Regulation of gene expression by terminal addition of uridyl residues to RNA substrates has recently emerged as a widespread phenomenon in eukaryotes. Studies in organisms ranging from fission yeast to human cells have shown that uridylation of RNA 3' ends stimulates rapid RNA degradation. However, many questions regarding the specificity of the uridyl transferases, the broad range of their substrates and the consequences of their loss are still unanswered. In light of this, the uridyl transferases Cid1 in Schizosaccharomyces pombe and ZCCHC11 in human cells and their roles in the regulation of gene expression were further characterised in this study. To begin with, the biochemistry of the Cid1 protein complex responsible for uridylation in Schizosaccharomyces pombe was analysed in more detail by mass spectrometry and in vitro assays. These experiments provided insights into the modulation of Cid1 activity by accessory factors. Next, the role of the human uridyl transferase ZCCHC11 in the regulation of replication- dependent histone mRNAs was examined. Results showed that ZCCHC11 is required for efficient destabilisation of histone mRNAs following inhibition or completion of DNA replication. In agreement with this finding, cDNA sequencing experiments showed that ZCCHC11-mediated uridylation is particularly prevalent at the end of S phase. Finally, this thesis also explored the phenotype resulting from ZCCHC11 knock-down with respect to the human cell cycle. Depletion of ZCCHC11 led to the occurrence of DNA damage and activation of the DNA integrity checkpoint, which in turn resulted in cell cycle delay. Taken together, the data presented in this thesis extend current knowledge of the uridyl transferases and their actions in fission yeast and human cells and provide a link between RNA regulation and cell cycle control.

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l’uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d’étude. L’uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l’uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l’attaque des extrémités 3’ des ARNm déadénylés par des activités 3’-5’ exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3’. De manière intéressante, cette protection par l’uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l’uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5’ en 3’ de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d’une dégradation des ARNm en cours de traduction. / The work presented in this manuscript defines a new role of mRNA uridylation, using Arabidopsis as a model organism. RNA uridylation is catalyzed by RNA nucleotidyltransferases belonging to the non canonical poly(A) polymerase (ncPAP) family. Among the 14 genes encoding ncPAPs in Arabidopsis, we identified a terminal uridylyl transferase, TUT1, responsible for mRNA uridylation. Our results show that mRNAs are uridylated by TUT1 after a deadenylation step. Uridylation doesn’t modify mRNA degradation rates but is essential for deadenylated mRNA 3’ end protection against 3’- 5’ exoribonucleolytic attacks and to prevent 3’ truncated aberrant mRNA formation. Interestingly, this protection by uridylation is detected in polysomes. One biological function of mRNA uridylation is to establish a 5’-3’ mRNA degradation polarity that could be essential in the case of cotranslational mRNA decay.

MicroRNAs (miRNAs) are a diverse and evolutionarily conserved class of non-coding RNAs that play a multitude of roles in many branches of eukaryotic biology. The regulation of miRNAs is dynamically controlled both spatially and temporally, and the expression of miRNAs can be modulated at the level of transcription or at points downstream of the miRNA maturation process. A relevant example of post-transcriptional miRNA regulation is the blockade of let-7 precursor miRNAs by Lin28 in embryonic stem cells. This pathway, which is initiated by the small RNA-binding protein Lin28, recruits the terminal uridyl transferase (TUTase) Zcchc11 to add a non-templated oligouridine tail to the miRNAs 3' end, and signals it for degradation by the cytoplasmic exonuclease Dis3l2. The Lin28/let-7 axis is essential for development and metabolic homeostasis, and is reactivated in a subset of human cancers. This thesis describes the biochemical mechanism underlying Lin28-mediated degradation of let-7, as well as a novel role for Zcchc11 and the related TUTase Zcchc6 in targeting mature developmental miRNAs in a Lin28-independent manner.

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l'uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d'étude. L'uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l'uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l'attaque des extrémités 3' des ARNm déadénylés par des activités 3'-5' exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3'. De manière intéressante, cette protection par l'uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l'uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5' en 3' de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d'une dégradation des ARNm en cours de traduction.

La dégradation des ARN est un mécanisme essentiel à la régulation de l’expression des génomes. L’importance de l’uridylation dans les mécanismes de dégradation des ARN commence juste à être appréciée. Cette thèse présente l’étudede l’UTP :RNA Uridylyltransferase 1 (URT1) et de son rôle dans la dégradation des ARN chez Arabidopsis thaliana. L’étude des propriétés catalytiques de URT1 montre que cette uridylyltransférase est intrinsèquement spécifique des UTP et distributive pour les premières uridines ajoutées. URT1 est responsable in vivo de l’uridylation des ARNm après une étape de déadénylation, protégeant leur extrémité 3’ et polarisant la dégradation de 5’ en 3’. URT1 est localisée dans le cytosol au niveau des granules de stress et des processing bodies. Le mécanisme d’adressage de URT1 dans les processing bodies implique une partie de la région N terminale prédite comme intrinsèquement désorganisée, alors que le domainenucléotidyltransférase C terminal semble suffisant pour permettre l’adressage de URT1 au niveau des processing bodies et granules de stress en réponse à un stress thermique. Ces travaux de thèse ont permis de mieux comprendre les mécanismes et les rôles de l’uridylation dans la dégradation des ARNm chez Arabidopsis. Ils ouvrent des perspectives dans l’étude d’autres fonctions de l’uridylation comme l’inhibition de la traduction. / RNA degradation is an essential mechanism for the regulation of genome expression. The importance of uridylation for RNA degradation is just emerging. This thesis presents the study of URT1 (UTP :RNA Uridylyltransferase 1) and its role in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. URT1 is an uridylyltransferase intrinsically and strictly specific for UTP and is distributive for the first nucleotides added. URT1 uridylates mRNA in vivo after a deadenylation step. This uridylation protects mRNA’s3’ end from further attacks and polarise degradation in the 5’ to 3’ direction. This protection of 3’ ends by uridylation and its conferred polarity of 5’ to 3’ degradation are also detected in polysomes. Uridylation is therefore likely important in case of cotranslational degradation of mRNAs. A region in URT1’s N terminal region predicted to be intrinsically disorganised is required for addressing URT1 to processing bodies. However, following heat shock, the nucleotidyltransferase domain present in the C terminal region of URT1 is sufficient to address URT1 to both processing bodies and stress granules, This work contributes to a better understanding of the mechanisms and roles of uridylation in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. These results also open perspectives for studying other functions of uridylation such as translation inhibition.