Les éléments transposables (ET) ont un impact majeur sur le fonctionnement etla dynamique des génomes, à l’échelle de l’individu et de l’espèce. Le cilié Parameciumest un modèle original pour l’étude des ET. Chaque individu unicellulaire a un génomegerminal qui subit, lors des processus sexuels, des réarrangements massifs, comprenantl’élimination des ET et de leurs vestiges à copie unique, pour former un génome somatiqueoptimisé pour l’expression des gènes. La programmation épigénétique de cesréarrangements implique des petits ARN dans un processus complexe de soustractiongénomique.Au cours de ma thèse, j’ai effectué des analyses bioinformatiques et biostatistiques dedonnées hétérogènes à l’échelle du génome pour : (i) Identifier et analyser des propriétésintrinsèques, de dizaines de milliers de vestiges d’ET à copie unique, appelés "InternalEliminated Sequences" (IES). (ii) Comprendre le rôle de déterminants génétiques et dedifférents facteurs épigénétiques dans le ciblage et l’élimination des IES.L’ensemble de ces analyses met en lumière la co-Évolution des ET et des mécan-Ismes de défense de l’hôte. / Transposable elements (TE) have major impact on the function and dynamicsof genomes, both at the level of the individual and of the species. The ciliate Parameciumprovides an original model for studies of TE. Each individual unicell has a germlinegenome that undergoes massive rearrangements at each sexual generation including thephysical elimination of TE and their single copy remnants, yielding a somatic genomestreamlined for gene expression. The epigenetic programming of the rearrangementsinvolves small RNAs in a complex process of genomic subtraction.During my thesis, I carried out bioinformatic and biostatistical analyses of heteroge-Neous, genome-Scale datasets in order to : (i) Identifiy and study the intrinsic propertiesof tens of thousands of TE remnants know as "Internal Eliminated Sequences" (IES).(ii) Explore the roles of genetic determinants and epigenetic factors in the targeting andelimination of the IESs.Taken together, the studies illustrate the co-Evolution of TE and host defense mecha-Nisms.

Au cours de son cycle sexuel, le cilié Paramecium tetraurelia procède à de massifs réarrangements programmés de son génome (RPG). Ils consistent, entre autres choses, en l’excision de 45 000 séquences précisément délimitées, appelées IES (Internal Eliminated Sequences). La transposase domestiquée Piggymac (Pgm) introduit les cassures double-brin (CDB) à l’extrémité des IES. La réparation très précise de ces dommages est réalisée par la voie de réparation des extrémités non-homologues (NHEJ). Un des acteurs de cette voie est l’hétérodimère Ku70/Ku80. Suite à des duplications globales du génome, la paramécie possède trois gènes KU80, Un seul de ces gènes est induit lors des RPG (KU80c) et une expérience d’ARN interférence (ARNi) contre KU80c montre une complète inhibition de l’introduction des CDB. De plus, des expériences de Co-IP en système hétérologue montrent que Ku70/Ku80c interagit avec Pgm. Ces résultats prouvent le rôle essentiel de Ku dans l’introduction des CDB lors des RPG et soulèvent la question du mécanisme impliqué. Au cours de ma thèse j’ai caractérisé le couplage entre Ku et Pgm en analysant des expériences d’immunofluorescence avec ou sans pré-extraction, permettant de déterminer les interdépendances de ces protéines pour leur localisation et pour leur stabilité nucléaire. Ces approches ont permis de démontrer que Pgm requiert la présence de Ku pour être stablement localisé dans les noyaux lors des RPG. Ku80c partage 74% de sa séquence protéique avec Ku80a. Des expériences de complémentations fonctionnelles surexprimant Ku80a lors des RPG ont montré que Ku80a n’est pas capable ni de se localiser stablement dans les noyaux ni de participer à la stabilisation nucléaire de Pgm. De plus, les RPG sont inhibés. Ces résultats montrent que Ku80c s’est spécialisé dans le couplage avec Pgm pour l’introduction des CDB lors des RPG. L’utilisation de protéines chimériques a permis de déterminer que la spécialisation de Ku80c est portée par son domaine N-terminal ∝-β. / During its sexual cycle, the ciliate Paramecium tetraurelia undergoes massive Programmed Genome Rearrangements (PGR). They consist, among others, in excision of 45,000 precisely delimited sequences, called IES (Internal Eliminated Sequences). A domesticated transposase, PiggyMac (Pgm), introduces double-strand DNA breaks (DSB) at IES ends. The Non Homologous End Joining pathway (NHEJ) handles highly precise repair of DSB. One of the actors of this pathway is the heterodimer Ku70/Ku80. In P. tetraurelia, the KU80 gene is present in three paralogous copies. Only KU80c is specifically expressed during PGR and RNA interferences against KU80c showed a complete inhibition of DNA cleavage. Furthermore, a Co-IP experiment in a heterologous system showed that both Ku70/Ku80c interact with Pgm. These results provide evidence that Ku is an essential partner of Pgm for DSB introduction; raising the question of the activating mechanism involved. During my PhD, I characterized the coupling between Ku and Pgm by analyzing immunofluorescence experiments, with or without pre-extraction, allowing the determination of inter-dependencies between those proteins for their nuclear localization and stability. Those methods demonstrated that Pgm requires the presence of Ku for a stable nuclear localization during the PGR. Ku80c shares 74% of the protein sequence with Ku80a. Functional complementation assays overexpressing Ku80a during the PGR showed that Ku80a is not capable to stably localize in nuclei nor to participate in Pgm nuclear stability. Furthermore, PGR are inhibited. Those results show that Ku80c has specialized for the DSB introduction during PGR. The use of chimeric proteins allowed to determine that Ku80c specialization was carried out by its N terminal domain.

Les cils sont des organites conservés au cours de l’évolution émanant de corps basaux et qui, motiles ou non, jouent des rôles essentiels dans de nombreux processus physiologiques. Leur formation est conditionnée par le positionnement et l’ancrage correct des corps basaux à la surface cellulaire. Chez la paramécie, trois protéines conservées, FOR20, Centrine 2 et Centrine 3 recrutées séquentiellement jouent un rôle dans ce processus d’ancrage. J’ai réalisé l’analyse fonctionnelle de deux autres protéines évolutivement conservées OFD1 et VFL3 susceptibles d’être impliquées dans cet ancrage. L’analyse d’OFD1 a été également dictée par le fait que sa fonction dans l’assemblage des cils motiles demeurait peu étudiée. Dans l’espèce Paramecium tetraurelia, qui a subi au moins trois duplications globales de son génome au cours de l’évolution, un seul gène code la protéine OFD1 tandis que deux familles VFL3-A et VFL3-B coexistent. La déplétion des protéines de la famille VFL3-B n’ayant pas produit d’effet je n’ai pas pu leur attribuer une fonction mais une de ses isoformes se localise au niveau des corps basaux. Bien qu’OFD1 et les protéines VFL3-A soient impliquées dans le positionnement et l’ancrage des corps basaux, les mécanismes dans lesquels elles interviennent sont différents. Pour OFD1 les défauts d’ancrage étaient associés à des anomalies de formation de la partie distale des corps basaux, ce qui est en accord avec la fonction connue de cette protéine dans l’assemblage des appendices distaux des corps basaux des cils primaires. Elle se localise au niveau de la zone de transition entre les doublets de microtubules et la membrane ciliaire. Les recrutements d’OFD1 et FOR20 au sein des corps basaux sont interdépendants alors qu’il n’y a pas de relation entre le recrutement d’OFD1 et celui de la Centrine 2. Ces observations démontrent une conservation fonctionnelle de la protéine OFD1 dans les mécanismes d’ancrage des cils motiles et précisent ses relations avec FOR20 et Centrine 2. Outre les défauts d’ancrage, la déplétion des deux isoformes VFL3-A induit une distribution anarchique des racines striées qui constituent des marqueurs de leur polarité rotationnelle. Ceci suggère que ces protéines sont impliquées dans l’établissement de cette polarité. Cette polarité étant indispensable au positionnement correct des différents appendices qui guident le mouvement des corps basaux néoformés vers la surface cellulaire, son altération pourrait expliquer les défauts d’ancrage observés. Une isoforme de VFL3-A se localise transitoirement à l’extrémité proximale des corps basaux pères à un stade précoce de leur duplication entre la racine striée et les microtubules auxquels elles sont associées. Cette protéine pourrait donc constituer un facteur extrinsèque contrôlant la polarité du corps basal. L’ensemble de ces résultats souligne la complexité du mécanisme d’ancrage des corps basaux chez cet organisme qui est conditionné non seulement par un assemblage correct de leur extrémité distale mais également par celui de ses structures associées en partie proximale. / Cilia are evolutionary conserved organelles developing from basal bodies and which play essential roles in many physiological processes. Their development depends upon a correct anchoring of basal bodies at the cell surface. In Paramecium, three conserved proteins, FOR20, Centrin 2 and Centrin 3, sequentially recruited are required for the anchoring process. I analyzed the function of two others conserved proteins, OFD1 and VFL3, likely involved in the anchoring process. In particular, the role of OFD1 in motile cilia biogenesis had not been really studied yet. In P. tetraurelia, which has undergone at least three global genome duplications, a single gene encodes OFD1, while two families VFL3-A and VFL3-B coexist. Depletion of the VFL3-B proteins produced no effect, but VFL3-3 was localized at the basal bodies. Although OFD1 and the VFL3-A proteins are both involved in the positioning and anchoring of the basal bodies, they participate in different mechanisms. Concerning OFD1, the anchoring defects reflected defects in basal body distal part assembly, in agreement with its known role in the assembly of the distal appendages of primary cilia. It localizes in the transition zone, between the microtubule doublets and the ciliary membrane. The recruitment of OFD1 and FOR20 to the basal bodies is interdependent, while OFD1 and Centrin2 were not. These observations demonstrate the conserved role of OFD1 in the anchoring mechanisms in motile cilia and clarify its relations with FOR20 and Centrin 2. In addition to the anchoring defects, depletion of the two VFL3-A isoforms causes an anarchic distribution of the striated rootlets which mark the rotational polarity of basal bodies. This suggests that these proteins are involved in the establishment of this polarity, required for the correct positioning of the different appendages which guide the neoformed basal bodies towards the cell surface. One isoform of VFL3-A is transiently localizes at the proximal tip of the mother basal body, at an early stage of its assembly, between the striated rootlet and the microtubules to which they are associated. VFL3-1 might then be an extrinsic polarity factor for the basal body. Altogether, these results underscore the complexity of the anchoring process which requires not only the correct assembly of the distal part but also of the proximal appendages in Paramecium.