Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Chez les eucaryotes, les protéines de la recombinaison homologue comme RAD51 et RAD52 jouent des rôles dans la maintenance de l'intégrité et la stabilité génomique. La protéine humaine RAD52 est un des membres de la large famille des "single-strand annealing proteins (SSAPs)" et stimule la recombinaison dépendante de RAD51. Chez les procaryotes et les bactériophages, il a été difficile d'établir la présence d'homologue de RAD52 avec des séquences conservées. Récemment, plusieurs protéines soupçonnées d'être des SSAPs ont été trouvées chez de nombreux phages infectant des souches de Lactococcus lactis. Une de ces SSAPs a été nommée Sak et se retrouve dans le bactériophage virulent u136 qui appartient à la famille des Siphoviridae. Dans cette étude, nous démontrons que Sak est homologue à la portion N-terminale de la protéine RAD52 humaine. Sak lie préférentiellement l'ADN simple-brin plutôt que le double-brin et favorise la renaturation de longs ADN complémentaires. Sak interagit avec RecA et stimule les réactions in vitro de recombinaison homologue. Des mutations modulant la liaison à l'ADN de RAD52 affectent Sak de façon similaire. Remarquablement, la reconstruction par microscopie électronique de Sak révèle une structure en anneau de onze sous-unités, similaire à la structure formée par les cristaux du fragment N-terminal de RAD52. Pour la première fois, nous proposons un homologue viral de RAD52 tant au point de vue phylogénétique que de sa séquence en acide aminé, sa structure et sa fonction.

Les recherches pour élaborer de nouveaux traitements anticancéreux s'orientent vers des thérapies dites « ciblées » qui utilisent les caractéristiques spécifiques des cellules cancéreuses. Deux exemples de gènes mutés et présents dans de nombreuses cellules cancéreuses pouvant être « ciblés » sont BRCA1 et BRCA2. Leurs mutations causent des déficiences en recombinaison homologue (HR), l'un des principaux mécanismes de réparation des cassures double-brin de l'ADN. Une seule cassure double-brin pouvant engendrer la mort cellulaire, les cellules possèdent un mécanisme alternatif à la HR nommé l'annelage d'extrémité simple-brin (SSA). Notre hypothèse est que l'inhibition de la SSA chez des cellules déficientes en HR permettrait d'engendrer de la létalité synthétique. Dans ce contexte, les équipes des docteurs Fortin et Masson ont récemment identifié l'acide 4,4'-diisothiocyano-2,2'-stilbènedisulfonique (DIDS) comme inhibiteur potentiel de RAD52, une protéine clé et essentielle à la SSA. Par contre, cet inhibiteur comporte déjà des interactions connues avec d'autres protéines pouvant limiter son utilisation clinique. L'objectif de mon projet de recherche était donc d'étudier et de moduler la structure moléculaire du DIDS afin de préparer de nouveaux inhibiteurs de RAD52 ayant un corps moléculaire de type stilbène asymétrique dont l'un des cycles aromatiques porterait un groupement aminoalkylethiourée et dont l'autre cycle aromatique serait substitué par un ou des groupements méthyles, méthoxyles ou chlorés. Cinquante-six nouveaux analogues et dérivés du DIDS ont été conçus, préparés et caractérisés chimiquement. L'évaluation de l'activité antiproliférative des nouveaux composés sur des lignées cellulaires déficientes et non-déficientes en BRCA1 ou en BRCA2 a montré des concentrations inhibitrices médianes (IC₅₀) variant entre le bas nanomolaire et le micromolaire. Plusieurs analogues du DIDS ont des ratios de sélectivités intéressants (> 100) sur les cellules déficientes en BRCA1 comparativement aux cellules non-déficientes. Les nouveaux analogues du DIDS sont des composés prometteurs pour l'élaboration de nouveaux médicaments ciblant les cellules cancéreuses déficientes en HR. / Trend in research for new treatments against cancer are in the field of "targeted" therapy. Those therapies use specific characteristics of cancer cells to kill them directly or indirectly. One indirect target for targeted therapy can be cells deficient in BRCA1 and BRCA2 functions. Mutations in BRCA1 and BRCA2 can be found in many cancers and resulted in homologous recombination (HR) defective, which is DNA double strand-break repair mechanism. Since one double strand-break can cause cell death, there is a back-up mechanism for HR named single-strand annealing (SSA). Our hypothesis was that inhibiting SSA can lead to synthetic lethality in cells with HR deficiency. For this purpose, Drs. Fortin and Masson teams have recently identified 4,4'-diisothiocyano-2,2'stilbenedisulfonic acid (DIDS) as a new RAD52 inhibitor which is a key protein in SSA. However, DIDS has already known to interact with other proteins that may limit its clinical use. The main goal of my research project was to study and modulate DIDS molecular structure to prepare new RAD52 inhibitors. The molecular structure of those inhibitors should have an asymmetric stilbene moiety in which one aromatic ring will be substituted by an aminoalkylthiourea group and the other aromatic ring will be substituted by a methyl, methoxyl or chloro group. Fifty-six new DIDS analogues and derivatives were designed, prepared and chemically characterized. Antiproliferative activity was evaluated on cell lines with and without BRCA1 and BRCA2 deficiency and showed half maximal inhibitory concentrations (IC₅₀) ranging between low nanomolar and micromolar. Moreover, many DIDS analogues and derivatives exhibited interesting selectivity ratio (> 100) on BRCA1 deficient cells comparatively to non-deficient cells. Therefore, DIDS analogues and derivatives are new promising compounds for the treatment of HR-deficient cancer cells.

Le matériel génétique des cellules de notre organisme est continuellement exposé à différents types d'agressions. En effet, on estime qu'une cellule subit des dizaines de milliers de lésions dans l'ADN par jour. Ces dernières peuvent provoquer une instabilité génomique, une caractéristique du cancer, si elles ne sont pas réparées adéquatement. La recombinaison homologue (RH) est un des mécanismes de réparation des cassures double-brin de l'ADN. À la suite de l'action de nucléases sur les cassures double-brin, des extrémités simple-brin 3'-protubérants sont générées et protégées par la protéine RPA. Celle-ci doit ensuite être enlevée par l'activité médiatrice des protéines PALB2 et BRCA2 afin de permettre à la recombinase RAD51 de polymériser sur l'ADN et catalyser l'invasion du brin endommagé au niveau de la chromatide sœur. PALB2, est au cœur de ce processus, coordonnant les fonctions des protéines BRCA1/BRCA2 et interagissant avec l'ADN brisé pour faciliter la RH. Dans un premier temps, nous avons identifié un site majeur de liaison à l'ADN de PALB2 dans lequel des mutations réduisent de 50% la formation des foyers RAD51 et l'efficacité globale de la HDR (Homology-directed repair) dans les cellules. Le domaine de liaison à l'ADN situé en N-terminal de PALB2 (N-DBD) stimule la fonction recombinase de RAD51. Étonnamment, il possède une activité d'échange de brins sans RAD51. De plus, N-DBD stimule l'échange de brins inverse et peut utiliser des substrats d'ADN et d'ARN. Ces résultats révèlent une propriété d'interaction polyvalente de PALB2 et démontrent un rôle essentiel de la liaison à l'ADN par PALB2 pour la réparation des chromosomes dans les cellules. Ensuite, nous avons utilisé la microscopie électronique à transmission combinée à la biochimie pour caractériser la participation séquentielle de RPA, RAD52 et BRCA2 dans l'assemblage, l'architecture et l'activité du filament RAD51. Nous avons observé que RAD52 peut se lier étroitement à l'ADN simple-brin revêtu de RPA, inhiber le rôle médiateur de BRCA2 et former des filaments mixtes contenant RAD52 et RAD51 plus courts. Ces derniers sont plus efficaces dans la recherche d'homologie ultérieure, dans la formation de complexes synaptiques et de D-loops et entraine des multi-invasions plus fréquentes Une déficience dans la RH peut mener à une instabilité génomique et aux cancers. Dans la plupart des cas, ces défauts de réparation des cassures double-brin par RH surviennent à la suite d'altérations génétiques dans les gènes impliqués dans ce mécanisme tels que BRCA1, PALB2 et BRCA2. Ces tumeurs déficientes en RH peuvent être traitées par des inhibiteurs de PARP grâce au concept de létalité synthétique. En effet, il a été observé que l'inhibition de PARP-1, une protéine impliquée dans la réparation de l'ADN, entraine une létalité synthétique dans ces tumeurs déficientes sans pour autant affecter les tissus sains. Cependant, de nombreux patients vont développer une résistance à ces inhibiteurs de PARP, seulement quelques mois après le début du traitement, entrainant ainsi une récidive du cancer. C'est pourquoi il apparait essentiel de trouver de nouvelles options thérapeutiques. Nous avons utilisé plusieurs molécules commerciales dérivées du DIDS (4,4′-Diisothiocyano-2,2′-stilbenedisulfonic acid), un inhibiteur de RAD51, pour caractériser les déterminants structuraux impliqués dans la modulation de l'activité de RAD51. En combinant des approches biochimiques et biophysiques, nous avons montré que le DIDS et deux analogues étaient capables d'inhiber la liaison de RAD51 à l'ADN simple-brin et d'empêcher la formation de structure D-loop par RAD51. Les deux substituants isothiocyanate du DIDS semblent être essentiels dans l'inhibition de RAD51. Ces résultats ouvrent la voie à la synthèse de nouvelles molécules dérivées du DIDS qui devraient être de plus grands modulateurs de RAD51 et plus efficaces pour l'inhibition de la RH. Finalement, nous avons identifié de nouvelles molécules qui inhibent la RH. Pour cela, nous avons mis au point une technique de criblage *in cellulo* permettant de tester l'effet direct de composés chimiques sur la formation des foyers RAD51. À l'aide de cette technique, nous avons identifié que, parmi 1381 molécules chimiques, l'enzyme nicotinamide phosphoribosyltransférase (NAMPT) pouvait être une cible thérapeutique intéressante pour le traitement de certaines tumeurs notamment celles présentant une surexpression de RAD51 et celles ayant développé une résistance aux inhibiteurs de PARP. En effet, l'inhibition de NAMPT entraine une diminution drastique des foyers RAD51 ainsi que des niveaux protéiques de RAD51 et BRCA2 conduisant à la mort des cellules par apoptose. / The cellular genetic material is continuously exposed to different sources of damages. Indeed, it is estimated that a cell undergoes tens of thousands of DNA lesions per day. These will cause genomic instability, a characteristic of cancer, if they are not correctly repaired. Homologous recombination (HR) is one of the repair mechanisms for DNA double-strand breaks. As a result of the action of nucleases on double-strand breaks, single-stranded 3'-overhang ends are generated and protected by the RPA protein. PALB2 and BRCA2 proteins will then remove RPA to allow the RAD51 recombinase to polymerize on the DNA and catalyze the invasion of the damaged strand to the sister chromatid. PALB2, is central to this process, coordinating the functions of the BRCA1/BRCA2 proteins and interacting with broken DNA to facilitate HR. First, we identified a major DNA-binding site of PALB2, mutations in which reduce RAD51 foci formation and the overall HDR (Homology-directed repair) efficiency in cells by 50%. PALB2 N-terminal DNA-binding domain (N-DBD) stimulates the function of RAD51 recombinase. Surprisingly, it possesses the strand exchange activity without RAD51. Moreover, N-DBD stimulates the inverse strand exchange and can use DNA and RNA substrates. Our data reveal a versatile DNA interaction property of PALB2 and demonstrate a critical role of PALB2 DNA binding for chromosome repair in cells. Then, we have used Transmission Electron Microscopy combined with biochemistry to characterize the sequential participation of RPA, RAD52 and BRCA2 in the assembly of the RAD51 filament, its architecture and its activity. Despite our results confirm that RAD52 lacks a mediator activity, we observed that RAD52 can tightly bind to RPA-coated ssDNA, inhibit the mediator role of BRCA2 and form shorter RAD52- and RAD51-containing mixed filaments that are more efficient in subsequent homology search and formation of synaptic complexes and D-loops, resulting in more frequent multi-invasions as well. A deficiency in HR can lead to genomic instability and cancers, notably breast and ovarian cancers. Most commonly, these defects in the repair of double-strand breaks by RH arise as a result of genetic alterations in the genes involved in this mechanism such as BRCA1, PALB2 and BRCA2. HR-deficient tumors can be treated with PARP inhibitors leading to synthetic lethality. Indeed, it has been observed that the inhibition of PARP-1, a protein involved in DNA repair, leads to synthetic lethality in these deficient tumors without affecting healthy tissues. However, many patients will develop resistance to these PARP inhibitors only a few months after starting treatment, leading to cancer recurrence. Therefore, it seems essential to find new therapeutic options. We used several commercial molecules derived from DIDS (4,4′-Diisothiocyano-2,2′-stilbenedisulfonic acid) to characterize the structural determinants involved in modulating the activity of RAD51. By combining biochemical and biophysical approaches, we have shown that DIDS and two analogs were able to inhibit the binding of RAD51 to ssDNA and prevent the formation of D-loop by RAD51. Both isothiocyanate substituents of DIDS appear to be essential in the inhibition of RAD51. These results open the way to the synthesis of new molecules derived from DIDS that should be greater modulators of RAD51 and more efficient for HR inhibition. Finally, we identified new molecules that inhibit HR. We have developed an *in cellulo* screening technique to test the direct effect of chemical compounds on the RAD51 foci formation. Using this technique, we have identified that, among 1381 chemical molecules, the enzyme nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) could be an interesting therapeutic target for the treatment of certain tumors, in particular those presenting an overexpression of RAD51 and those having developed a resistance to PARP inhibitors. Indeed, inhibition of NAMPT leads to a drastic decrease in RAD51 foci as well as protein levels of RAD51 and BRCA2 leading to cell death by apoptosis.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare se manifestant par des troubles développementaux, sanguins, et une prédisposition à certains cancers. Les cellules de patients montrent une sensibilité élevée aux agents causant des ponts interbrins dans l'ADN, dont la réparation implique l'activation de la recombinaison homologue. La présence de PALB2, mutée dans l'anémie de Fanconi, est nécessaire pour la localisation chromatinienne de BRCA2 et RAD51, en réponse aux dommages à l'ADN. Comme BRCA2, PALB2 est un gène de prédisposition au cancer du sein. Il devient important de mieux comprendre le rôle de PALB2/FANCN dans la recombinaison homologue. Nous avons entrepris la caractérisation de l'activité biochimique de PALB2 en la purifiant, de même qu'un mutant associé au cancer du sein, PALB2Q775X, afin de clarifier son rôle dans la réparation de l'ADN. Les données obtenues suggèrent que PALB2 possède les caractéristiques d'un médiateur de la recombinaison homologue, ce qui en fait une cible privilégiée dans le développement de thérapies anticancéreuses dans le futur.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Les cassures double-brin de l'acide désoxyribonucléique (ADN) sont parmi les lésions les plus cytotoxiques car une seule lésion non réparée est létale chez la levure. Dans le but de réparer efficacement ces dommages, la cellule dispose de différents mécanismes tels que le Non Homologous End Joining (NHEJ). Toutefois ces mécanismes peuvent causer des mutations et, lorsqu' il est possible, la cellule privilégie un système qui permet une réparation très fiable: la recombinaison homologue. Ce processus peut aussi être utilisé lors de la méiose pour créer de la diversité génétique. La méiose est un mécanisme complexe et une mauvaise régulation peut mener à des problèmes tels que l' aneuploïdie. La recombinaison homologue méiotique se divise en quatre étapes majeures: (i) l' initiation qui crée des cassures double-brin par un complexe muItiprotéique incluant Rec12; (ii) la résection de l'ADN ou les protéines majeures sont Rad32/Rad50/Nbsl; (iii) l'invasion d'un duplex homologue avec les protéines RadSl et Dmcl, et pour terminer (iv) la résolution des jonctions de Holliday. Lors de mes études de doctorat, je me suis concentré sur la caractérisation biochimique des principales protéines des trois premières étapes (initiation, résection et particulièrement l'invasion) de la recombinaison méiotique chez Schizosaccharomyces pombe permettant la réparation des cassures double-brin. Mes travaux avaient pour but de caractériser les protéines Dmcl et le complexe Hop2/Mndl chez S.pombe. Nous avons déterminé que Dmcl avait comme Rad 51 la capacité de former un filament hélical sur l'ADN simple brin, ansi que de catalyser des réactions d'échange de brin. D'autre part j'ai mis en évidence le rôle que joue le complexe Hop2/Mndl dans la stimulation de Dmc 1, ainsi que les différences entre les protéines de S.pombe et de la SOurIS.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Une personne sur trois au Canada sera affectée par une forme de cancer durant son existence. Aujourd’hui, il a été clairement démontré que les mutations dans l'information génétique sont l'événement initiateur du cancer. Les cassures double-brin de l'ADN font partie des lésions les plus dangereuses retrouvées dans les cellules puisqu'elles peuvent induire des mutations menant au cancer. La cellule possède plusieurs mécanismes pour réparer les cassures double-brin de l’ADN. La réparation par recombinaison homologue est le seul de ces mécanismes permettant aux cellules de réparer les cassures double-brin de l’ADN de manière fidèle sans créer d’autres mutations. Ce mécanisme dépend en majeure partie de la protéine RAD51 qui en catalyse les étapes essentielles. RAD51 a besoin d’autres cofacteurs appelés médiateurs, comme la protéine BRCA2, pour son fonctionnement. Récemment, PALB2 a été identifiée comme un régulateur clé de RAD51 et BRCA2, et donc de la réparation par recombinaison homologue. Les individus, avec des mutations de PALB2, possèdent une prédisposition au cancer du sein et à l’anémie de Fanconi. Le projet de mon doctorat consiste en la caractérisation biochimique de la protéine PALB2 afin de comprendre son rôle dans le contrôle et le fonctionnement de la réparation par recombinaison homologue. Nous avons montré que la protéine PALB2, comme BRCA2, est un médiateur de la recombinaison homologue. Dans les cellules, l’activité de PALB2 est contrôlée par sa dimérisation. En présence de dommages à l’ADN, la monomérisation de PALB2 provoque son activation et la stimulation de la formation du filament de RAD51. Finalement, nous avons découvert un nouveau partenaire des médiateurs PALB2 et BRCA2 : la polymérase r

Au Canada, en 2015, il était estimé que 78 000 personnes allaient mourir d’un cancer, représentant 30 % de tous les décès et faisant de celui-ci la première cause de mortalité. De plus, 196 900 nouveaux cas de cancers seraient découverts au cours de cette même année (Canadian Cancer Society’s Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON : Canadian Cancer Society; 2015). L’intégrité du génome est chaque jour menacée par des conditions environnementales qui endommagent l’ADN (ultraviolets, produits chimiques divers, etc.). Parmi les différents types de lésions, l’un des plus délétères et pouvant mener au cancer est la cassure double-brin (CDB). Celle-ci peut être réparée suivant deux mécanismes majeurs : la jonction des extrémités non homologues (Non-Homologous End-Joining ou NHEJ) ou la Recombinaison Homologue (RH). Cette dernière, prépondérante pendant les phases S/G2, consiste en la réparation d’une CDB grâce à l’utilisation d’une chromatide soeur comme modèle, permettant une réparation fidèle du dommage. La RH est sous la dépendance de diverses protéines, dont RAD51, PALB2 et BRCA2. Ces deux dernières sont connues pour être mutées dans les cancers du sein et des ovaires. Ainsi, la compréhension de l’implication de chaque acteur dans la RH est un objectif fondamental dans la lutte contre le cancer et constitue l’objectif général de cette thèse. En 2012, une étude a montré qu’une nouvelle protéine, APRIN (Androgen-induced PRoliferation INhibitor), appartenant au complexe cohésine, interagissait avec BRCA2 et jouait un rôle dans la RH. Les rôles précis d’APRIN dans ce mécanisme restaient toutefois à être définis. Le projet principal de cette thèse repose sur la caractérisation fonctionnelle d’APRIN dans la réparation par RH. Nous révélons qu’APRIN aurait un rôle spécifique et indépendant de celui de la cohésine dans la RH, et pourrait agir à diverses étapes cruciales de ce mécanisme. De plus, nos données montrent que le niveau d’expression d’APRIN pourrait être un marqueur de prédiction dans le cancer ovarien. Étant donné qu’APRIN interagit aussi avec PALB2, autre partenaire essentiel de BRCA2, nous avons également étudié et caractérisé les fonctions de divers mutants de PALB2. Nous faisons ainsi la découverte inattendue d’un nouveau phénotype induit par une troncation de cette protéine associée à certains cancers agressifs. Ainsi, cette thèse apporte des informations supplémentaires et indispensables à la compréhension de la réparation de l’ADN par RH et de la survenue de certains cancers. / Cancer is the leading cause of death in Canada (30% of all deaths). By 2015, it was estimated that 78,000 Canadians would die of cancer. Moreover, 196,900 new cases of cancer were discovered in that same year (Canadian Cancer Society’s Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON: Canadian Cancer Society; 2015). Each day, genome integrity is threatened by environmental conditions that can induce DNA damages (UV, chemicals, etc.). Amongst different types of lesions, double-strand breaks (DSB) are one of the most deleterious and can lead to cancer development. DSB can be repaired following two different and major pathways: Non-Homologous End-Joining (NHEJ) and Homologous Recombination (HR). HR mainly takes place during S/G2 phases and uses the intact sister chromatid as a template for repair. This renders HR to be a faithful mechanism, which depends on three important proteins: RAD51, PALB2 and BRCA2. The last two proteins are frequently found mutated in both breast and ovarian cancers. Understanding how each HR actor is specifically implicated in this pathway is important to develop strategies to fight cancer and constitutes the general aim of this thesis. In 2012, APRIN (Androgen-induced PRoliferation INhibitor), known as a regulator of the cohesin complex, was described as a new interacting partner of BRCA2 and an actor of HR. Nevertheless, how APRIN was specifically implicated in HR remained unclear. Hence, the major objective of this thesis was to functionally characterize APRIN in HR. We show that APRIN possesses a specific and independent role from the cohesin complex in HR and could be implicated in different steps during this repair pathway. Interestingly, APRIN expression levels in ovarian cancer tumours may be used as a prognostic marker. Moreover, to achieve the general objective of this thesis, we focused on another BRCA2 partner : PALB2. We studied the impact of different truncating mutations found in cancers on PALB2 functions. Surprisingly, we discovered that the consequence of an aggressive cancer-causing mutation could stem from an aberrant localization of PALB2. Consequently, this thesis provides important new information on the repair of DSB by HR and on the occurrence of cancers.

Thèse en cotutelle, Doctorat en biologie cellulaire et moléculaire, Université Laval, Québec, Canada et Université de Nantes, Nantes, France / Les cellules humaines sont soumises à des stress induisant des cassures double-brin de l’ADN (CDB). Ces CDB sont réparées notamment par la recombinaison homologue, impliquant les protéines RAD51 et RAD52. Une stratégie thérapeutique émergente est de développer des molécules inhibant RAD51 ou RAD52 afin d’accentuer l’instabilité génétique et la mort de la cellule cancéreuse. En effet, dans certains cancers, l’activité de RAD51 est dérégulée promouvant la prolifération tumorale. Il existe plusieurs molécules inhibitrices de RAD51 et nous nous sommes intéressés au DIDS dont le mode d’action n’a pas encore été déterminé. Concernant RAD52, une létalité synthétique a été montrée lorsque celle-ci est inactivée dans des cellules déficientes en BRCA1, BRCA2 ou PALB2, trois gènes mutés dans de nombreux cancers. Récemment, trois types de molécules inhibitrices de RAD52 ont été mis en évidence. Nous avons tout d’abord étudié l’impact du DIDS ainsi que des molécules dérivées afin de comprendre le mécanisme mis en jeu. Nous avons montré que le DIDS, ainsi que ses dérivés inhibent la liaison de RAD51 à l’ADN. Ces molécules empêchent la formation du nucléofilament entrainant une diminution du nombre de foyers RAD51. Nous avons développé une méthode de criblage par fluorescence pour évaluer l’effet d’une banque de 696 molécules sur la capacité de RAD52 à hybrider deux ADNsb. Deux molécules capables d’inhiber la fonction d’hybridation de RAD52 ont été mises au jour. In vivo, elles entrainent une diminution de la survie de cellules déficientes en PALB2. La recherche et le développement de nouveaux inhibiteurs de RAD51 et RAD52 constituent des stratégies thérapeutiques d’avenir. / Human cells are subjected to stress inducing DNA double-strand breaks (DSB). DSB are repaired in particular by homologous recombination, involving RAD51 and RAD52 proteins. An emerging therapeutic strategy is to develop RAD51 or RAD52 inhibitors that promote genetic instability and induce cancer cell death. In some cancers, the activity of RAD51 is deregulated promoting tumor proliferation. There are several RAD51 inhibitors and we focused on DIDS, whose mechanism of action has not been yet determined. Concerning RAD52, a synthetic lethality has been shown when its gene is inactivated in BRCA1, BRCA2 or PALB2 deficient cells, those genes being mutated in various cancers. Recently, three types of molecules inhibiting RAD52 were highlighted. We studied the impact of DIDS and its derivatives to understand the mechanism involved in the inhibition. We showed that DIDS and its derivatives inhibit RAD51 DNA binding function. These molecules prevent the formation of nucleofilament leading to a decrease in RAD51 foci formation. We have developed a fluorescent method of screening to evaluate the effect of a library of 696 molecules on the RAD52 ability to hybridize two ssDNA. Two molecules were able to inhibit the RAD52 hybridization function. In vivo, they induce a decrease in PALB2 deficient cell survival. Research and development of new RAD51 and RAD52 inhibitors represent promising therapeutic strategies.

Dans le domaine de la recherche de gènes causaux, il est maintenant connu que plusieurs caractères complexes peuvent en fait être influencés par une multitude de gènes. Dans ce mémoire, nous présentons l'adaptation d'une méthode de cartographie génétique fine à la cartographie de caractère polygénique. Nous présentons tout d'abord un aperçu de certains outils statistiques utilisés en génétique. En particulier, certaines mesures d'association généralement employées en cartographie génétique. Puis, nous présentons la méthode de cartographie que nous souhaitons adapter: méthode qui suppose que le caractère est causé par l'effet d'un seul gène. Nous supposons plutôt que le caractère est causé par la combinaison de deux gènes. Après avoir présenté notre modélisation et les aspects théoriques de l'adaptation proposée, nous utilisons des données simulées pour tester nos développements. Nous comparons aussi nos résultats avec ceux obtenus avec une mesure d'association, ainsi qu'avec la méthode de cartographie dont nous proposons une adaptation. Les résultats démontrent la nécessité de développer des méthodes de cartographie génétique adaptées aux caractères polygéniques ; avec quelques améliorations concernant l'inférence des génotypes aux gènes causaux, notre adaptation devrait offrir de meilleurs résultats que les autres méthodes présentées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : statistique génétique, cartographie génétique, caractère polygénique, processus de coalescence, arbre de recombinaison ancestral

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Bien que l’on attribue généralement un effet néfaste à l’instabilité génomique, pour le parasite Leishmania, elle s’avère pourtant bénéfique. De façon étonnante, ce protozoaire possède la capacité de remanier le nombre de copies de ses gènes pour s’adapter à son environnement et résister aux drogues utilisées contre lui. La présence de séquences répétées identiques près des gènes essentiels à sa survie permet une recombinaison homologue (RH) efficace et entraîne subséquemment la formation d’une copie extrachromosomique supplémentaire du gène ciblé. Ce phénomène de réarrangement génique induit la formation d’amplicons circulaires ou linéaires et est, entre autres, responsable de la résistance aux agents thérapeutiques. À l’heure actuelle, les enzymes impliquées dans ce processus sont peu connues et l’émergence d’un nombre croissant de cas d’infections réfractaires aux traitements favorise l’étude des protéines médiant la RH dans des conditions de résistance. Il a été récemment montré que la formation d’amplicons circulaires est compromise en l’absence du gène LiRad51, mais n’est toutefois pas abolie. Cette observation suggère l’implication d’autres acteurs dans ce processus, alors que le mécanisme par lequel les amplicons linéaires sont formés demeure inconnu. Cette thèse présente la caractérisation biochimique et cellulaire des protéines clés de la RH impliquées dans l’amplification génique chez le parasite Leishmania infantum. Plus précisément, le rôle de LiBrca2, en tant que médiateur de LiRad51, est tout d'abord démontré en raison de son implication essentielle dans la localisation nucléaire de LiRad51 et dans la stimulation d’invasion de brins effectuée par la recombinase. De façon similaire, les paralogues de LiRad51 peuvent, possiblement grâce à leur capacité de lier et d’apparier de l’ADN, eux aussi, stimuler LiRad51 pour l’invasion d’un ADN simple-brin dans un duplex homologue. L’inactivation génique pour l’un d’entre eux (LiRad51-4) a montré un rôle considérable sur l'amplification circulaire, malgré le fait qu’aucune activité d’invasion n’a pu être observée en l’absence de LiRad51. Enfin, en accord avec son rôle bien établi chez l’humain, cette étude confirme que la protéine LiMre11 possède une activité exonucléase et qu’elle serait impliquée dans la production d’amplicons linéaires. Ces résultats mettent en évidence le potentiel thérapeutique des protéines de la réparation de l’ADN, domaine de recherche prometteur pour mieux lutter contre la leishmaniose. / Genomic instability is usually known as a harmful hallmark, although in the parasite Leishmania this represents a beneficial feature. Surprisingly, this protozoan takes advantage of its ability to reorganize its genome for adapting itself to different environments as well as for drug resistance. In fact, the presence of identical repeats near essential genes allows homologous recombination (HR) between them, and subsequently causes the formation of an additional extrachromosomally copy of the targeted gene. This phenomenon of gene rearrangement induces circular or linear amplicons which leads to drug resistance. However, little is known about the enzymes involved in this process. In addition, the increasing number of infection cases refractory to treatment promotes the study of proteins mediating HR in these circumstances. It has been shown recently by gene inactivation that LiRad51 recombinase plays an important role in circular amplicon formation but was not essential. This observation suggested the presence of other players involved in this process while the mechanism by which linear amplicons are formed is still unknown. This thesis presents biochemical and cellular characterization of key HR proteins involved in extrachromosomal DNA amplification. We first determine the role of LiBrca2 as a mediator of LiRad51. In particular, LiBrca2 is involved in LiRad51 nuclear localisation and stimulates the homology search performed by the recombinase. Secondly, we show evidence that the LiRad51 paralogs help LiRad51 to promote HR through their capacity to bind and anneal DNA. Similary to LiBrca2, they can stimulate LiRad51 to invade a resected DNA double-strand break in an undamaged template to form a D-loop structure. However, they cannot perform this key step on their own. We succeed to inactivate one paralog (LiRad51-4) and provide insights on circular gene amplification. Finally, we show that LiMre11 harbors both DNA binding and exonuclease activities while inactivation of this gene led to a reduction of linear amplicon formation after drug selection. These results highlight a novel LiMre11-dependent pathway used by Leishmania to amplify stochastically portions of its genome. The relevance of DNA repair for drug resistance and its potential as a drug target represent a promising area of research for future treatments of leishmaniasis.