Décodage du réseau moléculaire à l'intersection de la transcription centromérique, des transcripts et de l'instabilité chromosomique

Decoding the molecular network between centromeric transcription, transcript and chromosomal instability

• Auteur / Autrice : Pia Mihic
• Direction : Claire Francastel, Ekaterina Boyarchuk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oncogénèse
• Date : Soutenance le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Épigénétique et destin cellulaire (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Palancade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Palancade, Claire Vourc'h, Clément Carré, Florence Larminat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Vourc'h, Clément Carré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hybrides ADN-ARN

Aberrations chromosomiques

Centromère

Mots clés libres

Centromères

ARN

Transcription

Boucles R

Syndrome ICF

Centromeres

RNA

Transcription

R-Loops

ICF syndrome

Résumé

Les centromères sont des domaines chromosomiques essentiels au maintien de l'intégrité de l'information génétique au cours des divisions cellulaires. Ceux-ci sont constitués de plusieurs milliers de séquences d'ADN satellite répétées et organisées en tandem qui sont transcrites à bas bruit Ils dans les cellules somatiques normales. Ces ARN non codant (cenARNs) participent à l'architecture et à la fonction des centromères. Une transcription non programmée du centromère ou l'accumulation de cenARNs a été documentée dans des maladies comme les cancers et est fortement corrélée à l'instabilité chromosomique. Cependant, les liens de causalité n'ont jamais été formellement investigués. Au cours de ma thèse, j'ai d'abord entrepris de caractériser ces cenARNs et leur transcription chez la souris. J'ai ainsi pu constater qu'ils sont préférentiellement transcrits dans une orientation particulière. De plus, la déplétion de ces cenARNs prédominants est délétère pour la survie cellulaire. Ensuite, afin d'explorer si la transcription dérégulée des répétitions satellites cause la perte d'identité et de fonction des centromères, j'ai mis en œuvre des outils d'édition de l'épigénome pour manipuler la transcription centromérique. Mes résultats montrent que l'augmentation de cette transcription conduit à l'apparition d'hybrides d'acides nucléiques aberrants ADN-ARN qui corrèlent avec celle de dommages de l'ADN au niveau des centromères, aboutissant à des défauts mitotiques et à une viabilité cellulaire altérée. J'ai également approfondi ce lien entre la transcription aberrante des centromères et les erreurs mitotiques en montrant que les hybrides ADN-ARN non programmés constituent la cause de la perte de l'architecture des centromères. Ainsi, mes travaux apportent un nouveau regard sur la façon dont la dérégulation transcriptionnelle des répétitions satellites centromériques favorise la perte d'intégrité des centromères, qui est une signature moléculaire retrouvée dans de nombreuses pathologies et au cours du vieillissement.

Centromeres are chromosomal loci essential for the maintenance of genomic integrity through cell divisions. They assemble on large arrays of tandem satellite repeats that are transcriptionally competent at low levels in normal somatic cells, with the resulting transcripts (cenRNAs) participating in centromere architecture and function. In turn, unscheduled centromere transcription or accumulation of cenRNAs has been reported in diseases like cancer and largely correlates with chromosomal instability. However, causal links have never been formally addressed. I first set to characterize the cenRNAs and their transcription, and found that they are preferentially transcribed in one orientation. Moreover, the knock-down of one strand seems more deleterious than loss of the other, highlighting their potentially different roles in centromere function. Next, to explore if unscheduled satellite repeats transcription is causal to loss of centromere identity and function, I implemented dedicated epigenome editing tools to manipulate transcription at centromeres. My results show that increased centromeric transcription leads to the appearance of aberrant DNA-RNA hybrids which correlate with DNA damage at centromeres, and finally culminates in mitotic defects and impaired cell viability. I have further dissected the link between aberrant centromere transcription and mitotic errors by showing that unscheduled DNA-RNA hybrids are causal to loss of centromere architecture. Indeed, their abrogation restored correct centromere architecture and function . Thus, my results shed new light on how transcriptional deregulation of satellite repeats promotes loss of centromere integrity, which is a pathological event linked to numerous diseases and aging.