Les subtélomères forment la transition entre les séquences spécifiques des chromosomes et les répétitions télomériques terminales. Ils semblent capables d'influencer les fonctions télomériques mais les connaissances sur les mécanismes mis en jeu sont encore limitées. Les subtélomères sont pourtant associés à de nombreuses pathologies comme la myopathie facio-scapulo-humérale (FSHD), une dystrophie musculaire secondaire à la contraction de répétitions macrosatellites D4Z4 dans la région subtélomérique 4q35. Afin d'étudier les propriétés de la séquence subtélomérique D4Z4, nous avons créé des constructions reproduisant l'organisation génomique au locus 4q35. Nous avons montré que D4Z4 est capable d'adresser un télomère à la périphérie du noyau. Cette activité est couplée à une activité insulatrice au niveau d'une séquence proximale de 80 pb et est dépendante de CTCF et des Lamines A. De plus, la relocalisation périphérique d'un télomère par D4Z4 s'accompagne d'une réplication plus tardive de celui-ci. Par ailleurs, la recherche de séquences capables de s'opposer à l'effet de position télomérique (TPE) a identifié un élément de 30 pb contenant un site CTCF dans la séquence insulatrice proximale de D4Z4. De même, l'introduction d'un signal de poly-adénylation entre un gène rapporteur et les répétitions télomériques interfère avec le TPE et est accompagnée d'une diminution d'un transcrit hybride contenant le gène rapporteur et des répétitions télomériques, suggérant un rôle des transcrits télomériques TERRAs dans la régulation du TPE. En conclusion, ce travail a permis de caractériser l'implication de séquences subtélomériques, et notamment D4Z4, dans la régulation des télomères, leur compartimentalisation nucléaire, la réplication ou l'effet de position télomérique. De plus, il apporte un éclairage nouveau sur la physiopathologie de la FSHD et ouvre des perspectives dans la compréhension d'autres pathologies liées aux subtélomères.

Les subtélomères forment la transition entre les séquences spécifiques des chromosomes et les répétitions télomériques terminales. Ils semblent capables d’influencer les fonctions télomériques mais les connaissances sur les mécanismes mis en jeu sont encore limitées. Les subtélomères sont pourtant associés à de nombreuses pathologies comme la myopathie facio-scapulo-humérale (FSHD), une dystrophie musculaire secondaire à la contraction de répétitions macrosatellites D4Z4 dans la région subtélomérique 4q35. Afin d’étudier les propriétés de la séquence subtélomérique D4Z4, nous avons créé des constructions reproduisant l’organisation génomique au locus 4q35. Nous avons montré que D4Z4 est capable d’adresser un télomère à la périphérie du noyau. Cette activité est couplée à une activité insulatrice au niveau d’une séquence proximale de 80 pb et est dépendante de CTCF et des Lamines A. De plus, la relocalisation périphérique d’un télomère par D4Z4 s’accompagne d’une réplication plus tardive de celui-ci. Par ailleurs, la recherche de séquences capables de s’opposer à l’effet de position télomérique (TPE) a identifié un élément de 30 pb contenant un site CTCF dans la séquence insulatrice proximale de D4Z4. De même,   l’introduction d’un signal de poly-adénylation entre un gène rapporteur et les répétitions télomériques interfère avec le TPE et est accompagnée d’une diminution d’un transcrit hybride contenant le gène rapporteur et des répétitions télomériques, suggérant un rôle des transcrits télomériques TERRAs dans la régulation du TPE. En conclusion, ce travail a permis de caractériser l’implication de séquences subtélomériques, et notamment D4Z4, dans la régulation des télomères, leur compartimentalisation nucléaire, la réplication ou l’effet de position télomérique. De plus, il apporte un éclairage nouveau sur la physiopathologie de la FSHD et ouvre des perspectives dans la compréhension d’autres pathologies liées aux subtélomères. / Subtelomeres form the transition between chromosome specific sequences and terminal telomeric repeats. They might influence telomeric functions but underlying mechanisms are still unclear. Nevertheless, subtelomeres are associated with a number of human pathologies such as facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD), an autosomal dominant disease secondary to the contraction of an array of D4Z4 macrosatellite repeats in the subtelomeric region 4q35. In order to study the biological function of the D4Z4 sequence, we created contructs that mimic the genomic organization of the 4q35 locus. We showed that D4Z4 is able to localize a telomere at the nuclear periphery. This perinuclear activity was dependant on interactions with CTCF and A type lamins and lied within a 80 bp proximal sequence that harbors an insulator activity. Moreover, the peripheral positionning of a telomere by D4Z4 is accompanied by a late replication timing of the telomere. We also searched for sequences able to counteract telomeric position effect (TPE) and identified a 30 bp element containing a CTCF binding site in the proximal region of D4Z4. In another construct, the introduction of a poly-adenylation signal between a reporter gene and telomeric repeats counteracted TPE. This effect is accompanied by the production of a hybrid transcript encompassing the reporter gene and telomeric repeats, suggesting a role for the TERRAs telomeric transcripts in TPE regulation. This work contibuted to characterize the role of subtelomeric sequences, especially the D4Z4 macrosatellite, in telomere regulation, their nuclear compartimentalization, their replication or the telomeric position effect. We will discuss the implications in the understanding of the pathophysiology of FSHD and other subtelomeric diseases.

L’extrémité des chromosomes linéaires est une structure nucléoprotéique très conservée chez les organismes eucaryotes. Elle est constituée du télomère et des régions sous-télomériques répétées (STR) qui sont placées en amont du télomère. Chez la levure bourgeonnante, on trouve deux types de télomère, les télomères XY’ et les télomères X, qui se distinguent par la nature des STR positionnées en amont des répétitions télomériques. Le télomère et les STR sont liés par pas moins de dix protéines qui vont participer au maintien et à la régulation de l’extrémité chromosomique nécessaires à la stabilité du génome. Le télomère protège ainsi le chromosome de dégradations ou encore de fusions avec d’autres chromosomes. Le maintien de la taille du télomère est assuré par la télomérase, une transcriptase inverse, qui permet l’ajout de répétitions pour pallier leur perte lors de la phase de réplication durant le cycle cellulaire. Lorsque la télomérase est absente, deux types particuliers de cellules, les survivants de type I et les survivants de type II, peuvent maintenir leurs télomères grâce aux mécanismes de recombinaison homologue. Chez l’humain, les répétitions télomériques sont également liées par un certain nombre de protéines nécessaires au maintien de la stabilité de l’extrémité chromosomique. L’implication des télomères dans les processus de cancérisation, de vieillissement, mais également dans des maladies congénitales fait de cette structure un pivot dans le domaine de la recherche fondamentale. Dans 10 % des cas de cancers, l’allongement n’est pas dû à une réactivation de la télomérase comme c’est en général le cas, mais est inhérent à des processus de recombinaison homologue, comme chez la levure. Les homologies de séquences, de protéines, mais aussi de mécanismes de régulation des télomères avec les cellules humaines, font de S. cerevisiae un excellent modèle d’étude. Cette thèse se divise en trois chapitres. Les deux premiers traitent de l’interaction du complexe yKu avec les télomères de type XY’ dans le chapitre 1 puis de son interaction avec les télomères de type X dans le chapitre 2. Le chapitre 3 traite du comportement d’un type de survivant chez S. cerevisiae. Le chapitre 1 porte donc sur l’analyse des sites de liaison aux télomères XY’ du complexe yKu par la technique de ChEC in vivo. yKu intervient dans de nombreux processus de régulation des télomères, mais aussi dans un mécanisme de réparation des cassures double-brin de l’ADN (DSBs), la NHEJ (Non homologous end-joining). Les résultats présentés dans cette partie appuient un modèle dans lequel yKu aurait plusieurs sites de liaison aux télomères et dans les répétitions télomériques interstitielles. Nous supposons que la liaison du complexe se ferait lors de la formation d’une cassure de type « one-sided break » générée à la suite du passage de la fourche de réplication à l’intérieur des répétitions télomériques. Le chapitre 2 est également une étude des sites de liaison par la technique de ChEC in vivo du complexe yKu, mais cette fois-ci aux télomères X. Les observations faites dans cette partie viennent corroborer les résultats du chapitre 1 de la liaison de yKu à la jonction entre le télomère et les STRs, de plus elle met en évidence des interactions potentielles du complexe avec les éléments X laissant supposer l’existence d’un potentiel repliement du télomère sur la région sous-télomérique chez la levure. Enfin, le chapitre 3 est axé sur l’étude du comportement des survivants de type I, des cellules post-sénescences qui maintiennent leurs télomères par un processus de recombinaison homologue, le mécanisme de BIR (break-induced replication) en l’absence de télomérase. Les survivants de type I présentent une croissance lente liée à un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M qui dépend de la protéine de contrôle Rad9, dont l’activité est en général induite par des cassures double-brin. Ce chapitre a permis d’apporter des précisions sur la croissance lente probablement inhérente à un berceau télomérique très restreint chez ce type cellulaire.

Telomeres play an important role in carcinogenesis. They assure immortalization of tumor cells by maintaining their length through the activation of telomerase or the alternative lengthening of telomere. Despite these mechanisms, telomeres of tumor cells are generally shorter than those of normal cells. In cancer cells, short telomeres promote chromosomal instability, which is one of the aggravating factors of neoplastic process. Also, the nuclear architecture of telomeres can be altered during carcinogenesis and cause genomic instability. To further understand the roles of telomeres in cancer, we studied the length of individual telomeres and their nuclear architecture in neoplastic cells. Using chronic myeloid leukemia (CML) as a model, we established the first length profile of all individual telomeres in cancer. We found that telomeres on chromosome arms Xp, 18p and 5p were among the longest while the shortest were on 21p and 21q . Also, by comparing with normal cells, we established that individual telomeres of CML cells had different shortening rates. Moreover, we noted the presence of long telomeres on some specific chromosome arms in CML cells. These data led us to explore different mechanisms of telomere length maintenance in CML cells and we showed that both telomerase and the ALT can be used to maintain their telomere length. Finally, the use of LoVo cell line, from colon carcinoma, allowed us to show that the profile of individual telomere length can be dissimilar in different cancers; and specific mutations of TP53 influence this profile in a same cancer cell. Therefore, the profile of individual telomere length of a cancer cell is defined by the genetic background of the individual, the tumor type, and the nature of the mutations. The study of nuclear architecture of telomeres was done in three different settings. First, we explored impacts on nuclear architecture of telomeres after exposing normal cells to DNA-damaging agents. We particularly observed the presence of telomeric aggregates and a change in the position of telomeres in response to UVB exposure. Next, we showed that remodeling of the nuclear architecture of telomeres could occur as early as the first clinical phase of CML. Moreover, we categorized CML cells into two groups according to the number of telomeric aggregates. Finally, we showed that the mutation TP53-R175H lead to greater alteration of the nuclear organization of telomeres and a genomic instability than the other studied TP53 mutations. The work, presented here, fosters our understanding on the involvement of telomeres in carcinogenesis and will serve as foundation for future studies on length of individual telomeres and their nuclear architecture in cancers.

Ce travail de thèse se propose d’étudier le retard de croissance intra-utérin sous l’angle de la cytogénétique placentaire, avec deux approches distinctes et complémentaires. La première approche visera à réévaluer l’influence des anomalies chromosomiques limitées au placenta sur la croissance fœtale, car des études précédentes ont rapporté des résultats contradictoires à ce sujet. La première partie de ce travail permettra en outre d’étudier l’incidence et l’influence de la disomie uniparentale chez les fœtus issus des grossesses compliquées d’une anomalie chromosomique limitée au placenta. La deuxième approche de notre travail s’intéressera à la longueur de structures chromosomiques particulières, les télomères, au niveau placentaire. Il a récemment été décrit que la longueur des télomères des cellules placentaires était réduite au terme des grossesses compliquées d’un retard de croissance intra-utérin. La longueur télomérique placentaire n’a jamais été évaluée au cours de ces grossesses et pourrait potentiellement être utilisée comme biomarqueur placentaire du retard de croissance intra-utérin. La deuxième partie de ce travail nous permettra également d’évaluer le nombre de copies des régions chromosomiques portant les gènes codant pour les principales sous-unités du complexe enzymatique télomérase et de rechercher la présence d’agrégats télomériques au niveau placentaire en cas de retard de croissance intra-utérin. / This thesis proposes to study intrauterine growth restriction in terms of cytogenetics of placenta, with two distinct and complementary approaches. The first approach will be to reassess the influence of confined placental mosaicism on fetal growth, as previous studies have reported conflicting results on this issue. The first part of this work will also study the influence of fetal uniparental disomy in case of confined placental mosaicism. The second approach of our work will focus on the length of terminal chromosomal structures, telomeres, at the placental level. It has recently been reported that telomere length was reduced in placental cells collected at term in pregnancies complicated by intrauterine growth restriction. Placental telomere length has never been evaluated in ongoing pregnancies and it could potentially be used as a placental biomarker of intrauterine growth restriction. The second part of this work will also focus on the copy number of chromosomal regions carrying genes encoding the main subunits of the telomerase enzyme complex and will look for the presence of placental telomeric aggregates in case of intrauterine growth restriction.