Dissertations / Theses on the topic 'Recombinaison non homologue (NHEJ)'

Les télomères sont des séquences d’ADN, généralement répétées en tandem, localisées à l’extrémité des chromosomes linéaires. Une des fonctions principales des télomères est de différencier l’extrémité des chromosomes des cassures double-brin, et ainsi de prévenir l’activation des voies de réparation de l’ADN. Chez les mammifères, cette fonction est plus spécifiquement assurée par le complexe shelterin. Il s’agit d’un complexe hétérogène composé de six protéines distinctes : TRF1, TRF2, POT1, RAP1, TPP1 et TIN2, qui interagit spécifiquement avec l’ADN télomérique. Au sein de ce complexe, les protéines RAP1 et TRF2 coopèrent afin d’empêcher l’extrémité des chromosomes d’être perçue comme un dommage de l’ADN, ce qui autrement aboutirait à des fusions inter-chromosomiques suite au processus de réparation. La protéine TRF2 se lie directement à la molécule d’ADN dans laquelle elle s’enroule de façon spécifique. Cette propriété est primordiale pour générer une structure d’ADN en forme de boucle, appelée t-loop, et dont le bon fonctionnement des télomères dépend. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont mis en évidence deux scenarii indépendants dans lesquels la protéine RAP1 assure un rôle critique dans la stabilité des télomères. Premièrement, RAP1 peut prévenir les fusions inter-chromosomiques dans des cellules exprimant une forme altérée de TRF2 incapable de former des t-loops. Deuxièmement, l’inhibition de RAP1 dans des cellules en sénescence réplicative conduit à l’activation des voies de réparation de l’ADN et à la formation de fusions inter-chromosomiques. Ces observations font écho à des résultats précédents obtenus dans des cellules HeLa traitées avec l’inhibiteur de la télomérase BIBR1532, et dont l’expression de la protéine RAP1 était abolie par shRNA. De plus, j’ai montré que les fusions interchromosomiques engendrées par la perte de RAP1 sont dépendantes de la ligase IV, qui est un acteur principal de la voie de réparation de l’ADN par recombinaison non-homologue (NHEJ). Dans l’ensemble, ces travaux démontrent l’importance de la protéine RAP1 dans la stabilité des télomères lorsque la protéine TRF2 est non fonctionnelle, mais aussi dans des situations physiologiques telles que la sénescence réplicative
In mammals, the shelterin complex is the guardian of telomere stability. It operates through a set of six proteins (TRF1, TRF2, POT1, RAP1, TPP1 and TIN2) that binds telomeric DNA and protects it from being recognized as DNA double-strand breaks and therefore control DNA repair and DNA damage response pathways. Among them, RAP1 and TRF2 cooperate and together protect chromosome extremities from end-to-end fusions. TRF2 is seen as a major factor to control telomere DNA topology by wrapping DNA around itself in a right handed manner. This property of TRF2 is required to promote the formation of t-loops, special DNA structures at telomeres that are considered as protective barriers to DNA damage response and fusion. Here we demonstrate two independent situations where RAP1 dysfunction is critical for telomere protection. First, in cells expressing a wrapping-deficient TRF2 allele that cannot form t-loops, RAP1 appears as a backup anti-fusion mechanism. Second, RAP1 downregulation in replicative senescent cells leads to telomere fusions and DNA damage response activation. This is consistent with similar observations in HeLa cells treated with the telomerase inhibitor BIBR1532, and in which RAP1 expression was abolished by an inducible shRNA system. In addition, we show that fusions triggered by RAP1 loss are dependent upon ligase IV, which is a key player of the classical non-homologous end-joining (c-NHEJ) repair pathway. Altogether, these results indicate that RAP1 takes over telomere protection when TRF2 cannot properly function or in the normal physiological situation, such as replicative senescence

L'hétérochromatine est une caractéristique conservée des chromosomes eucaryotes, avec des rôles centraux dans la régulation de l'expression des gènes et le maintien de la stabilité du génome. Comment la réparation de l'ADN est régulée par l'hétérochromatine reste mal compris. Chez Saccharomyces cerevisiae, le complexe SIR (Silent Information Regulator) assemble une fibre de chromatine compacte. La chromatine SIR limite la résection aux cassures double-brin (DSB) protégeant les extrémités chromosomiques endommagées contre la perte d'informations génétiques. Toutefois, lesquels des trois complexes de résection redondants, MRX-Sae2, Exo1 et Sgs1-Dna2 sont inhibés et par quel(s) mécanisme(s) reste à decouvrir. Nous montrons que Sir3, le facteur de fixation des histones de l’hétérochromatine de Saccharomyces cerevisiae, interagit physiquement avec Sae2 et inhibe toutes ses fonctions. Cette interaction limite notamment la résection médiée par Sae2, stabilise MRX à la DSB et augmente le Non-Homologous End Joining (NHEJ). De plus, la chromatine répressive SIR inhibe partiellement les deux voies de résection extensive médiées par Exo1 et Sgs1-Dna2 par des mécanismes distincts. L'inhibition par les SIR de la résection extensive et de Sae2 favorise la NHEJ et limite le Break-Induced Replication (BIR), prévenant ainsi de la perte d'hétérozygotie au niveau des subtélomères
Heterochromatin is a conserved feature of eukaryotic chromosomes, with central roles in regulation of gene expression and maintenance of genome stability. How DNA repair occurs in heterochromatin remains poorly described. In Saccharomyces cerevisiae, the Silent Information Regulator (SIR) complex assembles a compact chromatin fibre. SIR-mediated repressive chromatin limits Double Strand Break (DSB) resection protecting damaged chromosome ends against the loss of genetic information. However, which of the three redundant resection complexes, MRX-Sae2, Exo1 and Sgs1-Dna2 are inhibited and by which mechanism remains to be deciphered. We show that Sir3, the histone-binding factor of yeast heterochromatin, physically interacts with Sae2-mediated resection and inhibits all its functions. Notably, this interaction limits Sae2-mediated resection, delays MRX removal from DSB ends and promotes Non-Homologous End Joining (NHEJ). In addition, SIR-mediated repressive chromatin partially inhibits the two long range resection pathways mediated by Exo1 and Sgs1-Dna2 by distinct mechanisms. Altogether SIR mediated inhibition of extensive resection and of Sae2 promotes NHEJ and limits Break-Induced Replication (BIR) preventing loss of heterozygosity at subtelomeres

Les télomères sont des séquences d’ADN, généralement répétées en tandem, localisées à l’extrémité des chromosomes linéaires. Une des fonctions principales des télomères est de différencier l’extrémité des chromosomes des cassures double-brin, et ainsi de prévenir l’activation des voies de réparation de l’ADN. Chez les mammifères, cette fonction est plus spécifiquement assurée par le complexe shelterin. Il s’agit d’un complexe hétérogène composé de six protéines distinctes : TRF1, TRF2, POT1, RAP1, TPP1 et TIN2, qui interagit spécifiquement avec l’ADN télomérique. Au sein de ce complexe, les protéines RAP1 et TRF2 coopèrent afin d’empêcher l’extrémité des chromosomes d’être perçue comme un dommage de l’ADN, ce qui autrement aboutirait à des fusions inter-chromosomiques suite au processus de réparation. La protéine TRF2 se lie directement à la molécule d’ADN dans laquelle elle s’enroule de façon spécifique. Cette propriété est primordiale pour générer une structure d’ADN en forme de boucle, appelée t-loop, et dont le bon fonctionnement des télomères dépend. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont mis en évidence deux scenarii indépendants dans lesquels la protéine RAP1 assure un rôle critique dans la stabilité des télomères. Premièrement, RAP1 peut prévenir les fusions inter-chromosomiques dans des cellules exprimant une forme altérée de TRF2 incapable de former des t-loops. Deuxièmement, l’inhibition de RAP1 dans des cellules en sénescence réplicative conduit à l’activation des voies de réparation de l’ADN et à la formation de fusions inter-chromosomiques. Ces observations font écho à des résultats précédents obtenus dans des cellules HeLa traitées avec l’inhibiteur de la télomérase BIBR1532, et dont l’expression de la protéine RAP1 était abolie par shRNA. De plus, j’ai montré que les fusions interchromosomiques engendrées par la perte de RAP1 sont dépendantes de la ligase IV, qui est un acteur principal de la voie de réparation de l’ADN par recombinaison non-homologue (NHEJ). Dans l’ensemble, ces travaux démontrent l’importance de la protéine RAP1 dans la stabilité des télomères lorsque la protéine TRF2 est non fonctionnelle, mais aussi dans des situations physiologiques telles que la sénescence réplicative
In mammals, the shelterin complex is the guardian of telomere stability. It operates through a set of six proteins (TRF1, TRF2, POT1, RAP1, TPP1 and TIN2) that binds telomeric DNA and protects it from being recognized as DNA double-strand breaks and therefore control DNA repair and DNA damage response pathways. Among them, RAP1 and TRF2 cooperate and together protect chromosome extremities from end-to-end fusions. TRF2 is seen as a major factor to control telomere DNA topology by wrapping DNA around itself in a right handed manner. This property of TRF2 is required to promote the formation of t-loops, special DNA structures at telomeres that are considered as protective barriers to DNA damage response and fusion. Here we demonstrate two independent situations where RAP1 dysfunction is critical for telomere protection. First, in cells expressing a wrapping-deficient TRF2 allele that cannot form t-loops, RAP1 appears as a backup anti-fusion mechanism. Second, RAP1 downregulation in replicative senescent cells leads to telomere fusions and DNA damage response activation. This is consistent with similar observations in HeLa cells treated with the telomerase inhibitor BIBR1532, and in which RAP1 expression was abolished by an inducible shRNA system. In addition, we show that fusions triggered by RAP1 loss are dependent upon ligase IV, which is a key player of the classical non-homologous end-joining (c-NHEJ) repair pathway. Altogether, these results indicate that RAP1 takes over telomere protection when TRF2 cannot properly function or in the normal physiological situation, such as replicative senescence

Au cours de la réplication, la réparation des cassures double brin (CDB) par recombinaison homologue (RH), basée sur la synthèse d’ADN à partir de la chromatide sœur, permet le maintien de la stabilité du génome. La religature d’extrémités (EJ) éloignées de CDB peut quant à elle générer des réarrangements menaçant son intégrité. Nous avons étudié le mécanisme de réparation par EJ en fonction de la distance séparant deux cassures double brin. En utilisant des substrats intra-chromosomiques permettant la mesure de l’efficacité et de la fidélité du EJ après ligature d’extrémités éloignées ou proximales, nous avons mis en évidence l’implication du complexe de cohésion dans l’inhibition du EJ d’extrémités distales. Le complexe de cohésion joue donc un rôle central dans l’interface réplication/réparation ; la cohésion des chromatides sœurs favorise la réparation par RH et permet l’inhibition spécifique du EJ d’extrémités éloignées, probablement en limitant la mobilité de la chromatine endommagée et la formation d’une synapse propice au rapprochement des extrémités. La religature d’extrémités éloignées est également nécessaire aux mécanismes de diversification des gènes des immunoglobulines tels que la recombinaison V(D)J et la commutation de classe. L’étude de souris Rad21+/- a également démontré une implication du complexe de cohésion dans ces mécanismes essentiels à la diversité de l’information génétique. Le complexe de cohésion étant impliqué dans ces mécanismes et dans l’inhibition des réarrangements complexes tels que les translocations et insertions il est un acteur essentiel de la diversité et de la stabilité génomique
DNA double-strand breaks (DSBs) repair is essential for genome stability/diversity, but can also generate genome rearrangements. Although non-homologous end-joining (NHEJ) is required for genome stability maintenance, the joining of distant double strand ends (DSE) should inexorably lead to genetic rearrangements. We analyzed the efficiency and accurency of close or distal EJ repair. Our data show that global end-joining is more efficient on close ends (34bp) compared to distal ends (3200bp) and that C-NHEJ is favored on close ends, resulting in more accurate outcome, compared to distal ends where more mutagenic A-EJ events takes place. In addition, the joining of distal ends favors the insertion/capture of DNA sequences. These data show only few kb distances between two DSEs are sufficient to jeopardize DSB repair efficiency and accuracy, leading to complex scars at the re-sealed junctions, and cell response is sufficiently sensitive to differently process such distal ends. We next addressed the question of the mechanisms preventing the joining of distant DSE. We show that depletion of the cohesin complex proteins specifically stimulates the end-joining of I-SceI-induced DSBs distant of 3200bp, while the joining of close DSEs (34bp) remained unaffected. Consistently, exome sequencing and cytogenetic analysis revealed that RAD21 ablation generates large chromosome rearrangements and a strong induction of replication stress-induced chromosome fusions. These data reveal a role for the cohesin complex in the protection against profound genome rearrangements arising through ligation of distant DSEs

Les cellules sont constamment exposées à de multiples facteurs endogènes ou exogènes susceptibles de compromettre l’intégrité de leur génome. Parmi les différents types de lésions de l’ADN, les cassures double-brin (CDB) sont considérées comme les dommages les plus cytotoxiques, du fait de leur pouvoir potentiellement létal voire cancérogène. Face à ce danger permanent, les cellules disposent de systèmes enzymatiques de réparation adaptés. La NHEJ (Non Homologous End Joining) est considérée comme la voie majoritaire de réparation des CDB chez les eucaryotes supérieurs. Le mécanisme biochimique précis de la NHEJ est encore largement méconnu, et l’essentiel des connaissances provient d’expériences réalisées in vitro. Dans un premier temps, nous avons testé la validité physiologique du modèle biochimique de la NHEJ, par une approche in vivo de fractionnement cellulaire optimisé basée sur une technique d’extraction par du détergent. Nous avons confirmé l’assemblage des principaux complexes de réparation, DNA-PK et Xrcc4 / DNA ligase IV, en présence de CDB in vivo, dans différentes lignées cellulaires humaines. Nous avons décrit pour la première fois un recrutement de Xrcc4 strictement dépendant de la présence physique de la DNA ligase IV, et proposons un modèle d’un rôle de la phosphorylation de Xrcc4 dans le recrutement optimisé de la DNA ligase IV sur les CDB. Nous avons de plus observé une mobilisation spécifique du complexe Xrcc4 / DNA ligase IV vers la matrice nucléaire en réponse aux CDB, et proposons un rôle de la matrice nucléaire comme site spécialisé de réparation des CDB présentant des extrémités complexes. .
Cells are constantly exposed to a variety of endogenic and exogenic factors likely to compromise their genome integrity. Among the various kinds of DNA lesions, double-strand breaks (DSB) are considered as the most cytotoxic damages due to potentially lethal, and possibly carcinogenic, effects. Facing this permanent danger, cells are equipped with adapted repairing enzymatic systems. The NHEJ (Non Homologous End Joining) is considered as the major DSB-repairing process in the case of superior eucaryotes. The precise biochemical mechanism used by the NHEJ is still not well known, and most of the present knowledge is based on in vitro experiments. In a first step, we have tested the physiological validity of the NHEJ biochemical model by an in vivo approach using optimized cell fractioning, based on a detergent-mediated extraction technique. We have confirmed the assembly of the major repairing complexes, DNA-PK and Xrcc4 / DNA ligase IV, in the presence of DSB in vivo, in several human cell lines. We have described for the first time a Xrcc4 recruitment, strictly dependent on the physical presence of DNA ligase IV, and we propose a model for the role of Xrcc4 phosphorylation on the optimized recruitment of DNA ligase IV in double-strand breakages. In addition, we observed a specific mobilization of the Xrcc4 / DNA ligase IV complex toward the nuclear matrix in response to DSB, and we propose that the nuclear matrix acts as a specialized DSB-repairing site exhibiting complex extremities. .

La réponse au stress génotoxique met en jeu de nombreux facteurs cellulaires impliqués dans un réseau complexe de mécanismes visant à assurer le maintien de l'intégrité génétique de l'organisme. Ces mécanismes incluent la détection et la réparation des lésions de l'ADN, la régulation de la transcription et de la réplication et le déclenchement éventuel de la mort cellulaire. Parmi les protéines nucléaires participant à cette réponse, les protéines kin17 sont des protéines à doigt de zinc conservées au cours de l'évolution et activées par les ultraviolets (UV) et les radiations ionisantes (RI). Nous avons montré que la protéine kin17 humaine (HSAkin17) est présente dans la cellule sous une forme soluble et sous une forme ancrée aux structures nucléaires. Une fraction de la protéine HSAkin17 est directement associée à la chromatine. La protéine HSAkin17 est recrutée sur les structures nucléaires 24 heures après traitement par différents agents induisant des cassures double-brin de l'ADN (DSB) et/ou un blocage des fourches de réplication. Par ailleurs, la réduction du niveau total de protéine HSAkin17 sensibilise les cellules RKO aux RI. Nous présentons également des résultats impliquant la protéine HSAkin17 dans la réplication de l'ADN. Cette hypothèse a été confirmée par la démonstration biochimique de son appartenance au complexe de réplication. La protéine HSAkin17 pourrait donc assurer le lien entre réplication et réparation de l'ADN, un défaut de la voie HSAkin17 entraînant une augmentation de la radiosensibilité. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les interactions entre deux mécanismes de réparation de l'ADN : la réparation par excision de nucléotides (NER) et la recombinaison non homologue (NHEJ). Le NER prend en charge une grande variété de lésions provoquant une distortion de la double hélice d'ADN dont les dimères de pyrimidines induits par les UV. Le NHEJ assure la réparation des DSB par jonction directe des extrémités d'ADN. Nous avons utilisé un modèle syngénique de défaut de la réparation basé sur l'interférence ARN développé au laboratoire. En effet, les vecteurs dérivés du virus d'Epstein-Barr (pEBV) permettent l'expression à long terme de siRNA et l'extinction spécifique du gène cible. La réduction de l'expression de gènes impliqués dans le NER (XPA et XPC) ou le NHEJ (DNA-PKcs et XRCC4) entraîne les phénotypes attendus. Nous avons montré que la réduction du niveau de protéine XPC sensibilise les cellules HeLa à l'étoposide, un inhibiteur de la topoisomérase II qui induit des DBS, et affecte leur activité NHEJ in vitro. Ces résultats suggèrent que la protéine XPC pourrait être requise pour la réparation de certains types de cassures ou participer à un système global de régulation de la réponse cellulaire aux lésions de l'ADN. Notre modèle ouvre donc des perspectives intéressantes pour l'étude des relations entre les différentes voies de réparation de l'ADN dans des cellules humaines.

Les cassures double brin de l’ADN (CDB) sont des lésions qui peuvent conduire à des réarrangements génétiques. Deux voies sont impliquées dans la réparation de ces dommages: la recombinaison homologue (HR) et la ligature d’extrémités nonhomologues (NHEJ).Au laboratoire un substrat intrachromosomique permettant de mesurer l’efficacité et la fidélité du NHEJ à été mis en place (Guirouilh-Barbat 2004). Cette approche a permis de démontrer l’existence d’une voie alternative à KU qui utilise des microhomologies présentes de part et d’autre de la cassure - le NHEJ alternatif (Guirouilh-Barbat 2004, Guirouilh-Barbat et Rass 2007). Les travaux de ma thèse consistent à caractériser les principaux acteurs de cette voie. En absence de KU, cette voie alternative du NHEJ, s'initierait tout d’abord parla résection d'extrémités d’ADN non protégées. Nous avons montré que l’activité nucléasique de MRE11 est nécessaire à ce mécanisme. La surexpression de MRE11 conduit à une stimulation du NHEJ, contrairement à l’extinction de la protéine par siRNA, résultant en une baisse de son efficacité de deux fois. Nos résultats montrent également que les protéines RAD50 et CtIP agissent dans la même voie que MRE11. De plus, dans les cellules déficientes pour XRCC4, la MIRIN – un inhibiteur du complexe MRN - conduit à une chute de l'efficacité de la réparation, démontrant le rôle de MRE11 dans la voie alternative du NHEJ. Nous avons aussi montré que MRE11 peut agir de manière dépendante et indépendante de la kinase ATM (Rass et Grabarz, Nat Struct Mol Biol 2009). L'initiation de la résection de la cassure doit être ensuite poursuivie par une dégradation plus importante de l'ADN qui est assuré par les protéines Exo1 et Sgs1/Dna2 chez la levure. Chez les mammifères, des études in vitro suggèrent un modèle similaire à deux étapes. Nous avons choisi de nous intéresser au rôle de la protéine BLM, qui est l’un des homologues humains de la RecQ hélicase Sgs1, dans la résection. Nos expériences montrent que l’absence de BLM diminue l’efficacité du NHEJ. De plus, l’extinction de BLM conduit à une augmentation d’évènements infidèles lors de la réparation par NHEJ et l’apparition d’évènements de résection de grande taille (>200nt). Ceci suggère que BLM protège contre de longues résections lors de la mise en place du NHEJ alternatif. De manière cohérente, BLM est impliquée dans la protection contre la résection dépendante de CtIP lors des étapes précoces de la recombinaison homologue. En conclusion, nos résultats montrent un rôle prédominant de BLM dans la protection contre un excès de résection médiée par CtIP. BLM interagit avec 53BP1 aux sites de dommages de manière dépendante d’ATM afin de réguler le processus de résection, en contrecarrant l’action de BRCA1. Ceci souligne à nouveau le rôle essentiel de BLM dans la protection contre la résection et la favorisation de la conversion génique sans crossing-over, ce qui est primordial pour le maintien de la stabilité du génome
DNA double strand breaks (DSBs) are highly cytotoxic lesions, which can lead to genetic rearrangements. Two pathways are responsible for repairing these lesions : homologous recombination (HR) and non homologous end joining (NHEJ). In our laboratory, an intrachromosomal substrate has been established in order to measure the efficiency and the fidelity of NHEJ in living cells (Guirouilh-Barbat 2004). This approach led us to identify a KU-independent alternative pathway, which uses microhomologies in the proximity of the junction to accomplish repair – the alternative NHEJ (Guirouilh-Barbat 2004, Guirouilh-Barbat et Rass 2007). The goal of my thesis consisted in identifying and characterising major actors of this pathway. In the absence of KU, alternative NHEJ would be initiated by ssDNA resection of damaged ends. We showed that the nuclease activity of MRE11 is necessary for this mechanism. MRE11 overexpression leads to a two fold stimulation of NHEJ efficiency, while the extinction of MRE11 by siRNA results in a two fold decrease. Our results demonstrate that the proteins RAD50 and CtIP act in the same pathway as MRE11. Moreover, in cells deficient for XRCC4, MIRIN – an inhibitor of the MRN complex – leads to a decrease in repair efficiency, implicating MRE11 in alternative NHEJ. We also showed that MRE11 can act in an ATM-dependent and independent manner (Rass et Grabarz Nat Struct Mol Biol 2009). The initiation of break resection needs to be pursued by a more extensive degradation of DNA, which is accomplished in yeast by the proteins Exo1 and Sgs1/Dna2. In human cells, in vitro studies have recently proposed a similar model of a two-step break resection. We chose to elucidate the role of one of the human homologs of Sgs1 – the RecQ helicase BLM – in the resection process. Our experiments show, that he absence of BLM decreases the efficiency of end joining by NHEJ, accompanied by an increase in error-prone events, especially long-range deletions (>200nt). This suggests that BLM protects against extensive resection during alternative NHEJ. Furthermore, BLM is implicated in the protection against CtIP-dependent resection at the initiation of HR. In conclusion, our results show a major role of BLM in protecting against an excess of resection, mediated by the MRN cofactor – CtIP. BLM interacts with 53BP1 at sites of damage, in an ATM-dependent manner, in order to regulate the resection process and counteract BRCA1 activity. This underlines the novel role of BLM in the protection against resection and favouring gene conversion events without crossing-over, which is substantial for maintaining genomic integrity

L'hétérochromatine, de nature compacte et répétitive, limite l’accès à l'ADN et fait de la réparation des DSBs un processus difficile que les cellules doivent surmonter afin de maintenir leur intégrité génomique. Pour y étudier la réparation des DSBs, nous avons conçu un système CRISPR / Cas9 dans lequel les DSB peuvent être efficacement et spécifiquement induites dans l'hétérochromatine de fibroblastes de souris NIH3T3. En développant un système CRISPR / Cas9 hautement spécifique et robuste pour cibler l'hétérochromatine péricentrique, nous avons montré que les DSB en G1 sont positionnellement stables et réparés par NHEJ. En S / G2, ils se déplacent vers la périphérie de ce domaine pour être réparés par HR. Ce processus de relocalisation dépend de la résection et de l'exclusion de RAD51 du domaine central de l'hétérochromatine. Si ces cassures ne se relocalisent pas, elles sont réparées dans le cœur du domaine de l'hétérochromatine par NHEJ ou SSA. D'autre part, les DSBs dans l'hétérochromatine centromérique activent NHEJ et HR tout au long du cycle cellulaire. Nos résultats révèlent le choix de la voie de réparation différentielle entre l'hétérochromatine centromérique et péricentrique, ce qui régule également la position des DSBs
Heterochromatin is the tightly packed form of repetitive DNA, essential for cell viability. Its highly compacted and repetitive nature renders DSB repair a challenging process that cells need to overcome in order to maintain their genome integrity. Developing a highly specific and robust CRISPR/Cas9 system to target pericentric heterochromatin, we showed that DSBs in G1 are positionally stable and repaired by NHEJ. In S/G2, they relocate to the periphery of this domain to be repaired by HR. This relocation process is dependent of resection and RAD51 exclusion from the core domain of heterochromatin. If these breaks fail to relocate, they are repaired within heterochromatin by NHEJ or SSA. On the other hand, DSBs in centromeric heterochromatin activate both NHEJ and HR throughout the cell cycle. Our results reveal the differential repair pathway choice between centromeric and pericentric heterochromatin that also regulates the DSB position

Les cassures double brin de l’ADN sont des dommages pouvant engendrer la mort cellulaire. Deux mécanismes majeurs sont impliqués dans leur réparation chez les bactéries : la recombinaison homologue et le Non-Homologous End Joining (NHEJ). Streptomyces est une bactérie modèle pour étudier l'impact relatif des mécanismes de recombinaison sur la structure du génome et son évolution ; le chromosome est en effet caractérisé par sa linéarité, son organisation génétique compartimentée et sa plasticité génomique remarquable. L'objectif de cette recherche est d'identifier les acteurs impliqués dans les mécanismes de réparation des cassures double brin qui restent inconnus chez Streptomyces à ce jour. Concernant la recombinaison homologue, la première étape consiste en une maturation des extrémités d’ADN générées par la cassure. Cette première étape est assurée par un complexe à activité hélicase-nuclease : RecBCD (chez Escherichia coli), AddAB (chez Bacillus subtilis) ou AdnAB (chez les mycobactéries). Une analyse in silico des génomes disponibles de Streptomyces a permis d’identifier chez ces organismes, deux gènes conservés et adjacents, nommés adnA et adnB en raison de leur homologie avec les gènes adnAB récemment identifiés chez les mycobactéries. Les tentatives visant à déléter ces gènes chez Streptomyces ambofaciens et Streptomyces coelicolor ont été infructueuses. Cependant, le fait que leur délétion soit rendue possible par l’ajout d’une copie ectopique du locus sauvage nous a amené à conclure au caractère essentiel d’adnA et adnB chez Streptomyces. La trans-complémentation d’un mutant [delta]recB d’E. coli par le locus adnAB de S. ambofaciens restaure l’activité nucléase cellulaire et la survie en présence ou non d’agent génotoxique, suggérant qu’adnAB code l’homologue fonctionnel de RecBCD d’E. coli. Le rôle central d’adnAB dans la recombinaison homologue et la réplication est discuté. Le mécanisme NHEJ montre une distribution sporadique chez les bactéries et implique les deux protéines Ku et LigD. La protéine Ku se fixe sur les extrémités de l’ADN et recrute la ligase LigD. Cette dernière est une protéine multifonctionnelle présentant, outre une activité ligase, une activité polymérase et parfois une activité nucléase. L’analyse des génomes de Streptomyces a révélé un nombre variable d’homologues de ku (1-3) et d’homologues codant pour l’une ou l’autre des trois activités de LigD. Ces différents gènes définissent deux loci conservés entre espèces de Streptomyces. Chez S. ambofaciens, trois homologues de ku (nommés kuA, kuB et kuC) et deux ligases ATP-dépendantes (nommés ligC et ligD) ont été identifiés. L’exposition de souches déficientes pour ces différents gènes aux agents endommageant l’ADN (la mitomycine C, l’irradiation par faisceau d’électrons) a démontré l’implication de kuA et ligC, deux acteurs conservés, mais aussi des gènes variables kuC et ligD, dans la réparation de l’ADN. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre le rôle du NHEJ dans l'évolution du génome et la biologie Streptomyces
Double strand breaks (DSB) constitute the most deleterious form of DNA damage that a bacterial cell can encounter. Two major pathways can carry out DSB repair in bacteria: homologous recombination and Non-Homologous End Joining (NHEJ). Streptomyces is a model bacterium to explore the relative impact of these recombination mechanisms on genome structure and evolution; the chromosome is indeed typified by its linearity, its compartmentalized genetic organization and its remarkable genomic plasticity. The objective of this research is to identify actors involved in DSB repair mechanisms which remain mostly elusive in Streptomyces up to now. The first step of DSB repair by homologous recombination is the resection of broken DNA ends by a multisubunit helicase-nuclease complex exemplified by Escherichia coli RecBCD, Bacillus subtilis AddAB and Mycobacterium tuberculosis AdnAB. In silico analysis of Streptomyces genomes allowed to identify homologues for adnA and adnB which constitute a highly conserved locus within the genus. Attempts to disrupt these two genes were unsuccessful in Streptomyces ambofaciens as well as in Streptomyces coelicolor, unless an extra copy of adnAB was inserted in the chromosome. This indicates that AdnA and AdnB are both essential for Streptomyces growth. Complementation of an E. coli [delta]recB mutant by S. ambofaciens adnAB locus restored nuclease activity and cell survival in the presence or absence of DNA damaging agent, strongly suggesting that Streptomyces adnAB encodes a functional homologue of E. coli RecBCD. The key role of adnAB in homologous recombination and DNA replication is discussed. The NHEJ mechanism shows a sporadic distribution in bacteria and is known to involve the two proteins Ku and LigD. The Ku protein binds to the ends of the broken DNA and recruits the ATP-dependent ligase LigD which is a multifunctional protein carrying ligase, polymerase and sometimes nuclease activity. In silico analysis of Streptomyces genomes revealed a complex organization with a variable number of ku homologues (1 to 3) and of homologues encoding one of the three distinct LigD activities. These homologues define two conserved loci. S. ambofaciens possesses 3 ku (named kuA, kuB and kuC) and 2 ATP-dependent ligases (named ligC and ligD). Exposure to DNA damaging agents (mitomycin C, electron beam irradiation) of mutant strains got involved kuA and ligC, two conserved actors, but also variable genes such as kuC and ligD in DNA repair. These results open up new prospects to understand the role of NHEJ in the biology and genome evolution of Streptomyces

RmI est une molécule hybride contenant 1,03 copie d'ADN de tsP155 (mutant thermosensible précoce du virus polyome) liée à une portion d'ADN de souris appelée INS. INS est flanquée par deux séquences virales identiques de 182 pb, formant répétition directe. Dans les cellules de souris 3T6, RmI génère, par recombinaison intramoléculaire entre les deux répétitions, un seul produit facilement détectable, tsP155. Dans le but de mettre en évidence le produit de recombinaison réciproque (INS plus une répétition de 182 pb), une nouvelle molécule (SVRmI) a été produite par l'insertion d'un fragment contenant l'Ori du virus SV40 dans l'INS de RmI. Lorsque SVRmI est transfecté dans des cellules de souris transformées par SV40 (cellules Ori-1 et R1-4) il y a production de molécules de tailles inférieures à celle de SVRmI qui contiennent majoritairement des séquences de Py. Ces molécules résultent vraisemblablement d'événements de recombinaison intramoléculaire non homologue survenant dans SVRmI, et sont appelées produits de recombinaison hétérogènes (PRH). Le travail décrit dans ce mémoire a consisté à isoler ces produits afin d'analyser les jonctions créées lors de cette recombinaison non homologue. Les premières tentatives d’isolement, utilisant des méthodes de clonage dans des vecteurs lambda et plasmidiques, n'ont permis l'obtention que d'un seul recombinant non homologue provenant des cellules R1-4. Le séquençage de ce recombinant nous a permis de déterminer les sites de clivage impliqués lors de cette recombinaison non homologue. Le problème de l'isolement des PRH a été résolu grâce à la méthode d'amplification de l'ADN in vitro dite PCR ("Polymerase Chain Reaction"). Cette dernière technique nous a permis d'amplifier un certain nombre de fragments des PRH contenant les jonctions de recombinaison. Ces fragments ont pu être clonés dans le vecteur pUC 13. Nous avons ainsi obtenu une trentaine de recombinants prêts à être séquencés.

Les mutations héréditaires dans le gène BRCA2 sont associées à une forte susceptibilité au développement du cancer du sein et de l’ovaire. La protéine suppresseur de tumeur BRCA2 est essentielle pour préserver l’intégrité des chromosomes après endommagement de l’ADN. BRCA2 est impliquée dans la recombinaison homologue (RH), une voie fiable de réparation des cassures de l’ADN. BRCA2 exerce aussi un rôle pendant la mitose afin d’assurer un point de contrôle et une division cellulaire correcte. Bien que le rôle de BRCA2 dans la RH soit bien établi, la littérature décrive une restauration partielle de la fonction de RH dans des cellules ne possédant pas le site de liaison à l’ADN en C-terminal (CT-DBD), ce que nous a encouragé à voir s’il existait un domaine secondaire de liaison à l'ADN. L'analyse in silico a révélé un domaine zf-PARP putatif dans la région N-terminale. Normalement, ce type de domaine s’associe à l’ADN, ce que nous a porté à l’examiner. En utilisant des fragments purifiés de la partie N-terminale comprenant le site putatif dans des analyses de changements de mobilité électrophorétique, nous avons montré une activité de liaison à l’ADN. En comparaison avec le CT-DBD canonique, le site de liaison à l’ADN en N-terminal (NT-DBD) manifeste une affinité plus forte pour divers substrats et contrairement du CT-DBD il est capable de s’associer à l’ADN à double brin. En utilisant des tests d’échange de brin, nous avons également montré que le NT-DBD peut stimuler la fonction de recombinaison de RAD51. De plus, des variantes faux-sens dans le NT-DBD trouvé chez les patients atteints de cancer du sein ont montré une activité réduite d’association à l’ADN et une stimulation diminuée de l’activité de RAD51 ce qui implique que ces amino-acides sont importants pour les deux fonctions. Ce travail révèle un nouveau sitede liaison à l’ADN, ce qui contrairement au CT-DBD est capable de s’associer à l’ADN double-bras(db) et stimuler l’activité de recombinaison de RAD51. Nous proposons que le NT-DBD positionne RAD51 à la jonction entre ADNdb et ADNsb, ce qui facilite le chargement de RAD51 sur l’ADN recouvert de RPA. Cette activité pourrait promouvoir la RH pendant la réparation des cassures de l’ADN (von Nicolai, C et al., 2016, under revision).Afin de définir la prévalence des mutations de NT-DBD pour la prédisposition au cancer, nous avons sélectionné des variants faux-sens non-classifiés (variants of unknown clinical significance), identifiés dans des familles à risque élevé de développer un cancer du sein. Nous avons effectué des tests afin d’étudier l’impact de ces variants sur la fonction de BRCA2 dans la RH et la mitose. Certains de ces variants ont conduit à une hypersensibilité aux agents endommageant l’ADN et aux inhibiteurs de PARP, caractéristique d’une RH défectueuse alors qu’un de ces variants était compétent pour la réparation. Tous les variants ont induit une duplication normale des centrosomes, mais la cytokinèse était défectueuse. Ce phénotype suggère un défaut dans la formation du midbody et de l’abscission. Cette étude aidera à classifier les VUS dans le NT-DBD et facilitera la consultation génétique pour des individus. BRCA2 est un médiateur de la RH dépendante de RAD51. Son homologue méiotique, DMC1, partage structure et fonction similaire et s’associe à BRCA2. Néanmoins, la pertinence fonctionnelle de cette interaction reste élusive. Nous avons montré que BRCA2 interagit avec DMC1 au travers des répétitions BRC et promeut la formation de molécules d'adhérence. Cet effet stimulant est dû au renforcement de la liaison de DMC1 à l’ADN. BRCA2 complet et fonctionnel était surtout capable de stimuler l’activité d’échange de brin de DMC1, ce qui confirme les résultats obtenus avec les répétitions BRC. Nos résultats identifient BRCA2 comme une protéine de médiation de la recombinaison méiotique et renforcent le rôle des répetitions BRC dans cette fonction (Martinez, von Nicolai, et al., PNAS, 2016)
Germline mutations in the BRCA2 gene lead to high susceptibility to the development of breast and ovarian cancer. The tumor suppressor protein BRCA2 is essential for preserving chromosome integrity after DNA damage emerging from endogenous or exogenous sources. BRCA2 functions in Homologous Recombination (HR), the most reliable pathway to repair DNA double strand breaks. BRCA2 exerts its tumor suppressor role also at several stages during mitosis where it ensures checkpoint control and proper cell division.Although the function of BRCA2 in HR is well established, evidence from the literature describing a partial restoration of HR function in cells lacking the C-terminal DNA binding domain (CT-DBD) brought us to test the hypothesis of a secondary DNA binding domain in BRCA2.In silico analysis of the protein revealed a putative zinc finger-PARP domain in exon 10 of the N-terminal region. This type of domain usually binds DNA which prompted us to examine this activity in vitro. Using purified N-terminal fragments comprising the putative DNA binding domain in electrophoresis mobility shift assay we demonstrated the DNA binding activity of the N-terminus of BRCA2. When compared to the canonical CT-DBD, the N-terminal DNA binding domain (NT-DBD) exhibits stronger affinity for various DNA substrates and unlike the CT-DBD, it can also associate with dsDNA. Using a DNA strand exchange assay we also showed that the NT-DBD stimulates the recombination function of RAD51. In addition, BRCA2 missense variants in the NT-DBD found in breast cancer patients showed reduced dsDNA binding and decreased stimulation of RAD51 recombination activity on dsDNA/ssDNA containing substrates, implying that these residues are important for both functions. This work revealed a novel DNA binding domain in the N-terminus of BRCA2 that, in contrast to the CT-DBD, can associate with dsDNA and promote RAD51 recombination activity. We propose that the NT-DBD positions RAD51 at the ssDNA/dsDNA junction facilitating RAD51 loading onto the RPA-coated ssDNA. This activity may promote HR in DSB repair and in daughter strand gap repair (von Nicolai, C et al., 2016 submitted).To define the relevance of NT DBD on cancer predisposition, we selected several missense variants of unknown clinical significance (VUS) found in families at high risk to develop breast cancer located in this region. We used in vitro and in vivo functional assays to study the impact of the mutations on BRCA2 function in HR and mitosis. Some of the variants exhibited hypersensitivity to DNA damaging agents and PARP inhibitors, a hallmark of defective HR while one variant was proficient in repair. All variants showed normal centrosome duplication, but exhibited delayed or failed cytokinesis. This phenotype suggests a defect of the variants in midbody formation and abscission as a consequence of impaired BRCA2 function. It remains to be established if the defects in HR and cytokinesis are related. In the future, this study will help to classify VUS in the NT-DBD and facilitate genetic counselling of individuals carrying these mutations.BRCA2 is a mediator protein in RAD51-dependent HR. Its meiotic counterpart, DMC1, shares similar structure and function and binds BRCA2. However, the functional relevance of this interaction remained elusive. In this work, we showed that through the BRC repeats, BRCA2 interacts with DMC1 and promotes joint molecule formation. This stimulatory effect is due to the enhancement of DMC1 assembly on ssDNA. Importantly, full-length BRCA2 also stimulated the DNA strand exchange activity of DMC1, confirming the results with the isolated BRC repeats. Our results identify BRCA2 as a mediator of meiotic recombination and underline the role of the BRC repeats on this function (Martinez, von Nicolai, et al., 2016, PNAS)

L'infection par le virus de l'hépatite C (VHC) est responsable d'hépatite chronique, de cirrhose et de carcinome hépatocellulaire. La protéine NS5A du VHC participe à la réplication et l'assemblage viral, et à l'oncogenèse. Notre étude a caractérisé un polymorphisme du domaine V3-NS5A du VI-IC de génotype 1b, découvert au laboratoire. Nous avons identifié une duplication en tandem sans rupture d'ORF du domaine V3 avec une prévalence de 3,050/0. La prévalence de cette souche augmentait avec la sévérité de la pathologie hépatique (de 3. 0% groupe sans cirrhose jusqu'à 9. 4% groupe cirrhose et CHC, p de tendance=0. 045). L'analyse des polymorphismes des séquences directes et clonales a montré que les souches dupliquées constituaient la totalité de la quasi-espèce et persistaient au moins 10 ans. Le mécanisme de duplication serait une recombinaison non-homologue entre souches de 2 populations sauvages. Nos résultats fonctionnels préliminaires ont suggéré des protéines partenaires spécifiques des protéines NS5A dupliquées par un crible en système double-hybride levure. Nous avons réalisé la production des protéines NS5A dupliquées en systèmes cellulaire et bactérien, avec une optimisation en système bactérien. Les premiers tests de pull down n'ont pas encore permis de valider les interactions. Nous avons identifié une duplication partielle V3-NS5A chez le VHC1b (i) potentiellement impliquée dans la carcinogenèse, (ii) présente durant l'intégralité de l'infection, (iii) issue d'une recombinaison non-homologue, évènement encore jamais décrit chez le VHC in vivo. Nos travaux ont aussi permis l'identification de partenaires cellulaires et la production des protéines NS5A dupliquées
The hepatitis C virus (HCV) infection leads to chronic hepatitis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC). The HCV NS5A protein has been shown to be involved in viral replication and assembly and in the liver carcinogenesis. We investigated a V3-NS5A polymorphism in HCV 1b identified in our laboratory. We found two \/3 domains tandemly duplicated without ORF disruption in 3. 05% of the HCV sequences. The prevalence of this duplication increased with liver disease severity (from 3. 0% in patients without cirrhosis to 9. 4% in patients with both cirrhosis and I-ICC, p for trend=O. 045). Direct sequencing and clonal analyzes showed that quasispecies were entirely composed by mutants strains that persisted at least for 10 years. These V3 duplications were likely resulting from a non-homologous recombination that occurred between two wild-type strains. Our preliminary functional results identified potential specific interactions between host-cell proteins and the V3-NS5A duplicated proteins using a yeast two-hybrid system. We expressed recombinant duplicated NS5A proteins in cell and bacterial cultures and developed an optimized protocol for bacterial cultures. A validation of the interactions has not been reached with the first pulldown assays. We identified a V3-NS5A duplication in HCV 1b for the first time (i) associated with unfavorable evolution of liver disease including a possible involvement in liver carcinogenesis (ii) always present during the HCV infection (iii) resulting from a non-homologous recombination, mechanism that has never been described in vivo in HCV. We also suggested potential specific protein-protein interactions and performed recombinant NS5A protein production

Les cassures double-brin (CDB) de l'ADN sont produites lors d'événements physiologiques ou physiopathologiques comme la recombinaison V(D)J, le blocage de fourches de replication, ou bien induites par des agents physiques ou chimiques à activité clastogène. Les CDB représentent une lésion hautement toxique et sont réparées par recombinaison homologue ou par recombinaison non-homologue (NHEJ). Chez les mammifères, la voie NHEJ représente le processus majoritaire de réparation responsable de la survie cellulaire après endommagement de l'ADN. Suite à la production de CDB, par exemple par des rayonnements ionisants (RI), l'he��térodimère Ku70/80 se lie aux extrémités de la cassure et recrute la sous-unité catalytique DNA-PKcs. Ce Complexe-1 ou DNA-PK (i. E Ku70/Ku80/DNA-PKcs) forme une synapse qui maintient rapprochées les extrémités de la cassure, acquiert une activité sérine-thréonine kinase qui par auto-phosphorylation de la DNA-PKcs induit un changement de conformation favorisant le recrutement du 2ème complexe impliqué dans la ligation des extrémités. Ce Complexe-2 est un hétérotrimère composé de XRCC4, Ligase IV et Cernnunos-XLF. Ce travail a eu pour objectif de mieux comprendre les interactions internes et externes des partenaires du Complexe-2. Nous avons établi le domaine minimal d'interaction fonctionnelle de la Ligase IV (XIR-BRCT2) avec XRCC4 et montré que son expression cellulaire induit une sensibilisation au RI et autres agents clastogènes. Le mécanisme de sensibilisation repose sur un déplacement de la Ligase IV du Complexe-2 suivie de sa dégradation aboutissant à une perte de recrutement stable du complexe sur la chromatine endommagée. .
DNA double-strand breaks (DSBs) are the most lethal threats among all the DNA damages in cells. They can arise not only endogenously from normal physiological processes such as V(D)J recombination or toxic lesions like DNA replication forks collapses, but also exogenously from DNA damaging agents like ionizing radiation (IR) or radiomimetic compounds. In mammals, DSBs are mainly repaired by homologous recombination (HR) during S and G2 phases of the cell cycle when sister chromatids are available, and, more predominantly, in all the phases of cell cycle by the non-homologous end-joining (NHEJ) pathway without any requirement for homology guidance. The NHEJ machinery is also involved in V(D)J recombination to rearrange B-cell immunoglobulin and T-cell receptor genes. Deficiency in NHEJ consequently results in hypersensitivity to IR, immunodeficiency, as well as chromosomal instability. After DSBs induction, Ku70/Ku80 heterodimer binds to free DNA ends, allowing the subsequent recruitment and activation of the DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs). The resulting DNA-PK holoenzyme (i. E. Ku/DNA-PKcs or Complex-1) tethers two DNA termini and form the synaptic complex that may further activates DNA-PKcs by several (auto)phosphorylation events. Upon activation, Complex-1 undergoes conformational changes to accommodate the ligation complex (Complex-2) and accessory factors that make DNA ends compatible with ligation, when necessary. Complex-2 comprises XRCC4, DNA LigIV (LigIV) and the more recently identified factor Cernunnos-XLF (Cer-XLF). The three partners interact with each other and Complex-2 also binds Complex-1 and accessory factors, thus accounting for its highly efficient end-joining activity. In this work we aimed at characterizing the intimate interaction network between Complex-2 factors. .

L'élimination programmée d'ADN spécifique de la lignée germinale pour former un nouveau noyau somatique a été décrite chez les eucaryotes. Ces réarrangements sont initiés par l'introduction de cassures double brin (CDB) de l'ADN et la préservation de l'intégrité du génome requiert une réparation efficace. Chez Paramecium tetraurelia, le génome est largement réarrangé pendant le développement du nouveau noyau somatique, après l'introduction de milliers de cassures double brin programmées par la transposase domestiquée PiggyMac (Pgm)Ces réarrangements consistent en l'excision précise de dizaines de milliers de séquences uniques et non codantes (IES) qui interrompent 47% des gènes dans la lignée germinale ; et l'élimination hétérogène de séquences répétées qui mène à des délétions internes de taille variable ou à la fragmentation des chromosomes avec addition de télomères aux extrémités.L'implication de la voie du Non Homologous End Joining (NHEJ) dans l'excision précise des IES a été prouvée. Dans des cellules déplétées de Ligase IV ou XRCC4, les cassures aux bornes des IES sont introduites normalement mais il n'y a pas de jonctions d'excision formées et les extrémités cassées s'accumulent sans être dégradées. Mais la voie de réparation impliquée dans les réarrangements imprécis est encore inconnue. L'hypothèse d'une réparation par la voie NHEJ alternative (alt-NHEJ), indépendante de Ku et impliquant la résection des extrémités et l'utilisation de microhomologie, a été émise. C'est pourquoi pendant ma thèse je me suis intéressé à ma thèse au rôle des protéines Ku.Deux gènes KU70 et trois gènes KU80 ont été identifiés dans le génome de la paramécie. KU70a et KU80c sont spécifiquement induits pendant les réarrangements programmés du génome et les protéines localisent dans les noyaux somatiques en développement. Des expériences d'extinction de ces gènes par ARN interférence ont prouvé que ces gènes étaient indispensables. Au niveau moléculaire, l'ADN non réarrangé est amplifié dans les cellules déplétées de Ku. De plus, les cassures double brin programmées ne sont pas introduites aux bornes des IES.Mes résultats suggèrent que Ku fait partie d'un complexe de pré-excision, avec la transposase domestiquée Pgm, et est nécessaire pour l'introduction des cassures double brin programmées pendant les réarrangements programmés du génome.

La réplication du génome eucaryote nécessite la coopération de nombreuses ADN polymérases. Les ADN polymérases réplicatives, fidèles, sont responsables de la majorité de la synthèse d'ADN mais sont ralenties ou bloquées par des lésions exogènes ou par des barrières naturelles de fourches de réplication telles que les structures secondaires de l'ADN. Le rôle des ADN polymérases translésionnelles a été clairement démontré dans les processus de synthèse translésionnelle de lésions exogènes. Ceci est notamment illustré dans le syndrome du Xeroderma pigmentosum Variant (XP-V) qui est dû à la perte de fonction de l'ADN polymérase eta (Pol eta). En effet, Pol eta permet la synthèse translésionnelle des dimères de thymines induits par les UV et en son absence, les individus sont prédisposés au cancer de la peau. Par contre, le rôle des ADN polymérases TLS dans le maintien de la stabilité du génome en absence de stress exogène n'a été que très peu exploré dans les cellules humaines. Nous avons principalement montré que i) Pol eta pourrait intervenir spécifiquement au niveau des séquences riches en G susceptibles d'adopter des structures en G-quadruplex, retrouvées notamment au niveau des télomères, ii) et que Pol eta était importante pour la stabilité des sites fragiles communs, domaines chromosomiques possédant parfois des gènes suppresseurs de tumeur et fréquemment réarrangés dans les cellules tumorales. Le mécanisme d'implication de Pol eta au niveau de ces séquences a aussi été abordé et les premiers résultats suggèrent un rôle de Pol eta dans la réplication de ces séquences ou dans le redémarrage des fourches de réplication bloquées au niveau de ces séquences. Ces travaux identifient Pol eta comme un nouveau facteur du maintien de la stabilité du génome des cellules et permettent de proposer de nouveaux mécanismes expliquant certaines manifestations d'instabilité génétique dans les cancers ou au cours du vieillissement cellulaire
Replication of the eukaryotic genome requires the cooperation of a large number of DNA polymerases. The accurate replicative DNA polymerases are responsible for the majority of DNA synthesis but are slowed down or blocked when they encounter a DNA lesion induced by exogenous agents such as UV radiations. Specialised DNA polymerases are then recruited to bypass these lesions by Translesion Synthesis. The importance of the ability of these specialised polymerases to maintain genomic stability is illustrated by the human disorder Xeroderma Pigmentosum Variant, which arises in consequence of mutations in DNA polymerase eta (Pol eta). Pol eta prevents skin cancer susceptibility by promoting accurate TLS past sunlight-induced cyclobutane pyrimidine dimers. Despite the established requirement for Pol eta in processing DNA damage, its role in maintaining genome stability in absence of external damage has not been extensively explored, especially for the stability of endogenous structured DNA regions, which also impede the replication fork progression. We have demonstrated that i) Pol eta could function to process G-rich sequences able to form G4 structures, frequently found in telomeric domains in human cells, ii) Pol eta is important for the stability of common fragile sites, which are frequently rearranged in tumours. The mechanism involved has also been investigated and the first results suggest a direct role of Pol eta in the replication of these particular sequences or in the restart of blocked replication forks at these sites. Together, these results reveal a new role of Pol eta in maintaining genomic stability during unperturbed S-phase and in preventing breakage at common fragile sites. They challenge the current concept of the unique involvement of Pol eta in tolerance and repair pathways after external stress

Les cancers de l'ovaire et du sein sont définis par les principales voies impliquées dans la tumorigénèse. Dans les cancers héréditaires du sein/ovaire (HBOC), les tumeurs présentant des variants pathogènes (PV) de BRCA1/2 présentent une altération de la réparation de l'ADN par recombinaison homologue (RH). Des années après la découverte des gènes BRCA1/2, les PV ont été uniquement recherchés sur l'ADN constitutionnel. Aujourd’hui, cette information est également recherchée au niveau tumoral car en plus de leur utilité pour améliorer le conseil génétique, elle est aussi impliquée dans le choix thérapeutique. Cependant, les données recueillies indiquent que les PV inactivant la protéine ne seraient pas l’unique mécanisme d’inactivation de la voie de réparation de l’ADN par RH. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est d'identifier des mécanismes alternatifs d'inactivation de la voie HR pour améliorer à la fois: le conseil génétique et la prise en charge thérapeutique. À cette fin, nous avons tenté de contribuer à la classification de variants non-codants et faux-sens (autre que provoquant un stop prématuré) de BRCA1/2 et également recherché de nouveaux biomarqueurs de réponse thérapeutique dans d’autres gènes de la voie de HR.Nous avons décrit des variants constitutionnels dans des régions potentiellement importantes de régulation des gènes BRCA1 et BRCA2, et démontré qu'une partie d'entre eux étaient fonctionnellement actifs à mettre en lien avec la pathogénicité. Nous avons également exploré les caractéristiques moléculaires des tumeurs du sein et de l'ovaire des porteurs des variants BRCA1 et observé une prédominance de la perte de l'allèle sauvage pour les tumeurs des porteurs de variants pathogènes. Etant donné ces résultats, nous proposons d’intégrer les informations de LOH dans le modèle multifactoriel de classification des variants BRCA1. Enfin, nous avons mis en évidence des mécanismes alternatifs d'inactivation de la voie RH, dans une cohorte de patientes avec un cancer de l'ovaire présentant une excellente réponse aux platines, y compris des mutations constitutionnelles et somatiques des gènes BRCA1/2, l'hyperméthylation du promoteur BRCA1 ainsi que des mutations dans d'autres gènes de la voie RH
Ovarian and breast cancers are currently defined by the main pathways involved in the tumorigenesis. In hereditary breast/ovarian cancers (HBOC), tumors with BRCA1/2 pathogenic variants (PV) present an impairment of DNA repair by homologous recombination (HR). For many years, BRCA1/2 PV were only searched on germline DNA. Currently, this information is also searched at tumor level to personalize treatment. Even so, the reason of the inactivation of this pathway remains uncertain for most cases, even in the presence of HR deficient signature.Gathered evidence indicates that protein inactivating PV may not be the only mechanism of HR dysfunction. In this context, the main objective of this thesis is to identify alternative mechanisms of HR inactivation to improve both: genetic counseling and therapeutic response. For this purpose, we have attempted to contribute to non-coding and missense (other than premature stop codon) BRCA1/2 variant classification and searched for new biomarkers of therapeutic response to DNA damage agents in other HR genes.We identified germline variants in key transcriptional regulatory elements of BRCA1 and BRCA2, and demonstrated that part of them were functionally active and had additional arguments suggesting pathogenicity. We also explored molecular features of breast and ovarian tumors from BRCA1 variant carriers and observed a predominance of loss of the wild-type allele. Conforming to this evidence, we propose to incorporate LOH information, into the multifactorial model for BRCA1 variant classification. Finally, besides the enrichment of BRCA1/2 germline and somatic PV, we described alternative mechanisms of HR inactivation in a OC population presenting optimal response to platinum-based chemotherapy, including BRCA1 promoter hypermethylation and also mutations in other genes of HR pathway

Tn1545 est un element transposable issu d'une souche de streptococcus pneumoniae et porteur de plusieurs genes de resistance (apha-3, ermam et tetm). Le gene alpha-3 a ete bien etudie et compare a ceux d'autres especes, suggerant des echanges entre bacteries a gram positif et bacteries a gram negatif. Tn1545 (23,5 kb) a ete cartographie et ses fragments de jonctions avec les cibles respectives sequencees. Une revue generale sur les transposons conjugatifs, une discussion sur les echanges intergamiques et sur un modele de transposition suivi par tn1545 sont proposes

Chaque année, plus de 150 000 décès sont associés aux cancers épithéliaux de l’ovaire dans le monde, notamment en raison du développement d’une résistance à la chimiothérapie. Environ la moitié de ces cancers présentent des altérations moléculaires provoquant une déficience de la réparation de l’ADN par recombinaison homologue (HRD) qui les sensibilise à l’action des inhibiteurs de la protéine PARP (PARPi). A ce jour, il n’existe pas de test capable d’appréhender le phénotype HRD dans sa globalité, limitant ainsi l’accès à ces traitements. Dans ce contexte, nous avons entrepris de mettre au point des tests fonctionnels basés sur l’utilisation d’explants tumoraux tranchés puis sur l’utilisation d’organoïdes tumoraux dérivés de tumeurs ovariennes de patientes chimio-naïves ou antérieurement traitées. La culture d’explants s’est révélée inappropriée pour la réalisation de ces tests et nous avons alors focalisé nos travaux sur les organoïdes tumoraux. Ces derniers ont été exposés au carboplatine (traitement de 1e ligne) et à deux inhibiteurs de PARP (l’olaparib et le niraparib) utilisés en traitement d’entretien. En parallèle, nous avons collecté les données cliniques des patientes (survie, intervalle sans platine, RECIST, traitements) afin d’évaluer le potentiel prédictif de ces modèles. Les organoïdes tumoraux établis ont répondu de façon hétérogène aux différents médicaments testés, et nos résultats montrent que les tests réalisés sur les organoïdes sont capables d’identifier des patientes présentant un niveau de résistance élevé au carboplatine, suggérant que ce test fonctionnel pourrait présenter un intérêt prédictif vis-à-vis de ce médicament. Concernant le potentiel prédictif des organoïdes vis-à-vis des PARPi, des profils de sensibilité variés ont été identifiés, mais la corrélation avec la réponse clinique reste à établir par des études menées sur des échantillons de tumeurs issus de patientes traitées par ces médicaments
Worldwide each year, more than 150 000 women die from epithelial ovarian cancer largely due to emergence of resistance to chemotherapy. Approximately half of these cancers display molecular alterations that cause deficiency of DNA repair via homologous recombination (HRD), which confer sensitivity to PARP protein inhibitors (PARPi). To date, there is no test capable of fully identifying the HRD phenotype, thus limiting access to these treatments. In this context, we are developing functional assays based on the use of tumor explant slices and then, on the use of tumor organoids derived from ovarian tumors of chemotherapy-naive or previously treated patients. The culture of explants was unsuitable for this application and we then focused our work on tumor organoids. Tumor organoids were exposed to carboplatin (first-line treatment) and two PARP inhibitors (olaparib and niraparib) used for maintenance therapy. In parallel, we collected clinical data from patients (survival, platinum-free interval, RECIST, treatments) to evaluate the predictive potential of these models. The established tumor organoids responded heterogeneously to different drugs, and our results show that the organoid-based assay is capable of identifying patients highly resistant to carboplatin, suggesting that this functional assay could have a predictive value for patients treated with carboplatin. Regarding the potential of organoids in predicting PARPi response, multiple sensitivity profiles have been identified, but the correlation with clinical response has yet to be determined by studies conducted on tumor samples from patients treated with these drugs

L'ADN de chaque cellule est constamment soumis à des stress pouvant compromettre son intégrité. Les bris double-brins sont probablement les dommages les plus nocifs pour la cellule et peuvent être des sources de réarrangements chromosomiques majeurs et mener au cancer s’ils sont mal réparés. La recombinaison homologue et la jonction d’extrémités non-homologues (JENH) sont deux voies fondamentalement différentes utilisées pour réparer ce type de dommage. Or, les mécanismes régulant le choix entre ces deux voies pour la réparation des bris double-brins demeurent nébuleux. Le complexe Mre11-Rad50-Xrs2 (MRX) est le premier acteur à être recruté à ce type de bris où il contribue à la réparation par recombinaison homologue ou JENH. À l’intersection de ces deux voies, il est donc idéalement placé pour orienter le choix de réparation. Ce mémoire met en lumière deux systèmes distincts de phosphorylation du complexe MRX régulant spécifiquement le JENH. L’un dépend de la progression du cycle cellulaire et inhibe le JENH, tandis que l’autre requiert la présence de dommages à l’ADN et est nécessaire au JENH. Ensembles, nos résultats suggèrent que le complexe MRX intègre différents phospho-stimuli pour réguler le choix de la voie de réparation.
The genome of every cell is constantly subjected to stresses that could compromise its integrity. DNA double-strand breaks (DSB) are amongst the most damaging events for a cell and can lead to gross chromosomal rearrangements, cell death and cancer if improperly repaired. Homologous recombination and non-homologous end joining (NHEJ) are the main repair pathways responsible for the repair of DSBs. However, the mechanistic basis of both pathways is fundamentally different and the regulation of the choice between both for the repair of DSBs remains largely misunderstood. The Mre11-Rad50-Xrs2 (MRX) complex acts as a DSB first responder and contributes to repair by both homologous recombination and NHEJ. Being at the crossroads of both DSB repair pathways, the MRX complex is therefore in a convenient position to influence the repair choice. This thesis unravels two distinct phosphorylation systems modifying the MRX complex and specifically regulating repair by NHEJ. The first relies on cell cycle progression and inhibits NHEJ, while the second requires the presence of DNA damage and is necessary for efficient NHEJ. Together, our results suggest a model in which the MRX complex would act as an integrator of phospho-stimuli in order to regulate the DSB repair pathway choice.