La sumoylation représente, après l’ubiquitination, l’exemple le plus étudié de modification post-traductionnelle impliquant la liaison d’une protéine à une autre. Cependant, alors que l’ubiquitination est impliquée principalement dans la dégradation des protéines par le protéasome, la sumoylation semble réguler les propriétés biochimiques de ses substrats (localisation cellulaire, interaction protéique, activité, …). Pour venir lier une protéine appelée Sumo (Small Ubiquitin-like Modifier) sur un substrat, la sumoylation emprunte une voie enzymatique analogue à celle de l’ubiquitination mais utilise des enzymes différentes. A ce jour, bien que plusieurs centaines de substrats de la sumoylation aient été identifiés, seules 5 structures de protéines sumoylées ont été résolues. Elles ne sont vraisemblablement pas représentatives de l’ensemble des substrats de la sumoylation et mon travail de thèse vise à élargir les connaissances structurales sur la sumoylation pour permettre de dégager des concepts généraux. Les études sur la sumoylation se heurtent généralement à la difficulté d’obtenir les substrats sumoylés. Ce projet a donc nécessité, au niveau technique, la mise au point d’un système de sumoylation in vivo en bactérie permettant de modifier des quantités importantes de protéines et de les purifier efficacement. Des analyses bioinformatiques nous ont permis d’identifier des substrats de la sumoylation propices à une étude structurale de leur forme sumoylée. Au terme de ces analyses, nous avons retenu 3 protéines : DJ-1, PPARγ et IκBα. Bien que la complexité du sujet nous ait ensuite amené à écarter DJ-1 et PPARγ, nous sommes parvenus à purifier la forme sumoylée d’IκBα. Ce résultat nous a permis d’entreprendre une campagne de cristallogenèse d’IκBα complexé au facteur de transcription NF-κB. L’obtention d’IκBα sumoylé permettra également d’aborder des études fonctionnelles pour améliorer la compréhension du rôle de la sumoylation de ce substrat. Nos analyses bioinformatiques ont également révélé que dans plus de 60% des cas, les sites de sumoylation des substrats se trouvent dans des zones prédites intrinsèquement désordonnées. L’importance du désordre dans le processus de sumoylation était jusqu’alors largement sous-estimée. A titre d’exemple, nous avons étudié par diffusion des rayons X aux petits angles la structure du domaine transactivateur du facteur de transcription ERM sous forme non modifiée et sous forme sumoylée. Cette étude indique que la sumoylation d’ERM n’induit pas le repliement de ce domaine transactivateur. De même, il apparait peu probable, au vu de la flexibilité de cette région, que la sumoylation empêche des interactions avec certains partenaires cellulaires. Dans ce contexte, la sumoylation semble servir de plateforme de recrutement de partenaires, reconnaissant de manière spécifique le Sumo. Ce mécanisme pourrait se généraliser à l’ensemble des sites de sumoylation prédits dans des zones intrinsèquement désordonnées. Le système de sumoylation que nous avons développé permet de produire des protéines sumoylées pures en grande quantité et pourra également servir à identifier des protéines reconnaissant spécifiquement les substrats modifiés. Tous ces éléments devraient permettre de progresser dans la compréhension de cette modification post-traductionnelle impliquée dans de nombreux processus cellulaires fondamentaux.

La superfamille des UDP-glucuronosyltransférases (UGT) est constituée de glycoprotéines résidant au réticulum endoplasmique et sujettes aux modifications post-traductionnelles (PTM, post-translational modifications). L’enzyme UGT2B7 est d’un intérêt particulier vu son action sur une grande variété de médicaments. La plupart des études actuelles n’ont pour sujet que les variants communs de cette enzyme et n’examinent donc qu’une fraction de la diversité génétique de celle-ci. En effet, les variants rares (fréquence allélique en deçà de 1%) peuvent potentiellement avoir un effet considérable puisqu’ils sont prédits comme étant bien plus nombreux que les variants communs au sein du génome humain. La présente étude fait état de la découverte d’un variant rare d’UGT2B7 possédant un intérêt pharmacogénétique potentiel et encodant une substitution d’acide aminé au codon 121. Cette variation peu fréquente, retrouvée chez deux individus au sein d’une population de 305 sujets sains, mène à la traduction d’une asparagine (Asn) plutôt qu’un acide aspartique (Asp) au codon 121 (UGT2B7 p.D121N). Cette substitution est prédite comme créant un motif de N-glycosylation NX(S/T) subséquemment validé par traitement à l’endoglycosidase de fractions microsomales issues de surexpressions dans des cellules HEK293 et par inhibition à la tunicamycine de la N-glycosylation d’UGT2B7 produites de façon endogène dans des HEK293. De plus, la présence d’un oligosaccharide additionnel sur l’enzyme UGT2B7, affectant potentiellement son repliement, résulte en la diminution, respectivement par 49 et 40%, de la formation de glucuronides à partir de la zidovudine et de l’acide mycophénolique. Une analyse de la base de données dbSNP a permis la découverte de 32 variants rares pouvant potentiellement créer ou abolir des motifs de N-glycosylation au sein d’enzymes UGT2B. Ensemble, ces variants ont le potentiel d’augmenter la proportion de la variance de la voie des UGT qui est expliquée par des modifications post-traductionnelles telles la N-glycosylation, affectant ainsi le métabolisme des médicaments. / The UDP-glucuronosyltransferase (UGT) superfamily consists of glycoproteins resident of the endoplasmic reticulum membranes that undergo post-translational modifications (PTM). UGT2B7 is of particular interest because of its action on a wide variety of drugs. Most studies currently survey common variants and are only examining a small fraction of the genetic diversity. However, rare variants (frequency < 1%) might have significant effect as they are predicted to greatly outnumber common variants in the human genome. Here, we discovered a rare single nucleotide UGT2B7 variant of potential pharmacogenetic relevance that encodes a nonconservative amino acid substitution at codon 121. This low-frequency variation, found in two individuals of a population of 305 healthy volunteers, leads to the translation of an asparagine (Asn) instead of an aspartic acid (Asp) (UGT2B7 p.D121N). This amino acid change was predicted to create a putative N-glycosylation motif NX(S/T) subsequently validated upon endoglycosidase H treatment of microsomal fractions and inhibition of N-glycosylation of endogenously produced UGT2B7 with tunicamycin from HEK293 cells. The presence of an additional N-linked glycan on the UGT2B7 enzyme, likely affecting proper protein folding, resulted in a significant decrease, respectively by 49 and 40%, in the formation of zidovudine and mycophenolic acid glucuronides. A systematic survey of the dbSNP database uncovered 32 rare and naturally occurring missense variations predicted to create or disrupt N-glycosylation sequence motifs in the other UGT2B enzymes. Collectively, these variants have the potential to increase the proportion of variance explained in the UGT pathway due to changes in PTM such as N-linked glycosylation with consequences on drug metabolism.

Le dérèglement de l'activité des facteurs épigénétiques est une caractéristique commune à plusieurs cancers humains. En effet, les complexes de remodelage de la chromatine de la famille SWItch/Sucrose Non-Fermentable chez les mammifères (mSWI/SNF) sont parmi les complexes protéiques les plus mutés dans les cancers humains avec environ 20% des patients cancéreux possédant au moins une sous-unité affectée. Chez l'homme, trois types de complexes mSWI/SNF ont été définis, à savoir les complexes BAF, PBAF et ncBAF. Ces complexes de remodelage de la chromatine dépendant de l'ATP remodèlent les nucléosomes et modulent la transcription. Pour ce faire, ils possèdent de nombreuses sous-unités avec des domaines de liaison à l'ADN et aux protéines tels que le bromodomaine (BRD). Les BRDs sont les principaux lecteurs de la modification post-traductionnelle qu'est l'acétylation de la lysine (Kac) et sont récemment apparus comme des cibles thérapeutiques prometteuses pour les inhibiteurs de petites molécules. Une caractéristique distinctive clé des complexes mSWI/SNF est leur capacité à inclure ou à exclure des sous-unités contenant le BRD. En tant que tel, nous avons cherché à découvrir les rôles fonctionnels des cinq sous-unités mSWI/SNF possédant un ou plusieurs BRDs. Ainsi, j'ai dans une première étude, cartographié l'interactome des sous-unités à BRDs des complexes mSWI/SNF en utilisant la biotinylation de proximité (BioID) couplée à la spectrométrie de masse (MS). Par la suite, en utilisant l'outil d'édition génomique, le CRISPR/Cas9, j'ai exploré comment l'ablation génétique d'une sous-unité à BRD réorganise les complexes mSWI/SNF à l'aide de l'approche de BioID couplée à la MS. Les résultats révèlent que la perte de la sous-unité BRD7 induit la formation d'un complexe PBAF résiduel sans l'inclusion de la sous-unité PBRM1 mais que cette perte a aussi des impacts sur le bien être des cellules et sur leurs sensibilités à certaines molécules anti-cancéreuses. La perte de BRD7 par translocation chromosomique étant souvent observée dans les cancers invasifs, j'ai dans une deuxième étude, montré que les outils de biotinylation de proximité pouvaient être utilisés dans les lignées cancéreuses afin d'investiguer un interactome protéique et ceci sans que ces outils n'impactent la composition de l'interactome obtenu. Cette étude a également montré que l'approche utilisée respecte la variabilité de l'interactome des récepteurs hormonaux en fonction du de la lignée cellulaire étudiée. La suite de cette étude permettrait de déterminer en utilisant des lignées de cancers invasifs du sein ayant une perte de BRD7 (par translocation chromosomique de BRD7 ou par CRISPR/Cas9) si les impacts observés dans les lignées HEK293 sont reproductibles. Mon document de thèse laisse entrevoir la possibilité que le protocole utilisé puisse permettre de révéler l'impact de la perte de BRD7 dans les cancers lobulaires infiltrants (CLIs) du sein et ainsi caractériser si les conséquences de cette perte peuvent être exploité dans le but de déterminer des thérapies ciblées pour les CLIs résistants aux traitements actuels. / The disruption of epigenetic factor activity is a common feature of many human cancers. Indeed, the mammalian SWItch/Sucrose Non-Fermentable family of chromatin remodeling complexes (mSWI/SNF) are among the most mutated protein complexes in human cancers with approximately 20% of cancer patients having at least one affected subunit. In humans, three types of mSWI/SNF complexes have been defined, namely BAF, PBAF and ncBAF. These ATP-dependent chromatin remodeling complexes remodel nucleosomes and modulate transcription. To do so, they have numerous subunits with DNA and protein binding domains such as the bromodomain (BRD). BRDs are key readers of the post-translational modification lysine acetylation (Kac) and have recently emerged as promising therapeutic targets for small molecule inhibitors. A key distinguishing feature of mSWI/SNF complexes is their ability to include or exclude BRD-containing subunits. As such, we sought to discover the functional roles of the five mSWI/SNF subunits possessing one or more BRDs. Thus, in a first study, I mapped the interactome of the BRDs-containing subunits of the mSWI/SNF complexes using proximity biotinylation (BioID) coupled to mass spectrometry (MS). Subsequently, using the genomic editing tool, CRISPR/Cas9, I explored how genetic ablation of a BRD subunit reorganizes mSWI/SNF complexes using the MS-coupled BioID approach. The results reveal that the loss of the BRD7 subunit induces the formation of a residual PBAF complex without the inclusion of the PBRM1 subunit, but that this loss also impacts on the cells' well-being and their sensitivities to certain anti-cancer molecules. As the loss of BRD7 by chromosomal translocation is often observed in invasive cancers, I showed in a second study that proximity biotinylation tools could be used in cancer lines to investigate a protein interactome without impacting the composition of the resulting interactome. This study also showed that the approach used respects the variability of the hormone receptor interactome depending on the cell line studied. The next step in this study would be to determine whether the impacts observed in the HEK293 lines are reproducible using invasive breast cancer lines with loss of BRD7 (by chromosomal translocation of BRD7 or by CRISPR/Cas9). My thesis paper suggests that the protocol used may reveal the impact of BRD7 loss in infiltrating lobular breast cancer (ILBC) and thus characterize whether the consequences of this loss can be exploited to determine targeted therapies for ILBC resistant to current treatments.

La sumoylation représente, après l’ubiquitination, l’exemple le plus étudié de modification post-traductionnelle impliquant la liaison d’une protéine à une autre. Cependant, alors que l’ubiquitination est impliquée principalement dans la dégradation des protéines par le protéasome, la sumoylation semble réguler les propriétés biochimiques de ses substrats (localisation cellulaire, interaction protéique, activité, …). Pour venir lier une protéine appelée Sumo (Small Ubiquitin-like Modifier) sur un substrat, la sumoylation emprunte une voie enzymatique analogue à celle de l’ubiquitination mais utilise des enzymes différentes. A ce jour, bien que plusieurs centaines de substrats de la sumoylation aient été identifiés, seules 5 structures de protéines sumoylées ont été résolues. Elles ne sont vraisemblablement pas représentatives de l’ensemble des substrats de la sumoylation et mon travail de thèse vise à élargir les connaissances structurales sur la sumoylation pour permettre de dégager des concepts généraux. <p>Les études sur la sumoylation se heurtent généralement à la difficulté d’obtenir les substrats sumoylés. Ce projet a donc nécessité, au niveau technique, la mise au point d’un système de sumoylation in vivo en bactérie permettant de modifier des quantités importantes de protéines et de les purifier efficacement. <p>Des analyses bioinformatiques nous ont permis d’identifier des substrats de la sumoylation propices à une étude structurale de leur forme sumoylée. Au terme de ces analyses, nous avons retenu 3 protéines :DJ-1, PPARγ et IκBα. Bien que la complexité du sujet nous ait ensuite amené à écarter DJ-1 et PPARγ, nous sommes parvenus à purifier la forme sumoylée d’IκBα. Ce résultat nous a permis d’entreprendre une campagne de cristallogenèse d’IκBα complexé au facteur de transcription NF-κB. L’obtention d’IκBα sumoylé permettra également d’aborder des études fonctionnelles pour améliorer la compréhension du rôle de la sumoylation de ce substrat. <p>Nos analyses bioinformatiques ont également révélé que dans plus de 60% des cas, les sites de sumoylation des substrats se trouvent dans des zones prédites intrinsèquement désordonnées. L’importance du désordre dans le processus de sumoylation était jusqu’alors largement sous-estimée. A titre d’exemple, nous avons étudié par diffusion des rayons X aux petits angles la structure du domaine transactivateur du facteur de transcription ERM sous forme non modifiée et sous forme sumoylée. Cette étude indique que la sumoylation d’ERM n’induit pas le repliement de ce domaine transactivateur. De même, il apparait peu probable, au vu de la flexibilité de cette région, que la sumoylation empêche des interactions avec certains partenaires cellulaires. Dans ce contexte, la sumoylation semble servir de plateforme de recrutement de partenaires, reconnaissant de manière spécifique le Sumo. Ce mécanisme pourrait se généraliser à l’ensemble des sites de sumoylation prédits dans des zones intrinsèquement désordonnées. <p>Le système de sumoylation que nous avons développé permet de produire des protéines sumoylées pures en grande quantité et pourra également servir à identifier des protéines reconnaissant spécifiquement les substrats modifiés. Tous ces éléments devraient permettre de progresser dans la compréhension de cette modification post-traductionnelle impliquée dans de nombreux processus cellulaires fondamentaux. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de mes travaux de doctorat était d'approfondir les connaissances sur le mode d'action du répresseur transcriptionnel Fep1 et de découvrir les mécanismes posttraductionnels par lesquels son activité serait régulée. Mes travaux ont été entrepris dans un contexte génétique php4[delta], où la régulation Php4-dépendante a été abolie. Ceci a permis d'exprimer Fep1 constitutivement et par conséquent d'étudier les effets directs du fer sur la protéine en la découplant de sa régulation transcriptionnelle par Php4. Dans le but de mieux caractériser la fonction de liaison à l'ADN de Fep1 dans un contexte in vivo, j'ai procédé par une approche d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Grace à une protéine de fusion TAP-Fep1, j'ai démontré que Fep1 s'associe à la chromatine de manière fer-dépendante. En utilisant différentes versions mutantes de la protéine TAP-Fep1, j'ai démontré que la région N-terminale de Fep1 est requise pour la liaison à la chromatine, cette région couvrant les 241 premiers acides aminés. Le rôle de la région C-terminale serait d'assurer la répression transcriptionnelle des gènes cibles étant donné qu'elle s'associe avec les corépresseurs Tup. Au niveau de la région N-terminale de Fep1, plusieurs motifs sont nécessaires pour une liaison optimale de Fep1 à la chromatine, notamment, deux doigts de zinc (ZF1 et ZF2) et une région riche en résidus cystéines (CRD). Lorsque la région 1-241 est fusionnée au domaine VP16 de transactivation, cette nouvelle protéine agit comme un activateur fer-dépendant, ce qui suggère que le domaine de liaison à la chromatine de Fep1 agit de façon modulaire et ce, indépendamment de la région C-terminale de la protéine. Afin d'élucider le mécanisme post-traductionnel impliqué dans l'inactivation de Fep1 en situation de carence de fer, j'ai procédé par une approche génétique. Grâce à une délétion du gène qui code pour la monothiolglutarédoxine Grx4, j'ai pu démontrer son rôle dans l'inactivation de Fep1 en réponse à la carence en fer. En effet, dans une souche grx4A, Fep1 agit comme un répresseur transcriptionnel constitutif. J'ai pu démontrer que la présence de Grx4 est nécessaire pour assurer le relargage de Fep1 de la chromatine en réponse à la carence en fer. La monothiolglutarédoxine, Grx4, est caractérisée par la présence de deux domaines fonctionnels: un domaine en N-terminal appelé thiorédoxine (TRX) et un domaine C-terminal appelé glutarédoxine (GRX). L'étude d'interaction de Fep1 avec Grx4 a révélé que le domaine TRX interagit avec la région C-terminale de Fep1 et ce, de manière constitutive. Par contre, le domaine GRX de Grx4 s'associe avec la région N-terminale de Fep1 et ce, d'une manière fer-dépendante. De plus, dans une souche grx4[delta], le domaine GRX s'est révélé être nécessaire à la fonction d'inhibition de Fep1 en réponse à la carence en fer. Le régulateur Fep1 possède plusieurs homologues fonctionnels potentiels chez les levures filamenteuses pathogènes, notamment Sfu1 chez Candida albicans. Grâce à l'expression de la protéine Sfu1 dans une souche fep1[delta], nous avons révélé le haut degré de conservation entre ces deux facteurs de transcription. En effet, l'expression hétérologue de Sfu1 dans S. pombe restaure tous les phénotypes observés suite à l'inactivation du gène fep1[indice supérieur +]. En conclusion, durant mes travaux de doctorat, j'ai caractérisé des déterminants moléculaires qui dictent la fonction du répresseur transcriptionnel Fep1. Ainsi, j'ai déterminé des régions nécessaires de Fep1 qui assurent sa liaison à la chromatine. J'ai aussi identifié un nouveau mécanisme de régulation post-traductionnelle de Fep1 faisant intervenir la monothiolglutarédoxine Grx4. De plus, j'ai démontré le potentiel qu'offre la compréhension des mécanismes de régulation de l'homéostasie du fer chez la levure à fission, puisque ce modèle peut être transposé jusqu'à un certain degré aux autres levures pathogènes, notamment, C. albicans. Enfin, étant donné l'importance de l'assimilation du fer pour le pouvoir infectieux de plusieurs levures pathogènes, il devient évident que les modes de régulation de l'acquisition du fer doivent être élucidés afin de contrer les levures pathogènes"--Résumé abrégé par UMI

Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont des modifications chimiques des protéines qui permettent à la cellule de réguler finement ses fonctions ainsi que de coder et d’intégrer des signaux environnementaux. Les progrès récents en ce qui a trait aux techniques expérimentales et bioinformatiques nous ont permis de determiner les profils de PTM pour des protéomes entiers ainsi que d’identifier les molécules qui sont responsables d’ « écrire » ou d’« effacer » ces PTM. Avec ces donnés, il a été possible de commencer à definir des réseaux de régulation cellulaire par PTM. Ici, nous avons étudié l’évolution de ces réseaux pour mieux comprendre comment ils peuvent contribuer à expliquer la complexité et la diversité des organismes ainsi que pour mieux comprendre leurs mecanismes d’action. Avant tout, nous avons abordé la question de comment les réseaux de régulation des PTM peuvent être recablés après un évenement de duplication des gènes en étudiant comment le réseau de phosphorégulation de la levure bourgeonnante a été récablé après un évenement de duplication complète du génome qui a eu lieu il y a 100 milions d’années. Nos résultats mettent en évidence le rôle de la duplication des gènes comme mécanisme clé pour l’innovation et la complexification des réseaux de régulation par PTM. Par la suite, nous avons abordé la question de comment les PTM peuvent contribuer à la diversité des organismes en comparant les profils de phosphorylation de l’homme et de la souris. Nous avons trouvé des différences substantielles dans les profils de PTM de ces deux espèces qui ont le potentiel d’expliquer, au moins en partie, les différences phénotypiques observées entre eux. Nous avons aussi trouvé des évidences qui supportent l’idée que les PTM peuvent « sauter » vers des nouvelles localisations et quand même réguler les mêmes fonctions biologiques. Ce phénomène doit être pris en considération dans les comparaisons des profils de PTM qui appartiennent à des espèces différentes, pour éviter de surestimer la divergence causée par la régulation par les PTM. Enfin, nous avons investigué comment plusieures PTM alternatives pour un même residu pouvent interagir pour réguler des fonctions cellulaires. Nous avons examiné deux des PTM les plus connus, la phosphorylation et la O-GlcNAcylation, qui modifient les sérines et les thréonines, et nous avons étudié les mécanismes potentiels d’interaction entre ces deux PTM. Nos résultats supportent l’hypothèse que ces deux PTM contrôlent plusieurs fonctions biologiques plutôt qu’une seule fonction. Globalement, les résultats présentés dans cette thèse permettent d’élucider les dynamiques évolutives, les mécanismes de fonctionnement et les implications biologiques des PTM. / Post-translational modifications (PTMs) are chemical modification of proteins that allow the cell to finely tune its functions as well as to encode and integrate environmental signals. The recent advancements in the experimental and bioinformatic techniques have allowed us to determine the PTM profiles of entire proteomes as well as to identify the molecules that write or erase PTMs to/from each protein. This data have made possible to define cellular PTM regulatory networks. Here, we study the evolution of these networks to get new insights about how they may contribute to increase organismal complexity and diversity and to better understand their molecular mechanisms of functioning. We first address the question of how and to which extent a PTM network can be rewired after a gene duplication event, by studying how the budding yeast phosphoregulatory network was rewired after a whole genome duplication event that occurred 100 million years ago. Our results highlight the role of gene duplication as a key mechanism to innovate and complexify PTM regulatory networks. Then, we address the question of how PTM networks may contribute to organismal diversity by comparing the human and mouse phosphorylation profiles. We find that there are substantial differences in the PTM profiles of these two species that have the potential to explain, at least in part, the phenotypic differences observed between them. Moreover, we find evidence supporting the idea that PTMs can jump to new positions during evolution and still regulate the same biological functions. This phenomenon should be taken into account when comparing the PTM profiles of different species, in order to avoid overestimating the divergence in PTM regulation. Finally, we investigate how multiple and alternative PTMs that affect the same residues interact with each other to control proteins functions. We focus on two of the most studied PTMs, protein phosphorylation and O-GlcNAcylation, that affect serine and threonine residues and we study their potential mechanisms of interactions in human and mouse. Our results support the hypothesis that these two PTMs control multiple biological functions rather than a single one. Globally this work provides new findings that elucidate the evolutionary dynamics, the functional mechanisms and the biological implications of PTMs.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La chromatine est une structure nucléaire composée des histones, autour desquelles l’ADN s’enroule pour être empaqueté dans le noyau. La dynamique de cette structure permet de réguler plusieurs procédés nucléaires, tels que la transcription, la réplication et la réparation de l’ADN. Il existe, entre autre, des complexes de modifications de la chromatine qui collaborent à la régulation de ces différentes fonctions nucléaires. Les acétyltransférases de la famille MYST participent à l’acétylation des queues N-term des histones. Très conservées de la levure à l’humain, elles possèdent des rôles importants dans plusieurs processus cellulaires. Deux des complexes MYST ont été au cœur de mes études doctorales, soit le complexe HBO1 et MOZ/MORF. Mon projet de doctorat avait comme premier objectif de disséquer les différents domaines protéiques présents au sein de ces deux complexes et de caractériser leurs interactions soit avec les autres sous-unités, soit avec la chromatine. Par des analyses biochimiques, nous avons déterminé le mode d’assemblage des complexes MYST. Nous avons également caractérisé leurs différents domaines de reconnaissance de modifications post-traductionnelles des histones, afin de déterminer leur mode de recrutement. Des analyses à l’échelle du génome entier nous ont aussi permis de localiser ces protéines à des loci bien précis. De plus, il nous a été possible de constater l’importance de l’association des protéines INGs sur la fonction suppresseur de tumeur du complexe HBO1-JADE. Suite à une purification de la protéine BRPF1, j’ai pu constater l’association de HBO1 avec cette protéine. Comme deuxième objectif de thèse, j’ai donc eu à caractériser le nouveau complexe HBO1-BRPF1 et à démontrer sa spécificité d’acétylation. En utilisant des essais d’acétylation in vitro combinés à des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine, j’ai pu établir un nouveau mode de régulation de l’activité acétyltransférase de la protéine HBO1. Ce mécanisme étonnant démontre un changement de spécificité de l’activité catalytique des MYST en fonction de leur association aux protéines d’échafaudage. Tous ces résultats démontrent donc qu’il est important de considérer l’ensemble des sous-unités des complexes MYST, car elles sont toutes aussi importantes que l’enzyme pour la reconnaissance, la spécificité d’acétylation ainsi que les fonctions cellulaires de ces complexes. / Chromatin is a nuclear structure formed by DNA that is wrapped around histone octamers, allowing for its compaction in the nucleus. This structure is dynamic and regulates many nuclear processes, such as transcription, replication and DNA repair. Among other factors, complexes that modify chromatin collaborate for the regulation of these nuclear functions. The MYST acetyltransferase family participate in the acetylation of histone N-term tails. Highly conserved from yeast to human, they play various roles in many cellular pathways. During my PhD, I have focused on two of these MYST acetyltransferases, HBO1 and MOZ/MORF. The first objective of my project was to dissect the different protein domains comprised within these complexes and define their interactions either with other subunits or with chromatin. Using biochemical experiments, we brought to the forefront the assembly mechanism of the MYST complexes. Additionally, we characterized their chromatin recognition domains, which helped us determine their recruitment mechanism. Genome-wide analysis also gave us the precise localisation of these proteins on many loci. Moreover, we could determine that the association with ING subunits is essential for the tumor suppressor function of these complexes. Following purification of the BRPF1 protein, we could detect binding of the HBO1 protein. Thus, the second objective of my PhD project was to characterize the newly identified HBO1-BRPF1 complex and determine its acetylation specificity. Using in vitro acetylation assays combined with chromatin immunoprecipitation experiments, we unravelled a new regulation mechanism of the HBO1 acetyltransferase activity. This surprising mechanism shows a switch of histone tail acetylation specificity depending of the associated scaffold proteins, an activity previously thought to be intrinsic to the catalytic subunit. These data highlight a new role of the associated scaffold subunits within MYST-ING acetyltransferase complexes in directing the acetylation of specific histone tails. Altogether, these results demonstrate that it is important to consider MYST acetyltransferases as complexes, since their different subunits contribute to chromatin recognition, acetylation specificity and cellular functions.

L’avancement des connaissances sur la biologie de l’ARN progresse à un rythme effréné. En effet, les découvertes des dernières années ont confirmé l’importance de l’ARN comme régulateur. Par exemple, de courtes molécules d’ARN, appelées sRNA (small RNA), ont été identifiées comme régulateurs post-transcriptionnels majeurs, capables de moduler l’expression des ARN messagers (ARNm) chez les procaryotes. Généralement, le mode d’action de ces sRNA consiste à s’attacher de manière anti-sens à leurs ARNm cibles, au site de la liaison du ribosome située dans la région 5′ non traduite de l’ARNm. L’inhibition de la traduction par le sRNA conduit, dans la majorité des cas, à la dégradation rapide de l’ARNm. Dans le cadre de mes travaux de recherche, j’ai participé à modéliser, à partir de données biologiques, certains mécanismes de régulation de cibles ARNm. Plus précisément, deux des sRNA, parmi les mieux caractérisés chez E. coli, soient RyhB et Spot42, ont été analysés. Cette étude a montré qu’un sRNA peut réguler ses cibles selon différents régimes (efficace ou modéré) en fonction du mode de régulation priorisé par le sRNA, et ce, indépendamment de son abondance relative. Ces résultats permettront d’améliorer notre compréhension et notre capacité à prédire l’efficacité d’un sRNA à réguler ses cibles ARNm. Par des recherches subséquentes, il m’a été possible de démontrer que l'expression de l’ARNm encodant pour la protéine aconitase B était régulée de manière antagoniste à la fois par le sRNA RyhB et par la protéine aconitase B et ce, dans une condition de carence en fer. Par la suite, j’ai pu mettre en évidence un deuxième mécanisme de régulation similaire pour l’ARNm grxD, encodant pour la glutharédoxine D. Jusqu'à ce jour, le sRNA RyhB démontrait une efficacité infaillible pour dégrader ses ARNm cibles. Les résultats obtenus durant ce projet démontrent sans équivoque une nouvelle voie de protection permettant à l’ARNm d'éviter la dégradation par un petit ARN régulateur. Ce mécanisme de protection de l'ARNm ouvre la porte à un tout nouveau processus cellulaire de régulation post-transcriptionnelle qui s'étend sûrement à un groupe plus important d’ARN.

L'autophagie est un processus d'autodigestion qui se produit dans toutes les cellules eucaryotes et conduit à la dégradation d'éléments du cytoplasme (organites, macromolécules) par le lysosome. Ce mécanisme, qui se produit de manière basale, permet le renouvellement du contenu cytoplasmique mais également la survie cellulaire lorsqu'il est induit par différents stress (carence nutritionnelle, hypoxie…). L'autophagie est alors impliquée dans diverses pathologies comme les maladies neurodégénératives et le cancer car sa dérégulation peut grandement perturber l'homéostasie cellulaire. Le but de ma thèse est de déterminer le rôle de la protéine nucléaire et cytoplasmique BAT3 dans l'autophagie et d'étudier son mécanisme de régulation. Cette protéine de 150 kDa, également appelée BAG6 ou Scythe, est composée de nombreux domaines protéiques (UBL, Prolin-rich, NLS, BAG) qui lui permettent d'interagir avec de multiples partenaires. Sa fonction majeure réside dans le contrôle qualité du cytoplasme mais BAT3 est aussi impliquée dans l'immunité ou l'apoptose. Ce travail identifie la protéine BAT3 comme essentiel pour l'autophagie basale et induite. Nous montrons que son mécanisme d'action passe par la régulation de la localisation de l'acétyltransférase p300 et l'acétylation de ces substrats : p53 et une protéine de la machinerie de l'autophagie : ATG7. En effet, BAT3 (i) limite la présence de p300 dans le cytosol en (ii) maintenant un faible et régulable niveau d'acétylation d'ATG7 et (iii) permet l'acétylation de p53 dans le noyau au cours de la carence nutritionnelle, événement indispensable à l'induction de l'autophagie. / Autophagy, literally meaning self-eating, is a highly evolutionary conserved process in eukaryotes in which parts of the cytoplasm (organelles, macromolecules) are degraded by lysosomes. Basal autophagy is a quality control mechanism allowing the renewal of the cytoplasm but autophagy is also induced by cellular stress (starvation, hypoxia…) to improve cell survival. Autophagy has been implicated in several physiopathologies such as cancer or neurodegenerative diseases. Deregulations of autophagy may profoundly affect homeostasis.The purpose of my thesis is to explore the role of the nucleo-cytoplasmic shuttling protein BAT3 in autophagy and the mechanism of BAT3-dependent autophagy.Also known as BAG6 or Scythe, this 150 kDa protein is composed of various domain (UBL, Prolin-Rich, NLS, BAG) by which BAT3 interacts with multiple partners. The major of role BAT3 seems to be the protein quality control but BAT3 is also implicated in immunity and apoptosis. Our work demonstrates that the protein BAT3 is essential for basal and starvation-induced autophagy. We show that BAT3 regulation of autophagy is mediated by the modulation of p300 acetyltransferase intracellular localization and acetylation of two subtrates: p53 and the autophagy-related protein ATG7. Indeed, Bat3 allows: (i) the limitation of p300 into cytosol resulting in (ii) the maintenance of a low level of ATG7 acetylation and (iii) the increase of the starvation-induced p53 autophagy leading to the induction of autophagy.

La traduction est une étape critique de la régulation de l'expression des gènes. Chez l'oursin, la fécondation induit une augmentation de la synthèse protéique, qui dépend essentiellement de la traduction d'ARN messagers maternels. Cette synthèse protéique est indispensable au déroulement des cycles cellulaires du développement précoce. Le développement embryonnaire de l'oursin constitue ainsi un modèle de choix pour étudier la régulation de la traduction. Dans le cadre de cette thèse, le contrôle de la traduction a été étudié chez l'oursin dans deux situations : le contexte physiologique de la fécondation et le contexte de l'induction de l'apoptose. Nous nous sommes interrogés d'abord sur les mécanismes régulateurs impliqués dans la synthèse protéique après fécondation. L'une des étapes limitantes de la traduction est l'initiation. Dans ce cadre, le facteur d'initiation eIF2 joue un rôle clé. eIF2 est responsable de l'apport de la méthionine initiatrice au niveau du ribosome. Lorsque la sous-unité alpha d'eIF2 est phosphorylée, la synthèse protéique globale est inhibée et la traduction sélective de certains ARNm est stimulée. Dans les ovules non fécondés d'oursin, eIF2alpha est physiologiquement phosphorylé et la fécondation provoque sa déphosphorylation. En micro-injectant dans les ovules non fécondés un variant d'eIF2alpha mimant l'état phosphorylé, nous avons montré que la déphosphorylation d'eIF2alpha est nécessaire pour la première division mitotique chez l'oursin. Nous nous sommes intéressés au lien entre la phosphorylation d'eIF2alpha et l'induction de l'apoptose chez l'oursin. En effet, la traduction d'ARNm codant pour des protéines pro- ou anti- apoptotiques influence directement la survie des cellules. L'embryon d'oursin possède la machinerie nécessaire pour le déclenchement de l'apoptose, après induction par l'agent génotoxique MMS. Le traitement au MMS des embryons provoque la phosphorylation d'eIF2alpha. Dans cette situation, nous avons trouvé que la kinase GCN2 est impliquée dans la phosphorylation d'eIF2alpha. En fin, dans le but d'étudier comment la machinerie traductionnelle module le recrutement polysomal, nous avons analysé le traductome en réponse à la fécondation et après le traitement au MMS. Nous avons effectué une approche de séquençage à haut-débit des transcrits purifiés par gradients de polysomes. L'analyse de ces transcrits nous permettra d'appréhender le réseau des gènes régulés au niveau traductionnel lors de la fécondation et de l'induction de l'apoptose dans les embryons d'oursin.