BRCA1 Deficiency Exacerbates Estrogen-Induced DNA Damage and Genomic Instability

Germline mutations in BRCA1 predispose carriers to a high incidence of breast and ovarian cancers. BRCA1 functions to maintain genomic stability through critical roles in DNA repair, cell-cycle arrest, and transcriptional control. A major question has been why BRCA1 loss or mutation leads to tumors mainly in estrogen-regulated tissues, given that BRCA1 has essential functions in all cell types. Here, we report that estrogen and estrogen metabolites can cause DNA double-strand breaks (DSB) in estrogen receptora- negative breast cells and that BRCA1 is required to repair these DSBs to prevent metabolite-induced genomic instability.We found that BRCA1 also regulates estrogen metabolism and metabolite-mediated DNA damage by repressing the transcription of estrogen-metabolizing enzymes, such as CYP1A1, in breast cells. Finally, we used a knock-in human cell model with a heterozygous BRCA1 pathogenic mutation to show how BRCA1 haploinsufficiency affects these processes. Our findings provide pivotal new insights into why BRCA1 mutation drives the formation of tumors in estrogen-regulated tissues, despite the general role of BRCA1 in DNA repair in all cell types. © 2014 American Association for Cancer Research.

Use of the γ-H2AX Assay to Investigate DNA Repair Dynamics Following Multiple Radiation Exposures

Radiation therapy is one of the most common and effective strategies used to treat cancer. The irradiation is usually performed with a fractionated scheme, where the dose required to kill tumour cells is given in several sessions, spaced by specific time intervals, to allow healthy tissue recovery. In this work, we examined the DNA repair dynamics of cells exposed to radiation delivered in fractions, by assessing the response of histone-2AX (H2AX) phosphorylation (γ-H2AX), a marker of DNA double strand breaks. γ-H2AX foci induction and disappearance were monitored following split dose irradiation experiments in which time interval between exposure and dose were varied. Experimental data have been coupled to an analytical theoretical model, in order to quantify key parameters involved in the foci induction process. Induction of γ-H2AX foci was found to be affected by the initial radiation exposure with a smaller number of foci induced by subsequent exposures. This was compared to chromatin relaxation and cell survival. The time needed for full recovery of γ-H2AX foci induction was quantified (12 hours) and the 1:1 relationship between radiation induced DNA double strand breaks and foci numbers was critically assessed in the multiple irradiation scenarios.

Chromosome synapsis and recombination in simple and complex chromosomal heterozygotes of tuco-tuco (Ctenomys talarum: Rodentia: Ctenomyidae):Rodentia: Ctenomyidae)

The chromosomal speciation hypothesis suggests that irregularities in synapsis, recombination, and segregation in heterozygotes for chromosome rearrangements may restrict gene flow between karyotypically distinct populations and promote speciation. Ctenomys talarum is a South American subterranean rodent inhabiting the coastal regions of Argentina, whose populations polymorphic for Robertsonian and tandem translocations seem to have a very restricted gene flow. To test if chromosomal differences are involved in isolation among its populations, we examined chromosome pairing, recombination, and meiotic silencing of unsynapsed chromatin in male meiosis of simple and complex translocation heterozygotes using immunolocalization of the MLH1 marking mature recombination nodules and phosphorylated histone γH2A.X marking unrepaired double-strand breaks. We observed small asynaptic areas labeled by γH2A.X in pericentromeric regions of the chromosomes involved in the trivalents and quadrivalents. We also observed a decrease of recombination frequency and a distalization of the crossover distribution in the heterozygotes and metacentric homozygotes compared to acrocentric homozygotes. We suggest that the asynapsis of the pericentromeric regions are unlikely to induce germ cell death and decrease fertility of the heterozygotes; however, suppressed recombination in pericentromeric areas of the multivalents may reduce gene flow between chromosomally different populations of the Talas tuco-tuco.

Mechanisms of DNA Damage Response to Targeted Irradiation in Organotypic 3D Skin Cultures

DNA damage (caused by direct cellular exposure and bystander signaling) and the complex pathways involved in its repair are critical events underpinning cellular and tissue response following radiation exposures. There are limited data addressing the dynamics of DNA damage induction and repair in the skin particularly in areas not directly exposed. Here we investigate the mechanisms regulating DNA damage, repair, intracellular signalling and their impact on premature differentiation and development of inflammatory-like response in the irradiated and surrounding areas of a 3D organotypic skin model. Following localized low-LET irradiation (225 kVp X-rays), low levels of 53BP1 foci were observed in the 3D model (3.8±0.28 foci/Gy/cell) with foci persisting and increasing in size up to 48 h post irradiation. In contrast, in cell monolayers 14.2±0.6 foci/Gy/cell and biphasic repair kinetics with repair completed before 24 h was observed. These differences are linked to differences in cellular status with variable level of p21 driving apoptotic signalling in 2D and accelerated differentiation in both the directly irradiated and bystander areas of the 3D model. The signalling pathways utilized by irradiated keratinocytes to induce DNA damage in non-exposed areas of the skin involved the NF-κB transcription factor and its downstream target COX-2.

Low dose effects of ionizing radiation on normal tissue stem cells

In recent years, there has been growing evidence for the involvement of stem cells in cancer initiation. As a result of their long life span, stem cells may have an increased propensity to accumulate genetic damage relative to differentiated cells. Therefore, stem cells of normal tissues may be important targets for radiation-induced carcinogenesis.

Knowledge of the effects of ionizing radiation (IR) on normal stem cells and on the processes involved in carcinogenesis is very limited. The influence of high doses of IR (>5 Gy) on proliferation, cell cycle and induction of senescence has been demonstrated in stem cells. There have been limited studies of the effects of moderate (0.5–5 Gy) and low doses (<0.5 Gy) of IR on stem cells however, the effect of low dose IR (LD-IR) on normal stem cells as possible targets for radiation-induced carcinogenesis has not been studied in any depth. There may also be important parallels between stem cell responses and those of cancer stem cells, which may highlight potential key common mechanisms of their response and radiosensitivity.

This review will provide an overview of the current knowledge of radiation-induced effects on normal stem cells, with particular focus on low and moderate doses of IR.

The Nuclear Oncogene SET Controls DNA Repair by KAP1 and HP1 Retention to Chromatin

Cells experience damage from exogenous and endogenous sources that endanger genome stability. Several cellular pathways have evolved to detect DNA damage and mediate its repair. Although many proteins have been implicated in these processes, only recent studies have revealed how they operate in the context of high-ordered chromatin structure. Here, we identify the nuclear oncogene SET (I2PP2A) as a modulator of DNA damage response (DDR) and repair in chromatin surrounding double-strand breaks (DSBs). We demonstrate that depletion of SET increases DDR and survival in the presence of radiomimetic drugs, while overexpression of SET impairs DDR and homologous recombination (HR)-mediated DNA repair. SET interacts with the Kruppel-associated box (KRAB)-associated co-repressor KAP1, and its overexpression results in the sustained retention of KAP1 and Heterochromatin protein 1 (HP1) on chromatin. Our results are consistent with a model in which SET-mediated chromatin compaction triggers an inhibition of DNA end resection and HR.

Alpha particles induce pan-nuclear phosphorylation of H2AX in primary human lymphocytes mediated through ATM

The use of high linear energy transfer radiations in the form of carbon ions in heavy ion beam lines or alpha particles in new radionuclide treatments has increased substantially over the past decade and will continue to do so due to the favourable dose distributions they can offer versus conventional therapies. Previously it has been shown that exposure to heavy ions induces pan-nuclear phosphorylation of several DNA repair proteins such as H2AX and ATM in vitro. Here we describe similar effects of alpha particles on ex vivo irradiated primary human peripheral blood lymphocytes. Following alpha particle irradiation pan-nuclear phosphorylation of H2AX and ATM, but not DNA-PK and 53BP1, was observed throughout the nucleus. Inhibition of ATM, but not DNA-PK, resulted in the loss of pan-nuclear phosphorylation of H2AX in alpha particle irradiated lymphocytes. Pan-nuclear gamma-H2AX signal was rapidly lost over 24h at a much greater rate than foci loss. Surprisingly, pan-nuclear gamma-H2AX intensity was not dependent on the number of alpha particle induced double strand breaks, rather the number of alpha particles which had traversed the cell nucleus. This distinct fluence dependent damage signature of particle radiation is important in both the fields of radioprotection and clinical oncology in determining radionuclide biological dosimetry and may be indicative of patient response to new radionuclide cancer therapies.

The dual EGFR/HER2 inhibitor lapatinib synergistically enhances the antitumor activity of the histone deacetylase inhibitor panobinostat in colorectal cancer models

As key molecules that drive progression and chemoresistance in gastrointestinal cancers, epidermal growth factor receptor (EGFR) and HER2 have become efficacious drug targets in this setting. Lapatinib is an EGFR/HER2 kinase inhibitor suppressing signaling through the RAS/RAF/MEK (MAP/ERK kinase)/MAPK (mitogen-activated protein kinase) and PI3K (phosphoinositide 3-kinase)/AKT pathways. Histone deacetylase inhibitors (HDACi) are a novel class of agents that induce cell cycle arrest and apoptosis following the acetylation of histone and nonhistone proteins modulating gene expression and disrupting HSP90 function inducing the degradation of EGFR-pathway client proteins. This study sought to evaluate the therapeutic potential of combining lapatinib with the HDACi panobinostat in colorectal cancer (CRC) cell lines with varying EGFR/HER2 expression and KRAS/BRAF/PIK3CA mutations. Lapatinib and panobinostat exerted concentration-dependent antiproliferative effects in vitro (panobinostat range 7.2-30 nmol/L; lapatinib range 7.6-25.8 μmol/L). Combined lapatinib and panobinostat treatment interacted synergistically to inhibit the proliferation and colony formation in all CRC cell lines tested. Combination treatment resulted in rapid induction of apoptosis that coincided with increased DNA double-strand breaks, caspase-8 activation, and PARP cleavage. This was paralleled by decreased signaling through both the PI3K and MAPK pathways and increased downregulation of transcriptional targets including NF-κB1, IRAK1, and CCND1. Panobinostat treatment induced downregulation of EGFR, HER2, and HER3 mRNA and protein through transcriptional and posttranslational mechanisms. In the LoVo KRAS mutant CRC xenograft model, the combination showed greater antitumor activity than either agent alone, with no apparent increase in toxicity. Our results offer preclinical rationale warranting further clinical investigation combining HDACi with EGFR and HER2-targeted therapies for CRC treatment.

Cobalt complexes bearing scorpionate ligands: Synthesis, characterization, cytotoxicity and DNA cleavage

A number of novel, water-stable redox-active cobalt complexes of the C-functionalized tripodal ligands tris(pyrazolyl)methane XC(pz)(3) (X = HOCH2, CH2OCH2Py or CH2OSO2Me) are reported along with their effects on DNA. The compounds were isolated as air-stable solids and fully characterized by IR and FIR spectroscopies, ESI-MS(+/-), cyclic voltammetry, controlled potential electrolysis, elemental analysis and, in a number of cases, also by single-crystal X-ray diffraction. They showed moderate cytotoxicity in vitro towards HCT116 colorectal carcinoma and HepG2 hepatocellular carcinoma human cancer cell lines. This viability loss is correlated with an increase of tumour cell lines apoptosis. Reactivity studies with biomolecules, such as reducing agents, H2O2, plasmid DNA and UV-visible titrations were also performed to provide tentative insights into the mode of action of the complexes. Incubation of Co(II) complexes with pDNA induced double strand breaks, without requiring the presence of any activator. This pDNA cleavage appears to be mediated by O-centred radical species.

Étude du rôle de la MAP Kinase non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique et l'activation des lymphocytes T

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT.

Étude structurale du mode de liaison des protéines Whirly de plantes à l’ADN monocaténaire

Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus.

The BTB/POZ Transcription Factor Miz-1 Is Required To Regulate The Commitment, Survival And Differentiation Of Early B And T Cell Lineages

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome.

Implication des protéines RECA dans le maintien de la stabilité du génome des chloroplastes d’Arabidopsis thaliana.

La stabilité génomique des organelles de plantes suscite un grand intérêt dans le domaine de la biologie végétale. En effet, plusieurs études récentes suggèrent que ce type d’instabilité génomique pourrait mener à l’isolation de traits intéressants en l’agronomie. Plusieurs protéines sont d’ailleurs déjà été identifiés comme étant impliqués dans le maintien de la stabilité de ces génomes, tels que MSH1, la famille des POLI, OSB1, les protéines Whirly et les Recombinases A (RECA). Le génome nucléaire d’Arabidopsis thaliana encode trois protéines s’apparentant à la Recombinase A bactérienne et qui sont ciblées à la mitochondrie et/ou au chloroplaste, soit RECA1, RECA2 et RECA3. Globalement, ces gènes partagent une similarité de séquence de 61% avec leur homologue bactérien chez Escherichia coli. Chez les bactéries ces protéines jouent un rôle essentiel dans la recombinaison homologue et sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Chez Arabidopsis, il a été démontré que RECA2 et RECA3 sont nécessaires au maintien de l’intégrité du génome mitochondriale. Toutefois leur contribution à la stabilité du génome chloroplastique ainsi que le rôle de RECA1 restent obscures. Le but de ce projet est donc de déterminer la contribution éventuelle des protéines RECA d’Arabidopsis dans la réparation de l’ADN chloroplastique et plus précisément le rôle du gène RECA1. Nous énonçons l’hypothèse que les RECA de plantes se comportent effectivement comme leurs orthologues bactériens en étant impliqués dans la recombinaison homologue. Dans le cadre de ce projet, nous avons tenté d’isoler des lignées mutantes pour chacun des gènes RECA d’Arabidopsis. En somme, nous avons pu obtenir des lignées convenables pour notre étude que dans le cas du gène RECA1. Ces lignées ont été utilisées pour évaluer la contribution de ce gène à la stabilité du génome du chloroplaste. Ensuite, pour étudier la relation épistatique des gènes RECA1, WHY1 et WHY3, un croisement des différentes lignées mutantes pour ces gènes a été réalisé. Nous avons ensuite étudié la sensibilité de toutes ces lignées mutantes à la ciprofloxacine, un agent causant des bris double brin exclusivement dans les organelles de plantes. Finalement, iii nous avons testé la présence de réarrangements dans le génome du chloroplaste en condition normal ou en présence de stress génotoxique. Nos résultats démontrent que les protéines Whirly et RECA1 sont impliquées dans deux voies de réparation de l’ADN différentes et que les Whirly sont suffisantes pour s’occuper des bris d’ADN double brin en l’absence de RECA1. Nous démontrons également que l’absence de Whirly et RECA1 entraine une forte augmentation de la quantité de réarrangements dans le génome du chloroplaste. De plus nous proposons que la polymérase POLIB est impliquée dans la même voie de réparation que RECA1. Finalement nous proposons un modèle pour expliquer nos résultats et impliquons RECA1 dans un mécanisme de réparation d’ADN et aussi un rôle potentiel dans la réplication.

Optimisation du vecteur adénoviral pour la thérapie génique de la dystrophie musculaire de Duchenne

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie très sévère, progressive et sans traitement vraiment efficace. Elle est caractérisée par l’absence fonctionnelle de la dystrophine, une protéine essentielle au maintien des muscles squelettiques. La thérapie génique est actuellement envisagée comme approche thérapeutique pour livrer la dystrophine dans les muscles. Les vecteurs adénoviraux de troisième génération (Helper-dependent adenoviral vector, HD) sont des véhicules de transfert génique très prometteurs pour traiter la DMD. Puisque les gènes adénoviraux ont été enlevés complètement du HD, ils sont peu toxiques, faiblement immunogéniques et ils possèdent un espace cargo suffisant pour transporter l’ADN codant complet de la dystrophine. Bien que le HD puisse fournir la dystrophine de façon thérapeutique chez des souris dystrophiques (mdx), l’expression du gène thérapeutique est progressivement perdue plusieurs mois suivant l’injection intramusculaire. Deux stratégies innovantes furent explorées dans cette thèse dans le but de stabiliser l’expression de la dystrophine. La première stratégie vise à l’intégration de l’ADN du HD dans les chromosomes cellulaires, ce qui pourrait le protéger contre son élimination progressive des muscles. Une intégrase site-spécifique issue du phage ΦC31 a été utilisée pour catalyser l’intégration d’un HD transportant un marqueur de sélection. Dans les cellules humaines et les myoblastes murins, l’activité de l’intégrase a été évaluée d’après son efficacité d’intégration (après sélection) et sa spécificité (dans les clones résistants). L’efficacité atteint jusqu’à 0,5 % par cellule et jusqu’à 76 % des événements d’intégration ont été réalisés de façon site-spécifique. Bien que des délétions aient été trouvées aux extrémités du vecteur, 70 % des clones analysés montraient une seule copie du vecteur intégré (le nombre attendu). Seulement une petite augmentation du nombre de brisures double-brin a été mesurée dans les myoblastes exprimant l’intégrase. En conclusion, l’intégration du HD est relativement efficace, spécifique et sécuritaire. Cette méthode est très prometteuse, car la dystrophine peut être livrée dans le muscle avec l’aide du HD et l’intégration de l’ADN du HD pourrait stabiliser son expression in vivo. La deuxième stratégie implique l’utilisation d’un nouveau promoteur musculospécifique (ΔUSEx3) pour réduire la toxicité induite liée à une expression trop étendue de la dystrophine. Dans cette étude, nous avons investigué l’effet du contexte viral sur l’activité du promoteur. Un HD et un vecteur lentiviral (LV) ont été construits avec le promoteur ΔUSEx3 pour contrôler l’expression d’un gène rapporteur. Les résultats démontrent que ΔUSEx3 confère une expression puissante, musculospécifique et stable (via le LV) in vitro. L’injection intramusculaire du HD a conduit à une expression puissante du transgène. Ces résultats contrastent avec ceux du LV, car après l’injection de ce dernier, l’expression était faible. La livraison du HD dans le muscle, mais aussi dans plusieurs organes démontre la musculospécificité de ΔUSEx3. Par conséquent, le contexte du vecteur et l’environnement musculaire modulent tous les deux l’activité de ΔUSEx3. Bien que ΔUSEx3 soit musculospécifique, d’autres études sont requises pour déterminer si le promoteur peut stabiliser l’expression de la dystrophine in vivo.

Rôle de la structure du génome viral sur la réplication du virus de l’hépatite C.

Le virus de l'hépatite C (VHC) touche 3% de la population mondiale et environ 30% des patients chroniquement infectés développeront une fibrose hépatique. Son génome est un ARN simple brin de polarité positive qui possède un cadre ouvert de lecture flanqué de deux régions non traduites hautement conservées. Différents facteurs peuvent influencer le cycle de réplication du VHC. Deux d’entre eux ont été étudiés dans cette thèse. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'effet des structures secondaires et tertiaires du génome sur la réplication du VHC. Les extrémités 5' et 3' du génome contiennent des structures ARN qui régulent la traduction et la réplication du VHC. Le 3'UTR est un élément structural très important pour la réplication virale. Cette région est constituée d’une région variable, d’une séquence poly(U/C) et d’un domaine hautement conservé appelé région X. Des études in vitro ont montré que le 3'UTR possède plusieurs structures ARN double brin. Cependant, les structures ARN telles qu'elles existent dans le 3'UTR dans un contexte de génome entier et dans des conditions biologiques étaient inconnues. Pour élucider cette question, nous avons développé une méthode in situ pour localiser les régions ARN simple brin et double brin dans le 3'UTR du génome du VHC. Comme prédit par les études antérieures, nous avons observé qu’in situ la région X du 3’UTR du génome présente des éléments ARN double brin. Étonnamment, lorsque la séquence poly (U/UC) est dans un contexte de génome entier, cette région forme une structure ARN double brin avec une séquence située en dehors du 3'UTR, suggérant une interaction ARN-ARN distale. Certaines études ont démontré que des structures ARN présentes aux extrémités 5’ et 3' du génome du VHC régulent à la fois la traduction et la réplication du VHC. Cela suggère qu'il y aurait une interaction entre les extrémités du génome qui permettrait de moduler ces deux processus. Dans ce contexte, nous avons démontré l'existence d'une interaction distale ARN-ARN, impliquant le domaine II du 5'UTR et la séquence codante de NS5B du génome du VHC. En outre, nous avons démontré que cette interaction joue un rôle dans la réplication de l'ARN viral. Parallèlement, nous avons étudié l'impact d'une molécule immuno-modulatrice sur la réplication du VHC. La fibrose hépatique est une manifestation majeure de l’infection par le VHC. Hors, il a été montré qu'une molécule immuno-modulatrice appelée thalidomide atténuait la fibrose chez les patients infectés par le VHC. Cependant, son impact sur la réplication virale était inconnu. Ainsi, nous avons étudié l'effet de cette molécule sur la réplication du VHC in vitro et nous avons démontré que la thalidomide active la réplication du virus en inhibant la voie de signalisation de NF-kB. Ces résultats soulignent l’importance de la voie de signalisation NF-kB dans le contrôle de la réplication du VHC, et sont à prendre en considération dans l’établissement d’un traitement contre la fibrose hépatique.