La tristeza es la enfermedad viral más grave del cultivo de los cítricos y su agente causal es el virus de la tristeza de los cí­tricos (CTV). CTV induce uno o más de los siguientes sí­ndromes: I) decaimiento y muerte de los naranjos dulces (ND), pomelos y mandarinos injertados sobre el patrón naranjo amargo (NA), sí­ndrome conocido como "tristeza", II) enanismo, acanaladuras en la madera y fruta de pequeño calibre (stem pitting, SP), y III) enanismo y amarillamiento de plantas de semilla de limonero, pomelo y NA (seedling yellows, SY). La gama de huéspedes de CTV es muy restringida y hasta hace poco no se conocí­a ningún huésped herbáceo experimental. Actualmente, se sabe que la agroinfiltración de Nicotiana benthamiana, con clones de DNA complemantario (cDNA) del aislado T36 de CTV produce la infección sistémica de la planta, acompañada de sí­ntomas similares a los inducidos en cí­tricos, si bien la infección no queda limitada al floema. El aislado T36 induce SY y SP de lima Mejicana (LM), pero no en otros huéspedes como pomelo o ND. El estudio de los determinantes genéticos responsables de la inducción del sí­ndrome de SP requerí­a desarrollar un sistema genético basado en clones agroinfecciosos de un aislado inductor de estos sí­ntomas, como el aislado español T318A. Para ello, se partió de clones de cDNA de longitud completa de T318A previamente desarrollados en el laboratorio, capaces de replicarse en hojas de N. benthamiana pero incapaces de inducir infección sistémica y que presentaban varias mutaciones en su proteína de cápsida minoritaria p27. La corrección de dichas mutaciones y la construcción de nuevos clones de longitud completa de T318A marcados con el gen gfp, mostraron una correcta replicación en hojas agroinfiltradas de N. benthamiana, pero resultaron incapaces de inducir infección sistémica en este huésped experimental. La respuesta diferencial de N. benthamiana frente a distintas cepas de CTV permite estudiar los factores implicados en la interacción virus-huésped. Se analizó la interacción de las proteí­nas virales p20 y p25 de los aislados T36 y T318A con proteí­nas de N. benthamiana utilizando un abordaje consistente en: i) la expresión transitoria de p20/p25 marcadas con una etiqueta Strep-Tag en hojas de N. benthamiana, ii) purificación de los complejos proteí­na CTV-proteína huésped y análisis interactómico de los datos, y iii) estudio de la interacción directa entre p20/p25 y proteínas seleccionadas del huésped mediante análisis del doble hibrido en levadura y complementación bimolecular de fluorescencia (BIFC). Este abordaje proteómico mostró claras diferencias entre aislados que pueden explicar, en parte, el comportamiento diferencial de los aislados T36 y T318A en dicho huésped experimental. La inducción el síndrome de decaimiento por parte de CTV ha obligado a utilizar patrones tolerantes al decaimiento. Dichos patrones son menos adecuados. Las plantas de cí­tricos propagadas sobre NA e infectadas por CTV muestran necrosis en los tubos cribosos y disminución del floema funcional. Éstos desórdenes podrí­an ser consecuencia de la activación de los mecanismos de defensa como la reacción de hipersensibilidad desencadenada por la ruta del ácido salicí­lico o el silenciamiento génico mediado por RNA (post-transcriptional gene silencing, PTGS). Con el objetivo de avanzar en el mecanismo molecular de la resistencia del NA a la infección por CTV, se estudió el papel de diferentes genes de la planta implicados en las rutas mediante el uso de un vector viral basado en el genoma del virus del manchado foliar de los cítricos (citrus leaf blotch virus, CLBV). El silenciamiento génico de las rutas del AS o del PTGS en plantas NA y la inoculación de tres aislados de CTV patogénicamente diferentes mostró la implicación de ambas rutas en la defensa del NA frente a CTV. / Tristeza is the most important viral disease affecting citrus plants and Citrus tristeza virus (CTV) is the causal agent of this disease. CTV induces at least one of this syndromes: I) decline and death of sweet orange (SwO), grapefruits and mandarin trees grafted on sour orange (SO) rootstock, this syndromes is known as "tristeza", II) stunting, stem pitting (SP) and small fruits, and III) stunting and leaf chlorosis of lemon, grapefruit and SO seedlings (seedling yellows, SY). The host range of CTV is restricted and until recently no experimental herbaceous host was known. The agroinoculation Nicotiana benthamiana with clones of complementary DNA (cDNA) from the CTV isolate T36 cause the systemic infection of the plant and similar symptoms to those observed in citrus, although the infection is not limited to the phloem. T36 isolate induces SY and SP of Mexican lime (ML), but not in other hosts such as grapefruit and SwO. Therefore, to study the genetic determinants responsible of the SP syndrome induction was necessary to develop a genetic system based on agroinoculated clones from an isolate able to induce these symptoms, such as the Spanish isolate T318A. To do this, full length cDNA clones from T318A were obtained. They are able to replicate in N. benthamiana leaves but unable to induce systemic infection and showed several mutations in their protein of the minor coat, p27. The correction of these mutations and the construction of new clones of complete length from T318A labeled with the gfp gene, showed a proper replication in agroinoculated leaves of N. benthamiana, but they were still unable to induce systemic infection in this experimental host. The differential response of N. benthamiana to different CTV strains allows the study of the potential factors involved in the virus-host interaction. The aim of this work was study the interaction between the viral proteins p20 and p25 from the isolates T36 and T318A with N. benthamiana proteins with an analysis consisted in: I) the transitory expression of p20/p25 fused to Strep-Tag in N. benthamiana leaves, II) purification of the CTV protein-host protein complex and interatomic analysis of the data, and III) the study of the direct interaction between p20/p25 and selected plant proteins by the analysis of the double hybrid in yeast and bimolecular complementation of fluorescence (BIFC). The proteomic analysis showed strong differences between isolates that may partially explain the differential behavior of the T36 and T318A isolates in this experimental host. The induction of decline syndrome by CTV in citrus has leaded the use of tolerant rootstocks to decline. However, the use of such rootstocks is less suitable. Citrus plants propagated on SO rootstock and infected by CTV show phloem necrosis below the bud union that reduces the flow of carbohydrates to the roots. These symptoms may be a consequence of the activation of defense pathways in the plant, such as the hypersensitive reaction, hormone salicylic acid (SA) pathways or the RNA mediated post-transcriptional gene silencing (PTGS). Their relation is essential to know their implication in the decline. Therefore, the role of different genes involved in SA and PTGS has been studied by the silencing of plant genes using a viral vector (VIGS) based in the genome of the citrus leaf blotch virus (CLBV). The gene silencing of the SA and PTGS in SO and the inoculation of three different pathogenicity CTV isolates showed that both pathways are involved in the SO defense against CTV. The analysis of the proteins p20, p23 and p25 as possible suppressors of the AS indicating that the more virulent CTV isolates possess the more powerful suppressors. / La Tristesa és la malaltia viral més greu del cultiu dels cítrics. CTV induïx un o més de les sí­ndromes següents: I) decaïment i mort de taronger dolç§ (ND), pomelo i mandariner empeltats sobre el patró taronger amarg (NA), sí­ndrome conegut com "Tristesa", II) nanisme, estries en la fusta i fruita de xicotet calibre (SP) i III) nanisme i tonalitat groguenta de plantes de llavor de llimera, pomelo i taronger amarg (SY). El rang d'hostes de CTV és molt restringit i fins fa poc no es coneixia cap hoste herbaci experimental. Actualment es sap que la infecciò sistèmica en Nicotiana benthamiana amb clons de DNA complementari (cDNA) de l`aïllat de T36 provoca la infecció sistemàtica de la planta, acompanyada de síntomes similars als induïts en cí­trics, si be la infecció no queda llimitada al floema. L' aïllat T36 induïx SY i estries en la fusta de Llima Mexicana (LM), però no en altres hostes com a pomelo, ND o NA, l'estudi dels determinants genètics responsables de la inducció de la síndrome de SP requeria desenvolupar un sistema genètic basat en clons agroinfecciosos d'un aïllat inductor d'estos sí­mptomes, com l'aïllat espanyol T318A. Per a això, es va partir de clons de cDNA longitud completa de T318A prèviament desenvolupats al laboratori, capaços de replicar-se en fulls de N. benthamiana però incapaços d'induir infecció sistèmica i que presentaven varies mutacions en la seua proteïna de càpsida minoritatia p27. La correcció d`aquestes mutacions i la construcció de nous clons T318A de longitud completa marcats amb el gen gfp, van mostrar una correcta replicació en fulls agroinfiltradas de N. benthamiana però van resultar incapaços d'induir infecció sistèmica en aquest hoste experimental. La resposta diferencial dependent d'aïllat en N. benthamiana front CTV permet estudiar els possibles factors de la interacció virus- hoste. Es va dur a terme l'estudi de la funció de les proteínes virals p20 i p25 dels aïllats T36 i T318A amb proteïnes de N. benthamiana utilitzant un abordatge consistent en: i) l' expressió transitòria de les dues proteïnes p20/p25 marcades amb una etiqueta Strep-Tag en fulls de N. benthamiana, ii) purificació dels complexos proteïna CTV-proteïna hoste i anàlisi interactómic de les dades, i iii) estudi de la interacció directa per mitjà  de doble híbrid en llevat i complementació bimolecular de fluorescència (BIFC) de les proteïnes virals i determinades proteïnes de N. benthamiana. Aquest abordatge proteòmic va mostrar clares diferències entre aïllats que poden explicar el comportament diferencial dels aïllats T36 i T318A en aquest hoste experimental. La inducció de la sí­ndrome de decaïment per part de CTV en cí­trics ha obligat la utilització de patrons tolerants al decaïment. No obstant, aquestos patrons són agronòmicament menys adequats. Les plantes de cítrics propagades sobre NA i infectades por CTV mostren necrosi als tubs cribosos i disminució del floema funcional. Aquestos sí­mptomes poden ser conseqüència de l'activació de les rutes de defensa de la planta com la reacció d'hipersensibilitat, desencadenada per la ruta de l'àcid salicí­lic o el silenciamient gènic mediat per RNA (PTGS). Amb l'objectiu d'analitzar la implicació d¿aquestes rutes en la defensa, es va estudiar el paper de diferents gens implicats en la ruta de l'AS i del PTGS per mitjà  del silenciamient gènic induït per virus basat en el genoma del tacat foliar dels cítrics (CLBV). El silenciamient gènic de les rutes AS o PTGS en plantes NA i la inoculació de tres aïllats de CTV patogènicament diferents va mostrar la implicació de les dues rutes en la defensa del NA front CTV. L'analisis de les proteïnes p20, p23 i p25 com a possibles supressors de la ruta de l'AS va indicar que els aïllats més virulents de CTV posseïxen supressors més potents. / Gómez Muñoz, N. (2017). ESTUDIO DE LA INTERACCIÓN DIFERENCIAL ENTRE AISLADOS DEL VIRUS DE LA TRISTEZA DE LOS CÍTRICOS (CTV) Y SUS HUÉSPEDES [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94624 / TESIS

La maturation 3’ des pré-ARNm constitue une étape majeure dans la régulation post-transcriptionnelle de l’expression des gènes, indispensable à la stabilité, l’export vers le cytoplasme et la traduction des ARNm. Elle est composée de deux réactions : un clivage à l’extrémité 3’ suivie de l’addition d’une queue poly(A). Des études ont montré que la maturation en 3’ est inhibée en réponse aux dommages de l’ADN. Cependant, la cellule a mis en place des mécanismes compensatoires qui permettent à certains pré-ARNm d’être correctement maturés assurant ainsi le maintien de son intégrité. Les travaux que nous avons menés ont mis en évidence un mécanisme de résistance à l’inhibition de maturation en 3’ du pré-ARNm codant pour le suppresseur de tumeur p53. Ce mécanisme fait intervenir l’hélicase DHX36 qui déplie une structure secondaire appelée G-quadruplexe située en aval du site de clivage. Par ailleurs dans une deuxième étude, nous avons montré que la maturation en 3’ maintenue du pré-ARNm p53 en réponse aux dommages de l’ADN, est découplée du processus de transcription, contrairement au pré-ARNm TBP dont la maturation 3’ est inhibée en réponse aux dommage de l’ADN. Ce découplage a lieu grâce à un clivage co-transcriptionnelle du pré-ARNm p53 au niveau de la chromatine qui entraîne sa libération dans le nucléoplasme où il subit sa maturation en 3’. Une étude à grande échelle nous a permis de montrer que ce mécanisme de maturation en 3’ survenant dans le nucléoplasme est associé au maintien d'une maturation en 3’ efficace en réponse aux dommages de l’ADN. / The 3’-end processing of pre-mRNA, a key step in the post-transcriptional gene expression regulation, is essential for mRNA stability, export and translation. This process is a two-step reaction composed of a cleavage at the 3’-end followed by the addition of a poly(A) tail. Studies have shown that pre-mRNA 3’-end processing is inhibited in response to DNA damage. However, compensatory mechanisms exist to allow some pre-mRNA to be properly processed at their 3’-end in order to maintain cell integrity. For instance, in response to DNA damage, the 3’-end processing of the pre-mRNA coding for the tumor suppressor p53 is able to escape from its inhibition. In the present work, we have shown that the underlying mechanism involves the DHX36 helicase that unwinds a secondary structure called G-quadruplex located downstream of the cleavage site of the p53 pre-mRNA. Moreover, in a second study, we have shown that the maintained p53 pre-mRNA 3’-end processing in response to DNA damage is uncoupled from the transcription process, unlike the inhibited TBP pre-mRNA 3’-end processing. This uncoupling takes place through a co-transcriptional cleavage of p53 pre-mRNA from the chromatin and its release in the nucleoplasm where it undergoes its 3’-end processing. A genome-wide study allowed us to show that the pre-mRNA 3’-end processing occurring in the nucleoplasm is associated with a maintained 3’end processing in response to DNA damage

Le contrôle de l’expression des gènes est un processus crucial pour le développement, la reproduction ou les mécanismes d’acclimatation aux stress environnementaux et met en jeu des voies de régulation post-transcriptionnelles agissant sur les ARN messagers (ARNm). Ces molécules portent des modifications chimiques dont l’une des plus abondantes est la N6-méthyladénosine ou m6A. Cette modification permet notamment d’attirer des protéines spécifiques qualifiées de « lecteurs » qui, chez les mammifères, agissent principalement pour favoriser la dégradation et/ou la traduction des ARNm. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser les fonctions d’un de ces lecteurs, nommé ECT2, chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Dans un premier temps, sa fonction de liaison aux ARNm méthylés ainsi que son rôle dans le développement de la plante ont été démontrés. Au niveau moléculaire, une approche de protéomique a permis d’identifier de nombreux partenaires d’ECT2 dont la majorité est impliquée dans le métabolisme des ARNm parmi lesquels des facteurs inhibiteurs de traduction. Les résultats d’une analyse de translatomique permettent de proposer un modèle où ECT2 jouerait un rôle de répresseur de la traduction d’ARNm en coopération avec ses partenaires LARP1 et DCP5, deux facteurs évolutivement conservés qui agissent dans le contrôle de la traduction des ARNm. Enfin, j’ai également découvert que la protéine ECT2 est dynamiquement modifiée via des phosphorylations en réponse à un stress thermique, ce qui semble notamment affecter sa capacité à reconnaitre les résidus m6A. Ces travaux suggèrent pour la première fois que l’activité d’un lecteur peut être régulée par des phosphorylations en réponse à des variations environnementales. / Control of gene expression is a crucial process for development, reproduction or acclimation to environmental stresses and involves post-transcriptional regulatory pathways acting on messenger RNAs (mRNAs). These molecules carry chemical modifications of which N6-methyladenosine (m6A) is one of the most abundant. This modification allows notably the recruitment of specific proteins qualified as “readers” which, in mammals, mostly act to promote decay and/or translation of mRNAs. My thesis aimed to characterize the functions of one of these readers, named ECT2, in the model plant Arabidopsis thaliana. First, its binding function to methylated mRNAs and its role in plant development was demonstrated. At the molecular level, a proteomic approach identified numerous ECT2’s protein partners, mainly involved in mRNA metabolism including translation inhibition factors. Results obtained from a translatome analysis suggest a model where ECT2 could play a repressive role on the translation of methylated mRNAs cooperatively with its partners LARP1 and DCP5, two evolutionarily conserved factors acting in translational control of mRNAs. Finally, I also discovered that ECT2 is dynamically modified with phosphorylations in response to heat stress affecting especially its ability to recognize m6A residues. These works suggests for the first time that the activity of an m6A reader could be regulated by phosphorylations in response to environmental changes.

The central dogma of biology asserts that DNA is transcribed into RNA and RNA is translated into protein. However, this overtly simplistic assertion fails to portray the highly orchestrated and regulated mechanisms of transcription and translation. During the process of transcription, RNA provides the template for translation and protein synthesis as well as the structural and sequence specificity of many RNA and protein-based machines. While only 1-5% of the genome will escape the nucleus to be translated as mRNAs, complex, parallel, highly-conserved mechanisms have evolved to regulate specific mRNAs. Trans-acting factors bind cis-elements in both the 5" and 3" untranslated regions of mRNA to regulate their stability, localization, and translation. While a few salient examples have been elucidated over the last few decades, mRNA translation can be reversibly regulated by the shortening and lengthening of the 3" polyadenylate tail of mRNA. CPEB, an important factor that nucleates a complex of proteins to regulate the polyadenylate tail of mRNA, exemplifies a major paradigm of translational control during oocyte maturation and early development. CPEB function is also conserved in neurons and somatic foreskin fibroblasts where it plays an important role in protein synthesis dependent synaptic plasticity and senescence respectively. Focusing on the function of CPEB and its role in mRNA polyadenylation during human cellular senescence, the following dissertation documents the important finding that CPEB is required for the normal polyadenylation of p53 mRNA necessary for its normal translation and onset of senescence. Cells that lack CPEB have abnormal levels of mitochondria and ROS production, which are demonstrated to arise from the direct result of hypomorphic p53 levels. Finally, in an attempt to recapitulate the model of CPEB complex polyadenylation in human somatic cells, I unexpectedly find that Gld-2, a poly(A) polymerase required for CPEB-mediated polyadenylation in Xenopus laevis oocytes, is not required for p53 polyadenylation, but instead regulates the stability of a microRNA that in turn regulates CPEB mRNA translation. Furthermore, I demonstrate that CPEB requires Gld-4 for the normal polyadenylation and translation of p53 mRNA.

RNA-binding proteins (RBPs) are important for a wide variety of biological processes involved in gene regulation. However, the structural and dynamic contributions to their biological activity are poorly understood. The tristetraprolin (TTP) family of RBPs, including TTP, TIS11b and TIS11d, regulate the stability of mRNA transcripts encoding for key cancer-related proteins, such as tumor necrosis factor- and vascular endothelial growth factor. Biophysical studies have shown that the RNA binding domain, consisting of two CCCH zinc fingers (ZFs), is folded in the absence of RNA in TIS11d and TIS11b. In TTP, however, only ZF1 adopts a stable fold, while RNA is required to completely fold the tandem zinc finger (TZF). The focus of this research was to understand the origin and biological significance of the structural differences observed for the TZF domains of TTP and TIS11d. Three residues were shown to control the affinity for the structural Zn2+ and determine the folding of ZF2 in the absence of RNA. The partially-folded TZF domain of TTP has greater selectivity for RNA sequences than the fully folded TZF domain of TIS11d. The mRNA destabilizing activity of TTP was increased when the partially disordered RBD of TTP was replaced with the fully structured TZF domain of TIS11d. Disruption of the structure and/or dynamics of the TZF domain observed in the disease-associated mutations of TIS11d, P190L and D219E, results in aberrant cytoplasmic localization. This work demonstrates that the extent of RBD folding in the TTP family is important for differential RNA recognition, mRNA turnover, and protein localization in vivo.

La protéine de liaison à l’ARN double-brin Staufen1 (STAU1) est exprimée dans les cellules de mammifères de manière ubiquitaire. STAU1 est impliqué dans la régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique grâce à sa capacité de lier les ARN et moduler leur épissage, leur transport et localisation, leur traduction ainsi que leur dégradation. Des études récentes de notre laboratoire indiquent que l’expression de STAU1 est régulée durant le cycle cellulaire, ayant une abondance maximale au début de la mitose. En prométaphase, STAU1 est lié à des ARNm codant pour des facteurs impliqués dans la régulation de la prolifération, la croissance et la différenciation cellulaires. De plus, des analyses protéomiques menées sur des cellules humaines ont permis d’identifier STAU1 comme un composant de l’appareil mitotique. Cependant, l’importance de cette association n’a pas été investiguée. Par ailleurs, il a été montré qu’une défaillance dans l’expression ou les fonctions de STAU1 pourrait contribuer au développement et l’accélération de plusieurs maladies débilitantes, dont le cancer. Dans cette thèse, nous avons montré la localisation de STAU155 sur le fuseau mitotique dans les cellules de cancer colorectal HCT116 et les cellules non transformées hTERT-RPE1. Nous avons également caractérisé le déterminant moléculaire impliqué dans l’interaction entre STAU155 et les microtubules mitotiques, soit la séquence située dans les 88 premiers acides aminés N-terminaux de RBD2, un domaine qui n’est pas requis pour l’activité de liaison à l’ARN de STAU1. Nous avons ainsi montré que la fraction de STAU1 enrichie sur le fuseau colocalise avec des ribosomes dans des sites actifs de traduction. De plus, notre analyse transcriptomique du fuseau mitotique montre que 1054 transcrits (ARNm, pré-ARNr, lncRNA et snoRNA) sont enrichis sur l’appareil mitotique. De façon intéressante, le knockout de STAU1 entraine la délocalisation des pré-ARNr et de 154 ARNm codants pour des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette d'actine et la croissance 4 cellulaire. Bien que STAU1 n’est pas essentiel pour la survie et la prolifération des cellules cancéreuses HCT116, nos résultats mettent clairement en évidence l’implication de STAU1 dans la régulation des ARN spécifiques en mitose et suggèrent un nouveau rôle de cette protéine dans la progression mitotique et la cytokinèse par la régulation de la maintenance des pré-ARNr, la ribogenèse et/ou la reconstitution de l’enveloppe nucléaire. / Staufen1 (STAU1) is a double-stranded RNA-binding protein that is ubiquitously expressed in mammals and known for its involvement in the post-transcriptional regulation of gene expression such as splicing, transport and localization, translation, and decay. It has been demonstrated that STAU1 protein expression level is modulated through the cell cycle with peak abundance by the onset of the mitotic phase after which it is degraded. Genome-wide analysis revealed that in prometaphase, STAU1 bound with mRNAs code for factors implicated in cell differentiation, cell growth as well as for cell proliferation. Interestingly, previous large-scale proteomic studies identified STAU1 as a component of the human mitotic spindle apparatus. Altering STAU1 expression patterns or functions may lead to several debilitating human diseases including cancer. In this thesis, we further elucidated the localization of STAU1 at the mitotic spindle of the colorectal cancer HCT116 and the non-transformed hTERT-RPE1 cells. Next, we characterized the molecular determinant required for STAU1/spindle association within the first 88 N-terminal amino acids, a domain that is not required for the RNA binding activity. RNA-Seq analysis of purified mitotic spindles reveals that 1054 mRNAs as well as the precursor ribosomal RNA, lncRNAs and snoRNAs are enriched on spindles compared to cell extracts. Spindle-associated STAU1 partly co-localizes with ribosomes and active sites of translation. Interestingly, the knockout of STAU1 delocalizes pre-rRNA and 154 mRNAs coding for proteins involved in actin cytoskeleton organization and cell growth. Our results highlighting a role for STAU1 in mRNA trafficking to the spindle. These data demonstrate that STAU1 controls the localization of sub-populations of RNA during cell division and suggests a novel role of STAU1 protein in mitotic progression and cytokinesis by regulating pre-rRNA maintenance, ribogenesis and/or nucleoli reassembly.

Post-transkriptionelle Genregulation ist ein zentraler Mechanismus, den lebende Organismen nutzen, um Funktionalität, Entwicklung und Anpassung zu gewährleisten. Defizite in diesem Mechanismus haben zahlreiche Krankheiten und Fehlfunktionen zur Folge. Post-transkriptionelle Genregulation wird von RNA-bindenden Proteinen (RBPs) ausgeführt. Ihr kombinatorisches Agieren ermöglicht eine genau abgestimmte Kontrolle räumlicher und zeitlicher Genexpression. Ein RBP erkennt seine Zielmoleküle typischerweise anhand sogenannter Bindemotive: Nukleotidsequenzen, die kompatibel sind mit einer Aminosäuretasche innerhalb des Proteins. Es gibt jedoch einen Sonderfall der Zielmolekülerkennung, der überRNAs, insbesondere microRNAs (miRNAs), vermittelt wird. miRNAs sind im Genom kodierte 20-25 Nukleotid lange RNAs, die in Argonaut (Ago)-Proteine geladen werden können, um diese zu ihren Zielmolekülen (z.B mRNAs) zu navigieren. Es wird angenommen, dass miRNA:Ago-Komplexe nahezu alle zellulären Prozesse kontrollieren. Dementsprechend werden miRNA-Fehlfunktionen (z.B. verursacht durch Mutation nur eines einzelnen Nukleotids in einer Bindestelle) mit zahlreichen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Die Charakterisierung aller miRNA-Zielmoleküle („miRNA targetome“) ist eine der wichtigsten Fragen, die mithilfe der Systembiologie adressiert werden kann. / Post-transcriptional gene regulation is a key mechanism exploited by living organisms to ensure their functionality, development and adaptation. Deficiencies in this mechanism lead to various diseases and malfunctions. Post-transcriptional gene regulation is exerted by RNA-binding proteins (RBPs). Their combinatorial action allows fine-tuned control over spatial and temporal gene expression to meet the actual cell demands. An RBP typically recognizes its targets via so called binding motifs: nucleotide sequences compatible with an amino-acid pocket inside the protein. However, there is a special case of target recognition guided by RNAs. In particular, micro RNAs(miRNAs) – 20-25 nucleotide long transcripts encoded in the genome–can be loaded into Argonaute (Ago) proteins to navigate them to their target RNAs. It is estimated that miRNA:Ago complexes control virtually all processes occurring in the cell. Consequently, malfunctions in the miRNA pathway (including even a single nucleotide mutation in a binding site) are implicated in multiple disorders. Therefore, the characterization of the “miRNA targetome” is one of the most important questions addressed to the systems biology

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La régulation de l’expression des gènes est ce qui permet à nos cellules de s’adapter à leur environnement, de combattre les infections ou, plus généralement, de produire la quantité exacte de protéine nécessaire pour répondre à un besoin spécifique. Parmi les joueurs les plus importants dans cette régulation de l’expression des gènes on retrouve les microARN (miARN). Ces petits ARN de 22 nucléotides sont présents chez la majorité des espèces multicellulaires et sont responsables du contrôle direct de plus de 30% des gènes exprimant des protéines chez les vertébrés. La famille de miARN lethal-7 (let-7) est composée de miARN parmi les plus connus et ayant des fonctions cruciales pour la cellule. La régulation du niveau des miARN let-7 est essentielle au bon développement cellulaire. La biogenèse de ces miARN, du transcrit primaire jusqu’à leur forme mature, est régulée principalement par Lin28, une protéine pluripotente très conservée. Cette protéine est composée d’un domaine cold shock (CSD) et de deux domaines de liaison au zinc. C’est grâce à ces domaines de liaison à l’ARN que Lin28 peut lier et inhiber la maturation des miARN let-7. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction entre Lin28 et le microARN précurseur let-7g afin de mieux comprendre le rôle de cette protéine dans l’inhibition de la biogenèse du miARN. À l’aide de techniques biochimiques et biophysiques, nous avons d’abord défini les principaux déterminants de l’interaction entre Lin28 et la boucle terminale du miARN précurseur let-7g (TL-let-7g). Nous avons conclu que le domaine C-terminal de Lin28, composé d’un motif riche en lysines et arginines ainsi que de deux motifs de liaison au zinc, permet à la protéine de lier spécifiquement et avec haute affinité un renflement riche en guanine conservé chez les précurseurs de la famille let-7. Aussi, parce que la séquence et la spécificité de liaison à l’ARN de ce domaine C-terminal sont semblables à celles de la protéine NCp7 du VIH, nous avons défini ce dernier comme le domaine NCp7-like de Lin28. Par la suite, nous avons caractérisé la multimérisation de trois protéines Lin28 sur la boucle terminale de pre-let-7g. Ceci a permis de réconcilier d’apparentes contradictions retrouvées dans la littérature actuelle concernant les sites de liaison de Lin28 lors de sa liaison aux miARN précurseurs. Nous avons identifié trois sites de liaison à haute affinité sur TL-let-7g qui sont liés dans un ordre précis par trois protéines Lin28. Lors de la formation du complexe multimérique, le CSD permet une déstabilisation de l’ARN, ce qui rend accessible plusieurs sites de liaison. Le domaine NCp7-like permet plutôt un assemblage ordonné de la protéine et facilite la liaison initiale de cette dernière. Ces nouveaux résultats rendent possible la mise au point d’un nouveau modèle de l’interaction entre Lin28 et le miARN précurseur let-7g. En conclusion, les études réalisées dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle d’une importante famille de miARN et permettront de guider les futures études dans le domaine de recherche en pleine effervescence qu’est celui de la biogenèse des miARN. / The regulation of gene expression is what allows our cells to adapt to their environment, to fight infections or, more generally, to express the appropriate level of proteins to meet a specific need. The microRNAs (miRNAs) are among the most important players in the regulation of gene expression. These small RNAs of 22 nucleotides are present in most multicellular species and are responsible for the direct control of more than 30% of protein-expressing genes in vertebrates. The miRNA lethal-7 (let-7) family consist of some of the most studied miRNAs and plays crucial roles in the cell. The appropriate regulation of the let-7 miRNAs level is essential for proper cellular development. The biogenesis of these miRNAs, from the primary transcript to their mature form is mainly regulated by Lin28, a highly-conserved pluripotent protein. This protein is composed of a cold shock domain (CSD) and two zinc-binding domains. These RNA-binding domains allow Lin28 to bind and inhibit the maturation of the let-7 miRNA. The objective of this thesis is to characterize the interaction between the Lin28 protein and the let-7g miRNA precursor to better understand the role of this protein in the inhibition of miARN biogenesis. Using biochemical and biophysical techniques, we first identified the main determinants of the interaction between Lin28 and the terminal loop of the precursor miRNA let-7g (TL-let-7g). We concluded that the C-terminal domain of Lin28, composed of a lysine-rich and arginine-rich motif in addition to two zinc-binding motifs, is sufficient to bind with high affinity a conserved guanine-rich bulge located on the TL-let-7g. In addition, because the sequence and RNA-binding specificity of this C-terminal domain are similar to those of the HIV protein NCp7, we defined this region as the NCp7-like domain of Lin28. Subsequently, we characterized the multimerization of three Lin28 proteins on the terminal loop of pre-let-7g. This study helped to reconcile apparent contradictions found in the current literature regarding the Lin28-binding sites on miRNA precursors. We identified three high-affinity binding sites on TL-let-7g that are bound in a stepwise manner by the three Lin28 proteins. As part of the formation of the multimeric complex, both RNA-binding domains of Lin28 play an important role. The CSD destabilizes the RNA and this exposes several binding sites, whereas the NCp7-like domain allows an orderly protein assembly and facilitates the initial binding of the protein. These results lead us to propose a new model for the interaction between Lin28 and pre-let-7g. In conclusion, these studies provide a better understanding of the molecular mechanisms involved in the post-transcriptional regulation of an important family of miRNAs and will help guide future projects in the expanding research area of miRNA biogenesis.