Les maladies auto-immunes sont dues à une rupture de la tolérance au soi et donc à un dysfonctionnement du système immunitaire. La protéine auto-immune regulator (Aire) est un régulateur de la transcription exprimé par les cellules épithéliales medullaires thymiques (mTEC) qui joue un rôle très important dans la tolérance centrale en régulant l’expression d’antigènes spécifiques de tissus (TSA) et ainsi la sélection négative des lymphocytes T immatures présentant un TCR de haute affinité pour un auto-antigène. Cependant, le rôle de Aire dans la sélection et la fonction des lymphocytes T régulateurs (Tregs) reste controversé. Nous avons généré un modèle de rats déficients pour Aire en utilisant la technologie des ZFN. En effet, nous avons pu mettre en évidence l’expression chez le rat, tout comme chez l’Homme, de Aire au niveau du messager mais aussi de la protéine dans le thymus et en périphérie. Nous avons décrit que ces rats présentent de forts symptômes auto-immuns comme l’alopécie, le vitiligo et l’ongulo-dystrophie, mais également des lésions histologiques importantes et de nombreux auto-anticorps circulant dans le sérum contre de nombreux organes. Nous avons également pu mettre en évidence un défaut de fonction des Tregs CD4+CD25hiCD127low in vivo dans un modèle de wasting disease mais pas de défaut des TregsCD8+CD45RClow. / Autoimmune diseases are due to a break in selftolerance and to a dysfunction of the immune system. The autoimmune regulator protein (Aire) is a transcription regulator expressed by medullary thymic epithelial cells (mTEC). It is playing an important role in central tolerance by the negative selection of highly specific autoreactive T cells through the expression of tissue-specific antigens (TSA). However, the role of Aire in regulatory T cell selection remains unclear and controversial. We generated a model of Aire-deficient rat using the zinc finger nuclease (ZFN) technology. Indeed, we highlighted the same pattern of expression of Aire between rat and human in the thymus as well as in the periphery. We showed that Aire-deficient rats display strong auto-immune symptoms such as alopecia, vitiligo or nail dystrophy but also strong histological lesions and numerous circulating autoantibodies targeting numerous organs. We also evidenced a defect, in vivo, in a model of wasting disease, in the function of CD4+CD25hiCD127low Tregs but not CD8+CD45RClow.

Le travail de ma thèse porte sur l’étude des protéines chaperonnes des acides nucléiques chez le virus de l’immunodéficience humaine VIH-1.Ces protéines sont au nombre de trois : Tat, Vif et la Nucléocapside. Je me suis concentrée sur les deux dernières citées : Vif, dont j’ai réalisé une étude structurale et fonctionnelle en partant du gène, j’ai réussi à produire et purifier la protéine, que je l’ai caractérisée par des méthodes structurales comme la diffusion de lumière et le dichroïsme circulaire. J’ai étudié les interactions de cette protéine avec les acides nucléiques par spectroscopie de fluorescence et Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Et finalement j’ai participé aux tests d’activités chaperonnes. Pour la nucléocapside, qui est une protéine déjà connue au sein du laboratoire, j’ai examiné son rôle de protéine chaperonne lors de l’initiation de la transcription inverse. J’ai mis en évidence par RMN une interaction très controversée entre l’ARN génomique virale et l’ARNtLys3 qui joue le rôle d’amorce pour l’initiation de la transcription inverse. / Pas de résumé en anglais

NS5B est l’ARN polymérase du virus de l’hépatite C (VHC). Sa structure a beaucoup été étudiée par radiocristallographie, elle contient trois sous-domaines appelés doigts, paume et pouce. Cependant, les études structurales de cette protéine en solution sont très limitées. La résonance magnétique nucléaire (RMN) a été utilisée pour étudier NS5B en solution ainsi que son interaction avec différents partenaires. L’emploi d’un échantillon de NS5B (65kDa) perdeuterée et sélectivement enrichie au niveau des méthyles 1 des résidus d’isoleucines a permis d’obtenir un spectre simplifié et de bonne qualité. Cette étude a confirmé la présence d’une dynamique particulière dans le pouce et a permis de mettre en évidence des effets à longues distances que se transmettent aux autres sous-domaines. Cette approche a alors été utilisée pour étudier l’interaction entre NS5B et le domaine 2 de la protéine NS5A (NS5A-D2) du VHC. Celui-ci est un domaine intrinsèquement désordonné qui interagit directement avec NS5B in vitro. Nous avons identifié que NS5A-D2 se lie via deux sites d’interaction sur le sous-domaine du pouce. Puisqu’un de ces sites est le site de liaison de l’inhibiteur allostérique filibuvir, nous avons étudié la liaison de cette molécule à la polymérase. Sa liaison cause des effets à longues distances tout au long de NS5B. Enfin, nous avons caractérisé la liaison d’un ARN simple brin à NS5B et nous avons identifié que NS5A-D2 et filibuvir réduisent mais ne suppriment pas l’interaction de NS5B avec l’ARN. L’analyse de NS5B par RMN en solution a permis d’étudier des interactions et d’accéder à des paramètres dynamiques très complémentaires des études cristallographiques. / NS5B is the hepatitis C virus (HCV) RNA-dependent RNA polymerase. This protein has been extensively studied by X-ray crystallography and shows an organization in three subdomains called fingers, palm and thumb. Whereas static crystallographic data are abundant, structural studies of this protein in solution are limited. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to study the 65 kDa NS5B in solution as well as its interaction with binding partners. It was characterized using selective isotopic labeling of isoleucine side-chain methyl groups, which gives rise to a simplified NMR spectrum with an improved signal-to-noise ratio. This characterization confirmed the presence of particular dynamics in the subdomains, especially in the thumb, as well as long-range effects that are transmitted through to other subdomains. Furthermore, this system was used to investigate the binding of the domain 2 of NS5A (NS5A-D2), a disordered domain of another HCV protein that has been shown to directly interact with NS5B in vitro. With paramagnetic relaxation enhancement experiments we showed that NS5A-D2 binds to NS5B via, at least, two binding sites on the thumb subdomain. As one of these sites was the binding site of allosteric inhibitor filibuvir, we characterized the binding of this small molecule to NS5B by NMR and found long-range effects of its binding throughout the polymerase. Finally, we studied the binding of a small RNA template strand to NS5B and found that both NS5A-D2 and filibuvir reduce but do not abolish the interaction between the polymerase and RNA. In sum, NMR spectroscopy was used to study dynamic properties of NS5B and its interactions with binding partners.

Le principal défi des techniques de transfert de gènes est de garantir l’expression du gène d’intérêt tout en assurant l’innocuité des cellules génétiquement modifiées. La plupart des systèmes d’intégration, dérivés des transposons, assurent une intégration aléatoire au sein du génome de la cellule. L’enjeu de ce travail est de développer des outils permettant de cibler l’intégration du transgène au niveau d’un locus choisi dans le but d’améliorer la biosécurité. L’étude s’est portée sur l’utilisation des protéines à ZFD (Zinc Finger Domain) pour leur aptitude à être conçues à façon, in silico, en utilisant les nombreuses ressources disponibles sur Internet. Pour comparer, les propriétés de deux domaines de liaison, NterR2P, provenant de deux rétrotransposons R2 de type non-LTR, ont été étudiées pour leur capacité naturelle à reconnaître spécifiquement une région de 100 pb située dans l’ADN ribosomique 28S. Les résultats obtenus ont montré que les domaines NterR2P reconnaissent spécifiquement leur ADN cible avec une forte affinité de liaison. Deux protéines de fusion, utilisant le domaine NterR2P, ont ensuite été synthétisées dans le but d’intégrer le transgène au niveau de l’ADNr en utilisant le transposon Sleeping Beauty. L’idée originale de ce travail est de réaliser l’intégration du transgène via le ciblage indirect du transposon, ou de la transposase sans que celle-ci ne soit modifiée. L’impact de ces systèmes de ciblage sur les cellules nécessite de réexaminer une telle stratégie. / The main challenge of gene transfer technologies is to maintain and to sustain transgene expression and to confer innocuity on the genetically-modified cells. Most integration systems, derived from transposons, integrate randomly within the genome of cells. The issue of this work is to develop tools to target transgene integrations in a selected locus in order to improve biosecurity. This study consists in using ZFD (Zinc Finger Domain) proteins for their capability to be in silico synthesize, in using many bioinformatic sites. For compare, the properties of two DNA binding domains (DBD), NterR2P, originating from the endonucleases encoded by R2 non-LTR retrotransposons, are able to bind specifically within a 100-bp region of the 28S rRNA genes. The results show that NterR2P DBDs specifically recognize their DNA target with high affinity. Two fusion proteins, using NterR2P DBD, are synthesized in order to integrate the transgene within rDNA, using Sleeping Beauty transposon. The original idea of this work is to realize transgene integration via indirect targeting of transposon, or transposase without its modification. The use of such a targeting system will have to be extensively studied to determine its impacts on cells before it can be considered as safe for use.

L’amidon est un composé permettant le stockage d’énergie et du carbone par les plantes, ce qui en fait un des polysaccharides les plus abondants sur Terre. Malgré nos connaissances sur le métabolisme de l’amidon, le processus d'initiation de la synthèse des grains d’amidon n’est pas décrit. La découverte de l’amidon-synthase 4 (SS4) en tant que protéine principalement impliquée dans le processus d’initiation de l’amidon, a permis de faire de grands progrès dans ce domaine. En effet, cette enzyme est impliquée dans le contrôle du nombre, de la forme et de la taille des grains d’amidon synthétisés dans les chloroplastes.La recherche de facteurs protéiques interagissant avec SS4 a conduit à la découverte d’un nouveau facteur protéique faisant l’objet principal de ce manuscrit. Cette protéine nommée PII1 (protéine impliquée dans l'initiation de l'amidon ; 90KDa) interagit avec SS4 dans le chloroplaste. L’analyse du phénotype amidon associé à son inhibition révèle l'implication de la protéine PII1 dans le mécanisme déterminant le nombre de grains d'amidon dans les feuilles d'Arabidopsis thaliana. Afin d’avoir un aperçu plus global des connexions qui relient les différents facteurs protéiques impliqués dans l’initiation de la synthèse de l’amidon, des lignées doubles mutantes ont été sélectionnées et caractérisées : ss3pii1, ss4pii1 et ss4phs1. Les résultats mettent en évidence le rôle spécifique de PII1 dans l'initiation de l'amidon par rapport aux amidon-synthases. Ils ont également permis de mettre en avant l'implication de la phosphorylase, dans l'initiation de l'amidon dans les tissus non-photosynthétiques. / Most of photosynthetic organisms accumulate starch to store carbon and energy produced during photosynthesis. It is thus one of the most abundant storage polysaccharides on earth. Despite our knowledge of starch granule properties and metabolism, its initiation process remains poorly understood. Great progress in this field has been made through the discovery of the starch synthase 4 (SS4) as a major protein involved in starch priming in Arabidopsis chloroplasts. Indeed, this enzyme controls the number of the starch granules per chloroplast, but also their shape and their size. During my PhD, I focused my research on the analysis of a protein called PII1 (protein involved in starch initiation 90KDa) that interact with SS4 within the chloroplast. This study reveals the involvement of the PII1 protein in the machinery determining starch granules number in Arabidopsis thaliana leaves. Then, I tried to find new clues on the global comprehension of starch initiation. This was achieved by reporting the phenotypic analysis of double mutations including mutation of protein involved in starch initiation: ss3pii1, ss4pii1 and ss4phs1. These results highlight the specific role of PII1 in starch initiation compared to starch synthase. We also found evidence of the implication of phosphorylase PHS1 in starch initiation within non-photosynthetic organs.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La molécule d'adhésion intercellulaire-1 (ICAM-1, CD54) est une glycoprotéine membre de la superfamille des immunoglobulines exprimée à la surface d'une grande variété de types cellulaires. Sa fonction première est de lier les β2-intégrines LFA-1 et MAC-1 exprimées à la surface des lymphocytes et des macrophages, respectivement. Cette interaction permet à ces derniers d'atteindre le site de l'inflammation en procédant à leur liaison à l'endothélium vasculaire et à leur extravasation. L'expression de ICAM-1 fût par contre également associée à diverses pathologies telles que l'asthme, l'arthrite rhumatoïde, le diabète, le développement des plaques athérosclérotiques et le développement des métastases. Bien que l'expression constitutive de ICAM-1 soit relativement faible, elle peut être augmentée par de nombreux médiateurs de l'inflammation tels que le TNF-α et l'IFNγ. Ces signaux amplifient l'expression de ICAM-1 au niveau transcriptionnel par diverses voies de signalisation menant à l'activation de facteurs de transcription tels que NF-KB et Stati. Ces facteurs de transcription agissent en se liant aux multiples éléments de réponse présents sur le promoteur de ICAM-1. La capacité de ces facteurs de transcription à activer la transcription de ICAM-1 dépend de nombreuses interactions physiques et fonctionnelles dont la nature n'est pas toujours bien connue. Par ailleurs, les voies de signalisation menant à l'inactivation de la transcription de ICAM-1 demeurent également incertaines. Étant donné le rôle capital de ICAM-1 au sein du système immunitaire, il est essentiel d'approfondir nos connaissances sur les différentes étapes menant à l'activation tout comme l'inactivation de la transcription de ce gène. Nous avons donc étudié la relation entre deux familles de facteurs de transcription impliquées dans la régulation transcriptionnelle de ICAM-1, soit la famille STAT et la famille Ets. Nous avons non seulement découvert qu'il existe une coopération fonctionnelle entre ces deux familles, mais également que le facteur de transcription Stati interagit physiquement avec le facteur de transcription Etsl dans les cellules vivantes. Ensuite, nous avons étudié les effets du bpV(pic), un inhibiteur de tyrosine phosphatase, sur l'activation de la transcription de ICAM-1. Nous avons découvert que ce composé de peroxovanadium inactive les phosphatases responsables de l'inactivation de la voie JAK/STAT suite au traitement à l'IFNγ. Finalement, nous avons testé un nouveau protocole d'électroporation à double impulsion permettant une grande efficacité de transfection transitoire des cellules endothéliales à faible coût.

YB-l est une protéine multifonctionnelle exprimée majoritairement au cytoplasme qui régule de façon globale la traduction. YB-l est également exprimée au noyau et agit comme facteur de transcription liant les séquences promotrices CCAA T inversées. De plus, YB-l participe à l'épissage alternatif et est impliquée dans la réparation de l'ADN. Il existe une corrélation entre l'expression nucléaire de YB-I dans les cellules tumorales et la résistance à la cisplatine, un composé largement utilisé en chimiothérapie. De plus, la déplétion de YB-I par un ARN antisens sensibilise les cellules à la cisplatine. In vitro, YB- 1 lie préférentiellement l'ADN contenant un pontage causé par la cisplatine et possède une activité exonucléase 3' -5'. Malgré ces nombreuses associations, le mécanisme par lequel YB-l confère la résistance à la cisplatine demeure toujours inexpliqué. Cette thèse contient les travaux entrepris dans le but de caractériser les fonctions de la protéine YB-I dans le mécanisme de résistance à la cisplatine. Nous avons démontré in vitro que la protéine YB-I purifiée avait la capacité de séparer préférentiellement différents duplex d'ADN contenant un pontage à la cisplatine ou un mésappariement et qu'elle possédait une activité endonucléase. Par chromatographie d'affinité, les protéines de la réparation MSH2, WRN, Ku80 et la polymérase 8 ont été co-purifiées avec YB-I. L'étude approfondie de l'interaction entre les protéines YB-I et WRN, protéine responsable du syndrome de vieillissement prématuré appelé Werner, a permis d'identifier la formation d'un complexe entre les protéines YB-l, p53 et WRN dans des foyers nucléaires dt:1 cellules exposées aux rayons ultraviolets. Ensuite, la caractérisation de l'interaction entre YB-I et hNTHI, une ADN glycosylase/ AP lyase impliquée dans l'initiation de la voie de réparation par excision de base, a démontré que YB-l se liait au domaine N-terminal auto-inhibiteur de hNTHI augmentant ainsi son activité in vitro. De plus, la déplétion de -hNTHI sensibilise spécifiquement les cellules à la cisplatine et aux rayons ultraviolets, même chez les cellules surexprimant YB-l. Finalement, nous avons déterminé que les activités de séparation des brins d'ADN, d'endonucléase et d'épissage alternatif ne sont pas essentielles à YB-I pour conférer une résistance à la cisplatine. Par contre, le changement global du profil d'expression des ARNm accompagnant la surexpression de YB-I et de sa forme tronquée dans des cellules de cancers du sein peut être associé à la résistance à la cisplatine observée.

L’intégrité des gènes de la famille FANC est essentielle au bon fonctionnement de la réparation des dommages à l’ADN. Récemment, différents variants d’épissage du gène FANCC ont été identifiés. Nous avons donc étudié l’impact du transcrit alternatif sur le processus de réparation des bris de l’ADN. Le transcrit FANCCΔ7 est présent dans toutes les lignées de cancer du sein analysées. L’analyse des fractions ribosomales confirma la traduction de FANCCΔ7 en protéine fonctionnelle. La protéine FANCCΔ7 semble séquestrée dans le cytoplasme des cellules HEK293T transfectées suite à un traitement à la MMC comparé à FANCC qui migre majoritairement au noyau. Nous avons démontré que les cellules déficientes infectées avec FANCCΔ7 sont bloquées en G2/M en présence de MMC. Finalement, FANCCΔ7 est incapable de mener à la monoubiquitination de FANCD2. Cette étude a permis de déterminer que le variant d’épissage FANCCΔ7 ne permet pas la réparation des pontages interbrins induits par la MMC.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / p54nrb est une protéine de liaison à l'ARN nucléaire impliquée dans plusieurs processus cellulaires tels que la transcription, la maturation des ARNm et la rétention des ARNs hyper-édités. Cette protéine multifonctionnelle fait partie de la machinerie d'épissage et participe à ce processus en liant directement le site d'épissage en 5' du pré-ARNm. De plus, p54nrb se concentre dans un corps nucléaire nommé le paraspeckle en liant une fraction riche en G de l'ARNnc NEAT1. Récemment, nous avons démontré que la phosphorylation mitotique de la threonine 15 de p54nrb, située en N-terminal de deux RRMs en tandem, régule négativement sa capacité de liaison aux ARNs excepté pour ceux riches en G comprenant l'ARNnc NEAT1 (Bruelle et al., sous presse, annexe A). Afin de caractériser la liaison des différents RRMs de p54nrb à l'ARN, une dissection moléculaire de son domaine de liaison à l'ARN (DLA) a été réalisée. Cette section contient les deux RRMs de la protéine précédés d'une région riche en H, Q, et P contenant le résidu T15 phosphorylable. Des tests de liaison in vitro à l'ARN du site d'épissage en 5' (5'SS, 11 nucleotides) et à des ARNs de polyguanosines ont permis de démontrer que le RRM1 de p54nrb est responsable de l'affinité de la protéine pour ces ligands. De plus, la cartographie des sites d'interaction du RRM1 avec le 5'SS et avec un ARN de polyguanosines (polyG, 11 nucleotides) a été réalisée par RMN et a révélé un site de liaison unique pour chacune de ces molécules. En effet, nous avons démontré que le RRM1 de p54nrb lie l'ARN polyG par un site de liaison non classique différent du site de liaison classique utilisé par la protéine pour lier le 5'SS. Ces expériences ont aussi permis de voir que le RRM1 de p54nrb avait plus d'affinité pour le polyG que pour le 5'SS. Les résultats obtenus démontrent pour la première fois, à notre connaissance, la possibilité pour un seul RRM de posséder deux sites distincts de liaison à l'ARN. De plus, cette liaison non classique du RRM1 de p54nrb aux ARNs de polyguanosines pourrait potentiellement expliquer pourquoi la liaison de la protéine à ce type d'ARN n'est pas affectée par sa phosphorylation.