THAP proteins in the transcriptional control of cell proliferation

L’immense majorité des cellules de notre corps comporte la même information génétique, c’est à dire l’ensemble des instructions nécessaires à leur fonctionnement. Selon le contexte — par exemple, le type de cellule, ou encore les signaux que celle-ci reçoit — différentes unités d’information génétique peuvent être lues. Les informations peuvent donc être interprétées différemment. Les facteurs responsables de cette lecture sélective sont des protéines appelées facteurs de transcription. Dans cette thèse, je m’intéresse à une famille particulière de ces facteurs: les protéines THAP, qui sont au nombre de 12 chez l’homme. Des études précédentes ont suggéré que ces différentes protéines sont capables d’interpréter, en étroite collaboration avec une protéine partenaire appelée HCF-1, l’information génétique reliée à la prolifération cellulaire et au développement. De plus, certaines de ces protéines sont impliquées dans diverses maladies comme notamment certains cancers, une maladie neurodégénérative et un trouble rare du métabolisme de la vitamine B12. Ceci rend donc la compréhension de leur mode d’action primordiale. Ma thèse vise à mieux comprendre les mécanismes qui permettent aux protéines THAP d’interpréter l’information génétique et ainsi de réguler la prolifération cellulaire. Je montre que ces protéines sont des facteurs essentiels pour la régulation de la prolifération cellulaire, chacune possédant des fonctions et caractéristiques à la fois communes et spécifiques. En outre, je clarifie les mécanismes sous-jacents à la maladie génétique liée au trouble du métabolisme de la vitamine B12. De façon générale, une meilleure compréhension des mécanismes normaux et pathogéniques liés à ces protéines est un premier pas vers une meilleure prise en charge des maladies associées. -- Les protéines THAP sont des facteurs de transcription caractérisées par leur domaine THAP, un domaine de liaison à l’ADN à doigt de zinc très bien conservé dans les espèces animales. Un nombre croissant d’études soulignent l’importance de ces protéines dans la régulation de la transcription et de la prolifération cellulaire, et leur étroite collaboration avec HCF-1, un co-régulateur de transcription. L’émergence de ces protéines ainsi que leur association avec diverses maladies humaines — comme différents cancers, la maladie neurodégénérative “dystonia 6” ou un trouble du métabolisme de la cobalamine — rend leur étude particulièrement importante. Dans ce travail de thèse, j’étudie comment les protéines THAP régulent la transcription des gènes et la proliferation cellulaire. J’utilise une approche pluridisciplinaire combinant bioinformatique, biochimie et approches moléculaires et cellulaires, ainsi que des techniques génétiques et génomiques de pointe. Je caractérise pour commencer les différentes proteines THAP dans leur ensemble avant de concentrer progressivement mon analyse sur un nombre réduit de protéines THAP. Tout d’abord, grˆace à des outils bioinformatiques et aux banques de données disponibles, je révèle comment ces protéines ont évolué au sein dans les espèces animales, et caractérise les niveaux d’expression des gènes THAP chez l’homme et la souris. Ensuite, je montre que les différentes protéines THAP humaines possèdent des capacités distinctes d’homo- et d’hétérodimérisation, ainsi que de liaison avec leur partenaire supposé HCF-1. Ceci suggère l’existence d’un mécanisme complexe de régulation dans lequel les différentes protéines THAP ont des fonctions à la fois communes et particulières. Focalisant ensuite mon étude sur les deux protéines THAP7 et THAP11, j’utilise des lignées cellulaires créées sur mesure pour démontrer que ces deux protéines régulent la prolifération cellulaire. Enfin, je concentre mes efforts sur l’unique protéine THAP11 et montre qu’elle se lie à l’ADN pour réguler des gènes impliqués dans le dévelopement, la prolifération cellulaire et la transcription. En outre, je clarifie les mécanismes moléculaires à la base du trouble cobalaminique associé à une mutation du gène THAP11. Les résultats obtenus dans cette thèse caractérisent les facteurs de transcription THAP comme d’importants régulateurs de la prolifération cellulaire, chacun possédant des fonctions communes et spécifiques. Une meilleure compréhension des mécanismes normaux et pathogéniques sous-jacents aux fonctions de ces protéines est un pré-requis pour une meilleure prise en charge des maladies associées. -- THAP proteins are animal-specific transcription factors, which share the THAP domain, an evolutionary conserved zinc-finger DNA-binding domain. Growing evidence implicates THAP proteins as broad transcriptional and proliferation regulators, working hand in hand with the HCF-1 transcription co-regulator. The emergence of THAP proteins and their association with diverse human diseases — such as several cancers, the dystonia 6 neurodegenerative disorder or a subgroup of cobalamin disorder — make them ripe for detailed exploration. In this thesis work, I clarify how THAP proteins can regulate gene transcription and subsequent cell proliferation. I use a multidisciplinary strategy combining bioinformatics, biochemistry, molecular and cellular approaches, as well as state-of-the-art genetic and genomic techniques. I start by studying the whole set of THAP proteins using bioinformatics tools and gradually concentrate my analysis to smaller subsets of human THAP proteins for wet-lab experiments. To begin with, using bioinformatics tools and available data, I shed light on the evolution of THAP proteins among animal species, and unravel the pattern of expression of human and mouse THAP genes. Then, I show that human THAP proteins possess differing potentials for homo- and heterodimer formation, and for binding to their putative HCF-1 partner. This suggests possibilities for an intricate THAP-protein regulatory network in which THAP proteins exhibit both shared and specific functions. Further focusing the scope of my analysis on the THAP7 and THAP11 proteins, I demonstrate that both proteins regulate cell proliferation using custom engineered THAP7 and THAP11 cell lines. Finally, I concentrate my efforts on THAP11 and show that it associates to DNA to regulate genes involved in development, cell proliferation and transcription. Particularly, I clarify the molecular mechanisms underlying the THAP11 cobalamin disorder-associated mutation. The results developed in this thesis implicate the THAP transcriptional factors as important regulators of development and cell proliferation, each of them likely exhibiting shared and specific functions. Sheding light on the normal and pathogenic mechanisms of the THAP proteins is therefore a first step towards managing their associated diseases

Trustworthy clinical AI solutions: a unified review of uncertainty quantification in deep learning models for medical image analysis

The full acceptance of Deep Learning (DL) models in the clinical field is rather low with respect to the quantity of high-performing solutions reported in the literature. Particularly, end users are reluctant to rely on the rough predictions of DL models. Uncertainty quantification methods have been proposed in the literature as a potential response to reduce the rough decision provided by the DL black box and thus increase the interpretability and the acceptability of the result by the final user. In this review, we propose an overview of the existing methods to quantify uncertainty associated to DL predictions. We focus on applications to medical image analysis, which present specific challenges due to the high dimensionality of images and their quality variability, as well as constraints associated to real-life clinical routine. We then discuss the evaluation protocols to validate the relevance of uncertainty estimates. Finally, we highlight the open challenges of uncertainty quantification in the medical field

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