Non fourni / Non fourni

Dans l'environnement, la levure doit faire face à des conditions variées qui nécessitent une adaptation rapide du métabolisme cellulaire. Une des premières réponses est l'inhibition de la transcription par l'ARN polymérase III (Pol III). La protéine Maf1, le seul régulateur de la machinerie de la Pol III chez Saccharomyces cerevisiae (Sc), est conservée au cours de l'évolution. Les protéines Maf1 des Eucaryotes contiennent deux domaines A et BC phylogénétiquement conservés. Ce travail de thèse a cherché à identifier le rôle de ces domaines dans la fonction de la protéine ScMaf1. J'ai construit une banque de mutants de Maf1, identifié les changements dans leurs séquences ainsi que leurs phénotypes. En utilisant la technique du double-hybride, j'ai montré que les domaines A et BC interagissent physiquement et que l'extrémité N-terminale de 34 acides aminés du domaine A est le fragment minimal nécessaire à cette interaction. Grâce à un crible génétique, j'ai mis en évidence que les mutations du domaine BC (D250E et V260D-N344I) permettent de restaurer l'activité de Maf1 mutée dans le domaine A (K35E). Cette restauration est observable pour le phénotype, la répression efficace de la transcription par la Pol III, le niveau de phosphorylation et la localisation cellulaire de Maf1. La technique du double-hybride m'a permis aussi de montrer que la mutation K35E inactive partiellement l'interaction entre les domaines de Maf1 qui est restaurée par les mutations suppresseurs D250E et V260D-N344I. Les résultats permettent de conclure que : « la répression de la transcription par la Pol III requiert l'interaction physique des domaines de Maf1 ».

En 2010, Haurie et al. ont identifié deux isoformes différentes de la Pol III humaine : Pol IIIα, quin’est présente que dans les cellules souches embryonnaires et dans celles tumorales, et Pol IIIβ,exprimée constitutivement.L’expression ectopique de Pol IIIα affecte profondément l’équilibre de cellules différentiées, jusqu’àen induire la transformation oncogénique. Ceci n’est pas observé dans le cas de l’expression ectopiquede Pol IIIβ.A fin de définir les causes moléculaires de la transformation cellulaire induite par Pol IIIα, nousavons décidé d’étudier son transcriptome en comparaison avec celui de Pol IIIβ, à la recherche desgènes qui pourraient soutenir l’oncogenèse observée. Dans notre étude, nous avons adopté latechnique du ChIP-Seq, une approche innovatrice et puissante qui permet de cartographier tous lessites de liaison d’une protéine sur le génome. Elle comporte la purification de la protéine d’intérêtcomplexe avec ces cibles génomiques et le séquençage de ces dernières de manière massive.Le premier but de cette thèse a été représenté par la mise a point d’un protocole de ChIP-Seqoptimisé spécifiquement pour Pol IIIα et Pol IIIβ. Une fois obtenue une préparation de chromatine dequalité adéquate aux standards du ChIP-Seq, nous avons effectué les séquençages massifs etcartographié sur le génome tous les loci contactés par les deux isoformes de polymérase.De cette manière, nous avons identifié 1287 loci occupés par Pol IIIα et 1281 par Pol IIIβ. Les deuxpolymérases se co-localisent sur la plupart de ces sites, mais montrent aussi une occupationpréférentielle et spécifique sur une fraction de loci Pol III. Cette disproportion pourrait contribuer auphénomène cellulaire observé par Haurie et al.Le manuscrit de thèse détaille les résultats de cette analyse et les conclusions qui en dérivent.Nous y avons ajouté une synthèse des travaux réalisés antérieurement et concertants la caractérisationdes promoteurs de gène qui codent pour les snoARN chez la levure S.cerevisiae, positionnée en toutefin de document. / In eukaryotes, transcription is carried out by DNA-dependent RNA polymerases I, II and III (or I-V inplants). These RNA polymerases are specialized in the transcription of specific groups of genes.Human RNA polymerase III (Pol III) transcribes small noncoding RNAs involved in the regulation oftranscription (7SK RNA), RNA processing (U6 RNA, RNAse P, RNAse MRP), translation (tRNAs,5S RNA) or other cellular processes (vault RNAs [multidrug resistance], adenoviral RNAs [VA-I,VA-II], Epstein-Barr virus RNAs [EBER1, EBER2]). It has furthermore been reported that somemicroRNAs of viral or cellular origin may also be transcribed by Pol III.Interestingly, increased Pol III transcription levels accompany or cause cell transformation. Themechanisms underlying this phenomenon are still largely unknown. Recently, two distinct isoforms ofhuman Pol III have been discovered (Haurie et al., 2010). RPC32β-containing Pol IIIβ is ubiquitouslyexpressed and essential for growth and survival of human cells. In contrast, RPC32α-containing PolIIIα is dispensable for cell survival and its expression is restricted to undifferentiated embryonic stem(ES) cells and to tumor cells.The distinct effects of Pol IIIα and Pol III β on cell growth and transformation may be explained bythe transcription of isoform-specific target genes. To identify such isoform-specific target genes, wespecifically targeted RPC32α and of RPC32β subunits in chromatin immunoprecipitation (ChIP)experiments and analyzed the co-precipitated DNA sequences by high throughput sequencing (ChIPseq.).Genome wide localization of RPC32α and RPC32β subunits of Pol III revealed the presence of bothsubunits on many of the known Pol III-transcribed genes, suggesting redundant activities of bothisoforms of Pol III in transcription of these genes. We also found that some of the genes known to betranscribed by Pol III are only occupied by either RPC32α or by RPC32β, suggesting that these genesare exclusively transcribed by Pol IIIα or by Pol IIIβ, respectively.RPC32α and RPC32β ChIP-seq. results furthermore led to the identification of novel Pol III candidategenes in HeLa cells. Moreover, we found high levels of Pol IIIα or Pol III β at some of the annotatedtRNA pseudogenes, implicating that these genes may be transcribed. The functions of RNAstranscribed from novel putative Pol III genes or from tRNA pseudogenes remain to be determined.

L’ARN polymérase III synthétise de nombreux petits ARN non traduits, dont les ARNt et l’ARNr 5S, essentiels à la croissance de toute cellule. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la régulation de la transcription par l’ARN polymérase III chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nous avons détecté Sub1 sur les gènes de classe III in vivo. Nous avons également observé que Sub1 est capable de stimuler la transcription par l’ARN III reconstituée in vitro avec les facteurs TFIIIB et TFIIIC recombinants et avec l’ARN Pol III purifiée. Sub1 stimule deux étapes de la transcription : l’initiation et la réinitiation facilitée. Des expériences supplémentaires nous montrent que la protéine interagit directement avec TFIIIB et TFIIIC. Enfin, nous avons pu constater que la délétion de Sub1 dans la levure conduit à une diminution de la transcription par l’ARN Pol III en phase exponentielle de croissance. Par la suite, nous avons cherché à déterminer quel lien pouvait exister entre l’activateur Sub1 et le répresseur Maf1 de la transcription par l’ARN Pol III. Enfin, nous avons également souhaité identifier d’autres éléments pouvant interagir avec la protéine Sub1 au cours de sa fonction de régulateur. / RNA polymerase III synthetizes many small untranslated RNA, including tRNA and 5S rRNA which are essential to cell growth. In this work, we took an interest in RNA polymerase III transcription regulation in the baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae. We have detected Sub1 on all class III genes in vivo. We also observed that Sub1 is able to stimulate RNA polymerase III transcription which has been reconstituted in vitro with TFIIIB et TFIIIC recombinants factors and purified RNA polymerase III. Sub1 stimulates two steps of RNA polymerase III transcription : initiation and facilitated reinitiation. Supplementary experiments established that Sub1 directly interacts with TFIIIB and TFIIIC transcription factors. Finally, we showed that Sub1 deletion in yeast leads to a decrease in RNA polymerase III transcription during exponential phase. Then, we tried to determine which link could exist between Sub1, the activator, and Maf1, the repressor of RNA polymerase III transcription. Furthermore, we attempted to identify other elements which could interact with Sub1 during transcription regulation.

TFIIIC est un facteur de transcription de classe III qui se lie spécifiquement et de façon stable sur les boîtes A et B des promoteurs des gènes de l'ARNt. TFIIIC est composé de 6 sous-unités: τ138, τ131, τ95, τ91, τ60 et τ55. Ce travail présente la structure du complexe entre τ60 et la partie C-terminale de τ91 (Δτ91) qui a été résolue à 3.2 Å. La structure comporte trois régions. a) Δτ91 qui est un β-propeller; b) une partie N-terminale de τ60 qui est aussi un β-propeller et qui se trouve entre Δτ91 et c) le domaine C-terminal de τ60, qui a un nouveau rempliement. L'interaction entre Δτ91 et τ60 est formée par les deux β-propellers et la partie C-terminale de τ60 est complètement indépendante. Cette nouvelle interaction β-propeller - β-propeller apparaît importante pour l'assemblage d'un complexe τB stable, capable de se fixer à l'ADN. Nos résultats donnent des informations sur le mécanisme d'assemblage du complexe τB et sa liaison à l'ADN.

Dans les cellules eucaryotes, la transcription de l’ADN nucléaire est effectuée grâce à trois ARN Polymérases ADN dépendantes (Pol). La Pol I transcrit les ARN ribosomaux, la Pol II produit essentiellement des ARN messagers et des micro ARN alors que la Pol III transcrit des petits ARN non traduits impliqués dans une variété de processus cellulaires essentiels tels que la traduction, l’épissage ou la régulation de la transcription. L’ARN Polymérase III humaine est un complexe enzymatique constitué de 17 sous-unités dont la plupart sont apparentées à des sous-unités de la Pol I et/ou la Pol II. Une de ces sous-unités, hRPC32 est présente sous forme de deux paralogues α et β codés par deux gènes différents où hRPC32β est exprimée de façon ubiquitaire alors que hRPC32α est exprimée spécifiquement dans les cellules transformées ou non différenciées. Au sein de la Pol III, hRPC32α/β, hRPC62 et hRPC39 forment un sous-complexe ternaire stable dissociable de l’enzyme. Ces trois sous-unités sont spécifiques à la Pol III et sont impliquées dans l’étape d’initiation de la transcription. L’objectif de ce travail de thèse est d’éclaircir les mécanismes de fonctionnement du sous-complexe hRPC62-hRPC39-hRPC32α/β. Le travail réalisé a permis, dans un premier temps, de cartographier les domaines d’interaction entre la sous-unité hRPC62 et les deux paralogues α et β de la sous-unité hRPC32. Ensuite, nous avons mené une analyse biochimique des activités enzymatiques des protéines recombinantes de hRPC62 et hRPC39. Cette analyse a montré que hRPC62 possède des homologies fonctionnelles avec TFIIEα, un facteur de transcription de l’ARN Polymérase II récemment décrit comme étant un homologue structural de la sous-unité hRPC62. Ces données supportent le modèle suggérant que certaines sous-unités des ARN Polymérases peuvent être considérées comme des facteurs de transcription recrutés de façon permanente à l’enzyme. / In eukaryotes, nuclear transcription is carried out by DNA dependent RNA polymerases (Pol) I, II and III. Pol I transcribes ribosomal RNA’s, Pol II produces essentially messenger and micro RNA’s whereas Pol III transcribes small untranslated RNA’s involved in a variety of cellular processes such as translation, splicing or the regulation of transcription. Human Pol III is a multi-subunit enzyme composed of 17 subunits. The majority of these subunits are homologous or closely related to Pol II and/or Pol I subunits. However, five subunits are specific to Pol III with no counterparts in Pol I or Pol II. One of the Pol III specific subunits, hRPC32 has two paralogues, α and β, expressed from two different genes. hRPC32β is expressed ubiquitously while hRPC32α expression is specific to transformed or non-differentiated cells. Within the Pol III enzyme, hRPC32α or β associate with two other Pol III specific subunits, hRPC62 and hRPC39, to form stable ternary sub-complexes thought to be implicated in transcription initiation. The purpose of this work was to clarify the functional mechanism of hRPC32α/β-hRPC62-hRPC39 sub-complexes. In this study, we first mapped the protein-protein interaction of hRPC62 with hRPC32α and hRPC32β. Second, we performed a biochemical study of hRPC62 and hRPC39 enzymatic activities. This analysis showed that hRPC62 has functional homologies with TFIIEα, a Pol II transcription factor recently described as a structural homolog of hRPC62. These results support the model that certain RNA polymerase subunits can be considered as transcription factors that have been stably recruited to the enzyme.

Le complexe condensine est le moteur de la condensation mitotique des chromosomes, un processus essentiel à la stabilité du génome au cours de la division cellulaire. De nombreuses données publiées indiquent qu’il existe des liens fonctionnels étroits entre le processus de transcription des gènes et le processus d’organisation des chromosomes par condensine. Ces données sont toutefois souvent contradictoires et aucun modèle ne fait actuellement consensus pour expliquer les liens entre transcription et condensine. Au cours de cette thèse, nous avons montré chez la levure Schizosaccharomyces pombe qu’en l’absence de l’hélicase à ADN/ARN Sen1, condensine s’accumule spécifiquement à proximité des gènes transcrits par l’ARN Polymérase III. Nous avons utilisé ces observations pour mieux comprendre les liens entre transcription par l’ARN polymérase III et le positionnement de condensine. Nos données montrent que Sen1 est un cofacteur de l’ARN Polymérase III impliqué dans la terminaison de la transcription. Ce résultat est important car il démontre que les modèles existants qui affirment que l’ARN polymérase III termine de transcrire de façon autonome sont erronés. Nous avons ensuite démontré que les défauts de terminaison de l’ARN polymérase III observés en l’absence de Sen1 suffisent entièrement à expliquer l’accumulation de condensine en ces sites. Cette observation importante démontre que le contrôle de qualité de la transcription est directement impliqué dans le positionnement de condensine sur les chromosomes en mitose. Nos résultats nous permettent de proposer qu’au-delà d’un certain seuil, la densité en ARN polymérases est un obstacle à la translocation de condensine sur les chromosomes. / The condensin complex is a key driver of chromosome condensation in mitosis. The condensin-dependent assembly of highly compacted chromosomes is essential for the faithful transmission of the genome during cell division. Many independent studies have established that gene transcription impacts the association of condensin with chromosomes, but the molecular mechanisms involved are still unclear. This is especially true as a number of sometimes contradictory mechanisms have been proposed so far. Here, we show in Schizosaccharomyces pombe that condensin accumulates specifically in the vicinity of a subset of RNA polymerase III-transcribed genes in the absence of the conserved DNA/RNA helicase Sen1. We demonstrate that Sen1 is a cofactor of RNA polymerase III (RNAPIII) required for efficient transcription termination. These results are important because they fundamentally challenge the pre-existing view that RNAPIII terminates transcription autonomously. Strikingly, we show that the RNAPIII transcription termination defects are directly responsible for the accumulation of condensin in the absence of Sen1. This indicates that the quality control of transcription impacts the distribution of condensin on mitotic chromosomes. We propose that above a certain density threshold, the accumulation of RNAPIII constitutes a barrier for the translocation of condensin on chromosomes.

Deux phénomènes liés au TFIIH ont été étudiés : l'influence des mutations spécifiques dans la sous-unité XPD de TFIIH sur la réponse transcriptionnelle de certains gènes après l'irradiation UV, et l'interaction entre le TFIIH et la transcription des gènes de classe III. Une analyse détaillée de la dynamique du transcriptome a été effectuée pour la réponse des cellules humaines mutantes XP-D/CS à l'UV. Il a été démontré que la dysrégulation sélective observée de l'expression des gènes était liée à l'incapacité pour la ré-initiation transcriptionnelle et à l'hétérochromatinisation suivante, où l'histonedésacétylase SIRT1 a été identifiée comme le principal facteur. Son inhibition a permis de recouvrer l'expression normale d'un nombre substantiel des gènes affectés. Une étude de la participation pangénomique du coeur de TFIIH dans latranscription a découvert son association avec les gènes actifs de classe III. Cette association a été démontrée être indépendante de Pol II. Le coeur de TFIIH a été montré participer directement à la transcription effectuée in vitro par Pol III.

Chez les cellules eucaryotes, la transcription est réalisée par les ARN polymérases I, II et III. L’ARN polymérase III (Pol III) transcrit des petits ARNs non codants tels que les ARNt, l’ARN U6, l’ARNr 5S et certains microARN. Il a été montré précédemment que l’augmentation de l’activité transcriptionnelle de la Pol III était associée à la transformation tumorale. Au sein du laboratoire, nous avons décrit une nouvelle sous–unité de la Pol III, RPC32α, qui met en évidence l’existence de deux isoformes de la Pol III humaine : la Pol IIIα et la Pol IIIβ. La sous-unité RPC32β, présente dans la Pol III, est exprimée de façon ubiquitaire et parait comme essentielle pour la croissance cellulaire. La sous-unité RPC32α n’est pas essentielle pour la survie cellulaire et son expression est limitée aux cellules souches non différenciées et aux cellules tumorales. De plus, l’expression ectopique de RPC32α induit la transformation tumorale des cellules fibroblastes IMR90 et change totalement l’expression de nombreux transcrits Pol III mais aussi d’autres ARNm impliqués dans la tumorogenèse (Haurie et al., 2010). Les travaux décrits dans ce manuscrit ont eu pour but de mieux caractériser et comprendre les deux isoformes de la Pol III humaine. Nous avons purifié les Pol IIIα et Pol IIIβ afin d’identifier tous les composants protéiques des deux isoformes du complexe. Au cours de cette étude nous avons observé que des modifications post-traductionnelles de RPC32α semblaient jouer un rôle déterminant dans la capacité oncogénique de la Pol IIIα. Pour comprendre par quel mécanisme moléculaire les Pol IIIα et Pol III pouvaient influencer l’expression de transcrits Pol II, notamment lors de la transformation cellulaire induite par l’expression de RPC32α, nous avons étudié cette régulation lors de la surexpression des deux sous unités paralogues. Ainsi, nous avons mené des analyses ciblées révélant la régulation de certains gènes impliqués dans le développement, la différenciation et la tumorogenèse. Nous avons également essayé de décrire les changements d'expression des gènes au niveau globale en utilisant la technologie des puces à ADN. Cette approche innovante et puissante nous a permis d’obtenir une vision d’ensemble des transcrits Pol II différentiellement régulés lors de la surexpression de RPC32α et RPC32β Nous avons pu apprécier l’impact de la Pol III pour le développement embryonnaire, la différenciation cellulaire, la survie de la cellule, la prolifération tumorale ou encore à la réponse immunitaire innée. Les résultats de cette étude qui demandent à être confirmés ouvrent des voies de recherches particulièrement intéressantes qui mériteront d’être approfondies dans le futur / Transcription in eukaryotic nuclei is carried out by DNA-dependent RNA polymerases I, II, and III. Human RNA polymerase III (Pol III) transcribes small untranslated RNAs that include tRNAs, 5S RNA, U6 RNA, and some microRNAs. Increased Pol III transcription has been reported to accompany or cause cell transformation. In the laboratory, we described a Pol III subunit (RPC32β) that led to the demonstration of two human Pol III isoforms (Pol IIIα and Pol IIIβ). RPC32β-containing Pol IIIβ is ubiquitously expressed and essential for growth of human cells. RPC32α-containing Pol IIIα is dispensable for cell survival, with expression being restricted to undifferentiated ES cells and to tumor cells. In this regard, and most importantly, ectopic expression of RPC32α in fibroblast IMR90 enhances cell transformation and dramatically changes the expression of several tumor-related mRNAs and that of a subset of Pol III RNAs. These results identify a human Pol III isoform and isoform-specific functions in the regulation of cell growth, the differentiation and transformation. (Haurie et al., 2010).The work described in this manuscript enables identification and understanding the function of the two human Pol III isoforms. Pol IIIα and Pol IIIβ are purified in order to describe all the protein components of the two Pol III complex. During this study, we observed that post-translated modifications of RPC32α seem to have a crucial function in oncogenic capacity of Pol IIIα. To understand how Pol IIIα and Pol IIIβ can affect Pol II RNA expression, in particular during cell transformation induced by RPC32α, we studied this regulation during the overexpression of the two paralogue subunits. We performed focused analysis, this study revealed the regulation of certain genes involved in the development, the differentiation and the tumorigenesis. We also tried to describe global gene expression modification using microarray technology. This new and powerful approach enables to obtain a global view on mRNA regulation by overexpression of RPC32α and RPC32β. We observed the effect of Pol III on embryo development, cell differentiation, cell survival, tumor proliferation and on innate immune response. The results of this study need further confirmation pave the way for interesting projects which are worth going into detail for the future.

Deux phénomènes liés au TFIIH ont été étudiés : l'influence des mutations spécifiques dans la sous-unité XPD de TFIIH sur la réponse transcriptionnelle de certains gènes après l'irradiation UV, et l'interaction entre le TFIIH et la transcription des gènes de classe III. Une analyse détaillée de la dynamique du transcriptome a été effectuée pour la réponse des cellules humaines mutantes XP-D/CS à l'UV. Il a été démontré que la dysrégulation sélective observée de l’expression des gènes était liée à l'incapacité pour la ré-initiation transcriptionnelle et à l'hétérochromatinisation suivante, où l'histonedésacétylase SIRT1 a été identifiée comme le principal facteur. Son inhibition a permis de recouvrer l'expression normale d'un nombre substantiel des gènes affectés. Une étude de la participation pangénomique du coeur de TFIIH dans latranscription a découvert son association avec les gènes actifs de classe III. Cette association a été démontrée être indépendante de Pol II. Le coeur de TFIIH a été montré participer directement à la transcription effectuée in vitro par Pol III. / In this work, two TFIIH-related phenomena were investigated : the influence of specific mutations in TFIIH XPD subunits on the transcriptional response of different genes on UV irradiation and the interaction between TFIIH and transcription of class III genes. For the first time the detailed investigation of transcriptome dynamics was carried out for the response of XP-D/CS mutant human cells to UV-irradiation. The transcription regulation nature of the observed selective gene expression dysregulation was clearly observed. Its relation to failure of transcription re-initiation and consequentheterochromatisation was demonstrated. SIRT1 histone deacetylase was identified as the main driver of the repressive chromatin establishment on the certain genes upon UV. Inhibition of SIRT1 was found to recover normal expression of substantial number of affected genes. SIRT1 mediated mechanism was shown to be XP-D/CS specific. A potential link between this longevity related protein and progeria features of XP-D/CS mutants was hypothesised. Genome-wide study of the involvement of the core TFIIH in transcription revealed its association with active class III genes, not described previously. This association was demonstrated to be Pol II-independent. The core TFIIH was shown to be directly involved in Pol III mediated transcription in vitro.