La télomérase est essentielle pour le maintien des télomères. Elle compense le problème de réplication de l’ADN télomérique par l’ajout de séquences d’ADN aux extrémités des chromosomes. Chez l’humain, elle est très active dans les premiers stades du développement (embryon, fœtus). Puis, son activité est réprimée pour devenir indétectable dans la plupart des cellules. Ceci conduit au raccourcissement de l’ADN télomérique, à la déprotection de l’ADN et à un arrêt de division cellulaire, appelé senescence. Par contre, dans 90% des cellules de type cancéreux, elle est suractivée. Elle contribue donc à une capacité continue de la prolifération de ces cellules et à leur immortalisation. Notre organisme d’étude est la levure bourgeonnante, Saccharomyces cerevisiae. En plus de ses nombreux avantages d’utilisation, chez cette levure, la télomérase est exprimée constitutivement, ce qui signifie qu’elle nous rapproche le plus du contexte de cellule cancéreuse. Mon projet de maîtrise vise à étudier un des composants de la télomérase chez la levure S. cerevisiae, c’est-à-dire la sous-unité ARN, appelée Tlc1, et plus particulièrement une sous-partie de cet ARN, formant une jonction à trois branches (« Three Way Junction »). Jusqu’à présent, cette structure a été considérée comme étant non essentielle. Pourtant, cette structure très conservée a été démontrée comme étant essentielle à l’assemblage de la télomérase et à son activité, chez une grande variété d’espèces. Avec ce projet, j’ai tenté de déterminer si cette structure à trois branches a un quelconque rôle à jouer que ce soit dans l’assemblage ou dans l’activité de la télomérase. J’ai exploré cette structure en y réalisant des mutations et en analysant leurs effets sur la croissance cellulaire et sur la longueur des télomères. Parmi tous les mutants, la simple substitution d’un nucléotide spécifique, l’adénine 119, conduit à des télomères plus courts qui demeurent stables au fil des générations et les levures sont viables. De plus, ce raccourcissement est de l’ordre de la centaine de paires de bases lorsque la délétion d’une partie ou de la structure au complet est réalisée. C’est donc un raccourcissement significatif, représentant près d’un tiers de la longueur normale des télomères. Par ailleurs, sur des cellules présentant des télomères anormalement courts, l’ajout de ces mutations de la TWJ de TLC1 crée un phénotype létal. / Abstract : Telomerase is essential for telomere maintenance. It compensates for the End-replication problem by adding DNA sequences to the ends of chromosomes. In humans, telomerase is very active in the early stages of development (embryos, foetus). Later, its activity is repressed, and in most cells its activity becomes undetectable. This leads to telomere shortening, a deprotection of chromosome ends and to an arrest of cellular divisions, a highly regulated process also called cellular senescence. However, in cancer cells of 90% of all subtypes, telomerase is up-regulated. Hence, this enzyme promotes the proliferative capacity of cancer cells and their immortalization. The budding yeast Saccharomyces cerevisiae is our organism of study. In addition to its ease of access, telomerase is constitutively expressed in this yeast, which makes it a useful and inexpensive model of cancer cells. My master’s project aims at studying one of the telomerase components in S. cerevisiae, namely the RNA subunit Tlc1, and more specifically a part of this RNA, forming a Three-Way Junction (TWJ). So far, this structure was considered as non-essential for cell viability. However, this structure is highly conserved among species, and in diverse species it was shown to be crucial for telomerase assembly and activity. My project hence consisted in trying to determine whether or not this structure plays a role in telomerase assembly or activity. The requirements on this structure were explored by creating mutations and by analyzing their effects on cell growth and telomere length. Of all the mutants, a specific nucleotide substitution, Adenine 119 in the TWJ, leads to shortened telomeres, and this shortening is stable during further outgrowth. Furthermore, a telomere shortening of up to 100 base pairs is observed when a part or the complete TWJ structure is deleted. This shortening is quite significant as it represents about one third of the normal length of telomeres. Moreover, expressing these mutants of the TWJ in cells with short telomeres creates a synthetic lethal effect.

Currently, most of the RNAs used in lab research are prepared by in vitro transcription or chemical synthesis, which can be costly. In vivo expression in bacterial cells is another approach to RNA preparation that allows large scale production at a lower cost. However, there are some obstacles in bacterial expression, including RNA degradation in host cell, as well as RNA extraction and purification. tRNA and 5S RNA have been reported as scaffolds to circumvent the degradation problem. These scaffolds can not only make the RNA product survive in the cell but also increase the stability after extraction. The packaging RNA (pRNA) of bacteriophage phi29 is a small non-coding RNA with a compact structure. The three-way junction (3WJ) region from pRNA is a thermodynamically stable RNA motif good for constructing therapeutic RNA nanoparticles. The 3WJ can not only integrate multiple RNA modules, but also stabilize them. Here I report a series of approaches made to express recombinant RNAs based on pRNA or 3WJ in bacteria, including 1) Investigating the mechanism of RNA folding in vitro and in vivo using 3WJ. 3WJ-based RNAs were expressed in E. coli using pET system. The results show that the folding of RNA is affected by both overall and regional energy landscape. 2) Expression of an RNA nanoparticle harboring multiple functional modules, a model of therapeutic RNA, in E. coli using a combination of tRNA scaffold and pRNA-3WJ. The expression was successful and all of the RNA modules were functional. 3) Expression of pRNA-based recombinant RNAs in B. subtilis. This is a novel system of expressing recombinant RNAs in Gram-positive bacteria.