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ECOLE DOCTORALE/PHD PROGRAM
CANCEROLOGY/ONCOLOGY
SUJET DE THESE N° 34
ANNEE UNIVERSITAIRE 2014-2015
TITRE DU PROJET DE RECHERCHE (en français ET en anglais)
Caractérisation des mécanismes moléculaires impliqués dans la tolérance des dommages
à l’ADN et du stress de réplication endogènes dans des cellules déficiente en hélicase BLM
et/ou en cytidine désaminase.
Characterizing the molecular mechanisms underlying the tolerance of BLM helicase- and/or
cytidine deaminase-deficient cells to endogenous DNA damage and replication stress.
L’EQUIPE D’ACCUEIL DES DOCTORANTS
Nom du directeur ou de la directrice de thèse (HDR requise) :
Dr. Mounira Amor-Guéret
L’Equipe d’Accueil des Doctorants
(Intitulé du Laboratoire, adresse postale, e-mail, téléphone)
Equipe « Instabilité Génétique et Cancérogenèse »
Institut Curie
UMR 3348 CNRS
Centre Universitaire, Bât. 110
91405 Orsay
E-mail : [email protected]
Nom du directeur ou de la directrice du Laboratoire :
Dr. Mounira Amor-Guéret
NOMBRE DE DOCTORANTS ACTUELLEMENT DANS L’EQUIPE D’ACCUEIL DES DOCTORANTS
(nom, prénom et année d’inscription en thèse)
Gemble Simon (2011)
Ecole Doctorale de Cancérologie, Biologie, Médecine et Santé 418
DESCRIPTION DU PROJET DE RECHERCHE (en français ET en anglais)
Le syndrome de Bloom (BS) est une maladie génétique autosomique récessive rare caractérisée par une
forte instabilité génétique et prédisposant les patients au développement de tous les types de cancers
affectant la population générale. Ce syndrome est dû à des mutations dans le gène BLM, codant pour une
protéine du même nom, une 3’-5’ ADN hélicase de la famille RecQ. Ainsi, en absence d’une hélicase BLM
fonctionnelle, un ou des évènements très précoces doivent entraîner une instabilité génétique qui va
favoriser l’émergence de cancers indépendants de tous types. De tels évènements pourraient être
impliqués dans certains processus de cancérogenèse dans la population générale. Les cellules déficientes
en BLM présentent une forte augmentation des échanges entre chromatides sœurs, des anomalies de
réplication et des anomalies mitotiques. Par une analyse transcriptomique à grande échelle ayant pour
objectif d’identifier les gènes dont l’expression est perturbée par l’absence de BLM, notre équipe a montré
que l’absence d’une protéine BLM fonctionnelle est associée à une chute drastique de l’expression de la
cytidine désaminase (CDA). Cette enzyme du métabolisme des pyrimidines catalyse la désamination de la
cytidine et de la déoxycytidine, respectivement en uridine et déoxyuridine. Nous avons également montré
que ce déficit en CDA est à l’origine d’un déséquilibre du pool de nucléotides qui est à l’origine de certains
aspects du phénotype BS et qu’il génère également, à lui seul, une instabilité génétique dans des cellules
exprimant BLM (Chabosseau et al., Nature Commun., 2011). Sur la base de plusieurs arguments, nous
pensons que le déficit en CDA pourrait conférer une prédisposition au développement de cancers.
Le projet proposé se fonde sur l’hypothèse selon laquelle les gènes permettant aux cellules déficientes en
BLM et/ou en CDA de survivre en présence d’une instabilité génétique, et donc de tolérer la présence de
dommages de l’ADN et d’un stress de réplication endogènes, pourraient favoriser les processus de
cancérogenèse. Dans le but de les identifier, nous avons entrepris une analyse transcriptomique
comparative sur des lignées cellulaires déplétées en BLM ou CDA et leurs contreparties exprimant les
deux protéines, ainsi que sur des cellules BS (donc déficientes en BLM et CDA) et leur cellules contrôles
exprimant BLM. En parallèle, nous avons réalisé un crible de létalité synthétique par ARN interférence
(collab. X. Veaute et C. Gazin, CEA) afin de rechercher les gènes qui, lorsqu’ils sont déficients, présentent
une interaction synthétique létale avec la déficience en BLM et/ou CDA. Le croisement des données
générées par l’ensemble de ces approches nous a permis d’identifier un ensemble de gènes dont
l’expression est augmentée en absence de BLM et/ou CDA et présentant également, lorsqu’ils sont
déficients, une interaction synthétique létale avec la déficience en BLM et/ou CDA. Ces gènes, impliqués
notamment dans le métabolisme de l’ADN, le métabolisme des nucléotides et la régulation du
cytosquelette, sont d’excellents candidats pour jouer un rôle majeur dans des mécanismes de tolérance de
l’instabilité génétique. Le projet de recherche a pour objectif de comprendre pourquoi et comment
certains de ces gènes permettent à des cellules déficientes en BLM et/ou CDA de survivre et de
caractériser leur rôle potentiel dans des processus de cancérogenèse dans la population générale. Ce
projet fait appel à des techniques classiques en biologie cellulaire et moléculaire et en biochimie et à des
approches sophistiquées en imagerie, peignage moléculaire, SCEs, etc… utilisées en routine au
laboratoire.
Ecole Doctorale de Cancérologie, Biologie, Médecine et Santé 418
The BLM 3’-5’ DNA helicase is absent or non functional in Bloom syndrome (BS), a genetic disorder
displaying one of the strongest known correlations between chromosomal instability and a high risk of
cancer at an early age. The cancers developed by BS patients are indistinguishable from those affecting
the general population, indicating that early initial events occurring in BLM-deficient cells lead to genetic
instability, which probably underlies the diversity of independent cancers developed by BS patients. Such
early events may also be involved in the initiation of carcinogenesis in the general population and may be
common to several kinds of cancers. We have shown that BLM deficiency leads to a cytidine deaminase
(CDA) defect, causing a pyrimidine pool imbalance, known to result in genetic instability and oncogenic
transformation. CDA is an enzyme of the pyrimidine salvage pathway catalyzing the hydrolytic deamination
of cytidine and deoxycytidine to uridine and deoxyuridine, respectively. The pyrimidine pool imbalance in
BS cells is at the origin of several aspects of the BS phenotype. Moreover, CDA downregulation in BLMexpressing cells leads to a significant increase in SCEs and replication stress, suggesting that CDA defect
per se could be associated with genomic instability known to predispose to cancer (Chabosseau et al., Nat
Commun., 2011). Thus, we speculate that CDA deficiency on its own may play a potential role in cancer
development. The proposed project is based on the hypothesis that genes and pathway enabling BLM
and/or CDA deficient cells to survive despite constitutive DNA damage and replication stress may be
involved in carcinogenesis process. To identify these genes, we over-expressed BLM or CDA in human BS
cells or knocked them down separately in human cells and performed gene expression analyses to
distinguish the genes and pathways deregulated by BLM deficiency from those deregulated by CDA
deficiency. In parallel, we conducted a genome-wide synthetic lethal screen in BS and their BLMcomplemented counterparts to characterize genes whose expression is necessary for cell survival in the
absence BLM and/or CDA (coll. with X Veaute and C. Gazin, CEA). By cross-referencing our data, we
found a set of the genes presenting, when deficient, a synthetic lethal interaction with BLM and/or CDA
deficiencies and overexpressed in cells lacking BLM and/or CDA. These genes are good candidates for
facilitating the tolerance of BLM and/or CDA deficient cells to endogenous DNA damage and replication
stress. They are involved in pathways such as DNA and nucleotide metabolism or cytoskeleton regulation.
The aim of the project is to decipher why and how some of these genes facilitate BLM and/or CDA
deficient cells survival in the presence of genetic instability and to characterize their potential role in
carcinogenesis process in the general population. Many methodological approaches will be used including
conventional techniques of cell and molecular biology and biochemistry, but also sophisticated approaches
in imaging, molecular combing, SCEs, etc…commonly used in our lab.
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