Les systèmes Xer à une seule recombinase

Les dimères chromosomiques se produisant lors de la réparation de chromosomes circulaires peuvent être dommageables pour les bactéries en bloquant la ségrégation des chromosomes et le bon déroulement de la division cellulaire. Pour remédier à ce problème, les bactéries utilisent le système Xer de monomérisation des chromosomes. Celui-ci est composé de deux tyrosine recombinases, XerC et XerD, qui vont agir au niveau du site dif et procéder à une recombinaison qui aura pour effet de séparer les deux copies de l’ADN. Le site dif est une séquence d’ADN où deux répétitions inversées imparfaites séparées par six paires de bases permettent la liaison de chacune des recombinases. Cette recombinaison est régulée à l’aide de FtsK, une protéine essentielle de l’appareil de division. Ce système a été étudié en profondeur chez Escherichia coli et a aussi été caractérisée dans une multitude d’espèces variées, par exemple Bacillus subtilis. Mais dans certaines espèces du groupe des Streptococcus, des études ont été en mesure d’identifier une seule recombinase, XerS, agissant au niveau d’un site atypique nommée difSL. Peu de temps après, un second système utilisant une seule recombinase a été identifié chez un groupe des epsilon-protéobactéries. La recombinase fut nommée XerH et le site de recombinaison, plus similaire à difSL qu’au site dif classique, difH. Dans cette thèse, des résultats d’expériences in vitro sur les deux systèmes sont présentés, ainsi que certains résultats in vivo. Il est démontré que XerS est en mesure de se lier de façon coopérative à difSL et que cette liaison est asymétrique, puisque XerS est capable de se lier à la moitié gauche du site prise individuellement mais non à la moitié droite. Le clivage par XerS est aussi asymétrique, étant plus efficace au niveau du brin inférieur. Pour ce qui est de XerH, la liaison à difH est beaucoup moins coopérative et n’a pas la même asymétrie. Par contre, le clivage est asymétrique lui aussi. La comparaison de ces deux systèmes montrent qu’ils ne sont pas homologues et que les systèmes Xer à seule recombinase existent sous plusieurs versions. Ces résultats représentent la première découverte d’un espaceur de 11 paires de bases chez les tyrosine recombinases ainsi que la première étude in vitro sur XerH.The chromosome dimers produced during the repair of circular chromosomes can be harmful to bacteria by blocking the segregation of the chromosome and cell division. To overcome this problem, bacteria use the Xer system for the monomerisation of chromosome dimers. It has two components, XerC and XerD, which act on the dif site and complete a recombination that will lead to the separation of the two copies of the DNA. The dif site is a DNA sequence where two imperfect inverted repeats separated by six base pairs allow the binding of each recombinase. This recombination is regulated by the protein FtsK, an essential member of the cell division machinery. The Xer system has been well studied in Escherichia coli and has also been characterized in a variety of species, for example Bacillus subtilis. Furthermore, in certain species of Streptococcus, studies have identified only a single recombinase, XerS, which acts on an atypical site named difSL in order to monomerize dimeric chromosomes. Not long after, a second system using a single recombinase was identified in a group of epsilon-proteobacteria. This recombinase was named XerH and the recombination site, difH, was found to more similar to difSL than to the classical dif sites. In this thesis, results from in vitro experiments on both systems are presented, as well as some results from in vivo experiments. We show that XerS is capable of binding cooperatively to difSL and that this binding is asymmetrical. This is because XerS is able to bind to the left half of the site but not to the right half when they are separated. The cleavage by XerS is also asymmetrical, as it is more efficient on the bottom strand. As for XerH, its binding to difH is much less cooperative and doesn’t have the same asymmetry. But the cleavage is also asymmetrical like the one seen in XerS. Comparing the two systems show that they are not homologuous and that more than one version of Xer systems using a single recombinase exists. These results represent the first discovery of an 11 bases pairs spacer for tyrosine recombinase. It is also the first in vitro studies of XerH

Profil d'expression des fibroblastes de souris embryonnaires avec une suppression dans le domaine hélicase de l'homologue du gène Werner traité avec du peroxyde d'hydrogène

Le syndrome de Werner (SW) est une maladie génétique de transmission autosomique récessive qui cause le vieillissement prématuré. La maladie est causée par une mutation dans le gène Werner (WRN). Étant donné que le niveau d'espèces réactives d'oxygène (EROs) est élevé chez les personnes atteintes du SW et que c'est probablement un facteur causant une partie du phénotype, nous avons vérifié le phénomène au niveau cellulaire. Pour ce faire, nous avons analysé des fibroblastes de souris embryonnaires (FSEs) de type sauvage (TS) et des FSEs ayant une deletion dans une partie du domaine hélicase de la protéine homologue de WRN (Wrn[delta]hel/[delta]hel). Nous avons mesuré le niveau d'EROs dans ces cellules. Après avoir constaté que le niveau d'EROs est plus élevé dans les FSEs Wrn[delta]hel/[delta]hel que dans les FSEs TS, nous avons mesuré les effets directs et indirects de cette augmentation du niveau d'EROs au plan de la transcription globale dans ces cellules. Finalement, pour mieux comprendre l'impact des EROs dans le phénotype, nous avons étudié l'effet de l'addition d'EROs exogènes sur les cellules en culture. Nous avons donc traité des FSEs TS et Wm mutants avec du peroxyde d'hydrogène. À l'aide de biopuces à ADN, nous avons comparé le profil d'expression génique des FSEs traités au peroxyde d'hydrogène par rapport aux cellules non traitées. Nous avons par la suite validé les résultats des biopuces à ADN par transcriptase inverse suivi d'une réaction de polymerase en chaîne quantitative (TI-RPC) et analysé les données avec le programme PANTHER (Protein ANalysis THrough Evolutionary Relationships). Les EROs exogènes ont peu d'impact sur le profil d'expression des gènes chez les FSEs Wrn mutants en comparaison avec les FSEs TS car ces cellules démontrent déjà un niveau d'EROs plus élevé que la normale. Toutefois, plusieurs sentiers biologiques déjà affectés chez les FSEs Wrn mutants ont été affectés de la même façon dans les FSEs TS traités au peroxyde d'hydrogène. D'ailleurs, plusieurs de ces sentiers biologiques sont étroitement reliés au phénotype observé chez notre modèle de souris Wrn mutantes ainsi que chez les patients atteints du SW

Étude des mécanismes de l'intégration chromosomique des herpèsvirus humains 6A/B : caractérisation de la protéine précoce immédiate 1

Les herpèsvirus humains 6A/B (HHV-6A/B) sont deux virus ubiquitaires à l'échelle planétaire qui partagent 94% d'identité entre eux. Ces virus persistent tout au long de la vie de l'hôte en adoptant un état de latence. La latence d'HHV-6A/B est engendrée par l'intégration de leur génome entier aux télomères humains. Les télomères assurent la protection du génome cellulaire contre sa détérioration et dictent la durée de vie cellulaire. On estime que 1.1 % de la population mondiale possède la forme héritée du génome intégré d'HHV-6A/B (iciHHV-6A/B), ce qui signifie qu'environ 80 millions de personnes possèdent un génome d'HHV-6A/B dans un télomère de chaque cellule. Ceci signifie également que chez une personne iciHHV-6A/B, les virus peuvent se réactiver dans différents types de tissus cellulaires. Notamment, lors d'immunosuppression ou des traitements de chimiothérapie chez ces patients, la forme intégrée peut se réactiver et mène à de graves complications cliniques. Alors que les connaissances face à ces conséquences ont progressé, il demeure que les mécanismes fondamentaux utilisés par HHV-6A/B afin de s'intégrer aux télomères humains sont loin d'être élucidés. Les protéines précoces immédiates (IE) des herpèsvirus exercent plusieurs fonctions à des fins de réplications virales, dont celles d'être impliquées dans l'évasion du système immunitaire, dans la réponse aux dommages à l'ADN et dans le remodelage des protéines qui gouvernent les télomères. L'expression soutenue des protéines IE des herpèsvirus tout au long de leur infection afin d'établir la phase lytique et latente, font de ces protéines des protagonistes intéressantes dans la quête de la compréhension du déroulement de l'intégration d'HHV-6A/B. Les protéines IE s'associent à des corps nucléaires formés par la protéine PML (PML-NBs) et compromettent l'intégrité de ceux-ci afin de favoriser l'infection virale. Cependant, il a été documenté que lors de l'infection par HHV-6A/B, leur protéine IE, IE1 (IE1A et IE1B, respectivement), s'associe aux PML-NBs sans occasionner la dégradation ou la destruction de ceux-ci. D'un point de vue télomérique, les PML-NBs s'associent aux télomères endommagés. Notamment, les PML-NBs sont impliqués dans la recombinaison homologue des télomères. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des mécanismes associés à l'intégration d'HHV-6A/B en portant une attention particulière à la caractérisation de la protéine IE1 d'HHV-6A/B (IE1A/B). Dans un premier temps, nous avons identifié les corps nucléaires de la protéine PML (PML-NBs) comme promoteurs de la SUMOylation d'IE1B. Ce résultat nous a conduits à identifier un motif d'interaction SUMO putatif d'IE1B, essentiel à la fois pour sa SUMOylation et pour son oligomérisation avec les PML-NB. Nous avons ensuite étudié le rôle des PML-NBs dans l'intégration d'HHV-6B et identifié que les cellules déficientes pour la protéine PML étaient moins susceptibles à l'intégration d'HHV-6B. Ces résultats corrèlent avec le résultat des PML-NBs qui influencent la localisation d'IE1B aux télomères. La deuxième étude est associée avec celle précédente dont l'objectif était de valider les résultats obtenus pour IE1B et HHV-6B avec IE1A et HHV-6A, dans un contexte de SUMOylation et d'absence de PML-NBs. Nous avons identifié des sites putatifs pour la SUMOylation d'IE1A, importants pour son oligomérisation. Par ailleurs, la localisation d'IE1A aux télomères et l'intégration d'HHV-6A furent influencées par la présence de PML-NBs. Ensemble, ces deux études ont mis en lumière l'importance de la SUMOylation pour l'oligomérisation d'IE1A/B, leur localisation aux PML-NBs et l'importance de ces derniers dans l'intégration d'HHV-6A/B. Lors de la troisième étude, nous nous sommes intéressés à étudier HHV-6A/B dans un contexte télomérique et ce, en nous penchant sur une protéine télomérique majeure, la protéine TRF2. Nous rapportons que la réplication de l'ADN d'HHV-6A/B augmente considérablement le nombre de répétitions télomériques dans les cellules infectées. En outre, nous démontrons que TRF2 se lient aux répétitions télomériques virales pendant l'infection et elle est importante pour l'intégration d'HHV-6A/B. La dernière étude de cette thèse avait l'objectif de caractériser la fonction d'IE1B dans un contexte de réparation de l'ADN. Nous avons mis en évidence qu'IE1B induit de l'instabilité génomique en inhibant la signalisation de la protéine détectrice de dommage de l'ADN, NBS1. Nous avons identifié deux régions protéiques d'IE1B responsables de l'interaction avec NBS1 et son inhibition. L'interaction/inhibition d'IE1B avec NBS1 mène à la diminution de la signalisation de dommage à l'ADN. Ces données corrèlent avec les évènements de différentes voies associées à la recombinaison homologue qui sont réduits en présence d'IE1B. Toutefois, NBS1 est importante pour l'intégration d'HHV-6B dans les cellules qui utilisent un mécanisme d'élongation des télomères basé sur la recombinaison homologue. Cette étude soulève la possibilité que d'autres protéines virales contrôlent l'action d'IE1B lors l'intégration afin de ne pas saturer l'instabilité génomique qui serait toxique à la survie cellulaire et virale. Dans l'ensemble, cette thèse identifie pour la première fois l'association de protéines cellulaires, PML, TRF2 et NBS1, dans l'intégration d'HHV-6A/B. Elle permet de mieux comprendre l'implication d'IE1B lors de l'infection d'HHV-6B et elle permet de percevoir une conséquence possible de l'iciHHV-6B. L'implication et l'importance d'IE1B dans l'instabilité génomique suggèrent qu'IE1B serait une cible thérapeutique pertinente dans le traitement des réactions d'HHV-6A/B.Human herpesviruses 6A/B (HHV-6A/B) are two ubiquitous viruses distributed worldwide that share 94% identity between them. These viruses persist throughout the host's life through a state of latency. The latency of HHV-6A/B is generated by integrating their entire genome into human telomeres. Telomeres protect the host's genome from its deterioration and dictate the cell lifespan. It is estimated that 1.1% of the world's population has the inherited form of the integrated HHV-6A/B genome (iciHHV-6A/B), meaning that about 80 million people have an HHV-6A/B genome in one telomere of each cell. In an iciHHV-6A/B+ individual, viruses can reactivate in different types of cell tissue. Particularly, during immunosuppression or chemotherapy treatments in these patients, the integrated form can reactivate and lead to serious clinical complications. While knowledge about these consequences has grown, the fact remains that the fundamental mechanisms used by HHV-6A/B to integrate at human telomeres are far from clear. The immediate early proteins (IE) of herpesviruses perform several functions for viral replication purposes, including those involved in evading the immune system, responding to DNA damage, and remodeling the proteins that govern telomeres. The sustained expression of the IE proteins of herpesviruses throughout their infection in order to establish the lytic and latent phase make these proteins interesting protagonists in the quest to a better understanding of the process leading to the integration of HHV-6A/B. The IE proteins associate with nuclear bodies formed by the PML protein (PML-NBs) to compromise their integrity and promote viral infection. However, it has been documented that upon infection of HHV-6A/B, their IE protein, IE1 (IE1A/B), associates with PML-NBs without causing their degradation or destruction. From a telomeric perspective, PML-NBs associate at damaged telomeres. In particular, the PML-NBs are involved in the homologous recombination of telomeres. As part of this thesis, we were interested in studying the mechanisms associated with the integration of HHV-6A/B with particular interest in the characterization of the IE1 protein of HHV-6A/B. We first identified the PML NBs as promoters of IE1B SUMOylation. This result led us to identify a putative SUMO interaction motif of IE1B that is essential for both its SUMOylation and for the oligomerization of IE1B with PML-NBs. We then investigated the role of PML-NBs in the integration of HHV-6B and identified that cells deficient for PML were less susceptible to HHV-6B integration. These results correlate with the result that PML-NBs influence the localization of IE1B to telomeres. The second study is associated with the previous one whose objective was to validate the results obtained for IE1B and HHV-6B with IE1A and HHV-6A, in a context of SUMOylation and absence of PML-NBs. We have identified putative sites for IE1A SUMOylation, important for its oligomerization. Furthermore, the localization of IE1A to telomeres and the integration of HHV-6A was influenced by the presence of PML-NBs. Together, these two studies highlighted the importance of SUMOylation for the oligomerization of IE1A/B, their localization to PML-NBs and the importance of these in the integration of HHV-6A/B. In the third study, we were interested in studying HHV-6A/B in a telomeric context by studying a major telomeric protein, the TRF2 protein. We report that the replication of HHV-6A/B DNA dramatically increases the number of telomeric repeats in infected cells. In addition, we demonstrate that TRF2 binds to viral telomeric repeats during infection and is important for the integration of HHV-6A/B. The last study of this thesis aimed to characterize the function of IE1B in the context of DNA repair. We have shown that IE1B induces genomic instability by inhibiting the function of the DNA damage sensor protein, NBS1. We have identified two protein regions of IE1B responsible for the interaction with NBS1 and its inhibition. Interaction/inhibition of IE1B with NBS1 leads to decreased DNA damage signaling. These data correlate with the events of different pathways associated with homologous recombination which are reduced in the presence of IE1B. However, NBS1 is important for the integration of HHV-6B into cells that use a mechanism of telomere elongation based on homologous recombination. This study raises the possibility that other viral proteins control the action of IE1B during integration to not saturate genomic instability that would be toxic to cell and viral survival. Taken together, this thesis identifies for the first time the association of cellular proteins, PML, TRF2 and NBS1, in the integration of HHV-6A/B. It provides a better understanding of the implication of IE1B in the infection of HHV-6B and in identifying a possible consequence of iciHHV-6B. The implication and importance of IE1B in genomic instability suggests that IE1B may be an interesting therapeutic target in the treatment of HHV-6B reactivations