Ligands de la jonction double-brin/simple-brin de l’ADN télomérique comme sondes moléculaires pour étudier la biologie des télomères

Double-stranded / single-stranded junction ligands of telomeric DNA as molecular probes to study telomere biology

• Auteur / Autrice : Pauline Lejault
• Direction : Jean-François Riou, Anthony Bugaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science moléculaire et cellulaire de la biologie
• Date : Soutenance le 20/11/2017
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et Instabilité des Génomes / STRING
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Defrancq, Marie-Paule Teulade-Fichou, Dennis Gomez-Zamorano, Marie-Hélène Ledu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Defrancq, Marie-Paule Teulade-Fichou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télomères (génétique)

Mots clés libres

Télomères

ADN télomérique

Jonction double brin/simple brin

G-Quadruplexe

Ligand d'ADN

Telomeres

Telomeric DNA

Double-Stranded/single-Stranded

G-Quadruplex

DNA ligand

Résumé

Les télomères, à l’extrémité des chromosomes, sont des structures nucléoprotéiques qui assurent de nombreux rôles nécessaires au bon fonctionnement cellulaire, notamment dans la protection de l’intégrité des chromosomes et dans le contrôle du mécanisme de vieillissement cellulaire lors de la sénescence réplicative chez l’homme. L’ADN télomérique est l’unique région du génome où l’on retrouve à l’état permanent une jonction entre un ADN double brin et une extension d’ADN simple brin. Cette extension composée de répétitions de guanines est capable de se replier pour former des structures « non usuelles » de type G-quadruplexes, permettant ainsi la formation potentielle d’une jonction duplexe/G-quadruplexe. Ces travaux de thèse ont tout d’abord permis de mieux caractériser à l’aide de systèmes modèles in vitro les structures pouvant se former au niveau de la jonction double brin/simple brin des télomères humains. Plus particulièrement, nous avons étudié les conditions de la formation d’un G-quadruplexe à la jonction et l’influence de la partie double brin sur la formation de cette structure non usuelle de l’ADN grâce à des méthodes biophysiques. Dans un deuxième temps, nous avons conçu et synthétisé de nouvelles molécules capables de reconnaître de manière sélective cette jonction double brin/simple brin de l’ADN télomérique humain. Ces molécules sont composées d’un ligand de petit sillon de l’ADN (N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamides) et d’un ligand de G-quadruplexe. Nous avons pu mettre en évidence la sélectivité de l’interaction de ces molécules avec les systèmes modèles de la jonction télomérique. Ces résultats ont validé ces molécules hybrides comme étant les premiers prototypes de ligands de la jonction télomérique en vue de cibler/perturber sélectivement les télomères pour étudier leurs fonctions biologiques et leur intérêt pharmacologique.

Telomeres, at the end of chromosomes, are ribonucleoprotein structures that play fundamental roles in cell, especially for the protection of chromosome integrity and the control of the mechanism of cell aging during replicative senescence. Telomeric DNA is the only region of the genome in which a junction between double-stranded DNA and a single-stranded DNA extension exists in permanent state. This single stranded rich in guanine is capable of folding into unusual four-stranded structures called G-quadruplex, thus allowing the potential formation of a duplex/G-quadruplex junction. This thesis works allowed firstly to better characterize, using in vitro model systems, the structures that can be formed at the double-stranded/single-stranded junction of human telomeres. In particular, we have investigated the conditions of G-quadruplex formation at the junction and the influence of the double-stranded part on the formation of this unusual DNA structure through biophysical methods. Next, we have designed and synthesized new molecules able to selectively recognize this structural junction. These hybrids molecules are composed of a minor groove binder of DNA (N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamides) and a G-quadruplex ligand. We have provided evidence of the selective interaction of these molecules with the oligonucleotide models of the telomeric junction. Our results validated these hybrid molecules as the first prototypes of telomeric junction ligands to selectively target telomeres for studying their biological functions and their pharmacological interest.