Introduction : En 2011, un arbovirus émergent appelé virus Schmallenberg (SBV) et appartenant à la famille des Bunyaviridae a été identifié en Allemagne et s’est répandu en Europe. Le SBV infecte les ruminants domestiques et sauvages. Chez l’adulte, la virémie est transitoire et l’infection est souvent inapparente. En revanche, chez les femelles gestantes, le SBV peut franchir la barrière transplacentaire et infecter le fœtus, pouvant provoquer des avortements et des malformations du système nerveux central. Parmi les protéines virales synthétisées par le SBV, la protéine non-structurale NSs est un facteur de virulence majeur. Elle entraîne notamment la dégradation de sa sous-unité Rpb1 de l’ARN polymérase II pour inhiber la transcription cellulaire. Ce travail a pour but d’étudier les propriétés biochimiques et fonctionnelles de NSs et d’identifier les déterminants moléculaires régissant ses principales activités.Méthodes et résultats: L’analyse in silico de la séquence peptidique de NSs réalisée à l’aide d’algorithmes de prédiction a permis de designer plusieurs de mutants de délétion de la protéine. L’observation de la localisation cellulaire des mutants dans plusieurs modèles humains et ovins confirme la prédiction d’une distribution principalement nucléaire pour NSs. De façon intéressante, une séquence interne à la protéine (33-51) sert de motif d’adressage spécifique au niveau des nucléoles (NoLS) et nous avons pu démontrer la co-localisation de NSs avec plusieurs protéines nucléolaires. De plus, l’infection de cellules humaines et ovines par le SBV entraîne la translocation de protéines nucléolaires (B23 et fibrillarine) vers le nucléoplasme, témoignant d’un stress nucléolaire viro-induit. Pour évaluer l’impact de la localisation nucléolaire de NSs sur ce phénomène, un virus recombinant dont NSs a été délétée de son motif d’adressage nucléolaire (SBVΔNoLS) a été produit par génétique inverse. Le SBVΔNoLS n’induit plus de redistribution de B23 confirmant le rôle de NSs dans l’induction d’un stress nucléolaire au cours de l’infection. Ces résultats ont été confirmés dans des cellules souches neurales humaines, qui constituent un modèle pertinent par rapport aux lésions provoquées par le SBV dans le système nerveux.En parallèle de ce travail, nous avons recherché des partenaires cellulaires de NSs par la méthode du double-hybride en levures. Huit partenaires cellulaires de NSs ont été découverts, dont la chaîne légère de la dynéine de type 1 (Tctex-1) et la Major Vault Protein (MVP), qui sont toutes les deux impliquées dans le transport de protéines grâce à leur association aux microtubules. Une des hypothèses avancées est que ces protéines pourraient servir de cargos pour promouvoir le transport nucléo-cytoplasmique de NSs.Conclusions et perspectives : Ce travail de thèse a permis de démontrer que la protéine NSs du SBV est localisée principalement dans le noyau cellulaire et dans les nucléoles, grâce à une séquence d’adressage spécifique. L’infection virale induit un stress nucléolaire dépendant de NSs, qui a pu être reproduit dans un modèle de cellules souches neurales humaines. Les perturbations nucléolaires induites par NSs pourraient contribuer au blocage de la transcription cellulaire observé au cours de l’infection et, de manière subséquente, moduler la réponse antivirale de la cellule et/ou induire la mort cellulaire en lien avec la pathogenèse virale. Ainsi, ces perturbations des nucléoles pourraient être à l’origine d’une dégénérescence des neurones et des anomalies développementales observées chez les fœtus infectés. Au niveau moléculaire, nous souhaitons préciser l’implication de la protéine nucléolaire B23, relocalisée vers le nucléoplasme en cours d’infection, et/ou d’autres composants du nucléole dans l’initiation de ce processus. Enfin, l’hypothèse d’un transport rétrograde actif de NSs du cytoplasme vers le noyau médié par son interaction avec MVP ou Tctex1 est en cours d’investigation. / Introduction: In 2011, an emerging arbovirus named Schmallenberg virus (SBV), and belonging to the Bunyaviridae family, was discovered in Germany. Then, SBV has rapidly spread to Europe infecting wild and domestic ruminants. Adult infection is basically mild and associated with a short viremia (2-5 days). However, in case of pregnant females’ infection, SBV has the ability to cross the placental barrier to infect the foetuses, which can lead to stillbirth and central nervous system developmental abnormalities (arthrogyposis, hydranencephaly). Among bunyavirus-encoded proteins, the non-structural protein NSs has been shown to be an important virulence factor. Indeed, it is able to degrade the Rpb1 subunit of RNA polymerase II, leading to the inhibition of cellular transcription. The work of my thesis aimed to study biochemical and functional properties of NSs and to identify the molecular patterns ruling its main activities.Methods and results: An in silico amino acids sequence analysis was used to predict some common features of NSs and to help the design of several NSs mutants. As predicted by several algorithms, NSs and its mutants are mainly localised to cell nucleus in different cell types (from human and ovine origin). Interestingly, we highlighted an internal sequence (residues 33 to 51) containing a nucleolar localisation signal (NoLS), and have shown that NSs co-localises with several nucleolar proteins. Moreover, infections of human and ovine cell lines with SBV lead to re-localisation of nucleolar proteins to nucleoplasm (B23 and fibrillarin), demonstrating a viral-induced nucleolar stress. To assess the role of the NSs nucleolar localisation in this phenomenon, a recombinant virus, with a mutated version of NSs devoid of its NolS motif (SBVΔNoLS), was constructed by reverse genetic. Infection with SBVΔNoLS does not induce nucleolar stress, suggesting that the nucleolar stress induced by SBV occurs only if NSs is addressed to the nucleolus. Moreover, these results have been confirmed in human neural stem cells, which coud be a more relevant cellular model to mimic SBV infection in foetuses.Another way to study NSs functions was to identify its cellular partners by means of a yeast-two hybrid screen and using NSs as bait. Eight putative interactors of NSs have been discovered, including the dynein light chain type 1 (Tctex-1) and the Major Vault protein (MVP). These proteins are involved in cellular protein transport, notably by their associations with the microtubules network. Thus, NSs might interact with Tctex-1 and MVP to favour its shuttling from cell cytoplasm to the nucleus.Conclusions and perspectives: Altogether, these data indicate that SBV-NSs protein is mainly localised into cell nucleus and nucleolus, by means of its internal NoLS contained in the 33-51 NSs domain. SBV infection induces a nucleolar stress, particularly in human neural stem cells. NSs-induced nucleolar disruption could promote NSs inhibitory function on cellular transcription, and subsequently modulate cellular antiviral state and/or induce cell death. Regarding the pathogenesis in SBV-infected foetuses, nucleolar stress could be responsible for neurons degeneration and subsequent developmental abnormalities. At molecular level, our aim is to define the role of nucleolar protein B23 on viral replication, which is strongly relocalised to the nucleoplasm during SBV infection. Finally, hypothesis of NSs retrograde transport from cell cytoplasm to nucleus and the possible contributions of MVP and/or Tctex-1 needs to be further investigate.

L’érythropoïèse est le processus aboutissant à la production des hématies à partir d’une cellule souche hématopoïétique. La différenciation érythroïde implique des changements morphologiques en partie liés à la perte d’expression membranaire du récepteur à activité tyrosine kinase de classe III, c-Kit. En réponse à son ligand, le SCF, c-Kit est activé puis internalisé et dégradé par la voie du protéasome, via l’ubiquitine E3-ligase c-Cbl, ou par la voie lysosomale suite à une endocytose. Dans la première partie de ce travail, nous avons pu mettre en évidence qu’en absence de SCF et en réponse à un inhibiteur de tyrosine kinase, l’imatinib, les érythroblastes cultivés ex vivo perdent l’expression membranaire de c-Kit et accélèrent leur entrée en différenciation terminale. Au vu de ces observations, nous avons cherché à comprendre les mécanismes impliqués. Sur un modèle de cellules érytholeucémiques dépendantes de l’érythropoïétine, mais exprimant de manière endogène c-Kit, nous avons montré que l’imatinib induit une internalisation du récepteur ainsi que sa dégradation par la voie lysosomale et de manière indépendant de c-Cbl. De plus, nous avons montré que cet effet est réversible et que l’imatinib ne bloque pas la réexpression de c-Kit après son internalisation en réponse au SCF. Des marquages métaboliques ont permis de montrer que l’imatinib ne modifie ni la synthèse ni la maturation de c-Kit et que le profil phospho-tyrosine des cellules traitées à l’imatinib est globalement inchangé. Enfin, nous avons montré que la fixation de l’imatinib à la poche catalytique de c-Kit est indispensable à son internalisation, et par conséquent à sa dégradation. Il apparait donc que l’imatinib lève l’auto-inhibition de c-Kit, qui semble nécessaire pour son maintien à la membrane. Dans la seconde partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements morphologiques subis par les nucléoles, lieu de la biogenèse des ribosomes, au cours de différenciation des érythroblastes. L’étude de la taille et du potentiel prolifératif des cellules, ainsi que l’analyse morphologique des nucléoles, nous a permis de confirmer que la réduction de taille des cellules est contemporaine d’un ralentissement de leur prolifération ainsi que de la réduction du volume et de la surface du composé granulaire (CG), « matrice » du nucléole. En microscopie électronique, nous montrons la persistance des CG en fin de maturation. Enfin, nous avons également étudié l’évolution des nucléoles dans un contexte pathologique de syndromes myélodysplasiques de faible risque, qui se caractérisent par une hématopoïèse inefficace. Nous observons que les cellules pathologiques immatures ont des CG plus volumineux que les cellules normales immatures, et qu’au cours de la différenciation, la morphologie des nucléoles est identique entre les cellules normales et pathologiques. En conclusion, ce travail a permis de décrire 1) le mécanisme d’internalisation d’un récepteur à activité tyrosine kinase de classe III, c-Kit par l’imatinib et 2) la morphologie du nucléole au cours de la différenciation érythroïde normale et pathologique des syndromes myélodysplasiques de faible risque. / Erythropoiesis is the process leading to the production of red blood cells from hematopoietic stem cell. The erythroid differentiation involves morphological cell changes, in part related to the loss of membrane expression of the type III receptor tyrosine kinase, c-Kit. In response to its ligand SCF, c-Kit is activated, then internalized and degraded by the proteasome pathway via the E3 ubiquitin ligase c-Cbl, or by the lysosomal pathway, after endocytosis. In the first part of this work, we demonstrated that in the absence of SCF and in response to tyrosine kinase inhibitor, imatinib, erythroblasts cultured ex vivo, lose membrane expression of c-Kit and accelerate their terminal differentiation. In view of these observations, we sought to understand the mechanisms involved. On an erythropoietin dependent cell line expressing c-Kit at the membrane, we showed that imatinib induces receptor internalization and degradation by the lysosomal pathway, independently of c -Cbl. Furthermore, we showed that this effect is reversible and that imatinib does not block the c-Kit re-expression after its internalization, in response to SCF. Metabolic labelling showed that imatinib does not alter synthesis or maturation of c -Kit and that the phospho-tyrosine profile of cells treated with imatinib is generally unchanged. Finally, we showed that the binding of imatinib to the catalytic pocket of c-Kit is essential for its internalization, and therefore its degradation. So, it appears that imatinib removes c-Kit self-inhibition, which seems necessary to its retention at the membrane. In the second part of this work, we studied the morphological changes of nucleoli, the site of ribosome biogenesis, during erythroid differentiation. We showed that the reduction of cell size takes place at the same time than reduction of cell proliferation and reduction of surface and volume of the Granular Compound (GC), the “matrix” of the nucleolus. Moreover, we showed by electronic microscopy, the persistence of GC at the end of maturation. Finally, we also studied the evolution of nucleoli in a pathological context of low risk myelodysplastic syndromes, which are characterized by ineffective hematopoiesis. We observed that immature pathological cells have larger GC than immature normal cells, but that during differentiation, the morphology of nucleoli is identical between normal and pathological cells. In conclusion, this work has allowed us to describe 1) the mechanisms of internalization of a class III receptor tyrosine kinase, c-Kit by imatinib and 2) the morphology of the nucleolus during normal and pathological low risk myelodysplastic syndromes of erythroid differentiation.

L'érythropoïèse est le processus aboutissant à la production des hématies à partir d'une cellule souche hématopoïétique. La différenciation érythroïde implique des changements morphologiques en partie liés à la perte d'expression membranaire du récepteur à activité tyrosine kinase de classe III, c-Kit. En réponse à son ligand, le SCF, c-Kit est activé puis internalisé et dégradé par la voie du protéasome, via l'ubiquitine E3-ligase c-Cbl, ou par la voie lysosomale suite à une endocytose. Dans la première partie de ce travail, nous avons pu mettre en évidence qu'en absence de SCF et en réponse à un inhibiteur de tyrosine kinase, l'imatinib, les érythroblastes cultivés ex vivo perdent l'expression membranaire de c-Kit et accélèrent leur entrée en différenciation terminale. Au vu de ces observations, nous avons cherché à comprendre les mécanismes impliqués. Sur un modèle de cellules érytholeucémiques dépendantes de l'érythropoïétine, mais exprimant de manière endogène c-Kit, nous avons montré que l'imatinib induit une internalisation du récepteur ainsi que sa dégradation par la voie lysosomale et de manière indépendant de c-Cbl. De plus, nous avons montré que cet effet est réversible et que l'imatinib ne bloque pas la réexpression de c-Kit après son internalisation en réponse au SCF. Des marquages métaboliques ont permis de montrer que l'imatinib ne modifie ni la synthèse ni la maturation de c-Kit et que le profil phospho-tyrosine des cellules traitées à l'imatinib est globalement inchangé. Enfin, nous avons montré que la fixation de l'imatinib à la poche catalytique de c-Kit est indispensable à son internalisation, et par conséquent à sa dégradation. Il apparait donc que l'imatinib lève l'auto-inhibition de c-Kit, qui semble nécessaire pour son maintien à la membrane. Dans la seconde partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements morphologiques subis par les nucléoles, lieu de la biogenèse des ribosomes, au cours de différenciation des érythroblastes. L'étude de la taille et du potentiel prolifératif des cellules, ainsi que l'analyse morphologique des nucléoles, nous a permis de confirmer que la réduction de taille des cellules est contemporaine d'un ralentissement de leur prolifération ainsi que de la réduction du volume et de la surface du composé granulaire (CG), " matrice " du nucléole. En microscopie électronique, nous montrons la persistance des CG en fin de maturation. Enfin, nous avons également étudié l'évolution des nucléoles dans un contexte pathologique de syndromes myélodysplasiques de faible risque, qui se caractérisent par une hématopoïèse inefficace. Nous observons que les cellules pathologiques immatures ont des CG plus volumineux que les cellules normales immatures, et qu'au cours de la différenciation, la morphologie des nucléoles est identique entre les cellules normales et pathologiques. En conclusion, ce travail a permis de décrire 1) le mécanisme d'internalisation d'un récepteur à activité tyrosine kinase de classe III, c-Kit par l'imatinib et 2) la morphologie du nucléole au cours de la différenciation érythroïde normale et pathologique des syndromes myélodysplasiques de faible risque.

En dégradant la majorité des protéines cellulaires, le protéasome se positionne comme un régulateur clé du protéome, vis-à-vis duquel la plupart des tumeurs présentent une forte addiction en raison du débalancement protéique qui les caractérise. Quoique son inhibition se soit avérée être une bonne stratégie anticancer, elle est demeurée limitée aux cancers sanguins. Malheureusement, leur traitement devient tôt ou tard compromis par la résistance cellulaire. Raison pour laquelle l'élucidation du mécanisme de mort en jeu pourrait permettre de mieux cerner cette résistance, ce qui constituerait les fondements pour un traitement plus efficace. L'un des événements les plus spectaculaires et les plus précoces à se manifester dans le cadre de ce traitement, est la déubiquitination massive de l'histone H2A sur la lysine (K) 119. Une corrélation positive plutôt paradoxale entre cet événement, qui est associé à l'expression génique, et la sensibilité cellulaire à l'inhibition du protéasome, a été remarquée. Cela a mené à s'intéresser à sa signification biologique. Des cellules cancéreuses et primaires ont servi de systèmes d'étude protéomique par immunobuvardage et par immunofluorescence, pour analyser l'état de la chromatine et la distribution spatio-temporelle des histones durant l'inhibition du protéasome. Des inhibiteurs chimiques, des ARN interférents et des vecteurs d'expression ont été utilisés à cette fin. Un impressionnant phénomène survenant à la suite de l'inhibition du protéasome a été révélé. En effet, une baisse drastique du niveau d'histones sur la chromatine s'opère simultanément à la déubiquitination de H2A-ub (K119). Le protéasome étant inhibé, celles-ci, et possiblement les histones synthétisées en phase S, subiraient une translocation irréversible dans les nucléoles, et ce avant le déclenchement de l'apoptose. Ce phénomène est reproduit par divers inhibiteurs du protéasome et par siRNA, et il survient autant dans des cellules cancéreuses que primaires, mais pas dans les cellules résistantes, qui ne démontrent d'ailleurs pas de déubiquitination de H2A-ub (K119). Par ailleurs, il a été montré que la surexpression d'histones exogènes mène à leur translocation nucléolaire, et que la combinaison de l'inhibition du protéasome à cette surexpression pourrait être léthale. Quoique majoritairement préliminaires, les résultats révèleraient un surprenant mécanisme de régulation post-traductionnelle des histones endogènes, qui seraient séquestrées dans les nucléoles lorsqu'elles ne sont pas incorporées à la chromatine. En effet, l'inhibition du protéasome occasionne une importante perturbation de la chromatine pendant plusieurs heures. En raison de la cytotoxicité intrinsèque des histones libres et de leur abondance dans les cellules, celles-ci pourraient bien être à l'origine de la mort induite par l'inhibition du protéasome. Enfin, en sa qualité de senseur majeur de stress, le nucléole pourrait bien être le point de départ de la signalisation menant à la mort. / By degrading most of cellular proteins, the proteasome is positioned as a key regulator of the proteome, against which most tumors have a strong addiction, due to the protein imbalance that characterizes them. Although its inhibition has been shown to be a good anticancer strategy, it is still limited to blood cancers. Unfortunately, their treatment sooner or later becomes compromised by cellular resistance. This is why the elucidation of the mechanism of death involved could allow a better understanding of this resistance, which would in turn constitute the basis for a more effective treatment One of the most spectacular and early events to manifest during this treatment is the massive deubiquitylation of histone H2A on lysine (K) 119. A rather paradoxical positive correlation between this event, which is associated with gene expression, and cellular sensitivity to proteasome inhibition, has been noticed. This led to an interest in its biological significance. Cancer and primary cells have been used as systems for proteomic study by immunoblot and immunofluorescence, to analyze chromatin status and the spatio-temporal distribution of histones during proteasome inhibition. Chemical inhibitors, interfering RNAs and expression vectors have been used for this purpose. An impressive phenomenon occurring during the proteasome inhibition has been revealed. Indeed, a drastic drop in histones level on chromatin occurs simultaneously with the deubiquitylation of H2A-ub (K119). The proteasome being inhibited, these, and possibly histones synthesized in S phase, would undergo an irreversible translocation in the nucleoli before the onset of apoptosis. This phenomenon is replicated by various proteasome inhibitors and siRNA, and occurs in both cancer and primary cells, but not in resistant cells, which do not demonstrate deubiquitination of H2A-ub (K119). Furthermore, overexpression of exogenous histones has been shown to lead to their nucleolar translocation, and it is thought that the combination of proteasome inhibition with this overexpression could be lethal. Although mostly preliminary, the results would reveal a surprising mechanism of post-translational regulation of endogenous histones, which would be sequestered in nucleoli when not incorporated into chromatin. Indeed, inhibition of the proteasome causes a significant disruption of the chromatin for several hours. Due to the intrinsic cytotoxicity of free histones and to their great cellular abundance, these may well be the cause of the death induced by proteasome inhibition. Finally, as a major stress sensor, the nucleolus could be the starting point of the death signaling.