Des stress réplicatifs sont rencontrés à chaque phase S du cycle cellulaire et différents mécanismes permettent leur prise en charge. La recombinaison homologue (RH) tient un rôle important dans le maintien de la stabilité du génome au cours de la réplication. En effet, la RH escorte la progression des fourches et prévient les défauts mitotiques. Toutefois, le lien moléculaire entre le stress réplicatif et les défauts mitotiques n’est pas élucidé. De façon générale, les fourches de réplication bloquées peuvent être sauvées grâce à leur fusion avec la fourche convergente ou au redémarrage de fourche par la RH. Le laboratoire a développé un essai génétique reposant sur l’utilisation d’une barrière de réplication conditionnelle afin d’étudier le mécanisme par lequel la RH contribue au sauvetage des fourches de réplication bloquées. L’équipe a montré que le redémarrage des fourches bloquées par la RH est conditionné par l’exposition d’un ADNsb et non d’une cassure double-brin. Ainsi, les fonctions de la RH au cours de la gestion du stress réplicatif peuvent être adressées indépendamment de sa fonction de réparation des cassures (fonction relativement bien documentée). Les travaux décrits dans ce manuscrit s’inscrivent autour des mécanismes que la RH engage afin d’assurer la stabilité génétique en réponse au stress réplicatif. Plus précisément, je me suis intéressée à l’implication des facteurs de la RH dans la protection des fourches de réplication bloquées au niveau moléculaire et cellulaire. En absence de la recombinase Rad51 ou de son chargeur Rad52, le blocage d’une seule fourche de réplication est suffisant pour induire des défauts mitotiques, incluant des ponts anaphasiques (lien physique entre chromatides sœurs). Il s’avère que les fourches bloquées sont extensivement dégradées par la nucléase Exo1 en absence de Rad51/Rad52. De manière intéressante, l’accumulation excessive d’ADNsb à la fourche est à l’origine de la non-disjonction des chromatides sœurs en mitose et ce malgré l’arrivée de fourches convergente. Ainsi, les fourches de réplication non protégées sont le siège de terminaison pathologique mettant à mal la ségrégation des chromosomes. La RH étant impliquée dans la protection et le redémarrage des fourches de réplication, l’utilisation du mutant de séparation de fonction Rad51-3A a permis de montrer que ces deux fonctions sont génétiquement séparables. Les fourches de réplication protégées et incapables d’être redémarrées par la RH ne présentent pas de symptômes de terminaison pathologique. Ainsi, au-delà de sa capacité à redémarrer les fourches inactivées, les facteurs de la RH assurent la complétion de de la réplication en maintenant les fourches de réplication dans une conformation propice à une fusion avec la fourche convergente. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires invoqués par la RH afin de maintenir la stabilité génétique au cours du stress réplicatif. / At each cell cycle, cells undertaking the DNA replication process face several sources of replication stress (RS) compromising the progression of the replicating forks and threatening both chromosome duplication fidelity and their correct segregation during mitosis. Replication stresses emerged as a major source of genetic instability and cancer development. Several mechanisms, among which homologous recombination (HR), operate to buffer the deleterious effects of RS. HR acts as an escort to fork progression and prevents mitotic defects. Nonetheless, the molecular connection between replication stress and mitotic defects remains elusive. A conditional replication fork barrier (RFB) acting in a polar manner was developed in the lab to terminally-arrest fork progression. In this system, HR functions handling replication stress can be assessed independently of its well-known function in double strand break repair. The work described here aims to understanding the mechanism that HR performs to ensure genetic stability in response to replication stress. In general, blocked replication forks can be rescued either by fork convergence or by active HR-mediated fork restart. However, in absence of Rad51 recombinase or it loader Rad52, a single activated RFB is sufficient to induce mitotic abnormalities including anaphase bridges. The involvement of HR factors in fork protection was explored at the molecular and cellular levels. It turns out that terminally-arrested forks are extensively resected by the Exo1 nuclease in the absence of Rad51/Rad52. Interestingly, the excess of ssDNA accumulation at the fork triggers sister chromatid non-disjunction in mitosis despite the arrival of an uncorrupted converging fork to rescue replication. Thus, unprotected replication forks are prone to pathological termination threatening chromosome segregation. HR being involved in fork protection and restart, the use of a Rad51 mutant showed that these two functions are genetically separable. Indeed, protected forks unable to restart by HR do not show any pathological termination. Thus, beyond their ability to restart inactivated forks, HR factors ensure replication completion by maintaining the forks in a suitable conformation for a fusion with the converging fork. Overall, these results shed light on the molecular events engaged by RH to ensure genome stability in response to replication stress.

La surexpression de la lamine B1, un composant majeur de l'enveloppe nucléaire, a été rapportée dans diverses tumeurs. Cependant, les causes et les conséquences de cette augmentation sur la stabilité du génome n'ont pas été étudiées à ce jour. En effet, l'instabilité du génome est considérée comme une caractéristique majeure des cellules cancéreuses. Pour assurer le maintien de la stabilité du génome, les cellules ont développé de multiples et complexes mécanismes parmi lesquels les voies de réparation de l'ADN et la gestion du stress réplicatif sont essentielles. Au cours de ma thèse, l'impact de l'augmentation de niveau de lamine B1 sur la stabilité du génome, en particulier sur la réparation de cassure double-brin (CDB) et sur le contrôle du stress réplicatif a été étudié. En effet, nous montrons qu'une augmentation de la lamine B1 entraîne une accumulation de CDB et leur persistance en réponse à l'irradiation (foyers γH2AX), en plus d'une sensibilité accrue à l'irradiation (formation de colonies et cassures chromosomiques). Les cellules surexprimant la lamine B1 montrent également des défauts de recrutement de 53BP1 aux sites de dommages d’ADN, couplés à une diminution de l'efficacité de la réparation de CDB par NHEJ (Non-Homologous End-Joining). De plus, nous avons identifié une interaction directe entre la lamine B1 et 53BP1 régulant le recrutement de ce dernier aux CDB. Nos résultats supportent un modèle dans lequel l'augmentation de la lamine B1 conduit à la séquestration de 53BP1, modifiant ainsi son recrutement aux CDBs. En parallèle, nous montrons que les cellules surexprimant la lamine B1 présentent des signes accrus de stress réplicatif tels que l'accumulation de foyers spontanés de p-RPA, l'augmentation des figures radiales lors du traitement par mitomycine C, et une sensibilité accrue au traitement par camptothécine. Nous avons en outre cherché à identifier les causes de l'augmentation du stress réplicatif dans ces cellules, et les conséquences potentielles, en particulier sur l'induction de phénotypes inflammatoires. En fait, nous montrons que la surexpression de la lamine B1 conduit à une diminution de l'efficacité de la réparation de CDB par la recombinaison homologue, couplée à un défaut de formation de foyers BRCA1 après irradiation. De plus, nous avons obtenu des données préliminaires suggérant une induction de l'inflammation lors de la surexpression de la lamine B1. En résumé, ce travail de Thèse a permis d’identifier un nouveau mécanisme régulant le recrutement de 53BP1 aux CDB par son interaction avec la lamine B1, et souligne le rôle de l'augmentation de la lamine B1 dans la promotion de l'instabilité génomique au moins partiellement par des défauts de réparation de CDB et une augmentation de stress réplicatif. Après confirmation de l'induction de phénotypes inflammatoires, nous aurions identifié des rôles de l'augmentation de la lamine B1 dans la promotion de deux caractéristiques majeures du cancer - l'instabilité génomique et l'inflammation - favorisant ainsi le rôle de la lamine B1 dans le développement tumoral et proposant cette dernière comme une cible thérapeutique antitumorale potentielle. / The overexpression of lamin B1, a major component of nuclear envelope, has been reported in various tumors. However, the causes and consequences of this increase on the genome stability have not been studied to date. Indeed, genome instability is considered a major hallmark of cancer cells. To ensure the maintenance of genome stability, cells have developed multiple complex mechanisms among which pathways of DNA repair and replication stress management are essential. Therefore, during my thesis the impact of an increased lamin B1 level on genome stability, in particular on double-strand break (DSB) repair and on the control of replication stress was studied. Indeed, we show that increased lamin B1 leads to an accumulation of DSBs and their persistence in response to irradiation (γH2AX foci), in addition to an increased sensitivity to irradiation (colony formation and chromosomal breaks). Lamin B1 overexpressing cells also show defects in the recruitment of 53BP1 to damage sites, coupled to a decreased efficiency of DSB repair by Non-Homologous End-Joining. Moreover, we identified a direct interaction between lamin B1 and 53BP1 regulating the latter’s recruitment to DSBs. Our results support a model where increased lamin B1 leads to the sequestration of 53BP1, thereby altering its recruitment to DSBs. In parallel, we show that cells overexpressing lamin B1 display increased signs of replication stress such as accumulation of spontaneous p-RPA foci, increased radial chromosomes upon mitomycin C treatment, and enhanced sensitivity to treatment with camptothecin. We further aimed to identify the causes of the increased replication stress in these cells, in addition to the potential consequences, in particular on the induction of inflammatory phenotypes. In fact, we show that lamin B1 overexpression leads to a decreased efficiency of DSB repair by Homologous Recombination, coupled to a defect in irradiation-induced BRCA1 foci formation. In addition, we obtained preliminary data suggesting a possible induction of inflammation upon lamin B1 overexpression. Altogether, this work identifies a novel mechanism regulating the recruitment of 53BP1 to damage sites through its interaction with lamin B1, and highlights the role of increased lamin B1 in promoting genome instability at least partially through defective DSB repair and increased replication stress. Upon confirming the induction of inflammatory phenotypes, we would have identified roles of increased lamin B1 in promoting two major hallmarks of cancer – genomic instability and inflammation - thereby favorizing a role for lamin B1 in tumor development and proposing the latter as a potential anti-tumor therapeutic target.

Les tumeurs mammaires sont connues pour présenter une grande hétérogénéité intratumorale qui contribue à l’échec thérapeutique et à la progression de la maladie. L’origine de dette hétérogénéité s’explique principalement par l’organisation hiérarchique des tissus tumoraux où plusieurs sous-populations de cellules souches de cancer du sein (bCSC) sont capables de s’auto-renouveler et de maintenir l’architecture oligoclonale de la tumeur. Dans la mesure où les bCSC stimulent la croissance tumorale, résistent aux thérapies conventionnelles et initient le développement des métastases, il est indispensable de développer des thérapies spécifiques ciblant ces cellules. L’élaboration d’une telle stratégie nécessite la compréhension des propriétés moléculaires intrinsèques des bCSC. Pour mieux comprendre leur biologie, nous avons isolé les bCSC de différentes xénogreffes dérivées de tumeurs de patientes et établit leurs profil d’expression génique. Nous avons identifié un programme transcriptionnel pouvant être impliqué dans la réduction du stress réplicatif (SR) des bCSC . Nous avons montré que comparé aux non-bCSC, les bCSC présentent une sur-activation de la recombinaison homologue qui leur permet de réduire leur niveau de SR. Nous avons ensuite montré en réalisant un essai clinique que l’inhibition de cette voie permet de les sensibiliser à des agents génotoxique. Ces travaux identifient le SR comme le talon d’Achille des bCSC et mettent en évidence la recombinaison homologue comme cible potentielle pour sensibiliser les BCSC aux thérapies conventionnelles. / Breast tumors are known to present a major intratumoral heterogeneity that contributes to therapy failure and disease progression. The origin of this cellular heterogeneity is mainly explained by a hierarchical organization of tumor tissues where several subpopulations of self-renewing breast cancer stem cells (bCSCs) sustain the long-term oligoclonal maintenance of the neoplasm. bCSCs drive tumor growth, resist to conventional therapies and initiate metastasis development. Thus, developing bCSC-targeting therapies is becoming a major challenge requiring the understanding of the unique molecular circuitry of bCSC as compared to non-bCSC. To better understand the biology of these cells, we isolated bCSCs from different patient–derived xenografts (PDXs), derived fom breast tumors, and established their gene expression profiles. We identified a bCSC core transcriptional program that may be implicated in the reduction of the replicative stress in CSC: overexpression of genes implicated in dNTP metabolism and homologous recombination (HR). Our results show that HR plays a major role in SR regulation of bCSC and that bCSC are more resistant to RS than non-bCSC, We realized a preclinical assay in PDX and showed that HR inhibition prevent bCSC expansion Cisplatin-induced, suggesting a sensitization of the bCSC to the chemotherapy. Our results identify replication stress as the Achilles’ heel of bCSC and highlights HR as potential targets for anti-bCSC therapy.

La duplication de l'ADN au cours de la phase S est initiée à partir de l'activation de plusieurs dizaines de milliers d'origines de réplication. La mise en place des origines a lieu au cours de la phase G1 sous la forme de complexe de pré-réplication (pré-RC) et leur activation est orchestrée par un programme spatio-temporel. La régulation spatiale détermine les origines qui seront activées et la régulation temporelle, ou timing de réplication, détermine le moment de leur activation. En effet, toutes ces origines ne sont pas activées en même temps durant la phase S : certaines origines seront activées en début de phase S, d'autre en milieu, ou d'autre à la fin. Ce programme est établi en tout début de phase G1, au " point de décision du timing ". C'est un programme très robuste qui signe l'identité d'une cellule, son état de différenciation et le type cellulaire à laquelle elle appartient. Il a aussi été montré qu'il est altéré dans des situations pathologiques, en particulier le cancer, sans qu'on ne comprenne très bien les raisons mécanistiques. De manière générale, les mécanismes moléculaires qui régulent le timing de réplication sont méconnus. Le premier volet de ma thèse a permis l'identification d'un nouveau régulateur du timing de réplication : il s'agit de l'ADN polymérase spécialisée Thêta. Recrutée à la chromatine très tôt en phase G1, elle interagit avec des composants du pré-RC, et régule le recrutement des hélicases réplicatives à la chromatine. Enfin, sa déplétion ou sa surexpression entraîne une modification du timing de réplication à l'échelle du génome. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai exploré les mécanismes qui régulent ce programme temporel d'activation des origines suite à un stress réplicatif. J'ai identifié un mécanisme de régulation transgénérationnel inédit : la modification du timing de réplication de domaines chromosomiques ayant subi un stress réplicatif au cycle cellulaire précédent. Des cellules-filles issues d'une cellule ayant subi des problèmes de réplication dans des domaines fragiles (riches en AT, et donc potentiellement structurés, et pauvres en origines) présentent un timing plus précoce de l'activation des origines au niveau de ces domaines. Ce nouveau processus biologique d'adaptation est particulièrement intéressant dans un contexte tumoral de haut stress réplicatif chronique car ce pourrait être un moyen pour la cellule tumorale de survivre à son propre stress réplicatif mais aussi aux thérapies antitumorales qui sont nombreuses à cibler la réplication de l'ADN. / DNA duplication in S phase starts from thousands of initiation sites called DNA replication origins. These replication origins are set in G1 as pre-replication complexes (pre-RC) and fired in S phase following a spatio-temporal program of activation. This program determines which origins will be fired and when. Indeed, all the origins are not fired in the same time and we can distinguish early, middle and late replication origins. This temporal regulation is called "replication timing" and is determined at the "timing decision point" (TDP) in early G1. It's a robust program, which participates to the definition of cell identity, in term of differentiation state or cell type. However, the precise molecular mechanisms involved are poorly understood. Defective timing program has been evidenced in pathological contexts, in particular in cancers, but the mechanisms of this deregulation remain unclear. In the first part of my PhD, I contributed to the discovery of a new regulator of the origin timing program: the specialized DNA polymerase Theta (Pol Theta). Pol Theta is loaded onto chromatin in early G1, coimmunoprecipitates with pre-RC components and modulates the recruitment of Mcm helicases at TDP. Moreover, depletion or overexpression of Pol Theta modifies the timing of replication at a fraction of chromosomal domains. The second part of my work aimed at exploring the mechanisms that regulates replication timing after a replicative stress. I identified a totally new transgenerational adaptive mechanism of DNA replication timing regulation: the modification of the timing of origin activation at chromosomal domains that have suffered from a replicative stress during the previous cell cycle. Daughter cells from a cell that has experienced replication stress at particular domains (late replicating domains, AT rich so they can form structured DNA, and poor in origin density) shows advanced origin activation within these regions. This new biological process in response to replicative stress could be of particular interest in the context of cancer since, tumor cells are characterized by high level of intrinsic chronic replicative stress. This new mechanism may favor cancer cell survival despite replication stress, particularly upon treatments with anti-tumor agents that target DNA.

Le resvératrol (RV/RSV) est un composé chimique organique connu pour ses effets anticancéreux mais aussi pour son effet rajeunissant sur les cellules et les organismes. Afin d’étudier le ou les multiples mécanismes à l’origine de ces effets, Y. Benslimane du laboratoire Harrington a étudié l’effet du resvératrol in vitro, à des concentrations de l’ordre de 12,5 μM à 25 μM, sur plusieurs lignées de cellules cancéreuses humaines, notamment NALM6 et JURKAT. Ses recherches ont démontré que le traitement par resvératrol conduit à l’activation de la voie de signalisation ATR/CHK1, qui maintient les cellules mitotiques en phase S afin d'induire la réparation de l'ADN. Dans ces cellules, le resvératrol présente spécifiquement une signature similaire à celle de l’hydroxyurée, un composé anticancéreux connu pour l’induction de stress réplicatif. Cette induction de stress réplicatif semble complémentaire aux mécanismes de la littérature existante, qui présente le resvératrol comme un activateur de sirtuines, une famille d’histones désacétylases hautement conservées entre les espèces et impliquées dans la réparation de l'ADN et la réponse métabolique. Cependant, alors que plusieurs articles démontrent une activation de la sirtuine 1 (SIRT1) comme conséquence notable du traitement par le resvératrol, les études de Benslimane et al. ont démontré quant à elles que le knock-out de la sirtuine 1 dans les cellules NALM6 et Jurkat n’affectait pas le phénotype de stress réplicatif observé. Or les concentrations de resvératrol employées dans l’ensemble de la littérature scientifique varient de 0,5 μM à 100 μM in vitro, laissant supposer une variance dans les conditions expérimentales qui pourrait expliquer la variance de résultats observés. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse que l’effet du resvératrol était dépendant de la concentration utilisée, autrement dit, que son effet était biphasé. Plus spécifiquement, dans les cellules NALM6 cancéreuses, nous avons supposé que les stress réplicatif causé par des concentrations élevées (>12,5 μM) de resvératrol pouvait masquer l’activation des sirtuines et spécifiquement celle de la sirtuine 1, tandis que des concentrations plus faibles (<5 μM) 4 permettraient l’observation potentielle de mécanismes parallèles à l’activation de la voie ATR/CHK1. Nous avons également émis l’hypothèse que l’échelle temporelle d’observation jouait un rôle dans la mesure des résultats et leur observabilité. Afin d’examiner nos hypothèses, nous avons dans un premier temps fixé le temps d’observation à 72h après traitement, et évalué l'effet du resvératrol et de l'inhibiteur de l'ATR VE-821 sur la viabilité cellulaire relative dans les cellules NALM6 WT, p53 KO et SIRT1 KO. La lignée p53 KO fut choisie, car p53 est en aval des voies de signalisation ATR/CHK1 et SIRT1. Cette expérience a montré une augmentation légère et non significative de la viabilité relative dans les trois lignées à des concentrations de resvératrol d'environ 2,5 μM, et une réduction significative de la viabilité à des concentrations supérieures à 10 μM. En outre, le score de synergie Bliss a révélé un effet additif entre le resvératrol et VE-821. Dans un second temps, nous avons quantifié l’effet de différentes concentrations de resvératrol sur le cycle cellulaire. Dans les trois lignées cellulaires, on trouve un pourcentage significatif de cellules arrêtées en phase S après un traitement de 24 heures avec 12,5 μM de resvératrol, mais aucune différence significative entre les conditions DMSO et 2,5 μM de resvératrol. On n’observe pas de différence significative entre les lignées. Enfin, une expérience temporelle révèle que les effets du resvératrol pourraient s'estomper après 16h, et montre une légère augmentation des cellules arrêtées en phase S après un traitement à 2,5 μM de resvératrol à 16h, par rapport au contrôle DMSO, suggérant un temps d’observation intéressant en deçà de 16h et un potentiel effet du resvératrol à faible dose. Ces résultats semblent confirmer l'action du resvératrol sur la voie ATR/CHK1, avec un arrêt du cycle cellulaire en phase S après traitement par 12,5 μM de resvératrol, dans les trois lignées WT, SIRT1 KO et p53 KO. Ils suggèrent également un effet potentiellement bénéfique du resvératrol à faibles doses par le biais d'un stress réplicatif de faible intensité, sans démontrer de dépendance à SIRT1 ou p53. Enfin, ils soulignent la nécessité d’une observation à différentes échelles temporelles. / Resveratrol (RV/RSV) is an organic chemical compound known for its anti-cancer and rejuvenating effects on cells and organisms. To investigate the multiple mechanisms behind these effects, Y. Benslimane of the Harrington laboratory studied the effect of resveratrol in vitro, at concentrations ranging from 12.5 μM to 25 μM, on several human cancer cell lines, including NALM6 and JURKAT. His research has shown that treatment with resveratrol leads to activation of the ATR/CHK1 signaling pathway, which keeps mitotic cells in S phase to induce DNA repair. Resveratrol specifically displays a signature similar to that of hydroxyurea, an anti-cancer compound known to induce replicative stress. This induction of replicative stress seems complementary to the mechanisms exposed in the literature, which presents resveratrol as an activator of sirtuins, a family of histone deacetylases highly conserved across species and involved in DNA repair and metabolic response. However, while several articles demonstrate activation of sirtuin 1 (SIRT1) as a notable consequence of resveratrol treatment, studies by Benslimane et al. showed that sirtuin 1 knockout in NALM6 and Jurkat cells did not affect the observed phenotype of replicative stress. Because concentrations of resveratrol used in the literature vary from 0.5 μM to 100 μM in vitro, we hypothesized that this variance in experimental conditions might explain the variety of results observed. More specifically, in NALM6 cancer cells, we hypothesized that replicative stress caused by high concentrations (>12.5 μM) of resveratrol could mask activation of sirtuins and specifically sirtuin 1, while lower concentrations (<5 μM) would allow the potential observation of mechanisms parallel to activation of the ATR/CHK1 pathway. We also hypothesized that the time scale of observation played a role in the measurement of results and their observability. To examine our hypotheses, we first set the observation time at 72h post-treatment, and assessed the effect of resveratrol and the ATR inhibitor VE-821 on relative cell viability in NALM6 WT, p53 KO and SIRT1 KO cells. The p53 KO line was chosen, as p53 is downstream of the 6 ATR/CHK1 and SIRT1 signaling pathways. This experiment showed a slight, non-significant increase in relative viability in all three lines at resveratrol concentrations of around 2.5 μM, and a significant reduction in viability at concentrations above 10 μM. In addition, the Bliss synergy score revealed an additive effect between resveratrol and VE-821. In a second step, we quantified the effect of different resveratrol concentrations on the cell cycle. In all three cell lines, we found a significant percentage of cells arrested in S phase after 24h treatment with 12.5 μM resveratrol, but no significant difference between DMSO and 2.5 μM resveratrol conditions. No significant difference was observed between lines. Finally, a time-course experiment revealed that the effects of resveratrol might fade after 16h, and showed a slight increase in S-phase arrested cells after treatment with 2.5 μM RSV at 16h, compared with the DMSO control, suggesting an interesting observation time below 16h and a potential effect of resveratrol at low doses. These results seem to confirm the action of resveratrol on the ATR/CHK1 pathway, with cell cycle arrest in S phase after treatment with 12.5 μM resveratrol, in the three lines WT, SIRT1 KO and p53 KO. They also suggest a potentially beneficial effect of low-dose resveratrol via low-intensity replicative stress, without demonstrating dependence on SIRT1 or p53. Finally, they emphasize the need for observation on different time scales.

Les virus Nipah (NiV) et Hendra (HeV) sont des paramyxovirus zoonotiques appartenant au genre Henipavirus. Les paramyxovirus possèdent un génome ARN simple brin de polarité négative encapsidé par la nucléoprotéine (N) au sein d’une nucléocapside hélicoïdale. Cette dernière sert de substrat pour la transcription et la réplication, réalisées par la polymérase virale qui consiste en un complexe entre la protéine L et la phosphoprotéine (P). A l’aide d’approches biophysiques, j’ai établit une cartographie de l’interaction entre la région C-terminale désordonnée de N (NTAIL) et la région C-terminale de P (PXD) chez NiV, HeV et MeV. L’observation à l’échelle atomique par RMN a confirmé l’intervention d’un élément de reconnaissance moléculaire (MoRE) qui subit un repliement α-hélical au contact de PXD. J’ai également montré la capacité des domaines NTAIL et PXD des henipavirus à former des complexes hétérologues soulignant leur proximité structurale. L’interaction NTAIL-PXD, cruciale pour le recrutement de la polymérase virale constitue une cible idéale pour des approches antivirales. Ainsi, un test de criblage à haut débit par HTRF a été mis en place dans le but d’identifier des inhibiteurs. Enfin, une approche structurale a révélé une organisation trimérique de la protéine P de NiV et HeV en solution. La résolution de la structure cristalline de la région de tétramérisation de P du virus de la rougeole montre la présence d’une région désordonnée à proximité du site putatif de recrutement de L. Collectivement, ces résultats représentent une étape clé vers l’élucidation du l’impact fonctionnel de l’oligomérisation de la protéine P sur le cycle réplicatif des paramyxovirus. / Nipah (NiV) and Hendra (HeV) viruses are zoonotic paramyxoviruses that belong to the Henipavirus genus. Paramyxoviruses possess a single-stranded negative-sense RNA genome that is encapsidated by the nucleoprotein (N) into a helical nucleocapsid. This latter is the substrate for both transcription and replication that are carried out by the polymerase, consisting of a complex between the large protein (L) and the phosphoprotein (P). Using various biophysical approaches, I was able to map the interaction between the C-terminal disordered region of N (NTAIL) and the C-terminal region of P (PXD) in NiV, HeV and MeV. Atomic resolution description of the HeV NTAIL-PXD interaction by NMR confirms the involvement of a molecular recognition element (MoRE) of α−helical nature in binding to PXD. I also showed that Henipavirus NTAIL-PXD form heterologous complexes, involving a structural similarity. As this interaction is crucial for the recruitment of the viral polymerase, it is a promising target for antiviral approaches. This prompted me to set up a protein-protein interaction (PPI) assay based on the HTRF technology to identify inhibitors. Finally, I provided the first experimental evidence of a trimeric organization of P proteins in NiV and HeV. We also solved the crystal structure of two different forms of MeV P tetramerization domain who unveiled the presence of a disordered region located near the putative L-binding site and reveal significant structural variations in coiled-coils organization. Collectively, these results represent a key step towards the elucidation of the functional impact of P protein oligomerization on the replicative cycle of paramyxoviruses.

La protéine E4F1 découverte comme cible cellulaire de l'oncoprotéine adénovirale E1A est une protéine ubiquitaire agissant comme facteur de transcription et comme E3-ligase atypique. La protéine E4F1 interagit également directement avec plusieurs gènes suppresseurs de tumeurs et des oncoprotéines, suggérant son implication dans la tumorigénèse. Des travaux antérieurs du laboratoire, sur les fonctions cellulaires d’E4F1 dans les cellules cancéreuses ont montré que sa déplétion entraîne une mort cellulaire massive dans les Mefs transformés déficients en p53. De plus, E4F1 contrôle directement l'expression de 38 gènes, notamment impliqués dans le métabolisme cellulaire et les checkpoints du cycle cellulaire/Réponse aux dommages de l'ADN (DDR), tel que Chek1 qui code un composant majeur du checkpoint ATR/ATM. Conformément à ce rôle d’E4F1 dans la survie des cellules cancéreuses chez la souris, des patientes atteintes d'un cancer du sein triple négatif (TNBC) exprimant fortement E4F1 présentent une survie sans rechute (RFS) plus faible.Nous avons donc décidé d’étudier pour la première fois le programme transcriptionnel d’E4F1 dans les cellules humaines et d’explorer son rôle dans la survie des cellules de TNBC, avec une attention particulière pour son rôle dans la réponse aux agents de chimiothérapie.Les transcriptomes (RNAseq) de cellules SUM159 de TNBC montrent, lors de la déplétion d’E4F1, une diminution de l’expression de 147 des 276 gènes associés à la DDR. La combinaison de RNAseq et de ChIPseq révèle qu’E4F1 régule directement 57 gènes dans les cellules de TNBC humaines. Parmi ces gènes, E4F1 lui-même, CHEK1, mais aussi TTI2 et PPP5C codant pour des régulateurs post-transcriptionnels de l'axe ATM/ATR-CHK1, et définissant ainsi un "régulon" ATM/ATR-CHK1, encore inconnu et dépendant d’E4F1. TTI2 forme avec TELO2 et TTI1, le complexe TTT nécessaire au repliement correct et à la stabilité des protéines de la famille PIKK, telles qu’ATR et ATM. La phosphatase PPP5C est impliquée dans l'activation de la signalisation ATR-CHK1. Fait important, nous montrons qu’E4F1 se fixe sur et régule probablement ces trois gènes in vivo dans des tumeurs TNBC dérivées de patientes (PDTX). Dans la lignée SUM159 et les PDTX, le recrutement d’E4F1 sur ces gènes est augmenté lors du traitement avec la Gemcitabine, un agent de chimiothérapie bloquant la réplication de l’ADN. Étonnamment, nous avons révélé qu’E4F1 contrôle aussi indirectement l'expression de TELO2, un second membre du complexe TTT. Par conséquent, dans les cellules TNBC déplétées en E4F1, les taux de protéines des CHK1, TTI2, TELO2 mais aussi des kinases ATM/ATR, sont fortement diminués, entraînant une déficience de la DDR. Ainsi, les cellules SUM159 déplétées en E4F1 ne parviennent pas à s'arrêter en phase S lors du traitement à la Gemcitabine et sont hautement sensibilisées à cet agent de chimiothérapie, ainsi qu'à d'autres agents endommageant l'ADN comme le Cisplatine. Dans leur ensemble, mes travaux de thèse révèlent que la voie de signalisation ATM/ATR-CHK1, et la réponse au stress / dommages de l'ADN sont étroitement contrôlées aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel par E4F1. E4F1 apparait donc comme un acteur central dans la survie cellulaire des cellules TNBC, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des agents endommageant l'ADN ou à des agents de chimiothérapie. Ainsi E4F1 pourrait représenter un marqueur pronostique de réponse à la chimiothérapie et une cible thérapeutique potentielle. / The E4F1 protein discovered as the cellular target of the adenoviral oncoprotein E1A is a ubiquitous protein acting both as a transcription factor and as an atypical E3-ligase. E4F1 protein also interacts directly with several cellular tumor suppressors and oncoproteins, suggesting its involvement in tumorigenesis. Previous laboratory work on the cellular functions of E4F1 in cancer cells has shown that its depletion leads to massive cell death in transformed Mefs deficient in p53. In addition, E4F1 directly controls the expression of 38 genes, including genes involved in cell metabolism and cell cycle checkpoints/DNA Damage Response (DDR), such as Chek1 that encodes a major component of the ATR/ATM checkpoint. Consistent with this role of E4F1 in cancer cell survival in mice, patients with triple-negative breast cancer (TNBC) with high E4F1 expression exhibit a poorer relapse free survival (RFS).We therefore aimed to study for the first time the transcriptional program of E4F1 in human cells and explore its role in the survival of TNBC cells, with particular focus on its role in the response to chemotherapy agents.Transcriptomes (RNAseq) of SUM159 TNBC cells show, when E4F1 is depleted, a decrease in expression of 147 out of 276 DDR-associated genes. The combination of RNAseq and ChIPseq shows that E4F1 directly regulates 57 genes in human TNBC cells. Among these genes, E4F1 itself, CHEK1, but also TTI2 and PPP5C coding for post-transcriptional regulators of the ATM/ATR-CHK1 axis, and thus defining an ATM/ATR-CHK1 "regulon", undescribed and E4F1-dependent. TTI2 composes with TELO2 and TTI1, the TTT complex required for the correct folding and stability of PIKK family proteins, such as ATR and ATM. PPP5C phosphatase is involved in the activation of ATR-CHK1 signaling. Importantly, we show that E4F1 binds to and probably regulates these three genes in vivo in Patient Derived TNBC Xenografts (PDTX). In both SUM159 cells and PDTX, the recruitment of E4F1 on these genes is increased upon Gemcitabine treatment, a chemotherapy agent that impairs DNA replication. Surprisingly, we found that E4F1 also indirectly controls the expression of TELO2, a second member of the TTT complex. Consequently, in TNBC cells depleted of E4F1, the protein levels of CHK1, TTI2, TELO2 but also ATM/ATR kinases, are significantly decreased, leading to DDR deficiency. Thus, SUM159 cells depleted of E4F1 fail to stop in phase S during Gemcitabine treatment and are highly sensitized to this chemotherapy agent, as well as other DNA damaging agents such as Cisplatin. Altogether, my thesis results demonstrate that the ATM/ATR-CHK1 signaling pathway, and the response to stress / DNA damage are tightly controlled at the transcription and post-transcription levels by E4F1. E4F1 therefore appears to be a central actor in the cellular survival of TNBC cells, particularly when exposed to DNA-damaging agents or chemotherapy agents. Thus, E4F1 could represent a prognostic marker for chemotherapy response and a potential therapeutic target.

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Les défauts de génome mitochondrial provoquent des maladies neuromusculaires, pour lequel aucun traitement efficace n'a été mis au point. La plupart des mutations mitochondriales sont hétéroplasmique, ce qui signifie que l'ADN mitochondrial (ADNmt) de type sauvage et muté coexistent dans la même cellule, et le changement de proportion entre deux types d'ADNmt pourrait rétablir les fonctions mitochondriales. Le but du projet était le développement du système pour cibler l'ARN thérapeutique dans les cellules humaines vivantes. Au cours de ma thèse j'ai synthétisé une série de nouveaux ARN anti-réplicatifs contenant modifications chimiques pour augmenter leur stabilité dans la cellule, et mis au point la nouvelle méthode de synthèse chimique des molécules d'ARN contenant cholestérol fixé par l'intermédiaire d'un pont biodégradable. Ces ARN étaient capable de pénétrer dans les cellules humains, d'être adressées dans les mitochondries et de diminuer la proportion d' ADNmt muté. / Defects in mitochondrial genome cause neuromuscular diseases, for which no efficient therapy has been developed. Since most mitochondrial mutations are heteroplasmic, wild type and mutated mitochondrial DNA (mtDNA) coexist in the same cell, and the shift in proportion between two mtDNA types could restore mitochondrial functions. The aim of the project was development of carrier-free system for targeting the therapeutic mitochondrially importable RNA into living human cells. During my PhD study, I have synthesized a set of new anti-replicative RNAs containing various chemical modifications, aiming to increase their stability in the cell, and developed a new method for the chemical synthesis of RNA molecules containing cholesterol attached through a biodegradable bridge. Cholesterol containing antireplicative RNAs were characterised by efficient cellular uptake, partial colocalisation with mitochondria and ability to decrease the proportion of mutant mtDNA.