Дисертації з теми "Mécanismes de maintenance des télomères"

Les cellules souches de gliomes (CSG), une sous-population de cellules tumorales, seraient en partie responsables de l’échec des traitements des gliomes de par leur résistance et leur capacité régénérative. Le mécanisme alternatif (ALT) de maintenance des télomères, basé sur la recombinaison homologue et non pas sur la télomérase, est détecté dans environ 30% des gliomes humains suggérant que des stratégies thérapeutiques spécifiquement dirigées contre ALT pourraient avoir un intérêt thérapeutique. Dans ce travail, nous avons poursuivi la caractérisation du premier exemple de CSG humaines ayant un phénotype ALT, les cellules TG20. Nous avons montré que malgré leur très fort taux de recombinaison, les télomères de ces cellules continuaient à assurer leur fonction de protection des chromosomes. Nous avons vérifié que les cellules TG20 conservaient leur capacité à générer des tumeurs intracérébrales après des transplantations sériées chez les souris immunodéprimées tout en gardant un phénotype ALT. Ces résultats confirment à la fois les propriétés de cellules souches cancéreuses des cellules TG20 et la capacité de ALT à assurer la maintenance des télomères nécessaire à l’autorenouvellement et au fort taux de prolifération des CSG in vivo. La greffe intracérébrale de cellules TG20 chez des souris immunodéprimées représente donc un bon modèle d’étude préclinique des gliomes ALT. Nous avons ainsi montré qu’un traitement précoce par un ligand des G-quadruplexes télomériques, 360B, juste après la greffe de cellules TG20, était capable d’inhiber le développement tumoral suggérant l’intérêt de l’utilisation de ligands des G-quadruplexes pour cibler spécifiquement les CSG ALT. Une étude des profils d'expression transcriptomique des cellules TG20 et de plusieurs lignées de CSG humaines exprimant la télomérase, nous a conduit à nous intéresser aux rôles de deux lysine acétyl transférases homologues, PCAF (P300/CBP Associated Factor) et GCN5 (General Control Nonderepressible 5) dans la régulation de la recombinaison télomérique des cellules ALT. Nous avons montré que les inhibitions de ces deux protéines ont des effets opposés sur le mécanisme ALT. Nous proposons qu’une balance d’expression de PCAF et GCN5 régule la maintenance des télomères dans les cellules ALT via le contrôle du turnover de TRF1 ce qui pourrait constituer la base d’une nouvelle stratégie thérapeutique vis-à-vis des gliomes ayant un phénotype ALT
Glioma stem cells (GSC), a subpopulation of tumor cells, are partly responsible for the failure of treatment of gliomas because of their resistance and regenerative capacity. The mechanism of alternative lengthening of telomere (ALT), based on homologous recombination, is detected in approximately 30 % of human gliomas. Therefore, therapeutic strategies directed specifically against ALT may have a therapeutic value. In this work, we further characterized the first model of human ALT GSC, the TG20 cells. We showed that despite their very high rate of recombination, the telomeres were still capable of fulfilling their protective function of chromosomes. We verified that the TG20 cells retained their ability to generate intracerebral tumors after serial transplantations in immunocompromised mice, while preserving an ALT phenotype. These results confirm the cancer stem properties of TG20 cells and the ability of ALT to ensure telomeres maintenance, which is required for the self-renewal and the high proliferation rate of GSC in vivo. Intracerebral grafts of TG20 cells in immunocompromised mice represent thus a good preclinical model for studying ALT gliomas. We have shown that treatment with a ligand of telomeric G-quadruplexes, the 360B, at an early stage of TG20 tumor engraftment, was able to inhibit tumor growth, showing the interest of the use of G-quadruplex ligands to specifically target ALT GSC. Transcriptomic profiling of TG20 cells and several other GSC telomerase-positive lines, incited us to study the roles of two homologous lysine acetyl transferases, PCAF (p300/CBP Associated Factor) and GCN5 (General Control Nonderepressible 5), in the regulation of telomeric recombination in ALT cells. We showed that the inhibition of these two proteins has opposite effects on the ALT mechanism. We propose that a balance of expression of PCAF and GCN5 regulates the telomere maintenance in ALT cells by controlling the turnover of TRF1. This model could serve for the development of new therapeutic strategies targeting ALT gliomas

Les télomères sont des structures nucléoprotéiques particulières conférant une stabilité aux extrémités de chromosomes. La plupart des mécanismes télomériques sont conservée chez les eucaryotes supérieurs notamment chez l'homme. Parmi les fonctions exercées, les télomères développent des stratégies visant à limiter la recombinaison impropre aux télomères afin de préserver l'intégrité chromosomique. Au cours de ma thèse, j'ai étudié les mécanismes de maintenance et de protection des télomères chez l'homme, et plus particulièrement le rôle de la recombinaison homologue et recombinaison illégitime. Je me suis plus particulièrement intéressé au rôle de P53 dans le maintien des télomères, à travers sa fonction dans la recombinaison. Bien que son rôle soit établi dans la maintenance des télomères des cellules ALT, sa fonction est en revanche moins bien décrite dans les cellules présentant une activité télomérase. Dans cette perspective, nous avons établi des clones télomèrase (+) exprimant de manière stable le transgène P53R175H, décrit comme stimulant la RH. Cependant, la surexpression de P53R175H ne modifie pas le profil télomérique des ces cellules, se révélant ainsi incapable de stimuler la recombinaison télomérique. L'absence de phénotype pourrait être en fait la conséquence d'une interférence de la télomérase dans la mise en place d'un processus de recombinaison télomérique. Le deuxième volet de notre étude nous amené à préciser le rôle la recombinaison dans le maintien des télomères. Pour cela, nous avons construit des lignées isogéniques invalidées pour les deux voies majeures de la recombinaison grâce à une nouvelle famille de vecteurs ARNi basée sur des vecteurs EBV (brevet CEA N° 0501483) développé par Biard D. Ce système permet d'obtenir une réduction importante, spécifique et à long terme (plus de 300 jours en culture) de l'expression d'un gène cible. Plusieurs partenaires du NHEJ (DNA-PKcs, XRCC4, LigIV, Ku70), ou de la RH (RAD54, RAD51, RAD52) ou du complexe MRN ont été inhibés dans la lignée HeLa (adénocarcinome cervical). Dès les premiers jours d'invalidation du gène cible, des altérations de la stabilité des télomères sont constatées. Ces altérations se maintiennent au cours de la sélection (de 100 à 300 jours selon les clones). Ainsi, il semble que l'invalidation du NHEJ conduise à une instabilité télomérique associée à un raccourcissement de la taille des télomères dans le cas de XRCC4 et LigaseIVKD. Malgré une instabilité télomérique prononcée, les cellules RHKD se distinguent pourtant des clones NHEJKD par des altérations télomériques particulières. En effet, la dérégulation du RH mène à des signaux hétérogènes au sein du même bras chromosomique. En revanche, les anomalies dites de structure (perte associée à des cassures) sont plus abondantes dans les cellules déficientes pour le NHEJ. Ces résultats suggèrent que le NHEJ jouerait un rôle de protection alors que le RH serait plutôt impliqué dans l'élongation et la réplication des télomères. Cette étude s'est poursuit avec l'examen de clones MRE11KD, RAD50KD, NBS1KD permettant de clarifier dans un premier temps le rôle de du complexe dans les différentes voies de recombinaison puis sur la maintenance des télomères. A l'image des autres protéines de la recombinaison, RAD50 préserverait l'intégrité télomérique. L'invalidation des protéines NBS1 et MRE11 initie une élongation des télomères, probable manifestation de l‘activation de la recombinaison télomérique, absente des cellules RAD50KD. Ainsi, la présence de cercles télomériques extrachromosomiques dans le clone NBS1KD vient étayer cettehypothèse. Le complexe MRE11/RAD50/NBS1 constituerait alors un répresseur de la RH aux télomères.

Le complexe Shelterin, composé de 6 protéines (POT1 / TRF1 / TRF2 / TIN2 / RAP1 et ACD) joue un rôle majeur au niveau des télomères. Ainsi, il permet la protection de l’extrémité simple brin par la formation de la D-loop, la régulation de la signalisation des voies de dommages à l’ADN ; il participe à la réplication des télomères et contrôle l’accessibilité et la processivité de la télomérase, unique enzyme permettant l’allongement des télomères. Au cours de cette thèse, mon travail s’est organisé autour de 2 principaux axes, le premier, fondamental s’est intéressé aux effets extra-télomériques de la protéine ACD (anciennement appelée TPP1). Le deuxième, plus transversal s’est attardé sur les processus de maintenance des télomères dans le cas des gliomes. Concernant le premier aspect, il est maintenant connu que la protéine ACD fait le lien entre TIN2 et TERT (sous unité catalytique de la télomérase) aux télomères. Ces deux protéines peuvent aussi partiellement se localiser à la mitochondrie et y possèdent alors divers effets sur le métabolisme, la régulation du stress oxydant ou encore la mitophagie. Ainsi, et suite à des prédictions in silico de potentiel MTS pour ACD, nous avons émis l’hypothèse qu’ACD pourrait être le partenaire manquant de TIN2 et TERT à la mitochondrie. Dans ce cas il restait alors à identifier ses fonctions mitochondriales. Après avoir démontré la localisation partielle d’ACD à la mitochondrie par différentes méthodes, nous avons pu mettre en évidence son influence dans la protection contre le stress oxydatif. Ainsi la surexpression d’ACD réduit la production secondaire de radicaux oxygénés mitochondriaux et la perte d’ADN mitochondrial. Le stress oxydatif causant la réduction des foci mitochondriaux d’ACD. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de maintenance des télomères (TMM) que les cellules cancéreuses acquièrent afin d’outrepasser la sénescence réplicative. Dans ce sens, les tumeurs peuvent réactiver la télomérase (95% des cas) ou utiliser un processus alternatif (ALT) basé sur la recombinaison homologue (5% des cas). Pour les gliomes, jusqu’à 25% des tumeurs utilisent le processus ALT, associé à la perte d’ATRX, les autres gliomes utilisent la télomérase et présentent classiquement une mutation du promoteur de TERT (TERTmt). Ces deux marqueurs moléculaires ont par ailleurs une valeur diagnostique et pronostique et font parties des critères de classification histo-moléculaire de l’OMS . Or, de 4 à 28% des gliomes (selon les sous-types) ne possèdent ni altération d’ATRX ni mutation de TERT suggérant une activation de l’un des TMM par d’autres altérations voire d’autres voies. Dans ce sens, nous avons développé un test mesurant le TMM vrai en nous basant sur la recherche des c-circle (un marqueur du ALT) et proposé un algorithme breveté (TeloDiag) prenant en compte ce TMM, les mutations d’IDH et le grading histologique. Le TeloDiag permet de re-classer 38% des gliomes atypiques (au niveau moléculaire). Il a généré une nouvelle catégorie de tumeurs de haut grade IDHwt et ALT+, n’existant pas dans la classification OMS et montrant une tendance à un meilleur pronostic que les glioblastomes IDHwt (TERTmt). Enfin, nous avons apporté la preuve de concept de la faisabilité de ce test en circulant, pour les astrocytomes IDHmt
The Shelterin complex, made of 6 proteins (POT1 / TRF1 / TRF2 / TIN2 / RAP1 and ACD) plays a major role in telomeres. Thus, it allows the protection of the telomeric single-stranded end by the formation of the D-loop, the regulation of DNA damage signaling pathways; it participates in telomere replication and controls the accessibility and processivity of the telomerase, the unique enzyme allowing telomere lengthening. During this thesis, my work was organized in 2 main axes, the first, fundamental, was interested in the extra-telomeric effects of the ACD protein (also called TPP1). The second, more transversal, focused on the processes of telomere maintenance in gliomas. Concerning the first aspect, it is now known that the ACD protein makes the link between TIN2 and TERT (catalytic subunit of telomerase) in the telomeres. These two proteins can also partially localize to the mitochondria and then have various effects on mitochondrial metabolism, on the oxidative stress regulation or on the mitophagy process. Thus, and following in silico predictions of a putative MTS for ACD, we hypothesized that ACD could be the missing partner of TIN2 and TERT in the mitochondria. In this case, it then remained to identify its mitochondrial functions. After demonstrating the partial localization of ACD in the mitochondria by different methods, we were able to demonstrate its influence in the protection against oxidative stress. Thus overexpression of ACD reduces secondary production of mitochondrial oxygen radicals and loss of mitochondrial DNA. Oxidative stress causing reduction of ACD mitochondrial foci. Secondly, we looked at the telomere maintenance mechanisms (TMM) that cancer cells acquire in order to override replicative senescence. In this sense, tumors can reactivate telomerase (95% of cancer) or use an alternative process (ALT) based on homologous recombination (5% of cancer). In the case of gliomas, up to 25% of tumors use the ALT process, associated with the loss of ATRX, the other gliomas use telomerase and typically have a mutation of the TERT promoter (TERTmt). These two molecular markers also have diagnostic and prognostic value and are part of the WHO histo-molecular classification criteria. But, 4 to 28% of gliomas (depending on the subtypes) do not have an ATRX alteration or TERT mutation suggesting activation of one of the TMM by other alterations or even other pathways. In this sense, we have developed a test measuring the true TMM based on the detection of c-circles (a marker of ALT) and proposed a patented algorithm (TeloDiag) taking into account this TMM, IDH mutations and the histological grading. The TeloDiag makes it possible to re-classify 38% of atypical gliomas (at the molecular level). It generated a new category of high grade IDHwt and ALT + tumors, not found in the WHO classification and showing a tendency for a better prognosis than IDHwt glioblastomas (TERTmt). Finally, we provided the proof of concept of the feasibility of this circulating test for IDHmt astrocytomas

Certaines cellules cancéreuses peuvent utiliser un mécanisme indépendant de la télomérase, connu sous le nom ALT (Alternative Lengthening of Telomeres) pour allonger leurs télomères. Les cellules ALT sont caractérisées par des télomères hétérogènes extrêmement longs et d’autres très courts voire indétectables qui co-localisent avec les corps PML pour former des structures nucléaires appelées APB (ALT-associated PML Bodies), et une fréquence élevée d'échange entre les télomères des chromatides sœurs appelées T- SCE (Telomeric Sister Chromatid Exchange). Bien qu'il soit concevable que la recombinaison homologue soit le mécanisme clé pour le maintien des télomères par la voie ALT, les acteurs moléculaires ne sont pas très bien connus. Nous avons identifié de nouveaux régulateurs potentiellement impliqués dans le mécanisme ALT: PCAF (P300/CBP-associated factor) et GCN5 (General Control Non-derepressible 5), deux lysines acétyl transférases homologues. Elles représentent généralement des facteurs de transcription, cependant, elles peuvent aussi acétyler des protéines non histones. Elles sont mutuellement exclusives dans de multiples complexes y compris le complexe SAGA. Nous avons montré que l’inhibition de ces deux protéines induit des effets opposés sur le phénotype ALT. Bien que l’absence de GCN5 augmentait l'instabilité des télomères et la fréquence des T-SCE et, la sous-expression de PCAF diminuait les T-SCE, la formation des APB et l'instabilité des télomères. Nos résultats suggèrent que dans les cellules ALT GCN5 est présent au niveau de l’ADN télomérique il inhibe la recombinaison entre les télomères et n’affecte pas la formation des APB, contrairement à PCAF qui peut indirectement les favoriser et stimuler aussi la formation des APB. Ensuite, nous avons cherché les mécanismes par lesquels PCAF et GCN5 contribuent au maintien des télomères dans les cellules ALT. Nous avons proposé que la participation de ces deux protéines consiste à réguler le turnover de la protéine télomérique TRF1 via USP22, une déubiquitinase identifiée pour la première fois comme un constituant des APB. En outre, l'intérêt de cibler l’activité de ces lysines acétyl transférase dans les cellules ALT a été testé in vitro en utilisant des inhibiteurs seuls ou combinés à l’irradiation. Nous avons montré que les cellules ALT sont particulièrement sensibles à l'inhibition de l'activité lysine acétyl transférase par l'acide anacardique (AA). Le traitement par cette molécule récapitule l'effet de la sous-expression de PCAF sur le phénotype ALT, suggérant que l’AA défavorise le mécanisme ALT en inhibant l'activité lysine acétyl transférase de PCAF, et non pas celle du GCN5. De plus, l'AA sensibilise spécifiquement les cellules ALT humaines à l’irradiation en comparant aux cellules télomérase-positives, prouvant que l'inhibition de l'activité des lysines acétyl transférases peut être un outil pour traiter les cellules ALT en augmentant l'efficacité de la radiothérapie
Some cancer cells can use a telomerase-independent mechanism, known as alternative lengthening of telomeres (ALT), to elongate their telomeres. ALT cells present unusual characteristics: extremely long and heterogeneous telomeres that colocalize with PML bodies to form nuclear structures called ALT-associated PML Bodies (APB), and high frequency of exchange events between sisters chromatid telomere referred to as Telomeric Sister Chromatid Exchange (T-SCE). Although it is agreed that homologous recombination is the key mechanism allowing the maintenance of the telomeres of ALT cells, the molecular actors involved are not yet known. We identified new actors potentially involved in the ALT mechanism: general control non-derepressible 5 (GCN5) and P300/CBP-associated factor (PCAF). Although they represent transcription factors, they can also acetylate non-histone proteins. They are mutually exclusive subunits in SAGA-like complexes. Here, we reveal that down regulation of GCN5 and PCAF had differential effects on some phenotypic characteristics of ALT cells. While GCN5 knockdown increased T-SCE and telomere instability, PCAF knockdown decreased T-SCE, APBs formation and telomere instability. GCN5 and PCAF knockdowns had thus differential effects on ALT, up-regulating it or down-regulating it respectively. Our results suggest that in ALT cells GCN5 is present at telomeres and opposes telomere recombination and does not affect the formation of APBs, unlike PCAF which may indirectly favour them and stimulate the APB formation. Then we evaluate the mechanisms by which PCAF and GCN5 contribute to the maintenance of telomeres in ALT cells. We have proposed that the participation of these two proteins should involve regulating the turnover of the telomeric protein TRF1 via USP22, a deubiquitinase identified for the first time as a component of APBs. In addition, the interest of targeting lysine acetyl transferase activities in ALT cells to oppose the maintenance of telomeres was subsequently tested in vitro using inhibitors alone or combined to irradiation. We have shown that ALT cells are particularly sensitive to the inhibition of acetyltransferases activities using Anacardic Acid (AA). AA treatment recapitulates the effect of PCAF knockdown on several ALT features, suggesting that AA decreased the ALT mechanism through the inhibition of lysine transferase activity of PCAF, but not that of GCN5. Furthermore, AA specifically sensitizes human ALT cells to radiation as compared to telomerase-positive cells suggesting that the inhibition of lysine acetyltransferases activity may be used to increase the radiotherapy efficiency against ALT cancers

La protéine INT6/EIF3E codée par le gène mammalien correspondant au site d’intégration du rétrovirus Mouse Mammary tumor virus (MMTV) n°6 (int-6), a été impliquée dans le cancer du sein chez la souris et l’homme. Malgré qu’INT6 soit une sous-unité du facteur d’initiation de la traduction eIF3, elle n’est pas essentielle pour la traduction générale mais pour l’expression d’ARNm spécifiques tel qu’il a été montré pour la traduction d’ARNm histones. Elle a aussi été impliquée dans la réplication d’ADN en stabilisant le facteur de licence de la réplication MCM7, dans la réponse aux dommages à l’ADN (DDR) et dans la voie du “nonsense-mediated mRNA decay“ (NMD). Par rapport à cette dernière activité j’ai étudié si INT6 pouvait spécifiquement intervenir au niveau de l’homéostasie des télomères en agissant sur les transcrits TERRA. La délétion d’INT6 par une approche d’ARN interférence révèle une augmentation des niveaux des ARN télomériques TERRA qui est dépendante du chromosome et du type cellulaire. Malgré qu’INT6 soit un facteur du NMD, elle n’agit pas sur la demi-vie des TERRA. Les expériences de DNA-FISH ont montré une augmentation des dommages aux télomères (TIF) dans les cellules en absence d’INT6. Les aberrations observées correspondent à des pertes de télomères (TFE) et des signaux multi-télomériques (MTS). Par la technique de digestion de la chromatine à la nucléase micrococcale, nous avons retrouvé une plus rapide accumulation des mono-nucléosomes aux télomères en absence d’INT6, suggérant un rôle dans la conformation de la chromatine télomérique. Ces résultats mettent en évidence INT6 comme un nouveau facteur régulateur de la stabilité des télomères
The INT6/EIF3E protein encoded by the mammalian integration site 6 (int-6) gene, has been implicated in mouse and human breast carcinogenesis. Although, INT6 is a subunit of the eIF3 translation initiation factor, it is not essential for bulk translation but for specific mRNAs expression as histone mRNA translation. It has also been implicated in DNA replication by stabilizing the DNA replication licensing factor MCM7, in DNA Damage Response (DDR) and in the Nonsense mRNA Decay (NMD) pathway. Relative to the latter activity, I investigated whether INT6 can specifically meddle in telomere homeostasis by acting on TERRA transcripts. Deletion of INT6 by RNA interference approach revealed an increase in the telomeric RNA TERRA levels which is depending on the chromosome and cellular type. Although INT6 is a NMD factor, it doesn’t change TERRA steady-state. DNA-FISH experiments showed an increase in Telomere Induced Foci (TIFs) in INT6 depleted cells. These aberrations correspond to Telomere Free Ends (TFE) and Multi-Telomeric signals (MTS) which implicate INT6 in DDR. By means of Microccocal Nuclease (MNase) mapping assay, we found a rapid accumulation of telomeric mono-nucleosomes in INT6-depleted cells, suggesting a role in telomeric chromatin structure. These findings evidenced that INT6 is a novel key player in telomere stability

Les télomères sont les extrémités des chromosomes linéaires. Leur structure nucléoprotéique particulière, constituée de séquences d’ADN répétées associées à des protéines spécialisées, permet à la cellule de les différencier d’une cassure double brin. Chez les Eucaryotes, ils sont maintenus grâce à une transcriptase inverse cellulaire spécialisée, la télomérase. En absence de télomérase, les télomères raccourcissent progressivement jusqu’à induire un arrêt des divisions cellulaires, appelé sénescence réplicative. Cet arrêt dépend de la voie de signalisation des dommages à l’ADN. Au cours de mes travaux de thèse, j’ai exploré les particularités de la structure télomérique au cours du raccourcissement menant à la sénescence. J’ai ainsi pu découvrir que la voie de tolérance aux dommages à l’ADN en réplication est impliquée aux télomères. J’ai aussi montré que les télomères les plus courts accumulent une longue région d’ADN simple brin 3’, expliquant le type de signalisation menant à l’arrêt des divisions. Ces télomères très courts sont aussi soumis à l’action des facteurs de recombinaison homologue. J’ai trouvé que ces facteurs agissent par un processus qui préserve la structure des télomères courts sans pour autant les rallonger, sauvegardant ainsi le potentiel prolifératif des cellules en absence de télomérase
Telomeres are the ends of linear chromosomes. Their specific nucleoprotein structure, consisting in repeated DNA sequences associated with specialized proteins, allows cells to distinguish them from DNA double-strand breaks. In Eukaryotes, they are maintained by a specialized cellular reverse-transcriptase, the telomerase. In the absence of telomerase, telomeres progressively shorten with each round of DNA replication until they promote a cycle arrest, termed replicative senescence. This arrest involves the DNA damage signalling pathway. During my PhD, I explored the specificities of the telomeric structure during the shortening process leading to replicative senescence. I discovered that the DNA damage tolerance pathway is involved at telomeres. I also showed that short telomeres accumulate long 3’-single-stranded DNA tails, providing an explanation for the type of signalling and subsequent cell cycle arrest. These short telomeres are also subject to the action of the homologous recombination factors. I found that these factors act in a process that preserves the structure of short telomeres without elongating them, thus ensuring cell proliferation potential after the loss of telomerase

Les télomères sont constitués de répétitions de courtes séquences dont un des brins est riche en guanine (G) et l'autre riche en cytosine (C).Les télomères de Saccharomyces cerevisiae sont répliqués par la télomérase qui ajoute des répétitions nouvelles au brin G-riche. Lors de la réplication des télomères de levure, les extrémités des chromosomes acquièrent de longues extensions simple-brin 3' riche en G. Ces extensions 3' sont générées à la fin de la phase S. Le candidat idéal pour la génération de ces queues G-riche était la télomérase. Toutefois, dans une souche de levure dépourvue de la télomérase, nous avons aussi retrouvé des extensions 3' télomériques durant la phase S. Ces résultats démontrent l'existence d'une activité indépendante de la télomérase pour la génération de ces queues riche en G. Cette activité pourrait être une exonucléase 5'-3' nécessaire pour générer une structure uniforme à tous les télomères puisque suite à la réplication semi-conservative, une extrémité du chromosome va comporter une courte extension 3' et l'autre extrémité, un bout franc. Pour déterminer si cette activité de dégradation du brin C-riche était dépendante du passage de la machinerie de réplication, nous avons utilisé un plasmide linéaire comportant des télomères à chacune de ses extrémités et qui ne peut se répliquer. Dans un tel cas, les télomères n'acquièrent pas d'extensions simple-brin riche en G contrairement à un plasmide correspondant comportant une origine de réplication. Ceci nous permettait de proposer un lien entre la machinerie de réplication conventionnelle et le maintien des télomères. Pour confirmer le lien pouvant exister entre la réplication des télomères et la machinerie de réplication conventionnelle, nous avons examiné les télomères d'une souche de levure possédant une mutation dans la sous-unité catalytique de l'ADN polymérase [alpha]. En plus de posséder des télomères allongés par rapport à une souche de type sauvage, un tel mutant démontre une augmentation de la quantité de simple-brin télomérique G-riche. Cette augmentation du simple-brin terminal est probablement causée par une synthèse inefficace du brin C-riche par la machinerie du brin retardé puisque ce simple-brin télomérique est généré durant la phase S. L'augmentation de la taille des télomères étant dépendante de la télomérase, nous proposons donc un couplage de la synthèse du brin G-riche par la télomérase avec la synthèse du brin C-roche par la machinerie de réplication conventionnelle pour permettre une régulation de la taille des télomères.

Rtel1 est une hélicase qui a été identifiée comme un facteur essentiel pour maintenir les télomères longs et le génome stable chez la souris. Chez l'homme, des mutations germinales dans RTEL1 ont été trouvées chez les patients atteints du syndrome de Hoyeraal-Hreidarsson (HHS), une forme grave de la dyskératose congénitale. Cependant, le mécanisme selon lequel cette protéine agit dans les cellules humaines reste en grande partie inconnu. Pour étudier la fonction de RTEL1 sur le métabolisme des télomères nous avons réduit l'expression de RTEL1 par ARN interférent dans plusieurs lignées de cellules humaines et analysé la longueur des télomères par quantitative-FISH. Nos résultats montrent que la dérégulation de RTEL1 induit un raccourcissement des télomères uniquement dans les cellules avec de très longs télomères et surexprimant la télomérase. Nous démontrons également que l'absence de RTEL1 provoque une altération du complexe de shelterin au télomères: l'augmentation des niveaux de TRF2 et la diminution de POT1. La surexpression de la portion OB fold de POT1 peut restaurer le raccourcissement des télomères causé par le knockdown de RTEL1. Ceci indique que RTEL1 peut jouer un rôle important dans la stabilité du 3' sortant et l'accessibilité de la télomérase. Nous constatons également un impact de RTEL1 sur le métabolisme de l'ARN non codant télomérique TERRA. En effet, la diminution de RTEL1 réduit la quantité totale de TERRA présente dans le noyau et en particulier de TERRA associé aux télomères. Nous constatons que ce nombre réduit de TERRA est causé par sa dégradation, donc nous proposons que RTEL1 a un rôle dans la stabilisation de TERRA aux télomères
Rtel1, regulator of telomere elongation helicase 1, was discovered as an essential factor for telomere length maintenance and genomic stability in mice. In humans, germline mutations in RTEL1 have been found in patients with Hoyeraal-Hreidarsson syndrome (HHS), a severe form of dyskeratosis congenita. However, the precise mechanism of action of the protein in human cells remains largely unknown. To investigate the function of RTEL1 in human telomere metabolism we used a knockdown approach by specific siRNAs and quantitative-FISH to measure telomere length after depletion of RTEL1 in different cancer cell lines. Our results show that down-regulation of RTEL1 induces shortening of telomeres only in cells with very long telomeres and high telomerase activity. We also demonstrate that upon depletion of RTEL1 there is a different stochiometry of shelterin proteins at telomeres: increased levels of TRF2 and decreased levels of POT1. Importantly, the overexpression of the POT1 OB fold can rescue the shortening of telomeres caused by the knockdown of RTEL1 indicating that RTEL1 may play an important role in the stability of the overhang and in its accessibility to telomerase. We also find an affect of RTEL1 on Telomeric non-coding RNA (TERRA) metabolism. Indeed, depletion of RTEL1 in human cell lines reduces the total amount of TERRA present in the nucleus and in particular of telomere-associated TERRA. Moreover, we find that this reduced number of UUAGGG repeats is caused by TERRA degradation, therefore we propose that RTEL1 has a role in stabilizing TERRA at telomeres

La chromatine est le support de l'information génétique tout le long du cycle cellulaire. Elle est soumise à des modifications diverses et rigoureusement coordonnées par les complexes CDK-Cyclines, sous le contrôle de mécanismes de surveillance. En mitose, la kinase Aurora est un acteur clé qui contrôle la ségrégation correcte des chromosomes. Aurora participe à la bi-orientation des centromères, à la condensation des chromosomes et à la cytocinèse. Le dysfonctionnement de cette kinase conduit alors à une instabilité chromosomique et à l'aneuploïdie, un phénotype observé dans la majorité des cancers solides. Les travaux réalisés au cours de cette thèse démontrent un nouveau rôle pour cette kinase dans la dispersion et la disjonction des télomères en mitose chez la levure S. Pombe. La dispersion des télomères s'accompagne en métaphase de la dissociation aux télomères des protéines Swi6/HP1 et cohésine Rad21. Tandis que la disjonction a lieu en anaphase après la phosphorylation de la sous-unité de condensine Cnd2. L'inhibition d'Aurora induit la formation de ponts chromosomiques anaphasiques qui révèle des défauts de séparation des télomères. La délétion d'une protéine spécifique aux télomères, Ccq1, protège la cellule de la formation de ces ponts chromosomiques en favorisant le chargement de la condensine en anaphase malgré l'inhibition d'Aurora
Chromatin is the support of the genetic information throughout the cell cycle. It is subject to various modifications that occur with precise coordination. This coordination is led by CDK-cyclins under the control of cell cycle checkpoints. In mitosis, correct chromosome segregation is ensured by Aurora kinases. Aurora participates to centromere bi-orientation, chromosome condensation and cytokinesis. A dysfunction in the activity of this kinase leads to chromosomal instability and aneuploidy, phenotypes frequently observed in cancer. The results obtained during this thesis reveal a new function for fission yeast Aurora kinase during mitosis in telomere dispersion and disjunction. Telomere dispersion is triggered in metaphase by the dissociation of Swi6/HP1 and cohesion Rad21 from telomeres. Then, during anaphase, the phosphorylation of the condensin subunit Cnd2 is required for telomere disjunction. Aurora inhibition leads to anaphase chromosome bridges with unseparated telomeres. Deletion of a specific telomeric protein, Ccq1, prevents the formation of anaphase chromosome bridges by favoring condensin loading despite Aurora inhibition

Le vieillissement cellulaire se caractérise par un épuisement de la capacité proliférative des cellules et entraîne une entrée irréversible en sénescence. Dans une première partie, nous montrons que ce processus altère le programme myogénique des cellules satellites. La seconde partie consistait à déterminer les voies impliquées dans l’induction du mécanisme de sénescence. Nous montrons que la sénescence des cellules satellites est induite par les voies p53 et p16. L’inactivation de ces 2 voies bloque le processus de sénescence et permet leur immortalisation. Enfin dans certaines pathologies musculaires un arrêt prolifératif précoce des cellules satellites a été observé. C’est le cas de la dystrophie myotonique de Steinert (DM1), pathologie dans laquelle une expansion anormale d’un triplet CTG a été observée dans le gène de la DMPK. Nous montrons que cet arrêt n’est pas dû à un épuisement de la capacité proliférative des myoblastes mais est induit pas un mécanisme de sénescence prématurée. Les expansions CTG induisent l’activation précoce de la voie p16 et entraînent une dérégulation de l’homéostasie des télomères.

L'exposition aux rayonnements ionisants est une composante inévitable de la vie moderne. Il est bien établi qu'il existe une grande variabilité inter-individuelle de la radiosensibilité chez les individus sains et chez des patients atteints de cancer. Cependant, les mécanismes impliqués dans l'hétérogénéité des réponses biologiques radio-induites ne sont pas encore bien compris, et une approche biologique permettant d’établir de façon fiable le niveau de radiosensibilité reste à développer. Dans cette thèse, nous avons étudié l'ampleur et l'impact de la radiosensibilité individuelle chez les individus sains dans les contextes de dosimétrie d'urgence et de radiothérapie. Nous avons également examiné les différents rôles des télomères dans la prédiction de la radiosensibilité individuelle et des risques pour la santé humaine à long terme (spécifiquement, en ce qui concerne les maladies cardiovasculaires et/ou les cancers) après irradiation. Tout d'abord, dans le contexte de la dosimétrie dans le cas d'une situation d'urgence (lorsqu’il est nécessaire d’estimer rapidement la dose d’irradiation reçu par un individu), nous avons démontré que l'impact de la radiosensibilité individuelle peut être négligeable en utilisant des mesures globales de fluorescence de γH2AX via cytométrie en flux dans des fibroblastes humains et des lymphocytes à 4 heures après exposition ; cette méthode peut être un outil de biodosimétrie efficace et rapide qui peut aider au tri des personnes irradiées dans une situation d'urgence basées sur les niveaux individuels d'exposition. Dans un second temps, nous avons étudié l'ampleur et l'influence de la radiosensibilité individuelle sur l'induction d'aberrations chromosomiques après une irradiation de 2 Gy de rayons γ, correspondant à une fraction de radiothérapie conventionnelle, dans les lymphocytes d'individus sains. Pour ces analyses, nous définissons la radiosensibilité individuelle par rapport à la fréquence des cassures double-brin (CDB) radio-induite, qui ont été calculées à partir de la quantification des aberrations chromosomiques visualisées par hybridation in situ des télomères et centromères (TC-FISH). Ce marquage améliore et simplifie la technique « gold standard » de dosimétrie biologique (la quantification des chromosomes dicentriques). Nous avons également estimé la radiosensibilité individuelle à l’irradiation carbone, ions lourds utilisés en radiothérapie, et l'efficacité biologique relative (EBR) des ions carbone par rapport à une irradiation γ. Nous avons fourni des courbes dose-réponse pour ces deux types d’irradiations en fonction de la fréquence des CDB radio-induite par exposition à une gamme de doses. De plus, nous avons estimé l'EBR d'un troisième type de rayonnement également utilisé en radiothérapie d'ions lourds (protons) par rapport à une irradiation γ, et nous avons comparé la radiosensibilité individuelle de ces trois types d'irradiation avec énergies différentes. Ensuite, nous avons évalué les rôles des télomères et de leur maintien pour la prédiction de la radiosensibilité individuelle. Nous avons constaté que la longueur moyenne des télomères, en combinaison avec leurs modifications radio-induites, peuvent être un bon prédicteur de la radiosensibilité individuelle. Enfin, nous avons montré comment les télomères pourraient être liés à des risques sanitaires à long terme après une irradiation: nous avons démontré que le raccourcissement des télomères pouvait être un nouveau facteur de prédiction de maladies cardiovasculaires après radiothérapie, et nous avons discuté par la suite, les télomères comme des acteurs clés dans le processus de cancérogenèse radio-induite. En conclusion, nous proposons un modèle présentant la façon dont les télomères pourraient jouer un rôle crucial dans ces deux pathologies radio-induite, et nous délibérons des relations entre le maintien des télomères, les effets biologiques radio-induites, et la radiosensibilité individuelle
Exposure to ionizing radiation (IR), from both natural and man-made sources, is an inevitable part of modern life. It is well established that there are considerable inter-individual variations in sensitivity to IR among healthy individuals and cancer patients. However, the mechanisms involved in the heterogeneity of biological responses to IR are not well understood, and a reliable biodosimetric and clinical approach to measure and rank radiosensitivity remains to be established. In this thesis, we study the extent and impact of individual radiosensitivity in healthy individuals in the contexts of emergency dosimetry and radiotherapy, and we explore the roles of telomeres in the prediction of individual radiosensitivity and long-term human health risks following IR exposure (specifically, cardiovascular diseases and/or cancer). First, in the context of dosimetry in the event of an emergency situation (when rapid dose estimates of each individual in an irradiated population are needed), we demonstrate that the impact of individual radiosensitivity can be negligible using global cellular measurements of γH2AX fluorescence via flow cytometry in human fibroblasts and lymphocytes at 4 hours post-irradiation; this method could be an effective and rapid biodosimetry tool that can aid in the medical triage of irradiated individuals in an emergency setting based on individual levels of exposure. Second, we study the extent and influence of individual radiosensitivity on the induction of chromosomal aberrations following a routinely administered dose of 2 Gy during conventional fractionated photon radiotherapy (γ-rays) in lymphocytes of healthy individuals. For these analyses, we define individual radiosensitivity based on the frequency of IR-induced DNA double strand breaks (DSBs), which were calculated from the scoring of chromosomal aberrations visualized with telomere/centromere-fluorescence in situ hybridization (TC-FISH). This TC-FISH staining of metaphasic chromosomes enhances the “gold standard technique” of biodosimetry (the dicentric chromosome assay) with the visualization of telomeres and centromeres and thereby provides improved simplicity and sensitivity to the classical cytogenetic assay. We also compare individual radiosensitivity following γ-irradiation to that following carbon irradiation, an up-and-coming ion species currently being used in heavy ion radiotherapy. We provide dose response curves for both γ- and carbon irradiations based on the calculated frequency of IR-induced DNA DSBs at a range of doses, and estimate the relative biological effectiveness (RBE) of carbon irradiation relative to γ-irradiation. We then estimate the RBE of a third type of IR also frequently used in heavy ion radiotherapy (proton beams) in comparison to γ-irradiation, and compare individual radiosensitivity to each of these three types of IR with different IR energies. Third, we evaluate the roles of telomeres and telomere maintenance in the prediction of individual radiosensitivity; we find that inherent mean telomere length in combination with the IR-induced change in mean telomere length may be a strong predictor of individual radiosensitivity. Finally, we show how telomeres could be linked to long-term health risks following IR exposure: we demonstrate that telomere shortening could be a new prognostic factor for cardiovascular disease following radiotherapy, and discuss how telomeres could be key players in the process of radiation-induced carcinogenesis. In conclusion, we deliberate the relationships between telomere maintenance, radiation effects, and individual radiosensitivity, and propose a model of how telomeres could play crucial roles in the development of cardiovascular diseases and the process of IR-induced carcinogenesis

Une question fondamentale de la biologie évolutive porte sur la compréhension des mécanismes sous-tendant les processus évolutifs et l'évolution des compromis entre les traits d'histoire de vie. Parmi ces mécanismes, les télomères suscitent un intérêt particulier. Les télomères sont localisés à l'extrémité des chromosomes eucaryotes et participent à la sénescence cellulaire et au vieillissement des individus. La longueur des télomères est susceptible de donner des indications sur le mode de vie et l'état physiologique des organismes. Le but de cette thèse a été de comprendre quels sont les facteurs déterminant la longueur des télomères et leur implication dans les compromis évolutifs, ceci en établissant : si la taille des télomères est-elle héritable? Le taux de perte des télomères est-il affecté par des facteurs environnementaux? Quel lien entre les télomères, la maintenance individuelle et la qualité des individus? Il résulte de ce travail que la longueur des télomères est partiellement déterminée par les facteurs génétiques, elle semble aussi influencée par les facteurs environnementaux. En effet, le coût de la reproduction, ainsi que la modification des trajectoires de croissance, ont des effets néfastes sur la longueur des télomères. L'effet de la manipulation expérimentale de l'activité télomérase indique un lien entre les télomères et la maintenance individuelle, suggérant que les télomères sont susceptibles de donner des indications sur la qualité des individus. Ce travail de thèse montre que la dynamique des télomères est un mécanisme sous-jacent des compromis évolutifs, et présente un intérêt considérable pour la compréhension des processus évolutifs.

L'évolution du génome consiste en la modification progressive de ce dernier au fil du temps et résulte de la variation des gènes dans leur ensemble, des mutations, des recombinaisons et échanges génétiques entre populations. L'essor des technologies de séquençage de nouvelle génération ainsi que la réduction de leur coût ont permis d’augmenter le nombre de génomes disponibles, permettant d’élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans leur évolution. Dans ce travail, j'ai utilisé la levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae pour étudier deux aspects fondamentaux de l'évolution du génome: l'origine des introgressions inter-espèces et la diversité des télomères.Une introgression est une insertion de matériel génétique provenant d’une population dans une autre. Ce phénomène naît d'événements d'hybridation suivis de rétrocroisements répétés avec l'une des populations parentales. Dans la première partie de ma thèse, j'ai étudié une lignée de S. cerevisiae isolée à partir des eaux usées de la production d'huile d'olive (Alpechin), qui comprend d'abondantes introgressions de l'espèce sœur S. paradoxus, ainsi qu’une souche hybride S. cerevisiae/S. paradoxus caractérisée par des nombreuses régions de perte d'hétérozygotie (LOH). J'ai établi une carte génétique détaillée des LOHs dans la souche hybride et comparé leur position aux introgressions dans les souches d'Alpechin pour déterminer leurs relations. J'ai constaté que LOHs et introgressions se chevauchaient et provenaient de l’ascendance de S. paradoxus, indiquant que les introgressions dans la lignée d’Alpechin découlent directement des LOHs. J'ai proposé un modèle pour expliquer l'origine des introgressions chez la levure selon lequel les LOHs permettent aux hybrides inter-espèces de surmonter leur stérilité et j’ai validé la fiabilité de ce postulat à l'aide d’approches expérimentales et informatiques.Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai caractérisé la diversité des télomères chez S. cerevisiae et l’effet d’un stress télomérique sur le fitness cellulaire. Premièrement, j'ai estimé la longueur des télomères dans plus de 900 souches isolées à travers le monde et constaté une vaste hétérogénéité, bien que les souches issues d’habitats naturels présentent des télomères plus courts que celles issues de l’agroalimentaire. J'ai ensuite réalisé une étude d'association pangénomique qui a permis d’identifier des variants génétiques susceptibles de moduler la longueur des télomères. De plus, j'ai identifié des mutations délétères dans des gènes connus pour influencer la longueur des télomères. J'ai aussi utilisé un ensemble de données phénotypiques pour déterminer si certains facteurs non génétiques sont associés à la variation de longueur des télomères, et j’ai ainsi pu constater une connexion entre le métabolisme mitochondrial et les télomères dans les souches naturelles.Deuxièmement, j'ai étudié l’effet d’un stress télomérique chronique chez des levures modifiées avec des répétitions télomériques humaines. J'ai fait évoluer ces levures «humanisées» sur plusieurs générations par le biais de lignées cellulaires non-sélectives et j’ai observé un ralentissement de la vitesse de division et de la longévité, parallèlement à une augmentation du taux de mutations. Enfin, j'ai procédé à une expérience d’évolution adaptative pour permettre l’émergence de mutations bénéfiques qui contrecarrent le déclin de fitness des levures «humanisées». Après évolution, la plupart des lignées ont retrouvé leurs caractéristiques originelles grâce à l'apparition de mutations spécifiques en lien avec la réponse aux dommages de l'ADN.Dans l'ensemble, mes travaux ont permis d’établir une nouvelle hypothèse expliquant l’origine des introgressions chez les espèces reproductivement isolées et de même ont permis de caractériser la diversité et l’instabilité des télomères à une échelle sans précédent, contribuant à l’élucidation des mécanismes moléculaires impliqués dans l’évolution des génomes
Genomes are progressively modified during their evolution leading to gene content variation, recombination, mutation and genetic exchange among species/subpopulations. The advent of next-generation sequencing technologies and their cost reduction increased the number of genomes available for evolutionary studies, opening the way to understand the molecular mechanisms involved in genome evolution. In this work, I used the budding yeast Saccharomyces cerevisiae as model organism to investigate two important aspects of genome evolution: the origin of interspecies introgressions and telomere evolution.An introgression is the flow of genetic material between populations and it results from ancient hybridization events followed by repeated backcrossings with one of the parental populations. In the first part of my PhD, I studied a lineage of S. cerevisiae strains isolated from the wastewater of olive oil production (Alpechin), carrying abundant introgressions from the sister species S. paradoxus, and a natural S. cerevisiae/S. paradoxus hybrid, with 50% genome contribution from each parent, carrying abundant regions of loss-of-heterozygosity (LOH). I derived an accurate genetic map of LOHs in the hybrid and compared their position to the introgressions in the Alpechin strains, to infer their evolutionary relations. I found that LOH and introgressions overlapped and shared the same S. paradoxus ancestry, indicating that LOHs are the direct origins of introgressions in the Alpechin lineage. I proposed a model for the origin of yeast introgressions in which LOH regions allow interspecies hybrids to overcome sterility, which constitutes the main barrier to introgressions' onset in reproductively isolated species, such as yeasts, and validated the reliability of my model using experimental and computational techniques.In the second part of my PhD, I studied the extent of telomere diversity in S. cerevisiae and the outcome of chronic telomeric stress on cellular fitness. In a first project, I estimated telomere length in over 900 strains isolated around the world and observed remarkable variation. Strains isolated in wild habitats had shorter telomeres than domesticated ones. I performed a genome-wide association study that revealed novel genetic variants possibly regulating telomere length. I also pinpointed private loss-of-function mutations in known telomere length maintenance genes that could explain the very long/short telomeres of certain lineages. Moreover, I used multiple phenotypic datasets available for this collection to look for non-genetic factors associated to telomere length variation, and discovered an association between mitochondrial metabolism and telomeres in wild strains.In a second project, I performed experimental evolution of engineered yeasts synthetizing human telomeric DNA repeats at their chromosome-ends. I evolved telomere-humanized strains through mutation accumulation lines (MALs) to minimize selection, and I characterized the detrimental effects caused by telomeres' reshaping. During MALs, humanized yeasts gradually slowed their growth, shortened chronological lifespan and had higher mutation rate and genome instability. Next, I submitted MALs to adaptive evolution by multiple serial transfers (STs) of large population sizes, to map mutations that counteract their fitness decline. After multiple STs, most humanized lines recovered fitness thanks to the independent occurrence of mutations in the DNA-damage response pathway. Overall, my work contributed to elucidate the molecular mechanisms driving genome evolution, by providing a plausible model for introgression evolution in reproductively isolated species and by giving an unprecedented overview of the impact of the variation of telomere DNA length and sequence on global organismal fitness

Les télomères sont des structures nucléoprotéiques protégeant l’extrémité des chromosomes de la dégradation et assurant la réplication de l’ADN terminal. En effet, de nombreuses protéines de réplication sont impliquées dans le maintien de ces structures, comme le complexe RPA (Replication Protein A). Ce complexe très conservé chez les eucaryotes se fixe à l’ADN simple brin et est impliqué dans la réplication, les mécanismes de recombinaison et la réparation de l’ADN. Chez S.pombe, la mutation ponctuelle de la sous-unité RPA1 (Rpa1-D223Y) provoque le raccourcissement des télomères. Dans cette étude, nous montrons que cette mutation provoque l’accumulation de structures aberrantes de haut poids moléculaire aux télomères corrélant avec une présence persistante de Polα aux télomères suggérant une accumulation de structures sur le brin riche en G. Nous avons pu mettre en évidence que la surexpression d’hélicases de la famille Pif1 incluant S.cerevisiae Pif1 et PIF1 humain ainsi que Pfh1 (S.pombe) sont capable de restaurer une longueur de télomères sauvage dans mutant rpa1-D223Y. Ces résultats suggèrent que RPA pourrait empêcher l’accumulation de G4 au niveau du brin retardé télomérique afin de faciliter l’élongation des télomères par la télomérase. De plus, des expériences in vitro ont montré que la mutation correspondante de RPA1 humain réduisait spécifiquement l’affinité de RPA pour le simple brin télomérique humain dans les conditions ou il forme des G4.Enfin l’étude de la stabilité de séquences répétées formant des G4 (minisatellite CEB25), chez S.pombe, a permis de renforcer l’hypothèse selon laquelle RPA pourrait empêcher la formation ou aiderait à la résolution de G4
Telomeres are nucleoprotein structures that protect chromosome ends from degradation and ensure replication of the terminal DNA. In fact, many of replication proteins are involved in telomere maintenance, like RPA (Replication Protein A). RPA is a highly conserved heterotrimeric single-stranded DNA-binding protein involved in DNA replication, recombination and repair. In S. pombe a mutation in the largest RPA subunit (Rpa1-D223Y) leads to substantial telomere shortening. In this study, we found that the D223Y mutation leads to the accumulation of aberrant secondary structures at telomeres. The presence of these secondary DNA structures correlates with a high association of Polα with telomeres suggesting that this mutation impairs lagging strand (G-rich) telomere replication. Strikingly, heterologous expression of the budding yeast Pif1 known to efficiently unwind G-quadruplex, human PIF1 and Phf1 (homolog of Pif1 in S.pombe) rescue the telomeric length defects of the D223Y cells. Furthermore, in vitro data show that the identical D to Y mutation in human RPA specifically affects its ability to bind G-quadruplex. We propose that RPA prevents the formation of G-quadruplex structures at lagging strand telomeres to facilitate telomerase action at telomeres. Furthermore, the study, in S.pombe, of the stability of G-rich repeat sequences (minisatellite CEB25) as known to form G4 enforce the hypothesis that RPA can prevents the formation of G4 or helps to solve this structure

Les mitochondries sont des organites qui possèdent leur propre ADN (ADNmt), codant pour des gènes de la chaine respiratoire. La réparation des dommages dus aux ROS, une réplication défectueuse ou d’autres sources exogènes tels des agents chimiothérapeutiques ou des irradiations ionisantes peuvent générer des cassures double-brin (CDB) de l’ADNmt. L’ADNmt code pour des protéines essentielles à la production d’énergie, et des systèmes de maintenance de l’intégrité de ce génome efficaces sont donc nécessaires pour la viabilité des cellules. En effet des mutations de l’ADNmt sont présentes dans de nombreuses pathologies comme les myopathies mitochondriales, les cancers et les maladies neurodégénératives. Cependant les processus responsables de la maintenance de l’ADNmt suite à des CDB restent controversés.Pour élucider les mécanismes impliqués, nous avons généré des CDB mitochondriales en utilisant une lignée cellulaire humaine exprimant de manière inductible l’enzyme de restriction PstI liée à une séquence d’adressage mitochondrial. Nos résultats montrent, dans notre système, une première phase de dégradation de l’ADNmt lésé avec une cinétique rapide, n’impliquant pas l’autophagie ou l’apoptose, suivie de la ré-amplification d’ADNmt intact dans un deuxième temps. Contrairement à d’autres études nous n’avons pas pu détecter d’évènements de réparation des CDB mitochondriales générées. Nous avons ensuite cherché à identifier les protéines impliquées dans la dégradation de l’ADNmt lésé que nous observons, mais aucune nucléase testée ne semble responsable de ce processus. Des approches plus globales sont mises au point pour identifier de nouveaux acteurs, notamment un crible RNAi à grande échelle. Parallèlement nous nous intéressons aussi à une famille de phosphohydrolases, les Nudix, et à leur rôle protecteur en assainissant le réservoir de nucléotides libres
Mitochondria are organelles that possess their own genome, the mitochondrial DNA (mtDNA). Repair of oxidative damages, defective replication, or various exogenous sources, such as chemotherapeutic agents or ionizing radiations, can generate double-strand breaks (DSBs) in mtDNA. MtDNA encodes for essential proteins involved in ATP production and maintenance of integrity of this genome is thus of crucial importance. Mutations in mtDNA are indeed found in numerous pathologies such as mitochondrial myopathies, neurodegenerative disorders or cancers. However, the mechanisms involved in mtDNA maintenance after DSBs remain unknown.To elucidate this question, we have generated mtDNA DSBs using a human inducible cell system expressing the restriction enzyme PstI targeted to mitochondria. Using this system, we could not find any support for DSBs repair of mtDNA. Instead we observed a loss of the damaged mtDNA molecules and a severe decrease in mtDNA content, followed by reamplification of intact mtDNA molecules. We have demonstrated that none of the known mitochondrial nucleases are involved in mtDNA degradation and that DNA loss is not due to autophagy, mitophagy or apoptosis but to a selective mechanism. Our study suggests that a still uncharacterized pathway for the targeted degradation of damaged mtDNA in a mitophagy/autophagy-independent manner is present in mitochondria, and might provide the main mechanism used by the cells to deal with DSBs. Global approaches are ongoing to identify proteins involved in degradation of damaged mtDNA following DSBs, mainly an RNAi screen targeting 80 nucleases. In parallel we are interested in a family of phosphohydrolases named Nudix and their putative protective role in sanitizing the nucleotides pool in mitochondria

Des mutations dans ATRX, une protéine de remodelage de la chromatine, ont été associées, dans plusieurs études cliniques, avec la voie télomérase-indépendante de maintenance des télomères (voie ALT) dans plusieurs types de cancer. Grâce à des expériences d’immunoprécipitation de chromatine (ChIP), nous avons montré qu’ATRX était localisée au niveau subtélomérique de cellules tumorales humaines en culture. Nous avons également montré, par ChIP, que l’inactivation génétique d’ATRX provoquait une diminution des quantités de cohésine/SMC1 présentes dans les régions subtélomériques. L’inactivation d’ATRX a conduit en outre à une diminution des quantités de TERRA, transcrits non codants de l’ADN télomérique. Nos données suggèrent qu’ATRX pourrait établir des interactions fonctionnelles avec la cohésine au niveau de la chromatine subtelomérique afin de contrôler les niveaux de TERRA et que l’un ou l’autre de ces évènements pourrait avoir un rapport avec la voie ALT
Mutations in ATRX, a chromatin remodeling protein, have been found, in several clinical studies, associated with the telomerase-independent ALT pathway of telomere maintenance in several types of cancer. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP), we have shown that ATRX localized to subtelomeric regions of human tumor cells in culture. Cohesin has recently been shown to be part of telomeric chromatin. Here, using ChIP, we showed that genetic inactivation of ATRX provoked a diminution in the amount of cohesin in subtelomeric regions of telomerase-positive glioma cells. Moreover, inactivation of ATRX also led to a diminution in the amount of TERRAs, non-coding RNAs resulting from transcription of telomeric DNA. Our data suggest that ATRX might establish functional interactions with cohesin on subtelomeric chromatin in order to control TERRA levels and that one or the other or both of these events might be important for ALT mechanisms

La mastocytose se définit par une accumulation excessive de mastocytes dans un ou plusieurs organes ou tissus. Si dans la plupart des cas la maladie ne diminue pas l’espérance de vie, elle reste néanmoins associée à un handicap souvent mal connu et mal compris. Malgré l’importance des manifestations neuropsychiatriques accompagnant la mastocytose, les efforts concentrés sur leur compréhenson et celle de leurs liens avec la maladie ont été longtemps mis au second plan. L’objectif de cette thèse était de mieux connaître ces troubles neuropsychologiques, notamment la dépression et les troubles de l’attention/ mémoire, d’investiguer les liens entre ces troubles et des aspects biologiques et émotionnels comme l’effet d’un inhibiteur de tyrosine kinase bloquant les mastocytes sur la dépression ; les liens entre le stress perçu, la dépression et la longueur des télomères ; et les liens entre dépression et compétences de régulation émotionnelle. Nos résultats montrent que la dépression est un symptôme fréquent dans la mastocytose, ainsi que les troubles de la mémoire. Ces derniers ne semblent pas liés à la dépression. Par ailleurs, la dépression est améliorée par un traitement visant les mastocytes ; le stress perçu chez ces patients est lié à la longueur des télomères et le métaolisme du tryptophane, en particulier l’activité de l’IDO est associée aux troubles neuropsychologiques chez ces patiens. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives dans la compréhension des symptômes psychologiques associés à la mastocytose
Mastocytosis is defined as an excessive accumulation of mast cells in one or more organs or tissues. While in most cases the disease does not reduce life expectancy, it is associated with a disability often poorly known and poorly understood relate to the symptoms due to the release of mast cell mediators. Despite the importance of these neuropsychiatric manifestations, efforts focused on their understanding and their relationship to the disease has been put into the background. The aim of this thesis was to better know these neuropsychological disorders present in mastocytosis, including depression and attention deficit disorder and to investigate the relationship between these disorders and biological and emotional aspects as effect of an inhibitor of tyrosine kinase locking mast cells, the relationship between perceived stress, depression, and telomere length, and the links between depression and emotional regulation skills. Our results show that depression and memory disorders are common symptoms in mastocytosis. Attention impairment do not seem related to depression. Furthermore, depression is improved by masitinib treatment. Perceived stress in these patients is related to telomere length and tryptophan metabolism; in particular the activity of IDO is associated with neuropsychological disorders. These results open new perspectives in understanding the psychological symptoms associated with mastocytosis

Au cours de ma thèse, mes projets de recherche ont visé à mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules progénitrices dans la rétine du xénope à travers trois projets principaux. Le réseau de régulation qui contrôle la spécification des cellules progénitrices vers les sous-types neuronaux est à ce jour très peu connu. C'est dans ce contexte que j'ai étudié le rôle du facteur de transcription à domaine bHLH, Ascl1, dans la détermination des sous-types rétiniens au cours du développement. Par des approches in vivo de gain et perte de fonction d'Ascl1, des expériences d'épistasie et la recherche de ses cibles transcriptionnelles, j'ai pu mettre en évidence qu'Ascl1 (i) est impliqué dans la genèse des neurones GABAergiques rétiniens, (ii) qu'il est épistatique sur des facteurs glutamatergiques tels que Neurog2, NeuroD1 ou Atoh7, (iii) que son activité GABAergique est conférée par son domaine basique de liaison à l'ADN et (iv) que cette activité implique la régulation directe du facteur de transcription Ptf1a. Ces données ajoutent donc une nouvelle pièce au réseau transcriptionnel gouvernant la spécification des sous-types GABAergiques au cours du développement de la rétine. La mise en place correcte des types et sous-types cellulaires de la rétine nécessite une coordination avec le moment de sortie du cycle cellulaire des progéniteurs rétiniens. Dans ce contexte, j'ai contribué à l'avancée d'un projet visant à étudier le réseau de signalisation contrôlant la prolifération des précurseurs de la rétine. Par des approches in vivo, génétiques et pharmacologiques, cette étude a montré que les voies Wnt et Hedgehog s'antagonisent pour réguler l'activité proliférative des cellules souches et progénitrices rétiniennes. Nos données préliminaires suggèrent que ces voies agissent de façon opposée à la fois sur la sortie et sur la cinétique du cycle cellulaire. Ce travail nous a conduit à proposer un modèle selon lequel ces voies Wnt et Hedgehog réguleraient la balance entre prolifération et différenciation dans la rétine post-embryonnaire. Enfin, dans le but d'élargir nos connaissances sur les réseaux de signalisation et les réseaux transcriptionnels impliqués dans le contrôle de la prolifération et de la détermination cellulaire dans la rétine, j'ai également contribué à la recherche de nouveaux marqueurs spécifiques des différentes populations cellulaires rétiniennes au travers d'un crible à grande échelle par hybridation in situ. De nombreux gènes spécifiquement exprimés dans les cellules souches ou les cellules progénitrices constituent des gènes candidats pour de futures approches fonctionnelles.

L'activation du système immunitaire de l'hôte conduisant au rejet d'un organe greffé est un obstacle majeur en transplantation. Les drogues immunosuppressives actuellement utilisées en clinique inhibent efficacement le rejet aigu mais pas le rejet chronique. De plus, ces drogues réduisent l'activation du système immunitaire dans sa globalité, augmentant ainsi la sensibilité des patients aux infections opportunistes et à la survenue ou la réactivation de tumeurs. Le développement de nouvelles thérapies inhibant de façon spécifique les rejets aigu et chronique avec de moindres effets secondaires est par conséquent essentiel. Notre laboratoire a développé une thérapie expérimentale innovante induisant la protection efficace et durable d'allogreffes chez la souris. Des lymphocytes T régulateurs (Treg) spécifiques pour les antigènes du donneur sont co-injectés avec une greffe de moelle osseuse dans un animal pré-conditionné assurant par la suite la pérennité d'une allogreffe de peau ou de cœur. Nous avons constaté une disparition progressive, dans le sang et les organes lymphoïdes, des Treg injectés apportant l'interrogation de la nécessité de leur persistance pour maintenir une tolérance efficace à long terme. Afin de répondre à cette question, nous avons utilisé un modèle de souris permettant la déplétion spécifique des Treg injectés. Les souris transgéniques " DEREG " expriment le récepteur à la toxine diphtérique sous le contrôle du promoteur de Foxp3 conférant aux Treg seuls une sensibilité à cette toxine. En utilisant des Treg purifiés de souris DEREG pour protéger les allogreffes de moelle osseuse, nous montrons tout d'abord que les Treg sont indispensables à l'induction de la tolérance mais pas à sa persistance. L'analyse du répertoire des lymphocytes T CD4 de l'hôte a révélé la présence d'une délétion centrale et périphérique des cellules T de l'hôte spécifiques pour des antigènes du donneur. De façon importante, nous montrons que la persistance des Treg injectés n'est pas nécessaire non plus à la maintenance des allogreffes de peau. Ceci suggère l'implication d'autres mécanismes actifs de maintien de la tolérance. Afin de tester cette dernière hypothèse, nous avons éliminé, par injection de la toxine diphtérique, les Treg injectés ainsi que les Treg de l'hôte DEREG. Alors que dans les souris ainsi traitées la greffe de moelle osseuse persiste, la greffe de peau est rapidement rejetée. Il s'avère donc que les Treg injectés aient transféré leur potentiel tolérogène aux Treg de l'hôte, maintenant ainsi la tolérance aux allogreffes de peau. En conclusion, les Treg administrés sont nécessaires à l'induction d'une protection de l'allogreffe de moelle osseuse. Des mécanismes centraux et périphériques permettent d'éliminer les cellules T de l'hôte spécifiques du donneur assurant à eux seuls la préservation de la greffe de moelle osseuse. En parallèle, les Tregs injectés transmettent leur potentiel tolérogène aux Treg de l'hôte, nécessaire au maintien de la tolérance envers une greffe de peau. L'ensemble de ces mécanismes permet une protection à long terme des allogreffes, même en l'absence de survie des Treg injectés
Transplantation is frequently the only therapeutic option to replace defective organs or tissues. In the most frequent case of allogeneic transplantation, the major obstacle is activation of the host's immune system leading to allograft rejection. Immunosuppressive drugs efficiently avoid acute rejection and thereby markedly prolong graft survival, but they do not prevent chronic rejection. Moreover, these drugs globally down-modulate the host's immune system, increasing the patient's susceptibility to opportunistic infections and to cancers. Development of therapies specifically inhibiting acute and chronic rejection with limited side effects is therefore essential. We developed an innovating murine model in which bone marrow, skin and heart allograft rejection is durably prevented. Regulatory T cells (Tregs) specific for donor-antigens were injected in pre-conditioned animals that also received a bone marrow allograft. Thus generated hematopoietic chimeras were then transplanted with skin or heart allografts. Tregs of direct and indirect alloantigen-specificity entirely prevented acute and chronic rejection. In these mice, we observed progressive loss of injected Treg in blood and lymphoid organs eliciting the question if Treg survival is important for long-term transplantation persistence. To provide an answer, we used a murine model allowing the specific elimination of injected Tregs. By in vivo depleting injected Treg, we demonstrated that these cells are essential for induction of tolerance to allogeneic bone marrow, but not for its maintenance. We showed that at later time-points host T cells specific for donor-antigens were deleted in the thymus and in the periphery. Central tolerance mechanisms therefore appear to assure maintenance of the bone-marrow allograft. The same results were observed with skin allografts irrespectively of whether the cells were depleted before or after placing the skin allograft. This observation suggests the implication of active tolerance mechanisms. The depletion of injected and endogenous Treg before skin graft indeed revealed that host Treg are essential for survival of skin but not of bone marrow allografts. In conclusion, injected Tregs are essential during the induction-phase of tolerance to bone marrow allografts. Central and peripheral mechanisms then ensure deletion of donor specific T cells. In the same time, injected Treg induce the emergence of host Treg which become fully capable of protecting skin allografts. These mechanisms allow for long-term protection of allografts even after injected Tregs have waned away

Le diagnostic et le pronostic de pannes des systèmes d'entraînement électriques est un enjeu majeur pour assurer la fiabilité et la sûreté de fonctionnement des outils de production notamment dans les secteurs sensibles (militaire, l'aéronautique, l'aérospatiale et nucléaire, etc.). Le travail de recherche présenté dans cette thèse vise à introduire de nouvelles méthodes de diagnostic et de pronostic des défauts d'une machine asynchrone ainsi que des roulements à rouleaux. Ces méthodes, orientées données, utilisent les données de mesure recueillies à partir de capteurs placés sur un système (machine asynchrone, roulement à rouleaux) afin de construire un vecteur de paramètres indicateur de défaut. Les méthodes de classification développées (supervisée, non supervisée) permettent de classer les observations, décrites par le vecteur de paramètres, par rapport aux différents modes de fonctionnement, connus ou inconnus du système, avec ou sans défauts. Des défauts ont été créés au rotor et aux roulements de la machine asynchrone, alimentée par le biais d'un onduleur de tension. La classification non supervisée, basée sur l'algorithme des fourmis artificielles, permet d'analyser les observations inconnues et inexplorées afin de mettre en évidence les classes regroupant les observations similaires. Cela permet d'améliorer la classification et de détecter l'apparition de nouveaux modes de fonctionnement. La classification supervisée, basée sur les modèles de Markov cachés, permet d'associer un degré d'appartenance (sous forme d'une probabilité) lors de l'affectation d'une observation à une ou plusieurs classes. Cela permet de définir un indice de fiabilité à l'affectation réalisée mais aussi de détecter l'apparition de nouveaux modes de fonctionnement. Ces méthodes ne se limitent pas qu'à diagnostiquer les défauts, elles peuvent aussi contribuer au pronostic des défauts. En effet, le pronostic peut être défini comme une extension du problème de diagnostic. La prédiction d'un défaut est réalisée par trois méthodes basées sur les modèles de Markov cachés pour la détection de l'imminence d'un défaut ainsi que par deux méthodes basées sur le système neuro-flou (ANFIS pour Adaptive Neuro Fuzzy Inference System et le neurone neuro-flou) pour estimer le temps restant avant son apparition. Des données de vieillissement d'un ensemble de roulements à rouleaux ont été utilisées afin de tester les méthodes proposées. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de ces méthodes pour le diagnostic et le pronostic des défauts dans les entraînements électriques
Faults diagnosis and prognosis of electrical drives play a key role in the reliability and safety of production tools especially in key sectors (military, aviation, aerospace and nuclear, etc.). The research presented in this thesis aims to introduce new methods for faults diagnosis and prognosis of an induction motors and roller bearings. These methods use measured data collected from sensors placed on the system (induction motor, roller) in order to construct a feature vector which indicates the state of the system. Supervised and unsupervised classification methods are developed to classify measurements (observations) described by the feature vector compared to known or unknown operating modes, with or without failures. Defects were created in the rotor and the bearing of the induction motor, fed by a voltage inverter. The unsupervised classification technique, based on artificial ant-clustering, allows analyzing the unknown and unexplored observations to highlight classes with similar observations. This allows improving the classification and the detection of new operating modes. The supervised classification, based on hidden Markov models, allows associating a degree of similarity when we affect an observation to one or more classes. This defines a reliability index which allows the detection of new operating modes. These methods are not limited to diagnose faults; they can also contribute to the prognosis of faults. Indeed, the prognosis can be defined as an extension of the problem of diagnosis. The prognosis of faults is carried out by three methods based on hidden Markov models for the detection of an impending failure and by two methods based on the neuro-fuzzy system (ANFIS for Adaptive Neuro fuzzy Inference System and the neo-fuzzy neuron) to estimate the remaining time before its appearance. A set of historical data collected on roller bearings is used to validate the proposed methods. The obtained results show the effectiveness of the proposed methods for faults diagnosis and prognosis of electrical drives

Le centre organisateur de Spemann, situé dorsalement, participe à l’établissement de l’axe Dorso-Ventral et se différencie en structures axiales. J’ai étudié ces deux aspects de l’écusson embryonnaire, la structure analogue à l’Organisateur chez le poisson zèbre. La régionalisation DV des embryons résulte en partie de l’interaction entre les BMP, exprimés ventralement,et leurs antagonistes sécrétés dorsalement. J’ai montré que les antagonistes Nog1 et Fstl2 fonctionnent de façon redondante à Chd, un autre antagoniste des BMP, pendant les stades Blastula/Gastrula pour établir un gradient DV de BMP. Ensuite j’ai étudié le rôle des facteurs de transcription de la famille FoxA dans le développement des structures axiales. Ces facteurs sont requis pendant la gastrulation afin de maintenir l’identité des précurseurs de l’axe. Cette activité est partiellement redondante à celle de Flh. En conclusion, l’écusson participe à la formation de l’axe DV et à celle des structures axiales, en utilisant des molécules aux activités redondantes.