Les tumeurs sont, au moins en partie, des maladies de la régulation du cycle cellulaire. Le point de restriction (R) est un point fondamental du cycle cellulaire où les cascades de signalisation mitogéniques (y compris leurs perversions oncogènes) et l'état métabolique des cellules sont intégrés pour engager le cycle de division cellulaire. Les CDK4 et CDK6 sont les premières CDKs à être activées en réponse aux signaux de prolifération cellulaire.En initiant la phosphorylation inactivatrice de l'oncosuppresseur central pRb, les CDK4 / 6 liées aux cyclines D jouent un rôle essentiel dans le passage du point R et donc dans la décision de multiplication cellulaire, en particulier dans la plupart des cellules cancéreuses dans lesquelles l'activité de CDK4 est fortement dérégulée. Les médicaments inhibiteurs de CDK4 / 6 sont maintenant évalués dans la plupart des cancers dans de nombreux essais cliniques. Le plus avancé (Palbociclib-PD0332991) a été approuvé en 2015 par la FDA pour le traitement des cancers métastatiques du sein. Notre groupe a identifié la phosphorylation activatrice sur la Thr172 comme l'étape hautement régulée qui détermine l'activation de CDK4. La question de savoir si les phosphorylations de CDK4 et de CDK6 sont catalysées par la seule « CDK-activating kinase » (CAK, cycline H-CDK4-Mat1) reste incertaine. En utilisant des cellules de cancer colorectal (HCT116) exprimant une version de CDK7 spécifiquement inhibable (dite « analog sensitive »), nous avons participé à une étude qui démontre, d’une part, une implication cruciale de la CDK7 dans la phosphorylation / activation de CDK4 et CDK6 et, d’autre part, l'existence de kinase(s) activatrice(s) de la CDK4 différente(s) de la CDK7. De plus, cette étude a démontré que l'activité de la CDK7 était conditionnée, au moins en partie, par la liaison de p21 à la CDK4, laquelle augmentait en réponse à l'inhibition de CDK7. L’augmentation de cette liaison coïncidait avec la disparition de la phosphorylation la plus abondante de p21, que nous avons localisée (par des analyses d'électrophorèse bidimensionnelle) sur la Ser130 et que nous avons montré être catalysée par la CDK4 et la CDK2. De manière surprenante, la phosphorylation sur Ser130 de p21 était inhibée non seulement par l'inhibition de CDK7, mais également par la Roscovitine et le CR8 (inhibiteurs de CDK2) et le Palbociclib. Ensemble, ces observations suggèraient que l'inactivation de pRb et le passage de R sont contrôlés par des mécanismes de rétroaction positive dépendants de la CDK7 médiés par la phosphorylation de la p21 par la CDK4 et la CDK2 pour faciliter et maintenir l'activation de la CDK4. De plus, nos résultats confirmaient l’hypothèse de l'existence kinase(s) activatrice(s) de la CDK4 autre(s) que la CDK7. Notre groupe avait démontré précédemment que la régulation de la phosphorylation de la CDK4 ne s'applique pas à son homologue CDK6, ce qui s'expliquait par l'absence d'une proline critique dans le domaine phosphoaccepteur (QMALTPVVVT dans CDK4 vs QMALTSVVVT dans CDK6). Ces données iniquaient que la ou les kinase (s) responsable(s) de la phosphorylation sur Thr172 de CDK4 devrai(en)t être dirigée(s) par la proline 173 uniquement présente dans la CDK4 (« proline-directed kinase(s) »).L'objectif principal de cette thèse est l'identification de kinase(s) impliquée(s) dans cette phosphorylation. Nous avons donc sélectionné une liste restreinte de « proline-directed kinases » (PDK) requises pour la prolifération cellulaire. Parmi celles-ci, les JNK, qui sont des PDKs, sont des interacteurs de p21 et CDK4 et peuvent avoir un rôle oncogène. De manière importante, nous avons observé que les JNKs, mais pas la CAK / CDK7, phosphorylaient in vitro la p21 et la CDK4 liée aux cyclines D. Les JNKs phosphorylaient également p21 sur ses trois sites P-T/S (Thr57, Ser130, Ser98). En mutant ces sites (T57A, S130A, S98A, T57A / S130A), nous avons montré que la phosphorylation de p21 par les JNKs n'est pas nécessaire pour la phosphorylation et l'activation de la CDK4 liée à p21. Par conséquent, in vitro les JNKs peuvent activer les complexes CDK4 liés à la p21, en agissant d’une part comme des kinases phosphorylant directement la CDK4 dans les complexes de cycline D-CDK4 stabilisés par la liaison de p21 et d’autre part en phosphorylant indépendamment des résidus de p21 impliqués dans l'activation de CDK4 dépendante de la CAK. Pour démontrer la relevance in vivo du rôle des JNKs comme kinases activatrices de la CDK4, nous avons analysé l'effet de leur inhibition dans les lignées de cellules tumorales T98G et MCF-7, les cellules MEF et des cellules CHO transfectées: dans tous ces cas, l'inhibition des JNKs, y compris l'inhibition spécifique de l'activité de JNK2 par une approche de génétique chimique en collaboration avec le groupe de Roger Davis, a réduit l'entrée du cycle cellulaire, et la phosphorylation et l'activation des complexes de cycline D1-CDK4. De manière intéressante, l’activation des complexes de cycline D3-CDK4 n’était pas affectée par l’inhibition des JNKs, apparemment parce que ces complexes étaient principalement associés à la p27 plutôt qu’à la p21. Mis ensemble, ces différents résultats nous amènent à proposer un nouveau modèle dans lequel différentes kinases activatrices de la CDK4, y compris les JNKs (indépendamment des phosphorylations de p21) et la CAK/CDK7 (de manière dépendante des phosphorylations de p21), coopèrent pour initier et maintenir l'activation de la CDK4 et générer la décision du cycle cellulaire. Cette nouvelle compréhension pourrait révéler de nouveaux mécanismes ciblables dans une perspective thérapeutique anti-cancéreuse. / Tumors are, at least in part, diseases of cell cycle regulation. The restriction (R) point is a fundamental point of the cell cycle in which mitogenic signaling cascades (including their oncogenic perversions) and cell metabolic status are integrated to commit the cell division cycle. CDK4 and CDK6 are the first CDKs to be activated in response to cell proliferation signals. By initiating the inactivating phosphorylation of the central oncosuppressor pRb, cyclin D-bound CDK4/6 play an essential role at the passage through R and thus in the cell multiplication decision, especially in most cancer cells in which CDK4 activity is highly deregulated. CDK4/6 inhibitory drugs are now evaluated in many clinical trials against most cancers, and the most advanced (Palbociclib-PD0332991) was approved in 2015 by FDA for treatment of metastatic breast cancers. Our group has identified the activating Thr172 phosphorylation as the highly regulated step that determines CDK4 activation. Whether CDK4 and CDK6 phosphorylations are catalyzed by the sole CAK (cyclin H-CDK7-Mat1) remains unclear. In analogue-sensitive CDK7 (as/as) mutant HCT116 cells in which CDK7 can be specifically inhibited, we participated to a study demonstrating a crucial CDK7 involvement in phosphorylation/activation of CDK4 and CDK6 and existence of non-CDK7 CDK4 activating kinase(s). Moreover, this study demonstrated that CDK7 activity was conditioned, at least in part, by p21 binding to CDK4, which increased in response to CDK7 inhibition. This coincided with disappearance of the most abundant phosphorylation of p21, which was localized (by 2D-gel electrophoresis analyses) at Ser130 and found to be catalyzed by both CDK4 and CDK2. Surprisingly, Ser130 p21 phosphorylation was not inhibited only by CDK7 inhibition, but also by Roscovitine and CR8 (CDK2 inhibitors) and Palbociclib. All together, these observations suggested that pRb inactivation and R passage are controlled by CDK7-dependent positive feedbacks mediated by p21 phosphorylation by CDK4 and CDK2 to sustain CDK4 activation. Importantly, these results confirm the hypothesis of a non-CDK7 CDK4 activating kinase(s). Our group has previously demonstrated that the regulation of CDK4 phosphorylation does not apply to its homologue CDK6, which was explained by the lack of a critical proline in the phospho-acceptor domain (QMALTPVVVT in CDK4 vs QMALTSVVVT in CDK6). These data have indicated that the activity of kinase(s) responsible for Thr172 phosphorylation of CDK4 should be directed by the unique proline 173 of CDK4 (proline-directed kinase(s)). The primary objective of this thesis is the identification of kinase(s) involved in this phosphorylation. We thus selected a shortlist of proline-directed kinases (PDKs) required for cell proliferation. Among them JNKs, which are PDKs, are interactors of p21 and CDK4 and can have an oncogenic role. Importantly, we observed that JNKs, but not CAK/CDK7, did phosphorylate CDK4 in vitro in their complexes with cyclins D stabilized by p21 binding. JNKs also phosphorylated p21 in the three P-T/S phosphorylation sites (Thr57, Ser130, Ser98). Mutating p21 phosphorylation sites (T57A,S130A,S98A,T57A/S130A) we also demonstrated that in vitro, the phosphorylation of p21 by JNKs is not required for the phosphorylation and activation of p21-bound CDK4. Therefore, in vitro JNKs might activate p21-bound CDK4 complexes by acting as a direct CDK4-activating kinases for cyclin D-CDK4 complexes stabilized by p21 binding and also by independently phosphorylating p21 residues involved in CAK-dependent activation of CDK4. To demonstrate the relevance of the role of JNKs as possible CDK4-activating kinases in vivo we analyzed the effect of their inhibition in T98G and MCF-7 tumor cell lines, MEFs and transfected CHO cells: in all these cases, inhibition of JNKs, including specific inhibition of JNK2 activity by a chemical genetic approach in collaboration with Roger Davis group, reduced the cell cycle entry and phosphorylation and activation of cyclin D1-CDK4 complexes. Interestingly, the activation of cyclin D3-CDK4 complexes was not affected by the JNK inhibition, apparently because these complexes were mainly associated with p27 instead of p21. Putting together all these results, we propose a new model in which different CDK4-activating kinases, including JNKs (independently of p21 phosphorylation) and CAK/CDK7 (dependently on p21 phosphorylation), cooperate to initiate and maintain the activation of CDK4 and generate the cell cycle decision. This new understanding may reveal new druggable mechanisms and anti-cancer therapeutic targets. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les quadruplexes de guanines (G4) sont des structures non canonique d’acides nucléiques à quatre brins formées à partir de séquences ADN ou ARN riches en guanines. Ces structures reposant sur la formation et l’empilement de quartets de guanines sont très polymorphes, leur formation pourrait être envisagé dans de nombreux domaines d’application, aussi bien pour les biotechnologies que les nanotechnologies. L’étude de G4 tétramoléculaires modifiés présentée dans ce manuscrit a participé à la compréhension du mécanisme d’association de ces complexes. En particulier, nous avons montré que l’insertion de 8-méthyle-2’-déoxyguanosine à l’extrémité 5’ de la séquence favorise l’association et la stabilité du G4. Par ailleurs, l’étude de l’ADN en série L (image de l’ADN naturel dans un miroir) a montré la formation d’un G4 tétramoléculaire avec les mêmes propriétés que son énantiomère, à l’exception de sa chiralité, qui est inversée. L’étude a révélé également une auto-exclusion de deux énantiomères (forme D et forme L) démontrant un assemblage contrôlé des brins parallèles. Ce travail de thèse a aussi permis d’introduire un système simple et stable de visualisation de G4 tétramoléculaire antiparallèle, appelé “ADN synaptique”, sur une nanostructure d’ADN origami. In vivo, ces structures pourraient être impliquées de façon transitoire dans de nombreux processus biologiques, en particulier au niveau des télomères. Nous avons réalisé, au cours de cette thèse, une étude comparative de la structure et de la stabilité des séquences télomériques connues de différents organismes. Cette étude a permis d’enrichir les données nécessaires au développement d’un algorithme prédisant la stabilité de G4. Enfin, nous avons développé une méthode facile et peu coûteuse de criblage (G4-FID) sur plaques 96 puits permettant d’identifier l’interaction de ligands avec différentes séquences biologiques pertinentes. La stabilisation du G4 dans certaines régions du génome via des ligands spécifiques pourrait limiter la prolifération de cellules tumorales et est donc intéressante pour les thérapies anticancéreuses. / Guanine quadruplexes (G4) are non-canonical four-stranded nucleic acid structures formed by guanine-rich DNA and RNA sequences. Theses polymorphic structures are built from the stacking of several G-quartets and could be involved in many fields, in biotechnology as well as in nanotechnology. The study of modified tetramolecular G4 presented in this manuscript participated to the understanding of tetramolecular G4 formation. Especially, we showed that the insertion of 8-methyl-2’-deoxyguanosine at the 5’-end of the sequence accelerate G4 formation and increase its stability. Besides, we demonstrate here that short guanine rich L-DNA strands (mirror image of natural DNA) form a tetramolecular G4 with the same properties than their enantiomer, but with opposite chirality. The study revealed also self-exclusion between two enantiomers (D- and L- form), showing the controlled parallel self-assembly of different G-rich strands. This work introduced also a simple and stable system to observe tetramolecular antiparallel G4 formation, called “synaptic DNA”, into a DNA origami nanostructure. In vivo, such structures appear to be implicated in genome dynamics, and especially at telomeres. During this thesis, we dedicated a study to the comparison of G4 folding and stability of known telomeric sequences from different organisms. The present study allowed enriching the dataset necessary to build and refine algorithms predicting G4 stability. Last but not least, we developed a G4 ligand screening method onto 96-well plates allowing the comparison of different biological relevant sequences. The G4 stabilisation by specific ligands in some genome regions may prevent cancer cell proliferation, making it an attractive target for anticancer therapy.

Le but de notre travail était d'étudier comment des interactions impliquant des acides nucléiques pouvaient réguler le cycle viral du virus de l'hépatite C (VHC). L'ARN génomique du VHC est très structuré au niveau de ses extrémités 5' et 3'. La tige-boucle 5BSL3.2 a été décrite comme interagissant avec la SLIIId, la Seq9110 et la SL2 par génétique inverse et expériences de complémentation de mutations. La résonance plasmonique de surface (SPR) a été utilisée afin de caractériser ces interactions. Cela nous a conduit à développer des méthodes permettant d’étendre l'utilisation de la SPR. Nous avons pu observer, in vitro, une interaction entre la 5BSL3.2 et miR-122, un microARN fortement exprimé dans les hépatocytes. Nos résultats ont également montré que la SL2 était une séquence ARN pouvant former au moins deux conformations. L'une étant capable d'interagir avec la 5BSL3.2 et l'autre pouvant s'auto-associer. L'étude de cette dimérisation sur modèle cellulaire a montré qu'elle était impliquée dans les mécanismes de la réplication virale. Le développement d'une méthode d'analyse des complexes ternaires a permis la caractérisation simultanée du complexe formé entre la boucle interne de la 5BSL3.2 et ses partenaires (Seq9110 et SLIIId) ainsi que du complexe formé entre la boucle apicale et ses partenaires (SL2 et miR-122). Ces résultats ont montré que les deux sites de liaison de la 5BSL3.2 étaient structurellement indépendants. Ces interactions pourraient donc coexister dans un contexte physiologique. Les résultats montrent que la SLIIId et la Seq9110 sont en compétition pour interagir avec la boucle interne de la 5BSL3.2 tandis que la tige-boucle SL2 et miR-122 sont en compétition pour interagir avec la boucle apicale de la 5BSL3.2. La 5BSL3.2 est donc un motif ARN structuré pouvant agir comme une plaque tournante, capable d'interagir avec d'autres régions de l'ARN génomique tandis que la SL2 a montré que les deux interactions qu'elle pouvait former, mutuellement exclusives, étaient importantes pour la prolifération virale. Les mécanismes de compétition observés pourraient être impliqués dans la commutation entre les différentes étapes du cycle viral. / We are interested in understanding how interactions involving nucleic acids regulate the life cycle of the Hepatitis C virus (HCV). The HCV genomic RNA is highly structured at the 5' and 3' ends. The stem-loop 5BSL3.2 was described to interact with the SLIIId, the Seq9110 and the SL2 by reverse genetics and complementation mutation experiments. Surface plasmon resonance (SPR) was used to characterize these interactions. This led us to develop methods to expand the use of this technique. We described in vitro evidences for an interaction between 5BSL3.2 and miR-122, a microRNA highly expressed in hepatocytes. As shown by our results, SL2 is a highly dynamic RNA motif that fluctuates between at least two conformations: one is able to hybridize with 5BSL3.2 and the other one is capable of self-associating. The study of this dimerization in living cells has shown an implication of this phenomenon in viral replication processes. The development of a ternary complex analysis method allowed the characterization of the Seq9110 (or SLIIId) and SL2 (or miR-122) interacting with 5BSL3.2. Our results shown that the two binding sites of 5BSL3.2, the apical and internal loops, are structurally independent, suggesting that these interactions may coexist in a physiological context. SLIIId and Seq9110 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 internal loop while SL2 and miR-122 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 apical loop. In conclusion, 5BSL3.2 is a structured RNA motif that could act as a molecular hub capable of interacting with other genomic RNA regions while the two interactions of the SL2, mutually exclusives, were shown to be crucial for viral proliferation. The competition mechanisms observed could be involved in the commutation between viral cycle steps.

Les protéines régulent et exécutent l'ensemble des fonctions vitales des organismes en interagissant notamment avec les acides nucléiques (AN), dont l’ADN, support de l’information génétique. Appréhender la nature de ces types d’interactions est central en biologie. Le nucléosome, qui est l’unité élémentaire de la compaction de l’ADN chez les cellules eucaryotes, est formé d’un d’ADN enroulé autour d’un cœur protéique d’histone ; il contrôle l’accessibilité de l’ADN en se formant et en se dissociant le long des génomes. Ici, le nucléosome a été modélisé par dynamique moléculaire en solution. L’ analyse de l’interface ADN-histone par une méthode géométrique innovante a permis de comprendre comment la forte cohésion de ce complexe était assurée. La description de l’interface a aussi servi à interpréter des expériences d’assemblage et de désassemblage du nucléosome qui ont par ailleurs démontré l’effet de la séquence d’ADN sur ces processus. Enfin, j’ai comparé les dynamiques de l’ADN nucléosomal et de l’ADN nu, et montré quelles propriétés structurales étaient conservées au sein du nucléosome et comment elles sont utilisées pour moduler l’efficacité de l’association ADN-histones. Une stratégie semblable a été appliquée à des structures expérimentales de complexes entre ADN ou ARN et NCp7, une protéine du VIH-1 chaperon des AN. Cette dernière étude propose un mécanisme d’association entre les partenaires sur des bases rationnelles. Dans ces deux études, je mets en évidence des mécanismes de formation des complexes en plusieurs étapes et j’illustre les préférences de structure et de séquence des AN chez des protéines dites non-spécifiques. / Proteins regulate and perform the vital functions of organisms, in particular by interacting with nucleic acids (NA), including DNA which carries the genetic information. Understanding the nature of these interactions is central in biology. The nucleosome is the basic unit of DNA compaction in eukaryotes. Composed of a DNA wrapped around a histone core, this complex regulates the DNA accessibility by assembling and disassembling along the genome. Here, we carried out molecular dynamic simulations of the nucleosome in solution. The analysis of the DNA-histone interface with an innovative geometrical method highlighted the strong cohesion of the complex. Such an in-depth description of the interface was also used to interpret nucleosome assembly and disassembly experiments. Those experiments emphasized in particular the DNA sequence effect in both assembly and disassembly processes. Finally, the comparison between nucleosomal and free DNA dynamics showed which structural properties were conserved in the complex and how they contributed to the DNA-histone assembly efficiency. A similar strategy was used on experimental structures of NCp7, a HIV-1 NA chaperone protein, complexed with either DNA or RNA. The latter analysis suggested a rational basis to describe the mechanism of partner assembly. In both studies, I evidenced stepwise mechanisms of complex assemblies and I illustrated NA structure and sequence preferences of some so-called non-specific proteins.

Les premier et second transferts de brin sont deux étapes essentielles de la transcription inverse du génome du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). De nombreuses études in vitro suggèrent que les transferts nécessitent l’action de la protéine de nucléocapside du VIH-1 (NC). Le premier transfert, se produisant de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ de l’ARN génomique du VIH-1, repose en grande partie sur un appariement ADN-ARN impliquant la région r de l’ADN strong-stop (ADNss) et la région R située à l’extrémité 3’ de l’ARN viral (ARN 3’UTR). Les structures, interactions et dynamiques qui gouvernent cet appariement sont mal connues. Jusqu’à notre étude, la formation de l’hybride ADN-ARN n’avait été étudiée in vitro qu’avec des courts acides nucléiques qui ne reflètent que partiellement les structures formées par l’ADNss et l’ARN 3’UTR dans le virus en cours de réplication. L’objectif principal de ma thèse a été de caractériser in vitro les mécanismes moléculaires qui gouvernent l’hybridation de l’ADNss avec l’ARN 3’UTR. Pour atteindre cet objectif, j’ai utilisé des méthodes de la biologie moléculaire et j’ai analysé la structure secondaire de l’ADNss entier avec trois sondes de structure (DNase I, mung bean nuclease et permanganate de potassium) : i) en l’absence de NC ; ii) en présence de NC ; iii) en présence de l’ARN 3’UTR.Les résultats obtenus nous ont permis d’être les premiers à déterminer in vitro la structure secondaire de l’ADNss entier du VIH-1 et à identifier dans celui-ci quatre sites sur lesquels se fixe préférentiellement la NC. A notre connaissance, les structures secondaires des ADNss d’autres rétrovirus n’ont pas été déterminées. Nos données structurales sont en faveur d’une structure secondaire de l’ADNss du VIH-1 constituée de trois tiges-boucles (u5, cpoly(A) et cTAR) et trois régions simple-brin en l’absence ou présence de NC. Notre analyse phylogénétique suggère que la structure secondaire de l’ADNss et les sites forts NC sont conservés parmi les différents groupes du VIH-1. Nos résultats suggèrent aussi qu’une partie de la région u5 de l’ADNss établit des interactions très faibles et probablement transitoires avec une partie de la région U3 de l’ARN 3’UTR en l’absence de NC. En réalisant des cinétiques d’hybridation et en utilisant deux ADNss mutés, nous avons montré que l’hybridation ADNss-ARN 3’UTR nécessite l’activité de la NC et que ce processus ne repose pas sur une seule voie d’initiation. Nos résultats supportent un modèle dans lequel la première étape est la fixation de la NC au niveau des quatre sites, ce qui va déclencher l’ouverture de la structure tridimensionnelle de l’ADNss et favoriser ainsi l’accessibilité de la région r ; la seconde étape étant la déstabilisation par la NC des structures secondaires ; la troisième étape étant l’appariement par la NC des régions complémentaires r et R. L’ensemble des résultats obtenus permet à mon équipe d’accueil d’initier de nouvelles études in vitro et ex vivo. / An essential step of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) reverse transcription is the first trand transfer that requires base pairing of the R region at the 3’- end of the genomic RNA with the complementary r region at the 3’-end of minus strand strong-stop DNA (ssDNA). HIV-1 nucleocapsid protein (NC) facilitates this annealing process. Determination of the ssDNA structure is needed to understand the molecular basis of NC-mediated genomic RNA-ssDNA annealing. For this purpose, we investigated ssDNA using structural probes (nucleases and potassium permanganate). This study is the first to determine the secondary structure of the fulllength HIV-1 ssDNA in the absence or presence of NC.Our probing data obtained in the absence of NC, suggest weak contacts between the u5 region of ssDNA and the U3 region the genomic RNA. The probing data and phylogenetic analysis support the folding of ssDNA into three stem-loop structures and the presence of four high-affinity binding sites for NC. Using the gel retardation assay, we analyzed the interaction of NC with each site. Taken together, our results support a model for the NC-mediated annealing process in which the preferential binding of NC to four sites triggers unfolding of the threedimensional structure of ssDNA, thus facilitating interaction of the r sequence of ssDNA with the R sequence of the genomic RNA. In addition, using gel retardation assays and ssDNA mutants, we show that the annealing of ssDNA to the 3’- end of the genomic RNA requires NC activity and does not rely on a single pathway (zipper intermediate or kissing complex).

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / Contexte : Peu d'études ont évalué l'efficacité du vaccin Comirnaty 10 μg selon les sous-variants d'Omicron ou selon l'intervalle entre les deux doses chez les enfants. Cette étude a estimé l'efficacité du Comirnaty 10 μg contre l'infection par Omicron chez des enfants de 5 à 11 ans au Québec. Méthode : Cette étude cas-témoin test négatif a évalué l'efficacité vaccinale (EV) contre une infection confirmée par le SRAS-CoV-2, selon le délai depuis la dernière dose vaccinale, l'intervalle entre les deux doses et la période de prédominance de sous-variants Omicron. Les tests d'amplification de l'acide nucléique (TAAN) réalisés entre le 9 janvier et le 20 août 2022 chez des enfants de 5-11 ans vivant dans la communauté sans infection documentée antérieure ont été inclus dans l'étude. Résultats : Un total de 32 684 TAAN ont été inclus dans l'analyse globale. L'EV avec deux doses a diminué de 41 % (IC 95 %, 33-48 %) à 5 % (IC 95 %, -6-15 %) contre toute infection et de 68 % (IC 95 %, 61-74 %) à 32 % (IC 95 %, 19-43 %) contre l'infection symptomatique, 14-55 et 56-240 jours après la vaccination, respectivement. L'EV contre toute infection est passée de 11 % (IC 95 %, -1-22 %) avec un intervalle entre les doses de 21-55 jours à 54 % (IC 95 %, 34-70 %) pour un intervalle de 84 jours ou plus. Au cours des périodes BA.1, BA.2 et BA.4/5, l'EV avec deux doses contre toute infection symptomatique a baissé de 70 % (IC 95 %, 63-76 %) à 31 % (IC 95 %, 12-46 %) et à 3 % (IC 95 %, -51-37 %). Conclusion : Un intervalle plus long entre les deux doses a amélioré l'efficacité contre toute infection, tandis que l'efficacité de deux doses de vaccin avait tendance à diminuer avec le délai depuis la dernière dose et à travers les périodes BA.1, BA.2 et BA.4/5. / Background: Few studies evaluated specific Omicron subvariants Comirnaty 10 μg vaccine effectiveness (VE) or estimated VE by dosing interval in children. We estimated Comirnaty 10 μg VE against Omicron infection in 5-11 years-old children in Quebec. Method: This test-negative case-control study was conducted to assess VE against confirmed SARS-CoV-2 infection, by time since last vaccine dose, interval between two doses and Omicron subvariant predominance period. Nucleic Acid Amplification Tests (NAATs) performed between January 9 and August 20, 2022, in community-dwelling and non-previously infected children aged 5-11 years old were included. Results: A total of 32,684 NAATs were included in the overall analysis. Two-dose-VE decreased from 41 % (95 % CI, 33-48 %) to 5 % (95 % CI, -6-15 %) against any infection, and from 68 % (95 % CI, 61-74 %) to 32 % (95 % CI, 19-43 %) against symptomatic infection, 14-55 and 56-240 days after vaccination, respectively. VE against any infection increased from 11 % (95 % CI, -1-22 %) with a 21-55-days one-to-two-dose-interval to 54 % (95 % CI, 34-70 %) for an interval of 84 days or more. Over the BA.1, BA.2 and BA.4/5 periods, two-dose-VE against symptomatic infection dropped from 70 % (95 % CI, 63-76 %) to 31 % (95 % CI, 12-46 %) and to 3 % (95 % CI, -51-37 %). Conclusion: Longer interval between two doses improved VE against any infection whereas two-doses of BNT162b2 effectiveness tended to decrease over time since the last dose and over the BA.1, BA.2 and BA.4/5 periods.

Ce mémoire de maîtrise présente les travaux liés au développement d’une technologie permettant de faciliter la conceptualisation des nouveaux outils de biologie moléculaire. Cette nouvelle technique est centrée sur la détection d’acides nucléiques et a été développée dans un contexte de diagnostic des maladies infectieuses. Ce mémoire est centré sur deux principales techniques : la PCR en temps réel (rtPCR) et l’hybridation sur biopuce. Notre technologie permet la réalisation de ces deux réactions biochimiques complexes dans une même chambre réactionnelle et dans un seul et même tampon, ceci à l’aide d’un oligonucléotide structuré. Le premier chapitre décrit les différentes techniques de rtPCR et les différents paramètres d’hybridation sur biopuce. Les principes directeurs de la recherche sont présentés dans le deuxième chapitre. Le troisième chapitre comporte le manuscrit démontrant la faisabilité de notre nouvelle technologie. Finalement, le quatrième chapitre discute des perspectives du projet.

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”. Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie. Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B. / The present thesis comprises two major themes: 1) the design, synthesis, and biophysical evaluation of conformationally restricted tricyclic nucleosides for antisense applications, and 2) strategic approaches for synthesizing the core of nagilactone B, a norditerpenoid dilactone from the podolactone family of natural products. Guided by structural studies of modified DNA–RNA duplexes, Chapter One focuses on a proposed dual-conformational-restriction strategy, in which two modes of conformational restriction are incorporated into a single nucleotide modification: 1) locking the furanose ring in an N- or S-type configuration and 2) restricting rotation around backbone torsion angle γ. The first constraint was incorporated by way of a 2′,4′-anhydro bridge that is found in the scaffold of locked nucleic acid (LNA), while the second was realized by annealing an additional carbocyclic ring to the modified nucleoside. The synthetic challenges associated with preparing these highly constrained molecules from carbohydrate-derived starting materials are described, in addition to the corresponding improvements in duplex thermal stability they provide to oligonucleotide sequences containing them. Chapters Two and Three describe complementary approaches for the synthesis of the core of nagilactone B, a natural product with implications for Hutchinson–Gilford progeria syndrome, as a consequence of its ability to act as a modulator of splicing events leading to lamin A. This natural product contains seven stereogenic centers overall, including a syn-1,2-diol moiety, a γ-lactone, and a pair of quaternary stereocenters, which are complemented by the presence of an α-pyrone moiety. To address the synthesis of these structural features, the utility of the Wieland–Miescher ketone was explored with an emphasis on synthesizing rings A, B, and D of the core of nagilactone B.

Cette thèse a premièrement permis le développement d’une méthode de détection non-enzymatique de l’ADN. Les techniques enzymatiques couramment utilisées, comme la Polymerase Chain Reaction (PCR), échouent souvent dans l’analyse d’échantillons anciens ou transformés. L’ADN subit en effet de nombreuses dégradations post mortem, parmi lesquelles certaines bloquent les enzymes ADN-polymérases. Notre méthode combine hybridation et détection par SERRS (Surface Enhanced Resonant Raman Scattering), permettant la détection et la quantification de séquences d’ADN dégradées réfractaires à l’analyse par PCR. De nouvelles perspectives s’ouvrent donc en paléogénétique. Cette thèse aborde également le rôle des surfaces minérales dans l’origine des acides nucléiques. Les surfaces minérales pourraient avoir piégé et concentré les briques élémentaires de ces biopolymères, contribuant ainsi à leur construction. Les travaux existants se sont concentrés sur des minéraux comme la montmorillonite, qui n’était cependant pas abondante à l’Hadéen/Archéeen. La minéralogie de la Terre primitive aurait plutôt été dominée par les phyllosilicates ferromagnésiens. Nous avons étudié l’adsorption de nucléotides sur des minéraux plus cohérents avec le contexte géologique, en variant les paramètres environnementaux. Ce travail permet de préciser le mécanisme d’adsorption des nucléotides sur les surfaces minérales, ainsi que les conditions de l’origine du matériel génétique. / The first goal of this thesis was the development of a non-enzymatic DNA detection method. Current enzymatic techniques such as Polymerase Chain Reaction (PCR) often fail in analyzing ancient or processed samples. Indeed DNA undergoes numerous post-mortem degradations, among which some are known to block the bypass of DNA-polymerases. Our method combines hybridization and SERRS (Surface Enhanced Resonant Raman Scattering) spectroscopy, and allows the detection and quantification of degraded DNA sequences that are refractory to PCR analysis. This novel detection method therefore opens new perspectives, especially in paleogenetics. This thesis also aims at studying the role of mineral surfaces in the origin of nucleic acids. Mineral surfaces might have trapped and concentrated the elementary bricks of those biopolymers, thus contributing in their formation. Previous work has focused on minerals such as montmorillonite, although it might not have been abundant during the Hadean/Archean. The primitive Earth’s mineralogy would have been preferentially dominated by Fe-Mg rich phyllosilicates. We have therefore studied the adsorption of nucleotides on minerals we think are relevant to the geological context, and have varied the environmental conditions. This work allows characterizing the adsorption mechanism of nucleotides on mineral surfaces, as well as environmental conditions of the origin of genetic material.

Dans ce travail, trois types de lésions des bases de l'ADN ont été étudiés d'un point de vue théorique à l'aide de méthodes de chimie quantique basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité : la désamination spontanée de la cytosine et de ses dérivés, la formation de lésions tandem induites par des radicaux hydroxyles en milieu anaérobie et la formation de dimères de bases pyrimidiques suite à une exposition à un rayonnement ultraviolet. L'utilisation complémentaire de méthodes quantitatives statiques permettant d'explorer en partie les surfaces d'énergie potentielle associées à une réaction chimique et de la « DFT conceptuelle » ont permis d'obtenir des renseignements quant aux mécanismes réactionnels mis en jeu et de rationaliser des différences de réactivité entre bases nucléiques vis-à-vis de la formation d'un même type de lésion.<br /> Parallèlement à ces études, une réflexion a été menée concernant le concept de mécanisme concerté asynchrone, en particulier en termes de sens physique de l'état de transition, de respect du principe de dureté maximum, et de détermination du nombre de processus primitifs impliqués. Enfin, un nouvel indice de réactivité locale a été développé, pertinent pour décrire la réactivité de systèmes moléculaires dans un état excité.