Identification of factors essential for polyploid cell proliferation
Identification de facteurs essentiels pour la prolifération des cellules polyploīdes
Résumé
Polyploidy – the presence of multiple sets of all chromosomes– is commonly found in many physiological processes, as it is known to promote cell size increase, increased metabolic capacity, barrier function or even tissue regeneration. In contrast, whole genome duplications (WGD) are found in many human tumors and generate genetic instability, which contributes to a rapid evolution of cancer genomes. However, the molecular mechanisms linking polyploidy to genetic instability are still poorly understood. Our lab recently established that in the first S-phase following unscheduled WGD, cells accumulate DNA damage as they fail to efficiently replicate their genome, because of a sub-scaling of DNA replication factors. Here, I investigated the pathways becoming essential during polyploid cell proliferation. To do so, we developed an in vivo model of WGD, using Drosophila neural stem cells, also called neuroblasts (NBs). After polyploidy induction, these cells can continue to proliferate and reach high levels of ploidy, while accumulating DNA damage. To identify essential factors for polyploid cell proliferation, we screened for several members of DNA repair pathways. We identified some factors that significantly affected the proliferation of polyploid NBs. Most importantly, among them, we found that that Gen/GEN1, a nuclease involved in the resolution of recombination and replication intermediates, is absolutely required for polyploid cell proliferation, while it is dispensable in diploid cells. Strikingly, depletion of Gen in polyploid NBs slows down the cell cycle, while Gen overexpression results in accelerated cell cycles. To better characterize the mechanism by which Gen1 promotes polyploid cell proliferation, we investigated its role in human RPE1 cell lines after inducing tetraploidization. We found that, in their first cell cycle after WGD, tetraploid cells depleted from Gen1 have increased levels of Fancd2 foci. This suggests that Gen1 is required for the resolution of under replicated regions in tetraploid cells. Using cell cycle reporters, we also described that removing Gen1 in tetraploid cells generate a “mitotic bypass” followed by a cell cycle exit, accompanied by a strong p53 activation, while tetraploid cells kept dividing without checkpoint activation. Finally, through bioinformatics analysis, we found that tumors with high levels of tetraploid cells have increased levels of Gen1, suggesting a requirement for Gen1 for their survival. Altogether, this worked revealed a new role for the Gen1 nuclease in the proliferation of unscheduled polyploid cells.
La polyploïdie - la présence de plusieurs copies de chaque paire de chromosome - se retrouve couramment dans de nombreux processus physiologiques, notamment car elle favorise l'augmentation de la taille des cellules, l'augmentation de la capacité métabolique, ou encore la régénération des tissus. En revanche, les duplications du génome sont souvent retrouvées dans de nombreuses tumeurs et génèrent une instabilité génétique, ce qui contribue à une évolution rapide des génomes des cellules cancéreuses. Cependant, les mécanismes moléculaires liant la polyploïdie à l'instabilité génétique sont encore mal compris.Au cours de ma thèse, j’ai étudié les voies qui deviennent essentielles lors de la prolifération des cellules polyploïdes. Pour cela, notre laboratoire a développé un modèle in vivo de polyploïdie non programmée, en utilisant des cellules souches neurales de drosophile, également appelées neuroblastes (NBs). Après l'induction de la polyploïdie, ces cellules peuvent continuer à proliférer et atteindre des niveaux élevés de ploïdie, tout en accumulant des dommages à l'ADN.Afin d'identifier les facteurs essentiels à la prolifération des cellules polyploïdes, j’ai orienté mes recherches vers plusieurs membres des voies de réparation de l'ADN. J’ai identifié certains facteurs qui affectent la prolifération des NBs polyploïdes. Parmi eux, j’ai découvert que Gen/GEN1, une nucléase impliquée dans la résolution des intermédiaires de recombinaison et de réplication, est absolument nécessaire à la prolifération des cellules polyploïdes, alors qu'elle est dispensable dans les cellules diploïdes.Afin de mieux caractériser le mécanisme par lequel Gen favorise la prolifération des cellules polyploïdes, j’ai étudié son rôle dans les lignées cellulaires RPE1 humaines après induction de la tétraploïdie. J’ai constaté que, dans leur premier cycle cellulaire après duplication du génome, les cellules tétraploïdes dans lesquelles GEN1 a été déplété ont une accumulation de marqueurs de stress replicatif, suggérant que GEN1 est nécessaire pour la résolution des régions sous-répliquées dans les cellules tétraploïdes. À l'aide de rapporteurs du cycle cellulaire, j’ai également décrit que la suppression de GEN1 dans les cellules tétraploïdes génère un « bypass mitotique » suivi d'une sortie du cycle cellulaire, accompagné d'une forte activation de p53, tandis que les cellules tétraploïdes continuent de se diviser sans activation de point de contrôle. Enfin, grâce à l'analyse bioinformatique, nous avons découvert que les tumeurs avec des niveaux élevés de cellules tétraploïdes ont une augmentation de l’expression de GEN1, suggérant un besoin de Gen1 pour la survie de ces tumeurs. Ces travaux ont permis de révéler un nouveau rôle pour la nucléase Gen1 dans la prolifération de cellules polyploïdes non programmées.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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