first observed that despite the SAC depletion, 1) there is always a delay in mitosis in aurA mad2 and 2) there is a delay between SAC satisfaction and anaphase onset in aurA. Since anaphase onset is dependent of the CycB and Securine degradation via the APC / C, we analysed the behaviour of the CycB (coupled with a GFP tag) by real-time videomicroscopy and observed a defect in the regulation of CycB degradation in aurA and in the double aurA mad2 mutant. These observations lead us to propose a new role for AurA kinase in regulating the degradation of CycB at the end of mitosis.

La présence de cassures double-brin de l'ADN en mitose est problématique pour les cellules, car cette situation produit des fragments de chromosome ne possédant pas de centromères. En l'absence d'un mécanisme permettant leur prise en charge, ces fragments acentriques n'étant pas attachés au fuseau mitotique, pourraient être ségrégés aléatoirement dans les cellules filles, causant de l'instabilité génomique. Nous avons découvert un mécanisme permettant la transmission correcte des fragments acentriques dans les cellules filles via une structure faisant le lien entre les deux fragments cassés. Plusieurs protéines sont recrutées sur les cassures, comme les kinases mitotiques BubR1 et Polo, et favorisent la ségrégation correcte de ces chromosomes cassés. Cependant, les mécanismes permettant le recrutement de BubR1 et Polo sur les cassures d'ADN en mitose sont inconnus. De plus, les mécanismes moléculaires par lesquels BubR1 et Polo favorisent la ségrégation correcte des fragments acentriques restent à être identifiés. La première partie de mon projet a été d'étudier le rôle et la régulation de BubR1 sur les cassures d'ADN pendant la mitose. Nous avons montré que BubR1 requiert Bub3 pour se localiser sur les chromosomes cassés afin de favoriser leur ségrégation correcte. Nous avons également détecté l'accumulation de FizzyCDC20, un cofacteur de l'E3 ubiquitine ligase APC/C (Anaphase-Promoting- Complex/Cyclosome), sur les cassures d'ADN, et son recrutement dépend de son interaction avec la KEN Box de BubR1. De plus, l'utilisation d'un substrat synthétique de l'APC/C nous a permis de démontrer que la dégradation par l'APC/C est inhibée localement autour du chromosome cassé, de manière dépendante de BubR1. Ces résultats suggèrent fortement que le complexe BubR1/Bub3 recrut é sur les cassures d'ADN inhibe localement l'APC/C en séquestrant FizzyCDC20 et empêche ainsi la dégradation de substrats clefs impliqués dans la ségrégation correcte des chromosomes cassés. La seconde partie de mon projet a été d'étudier les relations d'interdépendance entre Polo et BubR1/Bub3/Fizzy sur les cassures d'ADN en mitose. Nous avons utilisé un laser UV pulsé pour induire des cassures dans un chromosome à un instant précis pendant la mitose, puis nous avons suivi le recrutement de protéines tagguées GFP sur les cassures de chromosome. Cette étude révèle que Polo est rapidement recrutée sur les cassures d'ADN et précède BubR1, Bub3 et Fizzy. De plus, la disparition de BubR1, Bub3 et Fizzy des cassures d'ADN coïncide avec la télophase alors que Polo disparait des cassures pendant l'interphase. Nous avons également montré que le recrutement de BubR1, Bub3 et Fizzy sur les cassures d'ADN est retardé dans les mutants polo, indiquant que Polo est requis pour un recrutement efficace de BubR1, Bub3 et Fizzy sur les cassures d'ADN. Pour finir, nous avons montré que l'accumulation de Polo et BubR1/Bub3/Fizzy sur les cassures d'ADN dépend de deux composants de la réponse aux dommages à l'ADN, le complexe MRN (Mre11-Rad50-Nbs1) et ATM (ataxia-telangiectasia mutated). Ce travail a permis d'avoir une meilleure compréhension sur la dynamique de recrutement de Polo et BubR1/Bub3/Fizzy sur les cassures d'ADN en mitose. De plus, le mécanisme moléculaire par lequel le complexe BubR1/Bub3 agit pour faciliter la ségrégation des chromosomes cassés a pu être en partie élucidé. / The presence of DNA double strand breaks (DSB) during mitosis is challenging for the cell, as it produces fragments of chromosome lacking a centromere. If not processed, this situation can cause genomic instability resulting in improper segregation of the broken fragments into daughter cells. We uncovered a mechanism by which broken chromosomes are faithfully transmitted to daughter cells via the tethering of the two broken chromosome ends. Several proteins including the mitotic kinase BubR1 and Polo are recruited to the breaks and mediate the proper segregation of the broken fragments. However, the mechanism underlying Polo and BubR1 recruitment to DNA breaks is unknown. Moreover, the molecular mechanisms by which Polo and BubR1 mediate the proper segregation of the broken fragments remain to be elucidated. We first investigated the role and regulation of BubR1 on DNA breaks during mitosis. We show that BubR1 requires Bub3 to localize on the broken chromosome fragment and to mediate its proper segregation. We also find that FizzyCdc20, a co--‐factor of the E3 ubiquitin ligase Anaphase--‐Promoting--‐Complex/Cyclosome (APC/C), accumulates on DNA breaks in a BubR1 KEN box--‐dependent manner. A biosensor for APC/C activity demonstrates a BubR1--‐dependent local inhibition of APC/C around the segregating broken chromosome. These results are consistent with a model where Bub3/BubR1 complex on DNA breaks functions to inhibit the APC/C locally via the sequestration of FizzyCdc20, thus preserving key substrates from degradation, which promotes proper transmission of broken chromosomes. In a second study, we investigated the dependency relationship between Polo and BubR1/Bub3/Fizzy on DNA breaks in mitosis. We used a pulsed UV laser to break one chromosome at a define time during mitosis. We immediately follow the recruitment of GFP--‐tagged proteins to laser--‐induced DNA breaks. My study reveals that Polo is promptly recruited to DNA breaks and precedes BubR1, Bub3 and Fizzy. In addition, while BubR1, Bub3 and Fizzy dissociation from the breaks coincide with telophase and the nuclear envelope reformation, Polo remains on the breaks well into interphase. We further show that the appearance of BubR1, Bub3 and Fizzy on DNA breaks is delayed in polo mutant, indicating that Polo is required for the robust and efficient recruitment of BubR1, Bub3 and Fizzy to DNA breaks. Finally, the timely accumulation of Polo, BubR1 and Bub3 to DNA breaks depends on two components of the DNA Damage Response, the MRN complex (Mre11--‐Rad50--‐Nbs1) and ATM (ataxia--‐telangiectasia mutated). This work gives us a better understanding on how Polo and BubR1, Bub3 and FizzyCdc20 are recruited to DNA breaks in mitosis and how they promote broken chromosomes segregation.

Images are teaching resources widely used in education. Especially in biology, they are very useful to register form and structure of organisms and to represent the cellular processes. The overall aim of this dissertation was to investigate how the records and representations through images, also can be a source of misconceptions. The specific objectives of the study were to evaluate the recognition and interpretation of images of mitosis and propose educational activities that would help in the development of interpretation skills. The sample of this research was 50 students in the first year of high school. The activities were developed in two schools, one private school and one public school). The research was divided into three stages; the first one was the application of diagnostic activities using: i) a sequence of images of cell division, to investigate the recognition of phases of mitosis; ii) modeling clay to know how the students represent a chromosome. Difficulties in recognition of images and concepts about the structure of chromosomes were analyzed. After the diagnostic activities was applied a set of educational activities about the mitosis. Two ludic activities (card game and puzzle) and two practical classes (observation of mitosis in onion roots and tridimensional model of metaphase) were associated for presentation and discussion of the phases of the mitosis. At the end of the activities the students carried out the assessment of the set of educational proposals and answered questions about interpretation of images related to mitosis and chromosomes. At diagnostic activity was detected that students still have difficulty in recognizing the images produced by microscopy. The construction of chromosomes with modeling clay revealed that most students believe that the chromosomes have the shape of X. This concept was resistant and remained even after the presentation of the set of educational activities. The students were highly motivated and rated as very positive all the activities presented. The application of these activities had positive results for the understanding of the spatial distribution of chromosomes in mitosis and permited more effective association between microscopy and simplified representations of images. These results reinforce the ideas about the need to diversify the forms and methods of presentation of abstract content related to cellular processes and the importance of working with the images generated from microscopy to assist the development of interpretation skills. / As imagens são recursos didáticos muito utilizados no Ensino, especialmente na Biologia, onde podem registrar de modo direto organismos e estruturas macroscópicas ou representar processos e componentes microscópicos. O objetivo geral dessa dissertação foi investigar, como os registros e representações através imagens que são facilitadores do entendimento de conceitos, aproximando o aluno da teoria que está em estudo, também pode ser fonte de concepções inadequadas. O presente trabalho teve por objetivos específicos avaliar o reconhecimento e interpretação de imagens da mitose e propor atividades didáticas que auxiliassem no desenvolvimento de habilidades de interpretação. Participaram deste trabalho 50 alunos do primeiro ano do Ensino Médio, sendo 27 de escola da rede particular de ensino da cidade de Rosário do Sul e 23 de escola rede pública de ensino da cidade de Santa Maria. A pesquisa foi dividida em três etapas; no primeiro momento houve a aplicação de atividades diagnósticas, utilizando: i) uma sequência de imagens de divisão celular, para investigar o reconhecimento das fases da mitose; ii) massa de modelar para que os alunos modelassem um cromossomo de maneira livre, de acordo com suas concepções. As dificuldades de reconhecimento de imagens e o conceito dos alunos sobre a estrutura de cromossomos foram analisadas. Finalizada a atividade diagnóstica utilizou-se uma intervenção constituída por um conjunto de atividades didáticas tendo como tema imagens de mitose. Os alunos participaram de atividades lúdicas compostas por jogos de baralho e quebra- cabeça, e também de atividades com caráter mais formal, como aula prática de observação de lâminas de células de Allium cepa em divisão celular e montagem de um modelo didático tridimensional representando uma célula na fase de metáfase da mitose. Ao final das atividades os alunos realizaram a avaliação do conjunto de propostas didáticas e responderam questões relacionadas a interpretação de imagens sobre mitose e cromossomos. A atividade diagnóstica demonstrou que os alunos ainda possuem dificuldade no reconhecimento de imagens principalmente as de microscopia. A concepção de que o cromossomo é sempre correspondente a letra X foi observada na maioria dos alunos, conceito este que permaneceu após a intervenção. Os alunos se mostraram bastante motivados e participaram dede modo atento e ativo em todas as atividades, o que se refletiu nas avaliações. Em relação a compreensão de imagens da mitose foi possível detectar mudanças que revelam melhor interpretação. Os resultados positivos da aplicação das atividades foram melhor compreensão da distribuição espacial dos cromossomos na mitose e associação mais efetiva entre imagens de microscopia e representações simplificadas. Esses resultados reforçam as ideias sobre a necessidade de diversificar as formas e métodos de apresentação de conteúdos abstratos relacionados a processos celulares e a importância de trabalhar com as imagens geradas a partir da microscopia para auxiliar o desenvolvimento de habilidades de interpretação.

HNF1beta est un facteur de transcription homeobox, dont les mutations sont fréquemment rencontrées chez des patients atteints d’anomalies congénitales du rein et du tractus urinaire (Congenital Abnomalities of the Kidney and the Urogenital Tract, CAKUT). HNF1beta est également impliqué dans le diabète de type Maturity Onset Diabetes of the Young 5 (MODY5). Le laboratoire d’accueil a démontré que HNF1beta était impliqué dans un mécanisme épigénétique, le Bookmarking, nécessaire à la réexpression post-mitotique de ses gènes cibles. En particulier, des expériences de vidéo-microscopie ont montré que la partie N-terminale de HNF1beta, contenant le domaine de liaison à l’ADN, en fusion avec la GFP (HNF1beta -GFP) est liée à la chromatine pendant la mitose. L’objectif de ma thèse était de caractériser les modalités biochimiques d’interaction de HNF1beta avec la chromatine mitotique. Nous avons mis en évidence le fait que la capacité de liaison à l’ADN est indispensable à la localisation mitotique de HNF1beta. En effet, la délétion de la troisième hélice alpha de l’homéo-domaine, responsable de l’interaction avec le grand sillon de l’ADN, entraîne la dissociation de la chromatine de HNF1beta pendant la mitose. Nous avons ensuite étudié l’effet de plusieurs mutations identifiées chez des patients MODY sur la localisation mitotique de HNF1beta. Nos résultats ont montré que certaines mutations faux-sens sont capables d’empêcher la fixation de la chromatine mitotique. Parmi ces mutations, certaines manifestent un phénotype dépendant de la température. Par exemple, à une température permissive, inférieure à 30°C, les mutations P256S et C273Y présentent une localisation mitotique normale. En revanche, à 37°C pour P256S et à 39°C pour le mutant C273Y, les protéines sont complètement dissociées, alors que dans toutes ces conditions de température, l’association de la protéine sauvage avec la chromatine mitotique n’est pas affectée. A température permissive (4°C), nous avons montré par retard sur gel (Electophoresis Mobility Shift Assay EMSA) que les mutants lient l’ADN avec un Kd apparent similaire à celui de la protéine sauvage. Par contre, à température restrictive, les mutants présentent des comportements différents. En effet, P256S perd sa capacité de liaison à l’ADN (de façon réversible), tandis que C273Y continue à lier l’ADN avec une affinité similaire à celui de la protéine sauvage. Le caractère thermosensible des mutants de HNF1beta nous a permis d’étudier les modalités de son recrutement sur la chromatine mitotique. Nos résultats ont montré que l’association des protéines à la chromatine mitotique présente une nature très dynamique. En effet, nous avons observé qu’une diminution rapide de température détermine la relocalisation mitotique réversible de la protéine, dans un délai de quelques secondes. Nous avons pu montrer que la relocalisation mitotique de HNF1beta induit par la température était affectée par une déplétion d’énergie, ainsi que par l’action d’un inhibiteur spécifique de l’importine-β (importazole). Nous avons enfin mis en évidence par immuno-précipitation de chromatine (ChIP) que la liaison de HNF1beta à la chromatine mitotique est séquence-spécifique. Nos résultats suggèrent que le recrutement de HNF1beta à la chromatine mitotique est énergie-dépendante, et nécessite le bon fonctionnement du système de transport lié à l’importine-beta. Mes résultats suggèrent que des mutations trouvées chez des patients MODY3 et MODY5 inactivent ou affaiblissent la capacité de HNF1beta de remplir son activité de Bookmarking. / HNF1beta is a POU transcription factor that is frequently mutated in patients that suffer from diabetes and renal cystic dysplasia. This protein has the peculiar ability to bind mitotic chromosomes and behave as a gene bookmarking. Here we show that the capacity of HNF1beta to bind to DNA plays an essential role for mitotic binding. A close homologue, HNF1alpha, shares the ability of HNF1beta to bind to mitotic chromosomes, and several MODY mutations (e.g P256S, V265L and C273Y) affect the ability of the protein to localize to mitotic chromatin. Interestingly, the phenotype induced by these mutations is very rapidly rescued by sudden temperature shifts. Temperature-sensitivity is probably linked to a conformational change that prevents DNA binding ability of P256S and V265L mutants at 37°C. Interestingly, the mitotic relocalization of these mutants induced by temperature shift was sensitive to energy depletion and importazole, suggesting an active mechanism involving the importin-beta system. Interestingly, C273Y mutant exhibited a significantly mitotic dispersion that is not correlated with any DNA or interphase chromatin binding defect, indicating that DNA binding function is necessary but not sufficient to accomplish bookmarking.

Abstract Genetic information is stored in the base sequence of DNA. As DNA is often damaged by radiation or reactive chemicals, cells have developed mechanisms to correct the DNA lesions. These mechanisms involve recognition of damage, DNA repair and cell cycle delay until DNA is restored. Failures in the proper processing of DNA lesions may lead to mutations, premature aging, or diseases such as cancer. In this thesis study the human topoisomerase IIβ binding protein 1 (TopBP1) was identified as the homolog of budding yeast Dpb11 and fission yeast Cut5. TopBP1 was found to be necessary for DNA replication and to associate with replicative DNA polymerase ε. TopBP1 localised to the sites of DNA damage and stalled replication forks, which suggests a role in the DNA damage response. TopBP1 interacted with the checkpoint protein Rad9, which is a part of a protein complex whose function includes tethering proteins to sites of DNA damage. This supports a role for TopBP1 in the early steps of checkpoint activation after DNA damage. TopBP1 also interacted with the tumour suppressor protein p53 in a phosphorylation dependent manner. In addition, the data support a role for TopBP1 outside of S-phase. During M-phase, TopBP1 was found to localise to centrosomes along with the tumour suppressor proteins Brca1 and p53. Analysis of the expression of TopBP1 in mouse tissues suggested that TopBP1 may also play a role during meiosis. The localisation pattern of TopBP1 in mouse meiotic spermatocytes resembled that of many proteins functioning during meiotic recombination. For example, co-localisation of ATR kinase and TopBP1 was observed during meiotic prophase I. In accordance with the findings from mouse studies, the analysis of a cut5 mutant during yeast meiosis showed that Cut5 is essential for the meiotic checkpoint. These results strongly suggest that TopBP1 operates in replication and has checkpoint functions during both the mitotic and meiotic cell cycles.

La phosphorylation/déphosphorylation des protéines est une modification clé dans les mécanismes qui contrôlent les évènements mitotiques.Classiquement, l’entrée en mitose requiert l’activation de Cdk1. Pour se faire, les phosphorylations inhibitrices sur Cdk1 par Myt1 et Wee1 doivent être éliminées par Cdc25. Le complexe Cdk1-Cycline B (MPF) est ainsi actif, les kinases inhibitrices inactivées.Dernièrement, une nouvelle protéine kinase clé pour l’entrée en mitose a été mise en évidence : Greatwall (Gwl). Les récents résultats publiés par notre équipe montrent que Gwl permet l’entrée et le maintien en mitose en inhibant l’activité de la phosphatase PP2A, la phosphatase responsable de la déphosphorylation des substrats de la protéine kinase Cdk1-Cycline B, via son substrat Arpp19. Gwl phosphoryle Arpp19 sur la sérine 71 lui conférant ainsi la capacité d’inhiber l’activité de la phosphatase PP2A.Une étude sur les modifications post traductionnelles d’Arpp19 a été initiée dans l’équipe et met en évidence plusieurs sites de phosphorylation : <br>• La sérine 71, site de phosphorylation par Gwl <br>• La sérine 28, dont la phosphorylation est attribuée à Cdk1 (vérifié in vitro) <br>• La sérine 113, site de phosphorylation par pKA <br>Ce projet de thèse s’inscrit dans la suite logique du travail déjà effectué dans l’équipe et a pour objectif de caractériser les modifications post traductionnelles d’Arpp19, leurs rôles dans la progression mitotique, leurs incidences sur la liaison et l’inhibition de la cible d’Arpp19, PP2A.Cette partie du projet repose sur la synthèse de mutants d’Arpp19Xe, mutants phosphomimétiques d’une part (sérine transformée en acide aspartique par mutagenèse dirigée) ou mutants dont la phosphorylation est impossible (sérine en alanine). Ces mutants nous ont permis de travailler sur l’impact de ces différentes phosphorylations dans l’extrait d’œufs de Xénope.Ce projet s’attache également à mettre en lumière l’ensemble de la voie de signalisation aboutissant aux différentes modifications post traductionnelles d’Arpp19, leurs chronologies au cours du cycle et ainsi identifier les protéines effectrices de ces phosphorylations sur Arpp19 qui sont autant de leviers potentiels sur lesquels les thérapies anti-tumorales pourraient s’appuyer. / Proteins phosphorylation and dephosphorylation are key post translational modifications controlling mitotic events.Traditionally, mitotic entry requires Cdk1 activation. To allow this to occur, inhibitory phosphorylations on Cdk1 by Myt1 and Wee1 kinases must be removed by phosphatase Cdc25. Thus, the Cdk1-Cyclin B complex, also called MPF (Mitotic Promoting Factor), is active and inhibitory kinases inactivated.Along this canonic scheme, another key kinase has been shown to play a critical role: the Greatwall (Gwl) kinase also called MAST-L for MAST like. Results published by our team show that in Xenopus laevis, Gwl allows entry and maintains mitosis by inhibiting the activity of the phosphatase responsible for dephosphorylation of Cdk1/Cycline B substrates: PP2A. This activity is driven by Gwl target: Arpp19. Gwl phosphorylates Arpp19 on its 71st residue turning it into a potent inhibitor of PP2A.A study of Arpp19 post translational modifications of Arpp19 has been initiated in the team which will allow the further study of several phosphosites: <br>• Serine 71, Gwl phosphosite, the best documented site. <br>• Serine 28, shown in vitro to be a Cdk1-CycB phosphosite. <br>• Serine 113, assigned to PKA. <br>This thesis project joins logically after the work already made in the team and has for objective to characterize the post translational modifications of Arpp19, their roles in mitotic progress, their incidences on binding and inhibition of Arpp19’s target, PP2A.This part of the project relies on mutants' synthesis of Arpp19Xe, phosphomimetics’ mutants on one hand (serine transformed into aspartic acid by mutagenesis) or mutants unable to be phosphorylated (serine into alanine). These mutants allowed us to work on the impact of these various phosphorylations in Xenopus eggs extracts.This project also attempts to highlight the whole signalization pathway ending in the various post translational modifications of Arpp19, their timelines during the cycle and thus to identify effector proteins of these phosphorylations on Arpp19 which are as much as potential levers on which can serve as targets for cancer therapy.

Au cours de la mitose, la ségrégation des chromatides, la partition du matériel cytoplasmique entre cellules filles et leur position relative se fait selon un plan qui est préfiguré par la plaque métaphasique. Ainsi, l'orientation de ce plan est un processus crucial pour le contrôle du destin des cellules, pour la morphogenèse durant l'embryogenèse et pour l'homéostasie tissulaire. Jusqu'à aujourd'hui, les mécanismes intrinsèques impliqués dans le positionnement du plan de division ont reçu beaucoup d'attention. En revanche, peu d'études ont exploré l'implication de signaux extracellulaires dans l'orientation du plan de division. Pourtant, l'axe des divisions cellulaires dont la position est souvent stéréotypée est largement associé aux axes de polarités du tissu. Au cours de ma thèse, je me suis demandé si des signaux extracellulaires capables de délivrer des informations de position spatiale aux cellules dans le cadre de leur migration, de leur différenciation morphologique, ou de leur polarisation, pouvaient influencer l'orientation des divisions cellulaires. En particulier, je me suis intéressée aux facteurs impliqués dans le guidage axonal à travers l'étude des mitoses des progéniteurs neuraux chez l'embryon de souris. Dans la moelle épinière en développement, les progéniteurs neuraux effectuent leur division au contact du canal central, lequel renferme le liquide céphalo-rachidien (LCR), une source de nombreux facteurs extracellulaires comme les morphogènes. Nous avons montré que la présence de molécules du LCR était nécessaire pour une orientation appropriée du plan de divisions des progéniteurs neuraux localisés au contact du canal central. Priver les progéniteurs neuraux de LCR par l'ouverture du tube neural ou provoquer génétiquement l'obstruction du canal central affecte les proportions de divisions planaires et obliques. Nous avons identifié la protéine Sémaphorine 3B, secrétée par les cellules de la plaque du plancher et les plexus choroïdes, comme un signal extrinsèque contrôlant l'orientation des divisions des progéniteurs neuraux dans la moelle épinière. L'invalidation génétique de Sema3B chez la souris phénocopie la perte d'accès au LCR des progéniteurs. Une application exogène de Sema3B sur des embryons dont le tube neural a été ouvert compense la déficience de LCR. Nous avons pu montrer que Sema3B se lie à ses récepteurs Neuropilines à la surface apicale des progéniteurs mitotiques et agit sur l'architecture des microtubules via l'activation de la voie GSK3/CRMP2, voie initialement mise en évidence dans le contexte du guidage axonal. Afin d'identifier de nouveaux facteurs influençant le positionnement du fuseau mitotique en réponse à ce facteur de guidage, une analyse transcriptomique des progéniteurs neuraux des mutants Sema3B-/- a été réalisée et des gènes candidats dérégulés en contexte d'invalidation de Sema3B ont été considérés. Durant la seconde partie de ma thèse, j'ai exploré l'implication du gène Norbin/Neurochondrin. De manière intéressante, le knock- down de Norbin dans les cellules HeLa altère l'orientation du fuseau mitotique. L'ensemble de ces travaux révèle donc la contribution d'une large famille de signaux topographiques jusqu'à présent inexplorée, dans l'orientation des divisions cellulaires et ouvre un large champ d'investigation passionnant concernant leur action moléculaire et cellulaire dans la neurogenèse et la morphogenèse / During development, the orientation of cell division is crucial to correctly organize andshape tissues and organs and also to generate cellular diversity. As cell mitosis proceeds, thesegregation of chromatids and cytoplasmic material occurs along a division axis. Itsorientation largely determines the relative position of daughter cells and the partition ofmother cell subcellular domain between them. The orientation of the cell division isprefigured by the position of a complex microtubule-based scaffold, the mitotic spindle.Until now, the intrinsic molecular machinery positioning the mitotic spindle and its couplingto cell polarities have been study in details. In contrast, the contribution of extracellularsignals to cell division orientation is less characterised. My research shows that these signalsin the CSF contribute to the orientation of cell division in neural progenitors. Removal theCSF cues by opening the neural tube or by genetic engineering affects the proportion ofplanar and oblique divisions. We identified Semaphorin 3B (Sema3B), released from thefloor plate and the nascent choroid plexus, as an important actor in this extrinsic control ofprogenitor division. Knockout of Sema3B phenocopies the loss of progenitor access to CSF.Delivery of exogenous Sema3B to progenitors in living embryos compensates this deficiency.We showed that Sema3B binds to Neuropilin receptors at the apical surface of mitoticprogenitors and exerts its effect through GSK3b activation and subsequent inhibition of themicrotubule stabilizer CRMP2. Thus extrinsic signaling mediated by Semaphorins directs theorientation of progenitor division in neurogenic zones.In order to identify new factors implicated in Sema3B-dependant mitotic spindleposition, we performed a transcriptomic analysis of Sema3B -/- neural progenitors. Severalderegulated candidate genes were considered. In the second part of my thesis, I focus onone of this, Norbin/Neurochondrin. Interestingly, the invalidation of Norbin/Neurochondrinalters the orientation of the mitotic spindle in HeLa cells.My PhD work reveals the contribution of a large family of topographic cues known tofunction in axon guidance has a novel role in the orientation of cell division

During my PhD, I have investigated aspects of the DNA damage response (DDR) in the context of three different cellular scenarios: DNA damage signalling in response to double-strand breaks during mitosis, coordination of DNA replication with DNA damage responses by regulation of the GINS complex, and checkpoint activation by the prototypical checkpoint protein Rad9. Here, I show that mitotic cells treated with DNA break-inducing agents activate a 'primary' DDR, including ATM and DNA-PK-dependent H2AX phosphorylation and recruitment of MDC1 and the MRN complex to damage sites. However, downstream DDR events and induction of a DNA damage checkpoint are inhibited in mitosis, with full DDR activation only ensuing when damaged mitotic cells enter G1. In addition, I provide evidence that induction of a primary DDR in mitosis is biologically important for cell viability. The GINS complex is an evolutionarily conserved component of the DNA replication machinery and may represent an ideal candidate for transferring the DNA damage signal to the replication apparatus. Here, I show the identification of a consensus 'SQ' PIKK phosphorylation motif at the carboxyl end of the GINS complex subunit, Psf1. In Saccharomyces cerevisiae, switching the conserved serine to a glutamic acid is lethal, indicating that the site is crucial for the protein's function. Moreover, in human cells, I identified UV-DDB, a heterodimeric complex involved in NER repair, as a binding partner that specifically interacts with the Psf1 C-terminus in vitro. Finally, I discuss my findings in characterizing functional interactions between Rad9 and Chk1 in S. cerevisiae. I show that specific consensus CDK sites within Rad9 N-terminus are essential to enable Chk1 phosphorylation and activation, and that MCPH1, a human homologue of Rad9, may share a conserved function in binding and activating Chk1, underscoring the evolutionarily conservation of checkpoint activation mechanisms.

The Saccharomyces cerevisiae iron-responsive transcription factor, Aft1p, has a well established role in regulating iron homeostasis through the transcriptional induction of iron-regulon genes. However, recent studies have implicated Aft1p in other cellular processes independent of iron-regulation such as chromosome stability. In addition, chromosome spreads and two-hybrid data suggest that Aft1p interacts with and co-localizes with kinetochore proteins, however the cellular implications of this have not been established. Here, we demonstrate that Aft1p associates with the kinetochore complex through Iml3p. Furthermore, we show that Aft1p, like Iml3p, is required for the increased association of cohesin with the pericentromere and that aft1Δ cells display sister chromatid cohesion defects in both mitosis and meiosis. Our work defines a new role for Aft1p in the sister chromatid cohesion pathway.