THAP proteins in the transcriptional control of cell proliferation

L’immense majorite des cellules de notre corps comporte la meme information genetique, c’est a dire l’ensemble des instructions necessaires a leur fonctionnement. Selon le contexte — par exemple, le type de cellule, ou encore les signaux que celle-ci recoit — differentes unites d’information genetique peuvent etre lues. Les informations peuvent donc etre interpretees differemment. Les facteurs responsables de cette lecture selective sont des proteines appelees facteurs de transcription. Dans cette these, je m’interesse a une famille particuliere de ces facteurs: les proteines THAP, qui sont au nombre de 12 chez l’homme. Des etudes precedentes ont suggere que ces differentes proteines sont capables d’interpreter, en etroite collaboration avec une proteine partenaire appelee HCF-1, l’information genetique reliee a la proliferation cellulaire et au developpement. De plus, certaines de ces proteines sont impliquees dans diverses maladies comme notamment certains cancers, une maladie neurodegenerative et un trouble rare du metabolisme de la vitamine B12. Ceci rend donc la comprehension de leur mode d’action primordiale. Ma these vise a mieux comprendre les mecanismes qui permettent aux proteines THAP d’interpreter l’information genetique et ainsi de reguler la proliferation cellulaire. Je montre que ces proteines sont des facteurs essentiels pour la regulation de la proliferation cellulaire, chacune possedant des fonctions et caracteristiques a la fois communes et specifiques. En outre, je clarifie les mecanismes sous-jacents a la maladie genetique liee au trouble du metabolisme de la vitamine B12. De facon generale, une meilleure comprehension des mecanismes normaux et pathogeniques lies a ces proteines est un premier pas vers une meilleure prise en charge des maladies associees. -- Les proteines THAP sont des facteurs de transcription caracterisees par leur domaine THAP, un domaine de liaison a l’ADN a doigt de zinc tres bien conserve dans les especes animales. Un nombre croissant d’etudes soulignent l’importance de ces proteines dans la regulation de la transcription et de la proliferation cellulaire, et leur etroite collaboration avec HCF-1, un co-regulateur de transcription. L’emergence de ces proteines ainsi que leur association avec diverses maladies humaines — comme differents cancers, la maladie neurodegenerative “dystonia 6” ou un trouble du metabolisme de la cobalamine — rend leur etude particulierement importante. Dans ce travail de these, j’etudie comment les proteines THAP regulent la transcription des genes et la proliferation cellulaire. J’utilise une approche pluridisciplinaire combinant bioinformatique, biochimie et approches moleculaires et cellulaires, ainsi que des techniques genetiques et genomiques de pointe. Je caracterise pour commencer les differentes proteines THAP dans leur ensemble avant de concentrer progressivement mon analyse sur un nombre reduit de proteines THAP. Tout d’abord, grˆace a des outils bioinformatiques et aux banques de donnees disponibles, je revele comment ces proteines ont evolue au sein dans les especes animales, et caracterise les niveaux d’expression des genes THAP chez l’homme et la souris. Ensuite, je montre que les differentes proteines THAP humaines possedent des capacites distinctes d’homo- et d’heterodimerisation, ainsi que de liaison avec leur partenaire suppose HCF-1. Ceci suggere l’existence d’un mecanisme complexe de regulation dans lequel les differentes proteines THAP ont des fonctions a la fois communes et particulieres. Focalisant ensuite mon etude sur les deux proteines THAP7 et THAP11, j’utilise des lignees cellulaires creees sur mesure pour demontrer que ces deux proteines regulent la proliferation cellulaire. Enfin, je concentre mes efforts sur l’unique proteine THAP11 et montre qu’elle se lie a l’ADN pour reguler des genes impliques dans le developement, la proliferation cellulaire et la transcription. En outre, je clarifie les mecanismes moleculaires a la base du trouble cobalaminique associe a une mutation du gene THAP11. Les resultats obtenus dans cette these caracterisent les facteurs de transcription THAP comme d’importants regulateurs de la proliferation cellulaire, chacun possedant des fonctions communes et specifiques. Une meilleure comprehension des mecanismes normaux et pathogeniques sous-jacents aux fonctions de ces proteines est un pre-requis pour une meilleure prise en charge des maladies associees. -- THAP proteins are animal-specific transcription factors, which share the THAP domain, an evolutionary conserved zinc-finger DNA-binding domain. Growing evidence implicates THAP proteins as broad transcriptional and proliferation regulators, working hand in hand with the HCF-1 transcription co-regulator. The emergence of THAP proteins and their association with diverse human diseases — such as several cancers, the dystonia 6 neurodegenerative disorder or a subgroup of cobalamin disorder — make them ripe for detailed exploration. In this thesis work, I clarify how THAP proteins can regulate gene transcription and subsequent cell proliferation. I use a multidisciplinary strategy combining bioinformatics, biochemistry, molecular and cellular approaches, as well as state-of-the-art genetic and genomic techniques. I start by studying the whole set of THAP proteins using bioinformatics tools and gradually concentrate my analysis to smaller subsets of human THAP proteins for wet-lab experiments. To begin with, using bioinformatics tools and available data, I shed light on the evolution of THAP proteins among animal species, and unravel the pattern of expression of human and mouse THAP genes. Then, I show that human THAP proteins possess differing potentials for homo- and heterodimer formation, and for binding to their putative HCF-1 partner. This suggests possibilities for an intricate THAP-protein regulatory network in which THAP proteins exhibit both shared and specific functions. Further focusing the scope of my analysis on the THAP7 and THAP11 proteins, I demonstrate that both proteins regulate cell proliferation using custom engineered THAP7 and THAP11 cell lines. Finally, I concentrate my efforts on THAP11 and show that it associates to DNA to regulate genes involved in development, cell proliferation and transcription. Particularly, I clarify the molecular mechanisms underlying the THAP11 cobalamin disorder-associated mutation. The results developed in this thesis implicate the THAP transcriptional factors as important regulators of development and cell proliferation, each of them likely exhibiting shared and specific functions. Sheding light on the normal and pathogenic mechanisms of the THAP proteins is therefore a first step towards managing their associated diseases.