Un contexte réglementaire de plus en plus strict en évaluation du risque écotoxicologique des milieux aquatiques exige de renforcer les outils d'évaluation. A ce titre, l'étude des biomarqueurs de génotoxicité doit être privilégiée, compte tenu du rôle central de l'ADN dans le fonctionnement du vivant. L'exposition à des agents génotoxiques peut générer des dommages par interaction directe avec l'ADN, mais aussi indirectement, en modulant l'efficacité des mécanismes de réparation de l'ADN, ou la régulation épigénétique de l'expression des gènes. Aujourd'hui, la plupart des biomarqueurs de génotoxicité visent les dommages primaires à l'ADN ou la mutagènicité mais les effets indirects sur sa fonctionnalité sont encore peu étudiés. Dans ce contexte, à l'issue d'une analyse bibliographique comprenant la rédaction d'une revue sur les mécanismes de réparation des dommages à l'ADN chez le poisson, ce travail visait au développement méthodologique de plusieurs biomarqueurs de génotoxicité à l'aide de trois lignées cellulaires pisciaires (RTL-W1, RTGill-W1 et PLHC-1). Pour ce faire, l'essai des comètes en conditions alcalines a été décliné sous plusieurs versions dans l'objectif d'utiliser une technique de base unique permettant la mesure complémentaire de plusieurs biomarqueurs de génotoxicité : les dommages primaires à l'ADN, les activités de réparation et le niveau de méthylation des cytosines du génome. Les résultats soulignent l'intérêt des trois lignées en évaluation de la génotoxicité 1) pour détecter in vitro de manière sensible des atteintes primaires à l'ADN de natures variées à de faibles concentrations grâce à un essai des comètes modifié par une étape de digestion enzymatique avec une glycosylase (Fpg), 2) pour évaluer l'influence des contaminants sur l'activité de réparation par excision de bases (BER) via la mesure de la capacité d'incision d'un ADN substrat porteur de lésions de type 8-oxoGua par des extraits cellulaires (essai BERc). Le niveau de méthylation des cytosines (5-meCyt) des lignées RTgill-W1et RTL-W1 a été mesuré par HPLC-MS-MS, leur valeur élevée permet d'envisager le paramètre méthylation comme biomarqueur potentiel. Ce volet nécessitera cependant des étapes de validations ultérieures car il n'a pas été techniquement possible de mettre au point un essai des comètes modifié pour la mesure du niveau de méthylation de l'ADN. Plusieurs activités de réparation des lignées RTgill-W1 et RTL-W1 ont été caractérisées et révèlent de bonnes aptitudes de réparation de type " Base Excision Repair " (BER) et " Photo Enzymatic Repair " (PER) et une plus faible capacité au " Nucleotide Excision Repair " (NER), soit un profil proche de celui décrit in vivo et sans différence marquée entre les deux lignées. Les biomarqueurs développés sur les lignées cellulaires de poisson au cours de ce travail ont également été appliqués à la mesure des effets génotoxiques d'effluents issus du lessivage de revêtements routiers.

Les cassures Double-brin de l'ADN (DSBs) sont une menace majeure pour la stabilité du génome. Afin de se protéger des effets délétères de ces dommages, les cellules activent une voie de réponse aux cassures double-brins (DDR) qui comprend des évènements qui conduisent à la reconnaissance et à la réparation de ces cassures ainsi qu'à un délai du cycle cellulaire. Cette DDR repose largement sur 2 membres de la famille des PI3K-like kinase, ataxia telangiectasia mutated (ATM) et DNA Protein Kinase (DNAPK) dont les fonctions respectives lors de la réparation restent controversées. Grâce à l'utilisation d'une lignée cellulaire contenant l'enzyme de restriction AsiSI combinée à de la cartographie par ChIP-chip, de l'analyse de la réparation de cassures séquence-spécifique ainsi qu'à de la microscopie haute résolution, j'ai pu, au cours de ma thèse mettre en évidence que aussi bien ATM que DNAPK sont recrutées sur une région confinée autour des DSBs. Cependant, une fois recrutées, elles présentent des fonctions non-redondantes que ce soit pour la ligation des cassures ou pour l'établissement des domaines yH2AX. Concernant la réparation, DNAPK est absolument requise pour la ligation des extrémités de la cassure alors que ATM est dispensable mais promeut la fidélité. En revanche, ATM est la principale kinase requise pour l'établissement des domaines yH2AX et ce quelque soit la cassure. J'ai aussi pu mettre en évidence le fait que plusieurs cassures induites par AsiSI sont capables de se regrouper au sein d'un "foyer de réparation" et ce de manière dépendante d'ATM et indépendante de DNAPK. Cette étude éclaircit les rôles respectifs des kinases ATM et DNAPK que ce soit pour la ligation des extrémités ou l'établissement des domaines yH2AX. Enfin elle a permis de mettre en évidence un nouveau rôle d'ATM dans l'organisation spatiale de la réparation et plus précisemment dans le regroupement de plusieurs DSBs au sein de "foyers de réparation" afin d'être réparées. / DNA Double Strand Breaks (DSBs) form a major threat to the genome stability. To circumvent the deleterious effects of DSBs, cells activate the DNA damage response (DDR), which comprises events that lead to detection and repair of these lesions, as well as a delay in cell cycle progression. This DDR largely rely on two members of the PI3K-like kinase family : ataxia telangiectasia mutated (ATM) and DNA Protein Kinase (DNAPK), whose respective functions during the DDR remains controversial. Using a cell line, expressing the AsiSI restriction enzyme, combined with high resolution ChIP-chip mapping, sequence-specific DSB repair kinetics analysis and advanced high resolution microscopy, we uncovered that both ATM and DNA-PK are recruited to a confined region surrounding DSBs. However, once present at the DSB site, they exhibit non-overlapping functions on end-joining and yH2AX domain establishment. At the repair level, DNAPK is absolutely required for end-joining while ATM is dispensable although promoting repair fidelity. By contrast, ATM is the main kinase required for the establishment of the histone mark yH2AX at all breaks. We also clearly demonstrated that multiple AsiSI-induced DSBs are able to associate within "repair foci", in a manner that strictly depends on ATM, but not DNAPK, activity. Our study shed light on the respective roles of ATM and DNAPK regarding end joining and yH2AX domain establishment. Lastly it allowed us to uncover a function of ATM in the spatial organisation of the repair, more precisely in the clustering of multiple breaks within "repair foci" in order to be repaired.

Le cancer colorectal (CCR) représente la 2ème cause de mortalité par cancer dans les pays industrialisés. De nouveaux traitements permettant de bloquer l’évolution de la maladie sont nécessaires. Il est donc important de mieux connaitre les acteurs impliqués dans la cancérogenèse. Lors du développement du cancer, des gènes suppresseurs de tumeur sont inhibés et des oncogènes sont activés, perturbant ainsi l’équilibre des cellules et les transformant. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à deux gènes homéotiques qui possèdent des rôles opposés dans les CCR. Cdx2 exerce un rôle suppresseur de tumeur, alors que HoxB7 agit comme un oncogène. Mon travail de thèse a permis (i) de mettre en évidence une nouvelle fonction non-transcriptionnelle de Cdx2 : inhibiteur de la réparation des cassures de l'ADN spécifiquement dans le côlon, (ii) et de révéler que le niveau d'expression des gènes Cdx2 et Hoxb7 au sein de la tumeur peut avoir une importance pour le choix du traitement des CCR. / Colorectal cancer is the 2nd cause of mortality by cancer in industrialized countries. New treatments allowing to prevent the evolution of the disease are needed. It is important to better understand the actors implicated in carcinogenesis. During cancer development, tumor suppressor genes are inhibited and oncogenes are activated, thus disrupting the homeostasis of the tissue and transforming the cells. During my thesis, I have been interested in two genes having two opposite functions in CCR : Cdx2 is a tumor suppressor while Hoxb7 acts as an oncogene. My work allows to highlight (i) a new non-transcriptional function of Cdx2 : inhibitor of the reparation of DNA breaks specifically in the colon, (ii) and that the expression level of Cdx2 and Hoxb7 genes inside the tumor can have an importance in the choice of the CCR treatment.

Notre génome, véritable mode d'emploi de chaque cellule et organisme, est constamment menacé par de multiples agents endogènes ou exogènes qui endommagent la biomolécule d'ADN. Ces lésions résultantes, de nature diverse, sont notamment impliquées dans les processus de vieillissement cellulaire, de cancérogénèse et de mort cellulaire. Afin de contrer ces effets néfastes, les organismes ont développé différents systèmes de réparation de l'ADN capables de prendre en charge spécifiquement chaque type de dommages. Parmi ces voies métaboliques, la réparation par excision de base (BER) répare chaque jour des dizaines de milliers de dommages, incluant les bases alkylées, oxydées ou désaminées, les sites abasiques ou encore certaines cassures de brin. Dans le présent travail, nous exposons la mise au point d'un nouveau biocapteur pour la détection des activités enzymatiques du BER. L'outil se caractérise par un set de sondes nucléiques autocomplémentaires, fluorescentes ou pro-fluorescentes, immobilisées sur microbilles paramagnétiques. Chaque sonde est modifiée par l'introduction sélective d'une lésion, substrat d'une activité enzymatique ciblée (ADN N-glycosylase, AP-endonucléase). L'activité d'excision/incision de la lésion, conduit à la coupure de la sonde et à la déshybridation de la structure. L'analyse et la quantification du clivage spécifique est réalisée en fluorescence, soit à partir du surnageant par spectrofluorimétrie, soit des billes par cytométrie en flux. Ce dispositif permet la détection multiplexée des activités enzymatiques de protéines purifiées ou au sein d'extraits nucléaires. Egalement, des applications dans le criblage d'inhibiteurs de la réparation de l'ADN sont envisageables dans le cadre de recherches pré-cliniques. L'adaptation de ces tests in vitro à la détection de la réparation de l'ADN in cellulo a fait l'objet de développements préliminaires. / Our genome, which may be considered as the program of each cell and organism, is constantly threatened by multiple endogenous and exogenous agents that damage the DNA biomolecule. These lesions, that show a wide array of structures, are particularly involved in cell aging, carcinogenesis and cell death. To thwart these negative effects, organisms have developed various DNA repair pathways that take in charge the alterations in a specific manner. Among them, the base excision repair (BER) removes every day dozens of thousands of damages, including alkylated, oxidized or deaminated bases, abasic sites or single strand breaks. In this study, we present the development of a new biosensor for the detection of BER enzymatic activities. The tool is characterized by a set of (pro)fluorescent hairpin-shaped DNA probes, immobilized on paramagnetic beads. Each probe is modified by the selective insertion of a lesion, substrate for the targeted repair enzyme (DNA glycosylase, AP-endonuclease). The excision/incision activity of the lesion leads to the cleavage of the probe together with the dehybridization of the structure. The analysis and quantification of the repair process is carried out by direct fluorescence measurements from the supernatant, or by analysis of the functionalized beads by flow cytometry. This device allows the multiplexed enzymatic activities detection of purified proteins or within nuclear extracts. Applications to the screening of DNA repair inhibitors have been successfully initiated. Finally, the adaptation of these in vitro tests to in cellulo detection of DNA repair activities was investigated in preliminary studies.

Un contexte réglementaire de plus en plus strict en évaluation du risque écotoxicologique des milieux aquatiques exige de renforcer les outils d’évaluation. A ce titre, l’étude des biomarqueurs de génotoxicité doit être privilégiée, compte tenu du rôle central de l’ADN dans le fonctionnement du vivant. L’exposition à des agents génotoxiques peut générer des dommages par interaction directe avec l’ADN, mais aussi indirectement, en modulant l’efficacité des mécanismes de réparation de l’ADN, ou la régulation épigénétique de l’expression des gènes. Aujourd’hui, la plupart des biomarqueurs de génotoxicité visent les dommages primaires à l’ADN ou la mutagènicité mais les effets indirects sur sa fonctionnalité sont encore peu étudiés. Dans ce contexte, à l’issue d’une analyse bibliographique comprenant la rédaction d’une revue sur les mécanismes de réparation des dommages à l’ADN chez le poisson, ce travail visait au développement méthodologique de plusieurs biomarqueurs de génotoxicité à l’aide de trois lignées cellulaires pisciaires (RTL-W1, RTGill-W1 et PLHC-1). Pour ce faire, l’essai des comètes en conditions alcalines a été décliné sous plusieurs versions dans l’objectif d’utiliser une technique de base unique permettant la mesure complémentaire de plusieurs biomarqueurs de génotoxicité : les dommages primaires à l’ADN, les activités de réparation et le niveau de méthylation des cytosines du génome. Les résultats soulignent l’intérêt des trois lignées en évaluation de la génotoxicité 1) pour détecter in vitro de manière sensible des atteintes primaires à l’ADN de natures variées à de faibles concentrations grâce à un essai des comètes modifié par une étape de digestion enzymatique avec une glycosylase (Fpg), 2) pour évaluer l’influence des contaminants sur l’activité de réparation par excision de bases (BER) via la mesure de la capacité d’incision d’un ADN substrat porteur de lésions de type 8-oxoGua par des extraits cellulaires (essai BERc). Le niveau de méthylation des cytosines (5-meCyt) des lignées RTgill-W1et RTL-W1 a été mesuré par HPLC-MS-MS, leur valeur élevée permet d’envisager le paramètre méthylation comme biomarqueur potentiel. Ce volet nécessitera cependant des étapes de validations ultérieures car il n’a pas été techniquement possible de mettre au point un essai des comètes modifié pour la mesure du niveau de méthylation de l’ADN. Plusieurs activités de réparation des lignées RTgill-W1 et RTL-W1 ont été caractérisées et révèlent de bonnes aptitudes de réparation de type « Base Excision Repair » (BER) et « Photo Enzymatic Repair » (PER) et une plus faible capacité au « Nucleotide Excision Repair » (NER), soit un profil proche de celui décrit in vivo et sans différence marquée entre les deux lignées. Les biomarqueurs développés sur les lignées cellulaires de poisson au cours de ce travail ont également été appliqués à la mesure des effets génotoxiques d’effluents issus du lessivage de revêtements routiers. / In a context of growing awareness of aquatic pollution impacts, there is an increasing need to develop methods for hazards and risk assessment of pollutants. In this context, genotoxicity endpoints are of a great concern since even when evaluated at a sub-cellular or cellular level, impaired DNA structure, repair and/or functions can have delayed (long term) consequences at higher level of organization such as individual and population. Some genotoxicant can have direct effect on DNA, but they can also interact indirectly, by modulating the repair mechanism efficiency or by acting on epigenetic mechanism such as DNA méthylation level. An unrepaired DNA damage and epigenetic modification can both lead to functional alteration and/or genetic structure at the population level. However, most of the existing genotoxicity test only measure primary DNA damage induces by genotoxicant; thus there is a real need to develop new tools to investigate those different kinds of genotoxicity. For this purpose, this work aims at developing knowledge in DNA repair capacities of to fish cell lines, RTL-W1 and RTG-W1, in order to develop new genotoxicity biomarker, measuring primary DNA damage by means of modified version of the comet assay. The results highlights the interest of in vitro biological models such as fish cell lines for the assessment of environmental genotoxicity, especially using a Fpg-modified comet assay allowing a sufficient increase of the assay sensibility to detect genotoxicity at environmentally relevant concentration. Results also characterize BER and PER capacities as being efficient repair mechanism in those fish cell lines, whereas NER, although also present, seems less efficient. A new biomarker based on the BER incision capacities of cellular extracts has also been developed and used to assess the genotoxicity of environemental effluent.

Les cassures double brin (CDB) de l’ADN sont des lésions dangereuses qui peuventêtre produites par des agents physiologiques et environnementaux. La réparation inefficace desCDB dans les cellules souches adultes (CSA), qui sont au sommet de la hiérarchie cellulaire,peut affecter leur capacité d’auto-renouvellement et également le processus de régénération.Le maintien de la stabilité génomique est fondamental et l’altération de ce processus accélèrele vieillissement et peut engendrer des cancers (cellules souches cancéreuses).Les CSA du muscle squelettique (cellules satellites, CS) sont responsables del’homéostasie et de la régénération musculaire. Après activation, les CS quiescentesprolifèrent, régénèrent les myofibres et reconstituent le pool, en s’auto-renouvelant.Ce projet de thèse a eu pour but d’étudier la réparation des CDB dans les CS et leursdescendants, au cours de la différenciation. Nous avons montré que les CS réparent les CDBplus efficacement et plus fidèlement que les cellules différenciées, avec l’implication du NHEJet de DNA-PK. Cette efficacité dépend plus de l’état de différenciation que de la proliférationet la niche a un impact mineur. De plus, des expériences avec des mutants de réparation,apoptose et différenciation suggèrent un mécanisme spécifique de réparation des CDB dans lesCS, qui pourrait être lié à l’architecture distincte de la chromatine de ces cellules. Ces étudesdevraient aider à comprendre comment le maintien de l’intégrité de l’ADN préserve le pooldes CS, influence la régénération et le vieillissement et protège de la carcinogenèse. / DNA double strand breaks (DSBs) are dangerous DNA lesions that are generated byphysiological and environmental DNA agents. Mismanagement of DSBs in adult stem cellsthat are at the top of the hierarchy generating the differentiated tissue, can affect their selfrenewalcapacity and the fate of their progeny. Maintenance of genome stability throughrobust DNA repair is fundamental for tissue regeneration, and impairment of this processaccelerates aging and may lead to cancers (cancer stem cells).Adult muscle stem cells (satellite cells, SCs) sustain skeletal muscle homeostasis andregeneration. Upon activation, quiescent SCs proliferate thereby regenerating muscle fibersand reconstituting the satellite cell pool by self-renewing.This thesis project aims to study DSB repair in SCs and their progeny, duringdifferentiation. We showed that muscle SCs repair DSBs more efficiently and, surprisingly,more accurately than differentiated cells by implicating NHEJ and DNA-PK. The repairefficiency is more a function of the differentiation status than of the replication status ofmyogenic cells, and the niche has a minor effect on the repair efficiency of SCs. Moreover,experiments with DSB repair, apoptosis and differentiation mutants suggest that SCs repairDSBs through a specific mechanism, that may be linked to the distinct chromatin architectureof these cells. These studies should help understanding how the maintenance of genomestability preserves SCs pool, influence regeneration and aging and protect fromcarcinogenesis.

Contrairement aux animaux, les plantes ont un développement largement post-embryonnaire et forment continuellement de nouveaux organes et tissus grâce à l’activité de leurs méristèmes. Ces massifs de cellules indifférenciées conservent la capacité à se diviser tout au long de la vie de la plante, et c’est également à partir du méristème caulinaire que se forment les gamètes. Chaque cycle de division peut être la source de mutations, suite par exemple à des erreurs de réplication. De plus, les méristèmes sont relativement exposés aux stress environnementaux qui peuvent également endommager l’ADN des cellules. Les mécanismes impliqués dans la détection des lésions de l’ADN ou des défauts de réplication et l’arrêt de la prolifération cellulaire en réponse à ces dommages jouent donc un rôle fondamental dans le maintien de la stabilité du génome, aussi bien au cours du développement végétatif que lors de la reproduction sexuée. Chez tous les eucaryotes, l’ADN Polymérase ε est un acteur central de ces mécanismes parce qu’elle assure non seulement la réplication fidèle de l’ADN au cours de la phase S du cycle cellulaire, mais est également directement impliquée dans la réparation de l’ADN, et dans la perception du stress réplicatif. L’étude détaillée de sa fonction est cependant rendue difficile chez beaucoup d’organismes par le fait que son inactivation est létale. Dans ce travail, nous avons utilisé des approches de génétique pour étudier le rôle de l’ADN Pol ε d’Arabidopsis au cours de la progression du cycle cellulaire et dans la réponse au stress réplicatif et aux lésions de l’ADN. Nous avons ainsi pu montrer que la sous-unité catalytique du complexe Pol ε ainsi que sa principale sous-unité accessoire DPB2 sont essentielles à la détection des défauts de réplication, et fonctionnent en amont de la kinase ATR pour induire l’arrêt du cycle cellulaire et activer les voies de réparation au cours du développement végétatif. En outre, nous avons découvert un nouveau point de contrôle activé lors de la phase de réplication pré-méiotique qui permet l’activation d’une mort cellulaire programmée en réponse à des défauts survenus pendant cette phase, grâce au facteur de transcription SOG1.Tous les stress biotiques ou abiotiques auxquels la plante est soumise pouvant conduire à la formation de lésions au niveau de l’ADN, nos résultats ouvrent des perspectives de recherche pour comprendre la réponse des plantes aux stress environnementaux. En outre, la disponibilité de mutants viables pour différents facteurs impliqués dans la réplication ou la réponse aux lésions de l’ADN nous a permis d’explorer chez un eucaryote pluricellulaire des mécanismes qui sont pour l’instant essentiellement décrits chez la levure, et ainsi d’acquérir des connaissances qui pourront être transférées aux systèmes animaux et notamment à l’Homme. / Plant development is a largely post-embryonic process that depends on the activity of meristems. These pools of undifferentiated cells retain the ability to proliferate throughout the lifespan of the plant, and are at the origin of gamete formation relatively late in its life cycle. Mutations can arise at each round of cell division, for example due to replication errors. In addition, meristems are relatively exposed to all kinds of environmental stresses that can also induce DNA damage. Detection of DNA lesions or replication defects and subsequent cell cycle arrest are thus instrumental to the maintenance of genome integrity, both during vegetative and reproductive growth. In all eukaryotes, DNA Pol ε is a key player of these mechanisms because it is not only responsible for the faithful reproduction of the genetic information during S-phase, but also directly involved in DNA repair and replicative stress perception. Detailed analysis of its function has however been complicated by the lethality of its inactivation in most organisms. In this work, we have used genetic approaches to investigate its role during cell cycle progression and replicative stress response. We have shown that both its catalytic sub-unit and its main accessory sub-unit DPB2 are involved in replicative stress sensing and that they function upstream of the ATR kinase to induce cell cycle arrest and DNA repair during vegetative growth. In addition, we have found that a specific checkpoint exists during pre-meiotic DNA replication that activates a cell death program via the SOG1 transcription factor upon replicative stress. Because all types of biotic and abiotic stresses can generate DNA damage, our work opens new research prospects to understand how plants cope with adverse conditions. Furthermore, the viability of Arabidopsis mutants deficient for various factors involved in DNA replication or DNA Damage Response allowed us to analyse into details in a multicellular eukaryote crucial cellular mechanisms that had until now been mainly investigated in yeast. This work thus allowed us to generate data that can be transferred to animal systems and notably to Human.

La chromatine chez les eucaryotes, porte des informations génétiques et épigénétiques. Les mécanismes garantissant le maintien de ces informations lors de la division cellulaire ou la réparation de l’ADN sont encore mal connus et ils constituent l’enjeu principal du projet de thèse. Plus particulièrement, l’objectif du projet de thèse est de chercher à comprendre comment les chaperons d’histones coordonnent leur action avec des partenaires associés à la fourche de réplication pour conserver les marques épigénétiques portées par les histones parentales et les reporter sur les histones nouvellement synthétisées. Cette thèse décrit précisément comment ASF1 (Anti Silencing Function 1) coopère avec le complexe CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1) et la sous-unité de l’hélicase réplicative MCM2 (Mini Chromosome Maintenance 2), pour la prise en charge des H3-H4 dans la réplication et la réparation de l’ADN.La thèse s’intéresse également à la régulation de l’activité de ces chaperons d’histones par des kinases activées suite à des stress réplicatifs ou des dommages de l’ADN. En particulier nous avons cherché à mieux comprendre comment l’ajout de groupements phosphate sur ASF1 par une enzyme appelée TLK (Tousled Like Kinase) module son activité au cours du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l’ADN. La caractérisation de l'importance des sites phosphorylés sur les propriétés de liaison du chaperon, permet de mieux comprendre le rôle joué par différent forme d’ASF1 dans l’assemblage des histones sur l’ADN et le maintien des informations épigénétiques. Le travail de thèse contient d’analyses biochimiques et structurales par une combinaison de techniques (SEC-MALS, AUC, ITC, RMN, cristallographie des rayons X) et d’analyses fonctionnelles sur des modèles cellulaires. / In eukaryotes, chromatin carries both, the genetic and epigenetic information. Mechanisms implicated in maintenance of these information during cell division or DNA repair remain poorly understood and they constitute the main issue of this thesis project. More specifically, the goal of the project is to understand how histone chaperones coordinate their action with partners associated with the replication fork to recognize and preserve the epigenetic marks carried by parental histones and to copy on the newly synthesized histones. The work unravels how ASF1 (Anti-Silencing Function 1) cooperates with the CAF-1 complex (Chromatin Assembly Factor 1) and with the replicative helicase subunit MCM2 (Mini Chromosome Maintenance 2), for the management of H3-H4 histones in DNA replication and repair.Moreover, this thesis investigates the regulation of histone chaperones activities by kinases activated after a replicative stress or DNA damage. In particular, we analyzed the consequences of ASF1 phosphorylation by the enzyme called TLK (Tousled like kinase). The activity of TLK is modulated during the cell cycle and after DNA damage. Characterization of the importance of phosphorylated sites on the chaperone binding properties, allows a better understanding of the role played by different forms of ASF1 in the assembly of histones on DNA and maintenance of epigenetic information. The thesis work included biochemical and structural analysis with a combination of different techniques (SEC-MALS, AUC, ITC, NMR, X-ray crystallography) and functional analysis in cellular models.

Le médulloblastome est la tumeur du système nerveux central la plus répandue et la plus meurtrière chez l’enfant. Malgré de bons taux de survie globale, le traitement du médulloblastome est confronté à deux problèmes cliniques majeurs: les survivants présentent souvent des séquelles graves et irréversibles causées par les traitements, et certains sous-groupes de la maladie répondent mal au traitement. Dans ce travail, nous avons cherché à traiter les deux problèmes en améliorant l'efficacité/tolérance de la radiothérapie dans des modèles précliniques de médulloblastome grâce à l’utilisation d’AsiDNA, un inhibiteur de la réparation de l'ADN déjà testé dans des essais cliniques. Nous avons caractérisé l'effet des molécules AsiDNA sur la réponse à l’irradiation des cellules tumorales, in vitro et in vivo. Nous avons observé qu'AsiDNA peut pénétrer dans les jeunes cerveaux et des tumeurs cérébrales après administration systémique. Aucune preuve d’augmentation de la toxicité liée à l‘irradiation n’a été observée. De plus, l’addition d'AsiDNA aux doses létales de radiations délivrées dans le cerveau murin en développement semble protéger la toxicité radio-induite. Nos résultats démontrent que la combinaison d'AsiDNA avec l’irradiation augmente la survie des animaux greffés avec un modèle de médulloblastome sur le flanc ou dans le cervelet. Les analyses de transcriptome indiquent qu’AsiDNA amplifie les modifications de la transcription induites par les radiations d’une manière similaire à une augmentation de dose. Ses effets sont indépendants de la cellule d'origine ou du statut de TP53. Les données obtenues suggèrent qu’AsiDNA est une drogue qui pourrait potentiellement améliorer la prise en charge des enfants ayant des tumeurs cérébrales et leur qualité de vie. / Medulloblastoma is the most common central nervous system malignancy in pediatric oncology. Despite good overall survival rates, medulloblastoma treatment plans face two major clinical problems: survivors of medulloblastoma often present severe and irreversible sequela caused by the treatments and, certain subgroups of the disease will respond poorly to the treatments. In this work we aimed at tackling both clinical issues by improving radiotherapy efficacy in medulloblastoma preclinical models using a DNA repair inhibitor in clinical trials, AsiDNA. We have characterized the effect of AsiDNA in combination with radiation in vitro and in vivo studies. We have observed that AsiDNA can penetrate young brains and brain tumors through systemic delivery. No evidences of additional radiation-associated brain toxicity were observed. In addition, combination of AsiDNA treatments to lethal doses of radiation delivered in developing murine brain seem to protect from the radiation-induced toxicity. Our results show that the combination of AsiDNA to radiation improves survival of subcutaneous and orthotopic models of medulloblastoma. Transcriptome analysis on medulloblastoma cell lines indicate that AsiDNA intensifies the transcriptional response to radiation resembling the increase in radiation doses. This effect is independent of the cell of origin or TP53 status of the cells. The obtained results indicate that AsiDNA may be a good candidate to improve the efficacy of treatment protocols and quality of life of medulloblastoma patients.

Les êtres humains sont constamment confrontés à des agents génotoxiques issus de l’environnement ou liés aux activités humaines. Ces agents induisent différents types de lésions sur l’ADN et peuvent conduire à un risque accru de développer des cancers. Pour préserver son intégrité génétique, la cellule possède divers mécanismes de réparation permettant leur élimination. L’impact de ces agents exogènes sur l’organisme a conduit à l’émergence d’un nouveau domaine, la biosurveillance. Elle vise à évaluer l’exposition des individus par l’identification d’indicateurs biologiques de l’exposition. Cependant, à ce jour, une des limites principales dans ce domaine est le manque de méthodes et de biomarqueurs disponibles. Afin de définir de nouveaux biomarqueurs, les conséquences de l’exposition de deux agents cancérigènes reconnus, le benzo[a]pyrène et le chlorure de vinyle, ainsi que leurs métabolites toxiques ont été évaluées dans deux modèles cellulaires. Pour cela, deux méthodes ont été utilisées : la chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse pour la quantification des lésions formées ainsi qu’un test de mesure des activités enzymatiques de réparation développé par la société LXRepair. Cette approche permet d’appréhender de manière globale l’exposition à ces composés en étudiant différents paramètres comme le seuil de déclenchement, la variabilité ainsi que la spécificité de la réponse cellulaire. L’étude a montré la difficulté de mettre en évidence une réponse spécifique à un agent donné. Cependant, les profils de réparation obtenus ont souligné la complexité des régulations mises en jeu et permettent de soulever de nouvelles pistes de recherches. / Humans are constantly exposed to environmental genotoxic agents. These agents can induce different types of DNA damage, which have been associated with an increased risk of developing cancer. In order to maintain genomic integrity, cells have multiple DNA repair mechanisms that help protect their DNA from injury. Investigation of the impact of these exogenous genotoxic agents on individuals leads to the emergence of a new field, biomonitoring. This field allows researchers to evaluate individual exposure to genotoxic agents based on the detection of biological markers of exposure. However, up to now, the major limitations in this area are the lack of relevant biomarkers, as well as the availability of methods to detect them. In order to define new biomarkers, two cell lines were exposed to two well-known carcinogenic compounds, benzo[a]pyrene and vinyl chloride, as well as their toxic metabolites, in order to determine the consequences of these exposures. Two methods were used: DNA lesions were quantified by HPLC-MS/MS and DNA repair activities were evaluated using a microarray assay developed by the start-up company, LXRepair. This approach allowed us to gain a global understanding related to the exposure of these compounds by considering different parameters, such as the specificity of different cellular responses to a given genotoxic agent and the minimum concentration needed to observe an effect with respect to its toxicity. This study underlines the complexity to obtain specific cellular responses to a given genotoxic agent. However, DNA repair signatures bring on the intricacy of the regulations of DNA repair mechanisms and open up new research avenues.