L’émergence et le développement des maladies métaboliques est sous le contrôle de multiples facteurs génétiques et environnementaux. Le diabète et la résistance à l’insuline sont des maladies métaboliques caractérisées par des défauts dans la sécrétion de l’insuline ou son utilisation périphérique, ou les deux. L’insuline est l’hormone clé de l’utilisation du glucose, et régule également transcriptionnellement et épigénétiquement l’expression des gènes.En travaillant sur le muscle, l’implication de l’épigénétique dans la régulation de l’expression des gènes de la voie de l’insuline a été mis en évidence. L’hexokinase 2 (HK2) est régulée par l’insuline et participe au métabolisme glucidique. Le rôle de l’épigénétique y est démontré avec l’augmentation de l’acétylation des histones autour du site d’initiation de la transcription (SIT) de HK2 et l’accumulation d’une isoforme permissive des histones, H2A.Z. Ces deux phénomènes sont le signe d’une transcription permissive.Nous avons ensuite étudié le rôle de l’acétylation des histones dans les régulations amenées par l’insuline dans les myotubes L6. Nous avons utilisé le butyrate, un inhibiteur des histones deacetylase (HDACi), dans un contexte d’insulino-résistance induite par une lipotoxicité. Le butyrate a en partie restauré la sensibilité à l’insuline visible au niveau des phosphorylations de la PKB (protein kinase B) et de la MAPK (Mitogen-activated protein kinase), inhibées par le traitement au palmitate. Le butyrate a augmenté l’expression de l’ARNm et de la protéine d’IRS1. La surexpression génique d’IRS1 est épigénétique-dépendante car liée à une augmentation de l’acétylation des histones au SIT d’IRS1.L’ensemble de ces résultats démontre l’existence d’un lien entre les modifications épigénétique et l’action de l’insuline. Cela suggère qu’une intervention pharmacologique sur la machinerie épigénétique pourrait être un moyen d’améliorer le métabolisme, et l’insulino-résistance / Diabetes and insulin resistance are metabolic diseases characterized by altered glucose homeostasis due to defects in insulin secretion, insulin action in peripheral organs, or both. Insulin is the key hormone for glucose utilization and regulates gene expression via transcriptional and epigenetic regulations.We determined the epigenetic implications in the regulation of expression of insulin signaling pathway genes. Hexokinase 2 (HK2) is known to be upregulated by insulin and directs glucose into the glycolytic pathway. In L6 myotubes, we demonstrated that insulin-induced HK2 gene expression rely on epigenetic changes on the HK2 gene, including an increase in histone acetylation around the transcriptional start site (TSS) of the gene and an increase in the incorporation of the histone H2A.Z isoform – a histone variant of transcriptionally active chromatin. Both are epigenetic modifications compatible with increased gene expression.To elucidate the role of histone acetylation in the regulation of insulin signaling and insulin-dependent transcriptional responses in L6 myotubes, we investigated the effects of butyrate, an histone deacetylase inhibitor (HDACi), in a model of insulin resistance induced by lipotoxicity. Butyrate partly alleviated palmitate-induced insulin resistance by ameliorating insulin-induced PKB (protein kinase B) and MAPK (Mitogen-activated protein kinase) phosphorylations, downregulated with exposure to palmitate. Butyrate induced an upregulation of IRS1 gene and protein expression. The transcriptional upregulation of IRS1 was proven to be epigenetically regulated, with butyrate promoting increased histone acetylation around the TSS of the IRS1 gene.These results support the idea of the existence of a link between epigenetic modifications and insulin action. Pharmacological targeting of the epigenetic machinery might be a new approach to improve metabolism, especially in the insulin resistant condition.Key words: Muscle, insulin resistance, epigenetic, chromatin, histone acetylation, histone deacetylase inhibitor (HDACi), butyrate, palmitate

Ces dernières années des études ont montré le rôle de la méthylation dans la régulation transcriptionnelle. Au cours de cette thèse, nous avons exposé des cellules hépatiques à plusieurs stimuli pour en évaluer l'effet au niveau du méthylome. Nous avons précisément étudié des facteurs clés dans le carcinome hépatocellulaire que sont le virus de l'hépatite B, le TGFbeta et au cours de la différenciation des hépatocytes. Au cours de ces expositions, nous avons observé que la méthylation était remanié spécifiquement dans certaines régions. En effet nous n'avons pas observé de nombreux changements dans les régions promotrices mais dans les régions intragéniques. Nous avons ensuite identifié l'impact des changements de méthylation dans ces régions. Nous avons ainsi pu observer qu'au cours de la différenciation hépatique une déméthylation du corps du gène HNF4A au sein d'un promoteur alternatif était corrélé à l'expression d'un autre isoforme de ce gène sous le contrôle de ce promoteur alternatif. Enfin nous avons utilisé l'outil d'édition CRISPR pour modifier les régions intragéniques. Nous avons ainsi inséré des mutations au sein d'un enhancer intronique du gène TRRAP. Nous avons alors observé que cette région semblait être nécessaire à la surexpression du gène au cours du traitement mais également au niveau de la réponse au TGFbeta. En conclusion nous avons identifié les régions intragéniques comme des régions épigénétiquement dynamiques en réponse aux facteurs environnementaux tels que l'inflammation et l'infection par HBV. Nous avons également identifié pour ces régions un potentiel rôle dans la régulation transcriptionnelle ainsi que dans les événements d'épissage alternatif / Hepatitis B virus (HBV) and chronic inflammation are well known risk factors for several chronic liver pathologies and cancer. We firstly studied the ability of HBV to modify the host methylome, using naturally infected primary human hepatocytes, and bead array. As a result, we identified non- random changes in gene expression and DNA methylation occurring specifically upon HBV infection. Moreover, a set of differentially methylated sites appeared early and were stable. These HBV-induced DNA methylation changes were defined by a specific chromatin context characterized by CpG-poor regions outside of gene promoters. During liver inJury, hepatic progenitor cells (HPC) are essential for tissue regeneration. Because of its role in determining cellular fate, DNA methylation may have an important role during the process of HPC differentiation. We therefore assessed DNA methylation during HPC differentiation. We found a progressive demethylation of HNF4A alternative promoter strongly associated with higher expression of another isoforms of HNF4A. Finally, TGFbeta is linked to a change in DNA methylation profiles. Using genome-wide strategy we observed a specific pattern of DNA methylation changes in response to TGFbeta treatment. Indeed, the observed changes were, as for HBV-induced changes, enriched in intragenic regions. In order to study the role of these regions, we used CRISPR/Cas 9 strategy on the intragenic enhancer of the TRRAP gene. This disruption was likely to suppress TGFbeta response at TRRAP expression level as well as the complete response to this cytokine. These data support a higher dynamicity of intragenic regions in response to the different stimuli we used at methylation level in liver cells. Moreover, these results support a role of intragenic methylation in cellular

Une sous population de cellules au sein des tumeurs mammaires présente une capacité accrue de se renouveler et de reproduire l’hétérogénéité du cancer du sein. Maintenant il est bien connu que les cellules souches présomptives du cancer du sein possèdent des programmes d’expression des gènes qui correspondent à leurs caractéristiques biologiques uniques. Notre groupe a été impliqué dans la caractérisation épigénétique des cellules souches présomptives du cancer du sein et l’importance de la dérégulation des mécanismes épigénétiques comme la méthylation de l’ADN et le microARN au cours de la carcinogenèse. Plus spécifiquement cette étude détaille l’idée que la survie des cellules souches du cancer du sein peut être due à une signalisation via des circuits spécifiques de régulation, y compris la voie d’inflammation IL6-JAK-STAT. Ces cellules présentent une activation constitutive de cette voie associée à une configuration particulière de la chromatine. Une autre part de cette étude est d’explorer l’idée que des changements dans l’expression des microARN sont fondamentaux pour la maintenance des principales caractéristiques de ces cellules, et leur ciblage peut représenter une nouvelle approche de thérapie contre le cancer du sein. De plus, en testant directement les conséquences in vivo de la régulation de miR30a nous ouvrons la voie pour la recherche et la validation de l’utilisation potentielle des microARN comme thérapie anti cancéreuse. Ensemble, nos résultats apportent une nouvelle compréhension du rôle des modifications épigénétiques dans la maintenance des cellules souches du cancer du sein. De façon importante ces découvertes intègrent l’idée que des mécanismes de régulations différents mais coordonnés ont un rôle dans la survie des cellules souches du cancer du sien et donnent une perspective élargie pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques / A subpopulation of cells within breast tumors is known to display an increased ability to self-renew and reproduce breast cancer cell heterogeneity. It is now known that putative breast cancer stem cells (CSCs) display distinct programs of gene expression that correlate with their unique biological characteristics. Our group has been involved in the epigenetic characterization of putative breast CSCs and the importance of the deregulation of epigenetic mechanisms such as DNA methylation and microRNA during carcinogenesis. More specifically, this study is detailing the idea that the survival of breast CSC may be dependent on signaling through specific regulatory circuits, including the well known inflammatory IL6-JAK-STAT pathway. These cells display a constitutive activation of this pathway associated with a distinct chromatin configuration. Another part of the study is exploring the idea that changes in microRNA expression are fundamental in sustaining the main attributes of these cells, and their targeting may represent a novel approach for breast cancer therapy. In addition, by directly testing the in vivo consequences of miR30a regulation, we open a window of opportunity for testing and validating the potential use of microRNAs in anti-neoplastic therapy. Together our results bring a new understanding of the role of epigenetic modifications in the maintenance of breast CSC. Importantly, these findings integrate the idea that different but coordinated regulation mechanisms play a role in the survival of CSC and give a larger perspective for finding novel therapeutic targets

Une grande partie du génome des eucaryotes est constituée d’éléments transposables(ET). Ces séquences d’ADN répétées ont la capacité de se déplacer d’un site chromosomiqueà un autre et de multiplier le nombre de leurs copies, pouvant ainsi être la cause d’uneinstabilité génétique. Face à ce potentiel de mutagénèse, un certain nombre de systèmes ontété sélectionnés dans les génomes eucaryotes qui conduisent à une réduction de l’activité desET. Notamment, chez la drosophile, on a récemment mis en évidence des mécanismes derégulation impliquant les modifications d’histones, et une nouvelle classe de petits ARN,appelés piARN, qui contrôlent spécifiquement les éléments transposables dans les tissusreproducteurs.tirant est un rétrotransposon à LTR de la drosophile, de type Gypsy, isolé au sein dulaboratoire dans les populations naturelles de D. simulans, où le nombre de ses copies estvariable entre populations. Cet ET possède la même structure génomique que les rétrovirus.Dans la première partie de cette thèse, j’ai caractérisé un élément tirant actif dans lespopulations naturelles de D. simulans. Je me suis intéressé en particulier au gène de laprotéine d’enveloppe (env), qui confère le caractère infectieux du rétrovirus. La comparaisondes transcrits et de la protéine du gène env entre populations de D. simulans a montré quetirant est actif dans une population, et cette activation est associée à sa mobilisation, alors quedans les autres populations tirant est présent, mais régulé.Dans la deuxième partie de mon travail, je me suis intéressé à l’étude de l’influence detirant sur la structure de la chromatine au niveau de son site d’insertion et à son influence surl’expression des gènes voisins. J’ai étudié trois modifications d’histones dans troispopulations naturelles, dont une où tirant est inséré dans un intron du gène tkv. Les résultatsobtenus montrent que tirant est capable de modifier la structure de la chromatine au niveau deson site d’insertion, mais aussi en amont, par l’hétérochromatinisation d'un promoteur du gènetkv, en affectant ainsi son taux de transcription.Enfin, je me suis intéressé à la régulation post-transcriptionnelle de tirant par lespiARN. Par l’analyse de croisements intraspécifiques entre des souches contenant ou non descopies de tirant dans l’euchromatine, j’ai montré qu’une régulation post-transcriptionnelle parles piARN germinaux qui contrôle tirant dans les cellules folliculaires de l’ovaire. J’ai aussipu montrer une expression variable entre populations des gènes de la voie piARN. / Eukaryotic genomes harbor a wide variety of repeated sequences, such as transposableelements (TE). These sequences are able to move from one chromosomal site to another, tomultiply their number of copies, and can be the cause of a genetic instability. Sophisticatedgenomic defenses have evolved to restrict their activity. In Drosophila, epigeneticmodification such as post-translational histone modifications and RNAi interference areinvolved in TE silencing in reproductive tissues. The silencing of an LTR like element, tirant,has been deeply analyzed in this work. Tirant is a Gypsy like element, isolated in ourlaboratory in natural populations of D. simulans, in which a high level of copy numbervariability is observed between strains.Here, I first describe an active tirant element in natural populations of D. simulans. Ihave focused on the envelope protein gene (env), which confers the infectious behavior to theretrovirus. By comparison of tirant transcripts level and protein localization between naturalpopulations of D.simulans, I showed that tirant is active in one population, and this activationis correlated with its mobilization.I then focused on the effects of TE insertions on chromatin structure and in its influenceon the expression of the nearby genes. I studied three histone modification marks in threenatural populations, in the locus in which tirant was inserted. I show that tirant is associatedwith repressive marks and active marks, which explains the activity of the element. We alsoshowed that tirant modifies the structure of the chromatin at the level of its site of insertion,but also upstream, by the heterochromatinization of the promoter of tkv gene, interfering withthe level of transcription of the gene.Finally, I was interested in the post-transcriptional regulation of tirant involving thepiRNA pathway. By crossing D.simulans strains which contains different copy numbers ofthe tirant element, I showed that tirant is regulated in the follicular cells by the germ linepiRNA pathway. I was also able to show a variable expression between populations of theproteins of the piRNA pathway.

Le mélanome est un cancer très agressif en raison de sa capacité rapide à former des métastases et de développer une résistance aux traitements existants.
 MITF (Micropthalmia-associated Transcription Factor) est un facteur de transcription clé à toutes les étapes de développement du lignage mélanocytaire et dans la physiopathologie du mélanome. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la régulation de l’activité et de la stabilité de MITF, nous avons identifié ses partenaires protéiques parmi lesquels figurent de nombreuses sous-unités des complexes de remodelage de la chromatine ATP-dépendant PBAF et NURF. Ce travail caractérise le rôle et l’étendue de la coopération entre BRG1/PBAF et plusieurs facteurs de transcription clés tels que MITF et SOX10 dans le fonctionnement des cellules de mélanome, qui recrutent activement de BRG1 à la chromatine et contribuent ainsi à la mise en place de la signature épigénétique caractéristique des cellules de mélanome prolifératives. Par ailleurs, l’utilisation de différents modèles murins a permis de révéler in vivo la contribution fonctionnelle distincte mais complémentaire de ces deux complexes de remodelage associé à MITF aux cours de trois stades majeurs du lignage mélanocytaire : le développement embryonnaire des mélanocytes, leur différentiation ainsi que lors de l’initiation et la progression du mélanome. Ce travail contribue ainsi à une meilleure compréhension du fonctionnement biologique des mélanocytes, du mélanome et du remodelage de la chromatine chez les eucaryotes. / Malignant melanoma is the most deadly form of skin cancer due to its quick metastatic spread and the development of resistance to available treatments.
MITF (Micropthalmia-associated Transcription Factor) is a transcription factor and master regulator of melanocyte lineage development and melanoma physiopathology. In order to investigate the mechanisms involved in the regulation of MITF activity and stability, we identified its numerous partners by tandem affinity purification coupled to mass spectrometry, which include several subunits of the PBAF and NURF ATP-dependant chromatin remodelling complexes. The present work characterizes the role and extent of cooperation between BRG1/PBAF and several key transcription factors including MITF and SOX10 in melanoma cell function, that actively recruit BRG1 to chromatin to establish the epigenetic landscape of proliferative melanoma cells. Furthermore, using different mouse models we revealed the distinct but complementary functional contribution of these two MITF-associated chromatin remodelers in vivo at three majors stages of melanocyte lineage development: embryonic development of melanocytes, their differentiation and during melanomagenesis. Thus, this work contributes to a better understanding of processes regulating the biological function of melanocytes, melanoma and more widely chromatin remodelling events in eukaryotes.

Chez les plantes comme chez les animaux, les protéines du groupe Polycomb (PcG) jouent des rôles essentiels dans les processus développementaux par la répression de l'expression des gènes. Ces protéines fonctionnent en complexes multi-protéiques; dont les mieux caractérisés sont Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) et PRC2. Bien que PRC2 a été étudié extensivement chez Arabidopsis, ce n’est que récemment que des composants de PRC1 ont été identifiés chez les plantes et leur mécanisme de fonctionnement reste peu conclusif. Dans mes travaux de thèse, j’ai caractérisé AtRING1, un sous-unité essentiel du PRC1, et AtZRF1, une protéine proposée comme lecteur de l’histone H2A monoubiquitinée (H2Aub1) en aval du fonctionnement du PRC1. Mes résultats montrent qu’une perte-de-fonction totale de AtRING1A, par ‘CRISPR/Cas9 gene-editing’, causes une létalité partielle embryonnaire et la dédifférenciation cellulaire de la plantule d’Arabidopsis. Les mutations du domaine RAWUL au C-terminal de AtRING1A sont plus tolérées mais induisent certains défauts sur la croissance végétative, la floraison, l’organogénèse, et la production des graines. Mes analyses moléculaires révèlent que ces mutations du domaine RAWUL réduisent H2Aub1 et augmentent l’expression de plusieurs gènes essentiels dans la régulation du développement de la plante. Ainsi, mes données ont permis à établir une fonction primordiale de AtRING1 et à attribuer un rôle de son domaine RAWUL dans la déposition de H2Aub1 et répression des gènes in vivo. Nos analyses sur AtZRF1 ont permis à détailler son rôle sur la division and différenciation cellulaire. / In plants as in animals, the Polycomb Group (PcG) proteins play key roles in diverse developmental processes by repressing the expression of genes. These proteins work in multi-protein complexes, among them the best characterized ones are Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) and PRC2. Although PRC2 was extensively studied in Arabidopsis, it is only recently that components of PRC1 were identified in plants and their function mechanism remains largely elusive. My thesis work focused on the characterization of AtRING1A, one of the PRC1 core subunits, and of AtZRF1, a protein proposed as a reader of the histone H2A-monoubiquitin (H2Aub1) downstream to the PRC1 function. My results show that a total loss-of-function of AtRING1A, by CRISPR/Cas9 gene editing, leads to partial embryonic lethal and callus-formation of seedlings in Arabidopsis. Several mutations within the RAWUL domain at the C-terminus of AtRING1A are better tolerated and induce several defects in plant vegetative growth, flowering time, floral organ formation and seed production. My molecular data indicate a role of the RAWUL domain in H2Aub1 deposition in vivo and suppression of several key developmental genes. Our characterization of loss-of-function of AtZRF1 provides important detailed information about its function in the regulation of cell division and cell differentiation.

Comme tous les ciliés, P. tetraurelia réarrange son génome à chaque génération sexuelle pendant le développement de son macronoyau somatique ¿ partir du micronoyau germinal. Les réarrangements incluent l’excision précise de courtes séquences dérivant de transposons et appelés IES (Internal Eliminated Sequences) dont la majorité sont intragéniques. L’excision d’une fraction d’entre elles dépend de petits ARN maternels (appelés scnARN) qui sont produits à partir de tout le génome germinal pendant la méiose. Ce mécanisme pose un problème lors d’une conjugaison entre deux souches présentant des polymorphismes d’insertion : une cellule sera théoriquement incapable d’exciser une IES portée par l’allèle paternel reçu si cette IES est absente de l’allèle maternel ou si la séquence est trop divergente. Mes résultats montrent cependant que les allèles paternels divergents sont correctement excisés en utilisant les scnARN produit par la cellule paternelle. Dans le cas d’un polymorphisme absence/présence, l’IES que j’ai étudié est excisée chez 70 % des hétérozygotes F1, également via les scnARN paternels. Nous avons exploré deux hypothèses pour expliquer comment ils pouvaient agir. Il pourrait s’agir d’une programmation précoce des noyaux gamétiques ou alors d’un échange cytoplasmique des scnARN. Finalement, j’ai montré qu’un défaut de scnARN maternels n’est pas une cause possible de dysgénésie hybride. Cependant, 30 % des hétérozygotes F1 présentent une rétention variable de l’IES étudié via un mécanisme inconnu. Si cela est généralisable à toutes les IES homozygotes, alors ce mécanisme aurait un effet délétère sérieux sur les F1 et pourrait contribuer à l’isolement reproductif. / Like all ciliates, P. tetraurelia entirely rearranges its genome during development of the somatic macronucleus from the germline micronucleus, in each sexual generation. Rearrangements include the precise excision of IESs (Internal Eliminated Sequences), single-copy intervening sequences likely derived from transposon insertions. At least for a fraction of IESs, correct excision, which is required to reconstitute functional genes in the macronucleus, is thought to depend on their recognition by Piwi-bound small RNAs (called scnRNAs) produced from the maternal germline genome during meiosis. This raises a problem during conjugation between strains presenting insertion polymorphisms: a cell will be theoretically unable to excise an IES from the incoming (paternal) allele if that IES is absent from the maternal allele, or if its sequence is too divergent. Our results, however, indicate that divergent paternal alleles are correctly rearranged, using scnRNAs produced by the paternal cell. In the case of an absence/presence polymorphism, the IES we studied is excised in 70% of heterozygotes, also using paternal scnRNAs. We explored two hypotheses to explain how they can act. It could be either an early programming of the gametic nuclei or through cytoplasmic exchange of scnRNAs. My results seem to favor the latter. Overall, I showed that the lack of maternal scnRNAs is not a possible cause of hybrid dysgenesis. However, 30% of heterozygous F1 display a variable retention of the IES through an unknown mechanism. If this is true for all hemizygous IESs then it will have a strong deleterious effect on hybrid F1s and may contribute to reproductive isolation.

L'épigénétique définit les modifications transmissibles et réversibles de l'expression des gènes qui ne s'accompagnent pas de changement de la séquence nucléotidique. Il est actuellement clairement établi que les modifications épigénétiques, telle que la méthylation de l'ADN, contribuent au développement des cancers.<br />La protéine Tip60 est un co-régulateur transcriptionnel possédant une activité histone acétyltransférase (HAT). Tip60 est aussi un élément clé de la réponse aux dommages de l'ADN et joue un rôle critique dans le contrôle de la stabilité du génome via sa capacité à acétyler les protéines. Nous avons récemment identifié Tip60 comme un élément clé de l'activation des voies de réponse aux dommages de l'ADN induits par les carcinogènes du tabac, et avons émis l'hypothèse qu'une modification du profil d'acétylation des protéines histones et/ou non-histones pourrait constituer une nouvelle « signature épigénétique » de ces cancers. <br />Nous mettons en évidence pour la première fois dans les cancers du poumon une altération globale du « paysage épigénétique » de l'histone H4, cible majeure de Tip60, et montrons que certaines de ces modifications épigénétiques (H4K20me3) pourraient être des biomarqueurs candidats pour le dépistage précoce et la définition de protocoles thérapeutiques de ces cancers. Nous identifions par ailleurs Tip60 comme un nouveau régulateur de l'expression et des fonctions biologiques du facteur de transcription E2F1, et montrons que ces deux protéines jouent un rôle coordonné dans la réponse aux dommages de l'ADN induits par le cisplatine, en intervenant dans les voies de réparation de ces dommages. Nous montrons enfin la fréquente perte d'expression de la protéine Tip60 dans les cancers bronchiques, suggérant que cette protéine pourrait constituer un biomarqueur candidat de la réponse au traitement par les sels de platine.

Un certain nombre d'études épidémiologiques ont montré au cours des cinquante dernières années une augmentation des infertilités, des malformations de l'appareil reproducteur masculin et des cancers testiculaires. Une des hypothèses est que, l'exposition durant la vie foetale ou néonatale à des composés présents dans l'environnement capables d'interférer avec le système hormonal (perturbateurs endocriniens), serait responsable de l'augmentation de l'incidence de ces pathologies. Les molécules qui sont suspectées d'avoir des effets néfastes à long terme sur le tractus génital mâle possèdent des activités de type estrogénique ou antiandrogénique. Parmi les mécanismes impliqués dans l'effet à long terme, un certain nombre d'auteurs mettent en avant l'intervention de mécanismes de type épigénétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux types de modèles expérimentaux reposant sur l'exposition développementale de rats à ces composés : un modèle d'exposition néonatale à un estrogène (estradiol benzoate) et un modèle d'exposition foetale à un antiandrogène (flutamide). Les deux modèles expérimentaux induisent chez le rongeur un phénotype d'hypospermatogenèse. Dans le cas de l'exposition néonatale à l'estradiol benzoate nous montrons que l'hypospermatogenèse observée chez les animaux à l'âge adulte est due à l'activation chronique de l'apoptose des cellules germinales testiculaires. Cette apoptose mettrait en jeu, par un mécanisme post-transcriptionnel, la diminution à long terme de l'expression de protéines clés de la machinerie épigénétique de méthylation de l'ADN, les ADN méthyltransférases (DNMT 3A, 3B et 1), et du facteur antiapoptotique, MCL-1. D'un point de vue fonctionnel, la chute d'expression des DNMTs se traduit notamment par l'augmentation d'expression des éléments transposables LINE-1 et du gène Ibtk normalement contrôlés par méthylation de l'ADN. En amont, la chute d'expression des DNMTs et de MCL-1 serait dépendante de l'augmentation d'expression d'autres effecteurs épigénétiques, les microRNAs de la famille miR-29. Dans le cas de l'exposition in utero au flutamide, notre travail indique que l'apoptose chronique des cellules germinales serait liée à la diminution à long terme de l'expression des inhibiteurs d'apoptose cIAP1 et cIAP2, et une augmentation d'expression de leur inhibiteur SMAC/DIABLO. En revanche, l'absence de mort des cellules somatiques testiculaires (Sertoli et Leydig) dans ce modèle serait due à l'augmentation d'expression spécifiquement dans ces cellules des inhibiteurs d'apoptose XIAP et SURVIVIN. Par ailleurs, le phénotype d'apoptose observé à l'âge adulte impliquerait également une altération précoce de l'expression des DNMTs. En conclusion, nous apportons une réponse mécanistique au phénotype de programmation foetale/néonatale d'apoptose des cellules germinales testiculaires adultes. En effet, l'augmentation des miR-29s provoquerait : (1) une chute d'expression des DNMTs altérant ainsi le profil de méthylation des gènes, et (2) une chute d'expression de facteurs protégeant les cellules germinales contre l'apoptose comme le facteur MCL-1.

La nature stochastique de l'expression génique est maintenant clairement établie expérimentalement et apparaît comme une composante à part entière de la dynamique cellulaire. Une source importante de cette variabilité est liée au caractère dynamique des diverses structures multiprotéiques impliquées dans le processus d'expression génique. Nous étudions ici, par la modélisation, comment les interactions entre des molécules au comportement individuel probabiliste sont susceptibles de faire naître des dynamiques globales pouvant influencer l'expression génique. Nous nous concentrons plus particulièrement sur deux aspects du processus d'expression : d'une part, son caractère spatialisé au sein d'un noyau cellulaire structuré et dynamique et, d'autre part, la combinatoire des événements moléculaires stochastiques au niveau du promoteur d'un gène. Pour l'étude des phénomènes d'organisation mésoscopique au sein du noyau cellulaire, nous proposons un modèle de simulation "4D" (intégrant l'espace et le temps). Il emprunte différentes techniques aux formalismes des échelles inférieures (moléculaires) et supérieures (cellulaires), en gardant les aspects essentiels à notre étude (individualité de certaines molécules, exclusion stérique, interactions électromagnétiques, réactions chimiques . . .). Afin d'étudier spécifiquement la dynamique stochastique de la régulation transcriptionnelle, nous proposons un second modèle décrivant les événements d'association/dissociation et de modification de la chromatine en se basant sur l'affinité coopérative/compétitive des molécules et leur potentielle activité enzymatique ou de remodelage. Par des techniques analytiques et computationnelles, nous caractérisons alors l'activité du promoteur à l'aide d'outils de théorie du signal, mais aussi en reproduisant les mesures obtenues par diverses techniques expérimentales (cinétique de ChIP, FRAP, FRET, cytométrie de flux . . .). L'analyse de ce modèle démontre que l'activité spontanée du promoteur peut être complexe et structurée, présentant en particulier des dynamiques multi-échelles similaires à celles observées expérimentalement (turnover rapide des molécules, comportements cycliques lents, hétérogénéités transcriptionnelles . . .). Nous montrons enfin comment la confrontation de mesures expérimentales de diverses natures peut renseigner sur la structure du système sous-jacent. Ce modèle apparaît alors comme un cadre théorique général pour l'étude de la dynamique des promoteurs et pour l'interprétation intégrée de données expérimentales.