Soutenance de thèse de Mélina VAURS

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Biologie du Développement
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Télomères,Quiescence,Réplication,Levure fissipare,
Keywords
Telomere,Quiescence,Replication,Fission Yeast,
Titre de thèse
Etude des mécanismes moléculaires impliqués dans la maintenance des séquences télomériques dans les cellules quiescentes et cyclantes de la levure S. pombe
Study of molecular mechanisms involved in telomere maintenance in non-dividing and dividing cells in fission yeast
Date
Vendredi 26 Novembre 2021
Adresse
Institut Paoli-Calmettes Salle de conférence-Bâtiment IPC2 232 Boulevard de Sainte-Marguerite 13009 MARSEILLE
Salle de conférence-Bâtiment IPC2
Jury
Directeur de these M. Stéphane COULON Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille
CoDirecteur de these M. Vincent GéLI Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille
Rapporteur Mme Sarah LAMBERT Institut Curie
Rapporteur M. Miguel GODINHO FERREIRA Institute for Research on Cancer and Aging
Examinateur M. Stéphane MARCAND Institut de Biologie François Jacob

Résumé de la thèse

Les télomères sont des structures nucléoprotéiques localisées aux extrémités des chromosomes. Ces séquences d’ADN sont protégées par un ensemble protéique appelée la shelterine. Afin de pallier à la perte progressive des séquences terminales qui raccourcissent naturellement pendant la phase de réplication de chaque cycle cellulaire, les cellules germinales et les cellules souches activent la télomérase, une enzyme capable de synthétiser des répétitions. En revanche, un raccourcissement des télomères est observé dans les cellules somatiques dépourvues de l’activité télomérase. L’érosion des télomères a également été observé dans les cellules à basse capacité proliférative suggérant que d’autres facteurs indépendants du cycle cellulaire causent le raccourcissement des séquences terminales. Les télomères sont des régions difficiles à répliquer ce qui peut accentuer le phénomène d’érosion. En effet, la fourche de réplication rencontre des obstacles qui rendent sa progression difficile au niveau des séquences répétées. Ce stress réplicatif aux télomères peut aussi être à l’origine d’instabilités au sein du génome. Au laboratoire nous utilisons le modèle de levure Schizosaccharomyces pombe car les télomères sont structurellement et fonctionnellement semblables aux télomères humains. Mon projet de thèse visait à mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui assurent la stabilité des séquences télomériques, à la fois dans des cellules quiescentes et dans des cellules cyclantes. Mon premier axe de recherche a porté sur la maintenance des télomères dans des cellules quiescentes. Grâce à un outil moléculaire permettant de générer artificiellement un télomère court unique dans la levure, j’ai pu mettre en évidence que la télomérase était aussi active en quiescence. De plus, j’ai pu identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de son activité, notamment le rôle inattendu des protéines de la shelterine, Taz1 et Rap1, qui sont requises pour assurer le rallongement des télomères par la télomérase, à l’inverse des cellules cyclantes. Ces résultats mettent en exergue la complexité du rôle de la shelterine dans le contrôle de l’activité de la télomérase selon l’état dans lequel se trouvent les cellules. De plus, mon travail a permis de mettre en évidence comment la protéine télomérique Rif1 contrôlait négativement l’action de la télomérase, grâce à son activité phosphatase qui cible Ccq1. Mon travail a permis aussi de montrer que l’ancrage des télomères à l’enveloppe nucléaire, médié par l’interaction Rap1-Bqt4, pouvait jouer un rôle important dans la stabilité des télomères érodés. En effet, la localisation des télomères à la périphérie du noyau limite la transcription d’ARN non-codants aux télomères qui stimulent les réarrangements télomériques en quiescence. Mon deuxième axe de recherche a porté sur la dynamique de réplication des régions télomériques et subtélomériques. Mon travail a permis de montrer que les protéines de la shelterine sont cruciales dans le contrôle de ce processus. J’ai pu montrer en particulier qu’elles contribuent au recrutement du complexe Stn1-Ten1 à des régions subtélomériques spécifiques afin de faciliter leur réplication. Lorsque Stn1-Ten1 est dysfonctionnel, un mécanisme de redémarrage de la réplication dépendant de la recombinaison homologue est alors employé afin d’assurer la réplication de ces séquences terminales. De manière intéressante, l’ouverture d’une origine de réplication en aval de ces régions subtélomériques spécifiques restaure un profil de réplication conventionnel ne dépendant plus de la voie de recombinaison homologue. Mon travail a donc permis d’élucider les mécanismes impliqués dans l’homéostasie des télomères dans des cellules quiescentes et de mieux comprendre la dynamique de réplication des régions télomériques et subtélomériques.

Thesis resume

The end of chromosomes called telomeres are nucleoprotein structures composed by G rich repetitive sequences of DNA. These DNA extremities are associated by the shelterin complex to ensure telomere stability and protect chromosomes ends. To counteract the progressive loss of telomeres that occurs at each cell cycle division, stem and germinal cells express the telomerase, an enzyme enables to add telomeric repeats. However, telomere shortening is observed in somatic cells that lack telomerase activity. Recently, studies revealed that telomeres also shorten in post-mitotic cells regardless their replicative capacity. This finding suggests that other factors than those associated to cell division can provoke telomere erosion. Telomeres are known to be difficult to replicate and this could contribute to telomeric repeats loss. Indeed, replication fork encounter obstacles through these repetitive sequences of DNA that impede its progression. This replicative stress can also cause chromosome instabilities. We are using, in the laboratory, the fission yeast Schizosaccharomyces pombe as a model to study telomere maintenance because it displays high similarities with human telomeres. The aim of my PhD was to further understand the molecular mechanisms involved in telomere maintenance in both non-dividing and dividing cells. The first aspect of my research focused on telomere maintenance in quiescent cells. By using a genetic tool that allows to induce a single short telomere, I was able to demonstrate that telomerase is also active in quiescence. In addition, I identified molecular mechanisms involved in telomerase regulation in quiescent cells. In particular, I revealed an unexpected role of Taz1 and Rap1 in promoting telomere lengthening in contrast to cycling cells. These results highlight the complexity of the control by the shelterin on telomerase activity depending on cell status. Moreover, my study unveiled how Rif1 negatively controls telomerase action through its associated-PP1 phosphatases activity targeting Ccq1. My work also allowed to reveal that nuclear envelop anchoring of telomeres through Rap1-Bqt4 interaction contributes to eroded telomeres stability. Indeed, telomeres location at nuclear periphery prevents telomere transcription that stimulates telomeric rearrangements. In a second part of my PhD, I investigated telomeric and subtelomeric dynamic replication. My work highlighted the major role of the shelterin complex in this process. My results suggested that Stn1-Ten1 complex is recruited by the shelterin and facilitates the replication of specific subtelomeric regions. In absence of functional Stn1-Ten1 complex, a replication fork restart mechanism by homologous recombination (HR-restart) is required. Interestingly, the firing of an origin downstream these specific subtelomeric regions restores a conventional replication profile bypassing the requirement of the HR-based restart mechanism. Overall, my thesis work unveiled new mechanisms involved in the homeostasis of telomeres in non-dividing cells and further characterized replication dynamic of telomeres and subtelomeres.