Soutenance de thèse de Paula AGUILERA AGUILERA

Les télomères sont des structures nucléoprotéiques qui protègent les extrémités des chromosomes. Le maintien de la longueur des télomères dépend de la télomérase, une transcriptase inverse spécifique. Cependant, la télomérase n’est pas, ou peu, exprimée dans la plupart des cellules somatiques. De ce fait, les télomères raccourcissent progressivement au fil des générations. Quand ils atteignent une longueur critique, ils ne sont plus fonctionnels et induisent un arrêt permanent du cycle cellulaire appelé sénescence réplicative. Certaines cellules peuvent échapper à la sénescence soit par expression de novo de la télomérase, soit en utilisant des mécanismes alternatifs d'allongement des télomères (ALT) basés sur la recombinaison homologue (RH). La sénescence réplicative peut être induite chez la levure Saccharomyces cerevisiae par inactivation de la télomérase. Dans ces conditions, la RH joue un rôle chef dans le maintien des télomères. Dans un premier temps, elle devient cruciale pour résoudre les lésions réplicatives aux télomères. Elle est ensuite indispensable à la formation de « survivants » qui échappent à l’arrêt de croissance en reformant des télomères fonctionnels par RH. Deux voies distinctes ont été décrites, dépendantes respectivement de Rad52/Rad51 (type I) et de Rad52/Rad59 (type II). Ce dernier est similaire à la voie ALT présente dans 15% des cancers. Le groupe de Vincent Géli avait montré auparavant que les télomères érodés se localisent aux pores nucléaires (NPCs). Cette relocalisation dépend de la SUMOylation des protéines liées aux télomères et favorise la formation de survivants de type II. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les pores nucléaires régulent les différentes voies impliquées dans la recombinaison des télomères au cours de la sénescence réplicative chez S. cerevisiae. La première partie de mon travail a mis en évidence une nouvelle fonction du NPC dans la régulation de la recombinaison télomérique en réponse au stress réplicatif. Nous avons constaté qu'une fusion entre Nup1, un composant du NPC, et le domaine de liaison à l'ADN du facteur de transcription bactérien LexA supprime presque complètement la sénescence des cellules dépourvues de télomérase. Les télomères dans ces cellules raccourcissent comme dans les cellules sauvages mais sont maintenus à une longueur suffisante pour ne pas induire l’arrêt de croissance caractéristique de la sénescence. Ce phénotype dépend de la RH et, de fait, le séquençage des télomères suggère des échanges inégaux de répétitions télomériques entre les chromatides sœurs dans ces cellules. Nous avons montré que l'expression de NUP1-LexA altère la localisation précoce des télomères endommagés aux NPCs. Nous proposons que LexA crée un enrichissement artificiel d’ADN non spécifique au niveau des NPCs qui empêche la localisation des fourches de réplication bloquées aux télomères et favorise donc leur réparation par une voie qui est normalement inhibée. Dans une seconde partie de ma thèse, j'ai étudié la présence et la localisation de cercles extrachromosomiques d’ADN télomérique (cercles C). Les cercles C sont des marqueurs des cellules cancéreuses ALT et pourraient participer à l'allongement des télomères par RH. J'ai montré que des cercles C sont présents chez S. cerevisiae et que leur détection dans les cellules sénescentes est liée à l'apparition des événements de recombinaison de type II. Des expériences de co-immunoprécipitation de cercles C ont également montré qu'ils se lient aux NPC et au complexe SAGA/TREX2 qui interagit avec le NPC. De manière frappante, l'inactivation de SAGA ou de TREX2 altère la recombinaison de type II. Je propose que le complexe SAGA/TREX2 participe à l’ancrage des cercles C au niveau des NPCs, favorisant l’hybridation entre le brin 3’ sortant des télomères érodés et les cercles C suivi d’un allongement des télomères par un mécanisme en cercle roulant.

Telomeres are nucleoprotein structures that protect chromosome ends from degradation, end-to-end fusions and illegitimate recombination. Telomere length maintenance depends on telomerase, a specific reverse transcriptase that elongates the 3’ end of the telomere. However, telomerase expression is shut off in most somatic cells. In the absence of telomerase, telomeres shorten each cell division until they reach a critical length where they are no more functional and induce a permanent cell cycle arrest called replicative senescence. As an anti-proliferative mechanism, replicative senescence is a potent anti-tumoral pathway. However, cells can escape senescence either by de novo synthesis of telomerase or by using alternative lengthening of telomere (ALT) mechanisms based on homologous recombination (HR). Replicative senescence can be induced in the yeast Saccharomyces cerevisiae by inactivating telomerase. HR is essential in the repair of telomeric alterations that arise in the absence of telomerase. First, it becomes crucial to solve replication-induced damages at telomeres that are a challenge for the replication machinery. Second, among the population of senescent cells, few cells called survivors escape the growth arrest by recombining telomeres through two distinct pathways dependent respectively on Rad52/Rad51 (type I) and Rad52/Rad59 (type II). The latter is similar to the ALT pathway found in 15% of cancers. The group of Vincent Géli has previously shown that eroded recombinogenic telomeres re-localize to the Nuclear Pore Complex (NPC). This re-localization relies on the poly-SUMOylated state of the proteins bound to the dysfunctional telomeres and favours type II survivors. During my PhD thesis I investigated how the NPCs regulate the different pathways involved in telomere recombination during replicative senescence in S. cerevisiae. The first part of my work shed light on a new function of the NPC in regulating recombination between telomeric sequences early after inactivation of the telomerase. We found that a fusion between Nup1, a component of the nuclear pore basket, and the DNA binding domain of the bacterial transcription factor LexA almost completely abolished the growth arrest of telomerase-minus cells. Telomeres in these cells shorten as in control cells but are maintained at a minimal length that prevents the growth arrest induced by telomere attrition. This continuous growth in the absence of telomerase depends on HR and, indeed, telomere sequencing suggests a high incidence of telomeric repeats exchange between sister chromatids. We showed that expression of NUP1-LexA impairs the localization of damaged telomeres to the NPC. We propose that the presence of LexA in the Nup1-LexA fusion creates an artificial non-specific enrichment of DNA at NPCs that prevents the re-localization of telomeres under replication stress and therefore favours repair through telomere exchanges, which are normally prohibited. In a second part of my thesis, I investigated the presence and localization of extrachromosomal circles of telomeric DNA (C-circles). C-circles have been detected in ALT cancer cells and have been proposed to participate to recombination-based telomere elongation. I showed that telomeric C-circles are present in S. cerevisiae and that their detection in senescing cells strictly correlates with the appearance of the first type II recombination events. Moreover, C-circles in S. cerevisiae have a similar structure to those found in human ALT cancer cells. Co-immunoprecipitation experiments of C-circles further showed that they bind to NPCs and to the complex SAGA/TREX2 that interacts with the NPC. Strikingly, inactivation of SAGA or TREX2 impairs type II recombination. I propose that SAGA/TREX2 complex participate to the anchoring of C-circles at the NPC, promoting single strand annealing between eroded telomeres and C-circles and hence telomere elongation by a roll and spread mechanism.