Chez les mammifères, les lymphocytes T CD4 sont essentiels à la défense de l’organisme contre des infections par des pathogènes ou le développement de tumeurs. Après activation, les lymphocytes T CD4 naïfs ont la capacité de se différencier en divers lymphocytes T helper (Th1, Th2, Th17…) en fonction des signaux reçus. Le choix du lignage permet d’adapter le phénotype et la fonction des cellules au type de danger détecté. Le processus de différenciation des lymphocytes T helper implique l’établissement de programmes d’expression des gènes distincts. La dynamique et la stabilité de ces programmes sont notamment régulées par l’activité d’éléments cis-régulateurs. Le but de ma thèse était de comprendre les mécanismes épigénétiques qui contrôlent la programmation des lymphocytes T CD4. Dans cet objectif, nous avons étudié le rôle de la H3K9 méthyl-transférase SETDB1 dans la différenciation des lymphocytes T CD4 en Th1 et Th2, deux lignages T helper fortement antagonistes. Nous avons découvert que SETDB1 réprime de manière critique le programme d’expression des gènes Th1. En effet, en l’absence d’expression de Setdb1, la différenciation Th1 est exacerbée. De plus, lorsqu’elles sont exposées à un signal pro-Th1, les cellules Th2 franchissent les barrières de lignage et se transdifférencient en Th1. De manière surprenante, SETDB1 ne cible pas directement les enhancers Th1. Au contraire, l’enzyme dépose de manière type cellulaire spécifique la marque répressive H3K9me3 au niveau d’un set restreint de rétrovirus endogènes (ERVs). Des analyses bio-informatiques ont indiqué que les rétrotransposons ciblés sont fortement associés à des gènes impliqués dans les processus immunitaires. La suite de ces analyses a indiqué que ces ERVs flanquent et répriment l’activité d’éléments cis-régulateurs des gènes Th1, ou agissent eux même comme des enhancers du lignage. En conclusion, la déposition de H3K9me3 par SETDB1 garantit l’intégrité des lymphocytes T helper en réprimant un panel d’ERVs qui ont été exaptés en modules cis-régulateurs pour façonner et contrôler le réseau de gènes Th1. / CD4 T lymphocytes play a central role in the defense of mammal organisms against infections by pathogens and the development of tumors. Upon activation, naïve CD4 T cells differentiate into distinct helper cell subsets depending on environmental cues. T helper cells are key players of the immune system as they finely orchestrate immune responses in a danger-adapted manner. The process of T helper differentiation relies on the establishment of complex and lineage-specific gene expression programs. The dynamics and stability of these programs are regulated at the chromatin level through epigenetic control of cis-regulatory elements. My thesis objective was to investigate the epigenetic pathways involved in the regulation of enhancer activity in CD4 T cells. In this purpose, we studied the role of the H3K9 specific methyltransferase SETDB1 in the differentiation of Th1 and Th2 cells, which are strongly antagonistic. We report that SETDB1 critically represses the Th1 gene expression program. Indeed, Setdb1-deficient naïve T cells show exacerbated Th1 priming. Moreover, when exposed to a Th1-instructive signal, SETDB1-deficient Th2 cells cross lineage boundaries and transdifferentiate into Th1 cells. Surprisingly, SETDB1 does not directly target Th1 enhancers to heterochromatin. Instead, SETDB1 deposits the repressive H3K9me3 mark at a restricted and cell type specific set of endogenous retroviruses, strongly associated with genes involved in immune processes. Further bioinformatic analyses indicated that these retrotransposons flank and repress Th1 gene cis-regulatory elements or behave themselves as Th1 gene enhancers. Thus, H3K9me3 deposition by SETDB1 ensures T cell lineage integrity by repressing a repertoire of ERVs that have been exapted into cis-regulatory modules to shape and control the Th1 gene network.

La lutte contre les maladies chroniques nécessite la mise en œuvre de nouvelles stratégies de prédiction du risque et de prévention. La médecine personnalisée représente une approche sophistiquée pour réussir la prise en charge des morbidités de populations vieillissantes. Dans le cadre de ces travaux de thèse inspirés par les principes de la médecine personnalisée, nous décrivons une approche qui associe plusieurs méthodologies «-omiques». Nous avons utilisé un modèle de «dénominateur commun» pour les maladies chroniques afin d'identifier des biomarqueurs associés aux facteurs de risque et aux voies biologiques de maladies courantes. Par l’étude de variants génétiques localisés dans la région comportant le gène TREM2, nous avons identifié une association entre le rs6918289 et à la fois de taux élevés de TNF-α et une augmentation de l’épaisseur intima-média de l’artère fémorale. Grâce à des études d’association panépigénomique (EWAS), nous avons identifié de nouveaux marqueurs épigénétiques liés à des facteurs de risque de maladies courantes. Un site CpG de méthylation était associé à une augmentation du tour de taille, contribuant à expliquer la régulation épigénétique de l’obésité abdominale. De plus, une étude EWAS des taux de triglycérides a permis d’identifier deux sites CpG significatifs. L’un de ces deux sites a pu être confirmé dans le tissu adipeux. Une étude EWAS a également été réalisée pour décrire la régulation épigénétique des concentrations de VEGF-A. 20 sites CpG ont pu être identifiés ainsi et leurs relations avec la régulation du VEGF-A ont été examinées par analyse bioinformatique poussée. Les liens entre le VEGF-A et 11 cytokines ont également été étudiés. Le taux de protéine VEGF-A était associé à IL-4, MCP1 et EGF. Les associations entre les cytokines et des isoformes spécifiques de l’ARNm du VEGF-A ont également été évaluées : le VEGF165 était associé à MCP1 et IL-1α, et le VEGF189 à IL-4 et IL-6. Nous avons étudié le rôle du VEGF-A et LT dans l’athérosclérose. Cela a permis d’identifier un variant génétique lié au VEGF-A associé à l’attrition des télomères qui pourrait constituer un dénominateur commun pour les maladies chroniques. L’utilisation de diverses méthodologies pour étudier les facteurs de risque et les voies impliquées dans des maladies chroniques courantes a permis d’identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques qui pourraient améliorer la prédiction du risque de maladie basée sur le profil génétique de chaque individu. / The fight against common chronic diseases requires the implementation of new risk prediction and prevention strategies. Personalised medicine offers sophisticated approaches for management of the morbidities of the ageing population. In this thesis, inspired by the principles of personalised medicine, we describe an integrative approach combining “-omics” methodologies. We use a model of a “common denominator” for cardiovascular disease (CVD) and other chronic diseases to identify biomarkers linked with common diseases risk factors and molecular pathways. With the investigation of genetic variants, located in the region of the TREM2 gene, we identified the association of SNP rs6918289 with increased levels of TNF-α and intima-media thickness of the femoral artery. With the use of epigenome-wide association studies (EWAS), we identified novel epigenetic biomarkers related to common diseases risk factors: central obesity and lipid levels. One methylation site (CpG) was associated with increased waist circumference (cg16170243), which could explain the epigenetic regulation of central obesity. Moreover, an EWAS of the triglyceride levels identified two significant CpG sites, one of which was replicated in the adipose tissue (cg04580029), giving insights into epigenetic regulation of lipid levels. An EWAS was also used to study the epigenetics of VEGF-A levels; 20 CpG sites were identified and their relations with VEGF-A regulation were analysed through detailed bioinformatics analysis. VEGF-A was further investigated for its relation with 11 cytokines. VEGF-A protein levels were associated with IL-4, MCP1 and EGF. Specific VEGF-A mRNA isoforms were also investigated for their association with cytokines; VEGF165 showed associations with MCP1 and IL-1α and VEGF189 with IL-4 and IL-6. Together with another important biomarker, TL, we studied the role of VEGF-A in atherosclerosis and identified one VEGF-A related genetic variant associated with telomere attrition, which could present a common denominator of chronic diseases. The employment of diverse methodologies for the investigation of common chronic diseases risk factors and pathways provided new diagnostic markers and generated results, which could help to improve the diseases risk prediction based on the individual genetic “make-up”. New insights into associations between different biomarkers might help in understanding the pathophysiological pathways common between CVDs and other chronic diseases.

L'expression des gènes est étroitement régulée par différentes régions régulatrices afin d'assurer une grande variété de types cellulaires et de fonctions. Identifier ces régions régulatrices actives, leurs caractéristiques et comprendre comment elles interagissent entre elles dans chaque type cellulaire est un enjeu majeur. Cette connaissance permettrait notamment de mieux comprendre l'impact des variants génomiques très souvent localisés dans les régions non-codantes. Par ailleurs, le développement de cancers et autres maladies est lié à des dérégulations des contrôles de l'expression des gènes. Pour pouvoir envisager des traitements ciblés et tendre vers une médecine de précision, il est important de comprendre comment toute cette machinerie est orchestrée.Plusieurs approches ont été développées pour répondre à cette question, la plupart basées sur des données expérimentales de modification d'histones, méthylation et facteurs de transcription (TFs). Cependant, ces données sont limitées à des échantillons spécifiques et ne peuvent pas être générées pour tous les régulateurs et tous les patients. Mes travaux de thèse ont porté, dans une première partie, sur la modélisation de l'expression des gènes uniquement à partir de l'information contenue dans la séquence ADN. Nous avons utilisé un modèle linéaire avec sélection de variables, équivalent en terme de performances à des méthodes non paramétriques et simple à interpréter. Ce modèle m'a permis de comparer plusieurs types de variables basées sur la séquence ADN, comme les motifs de fixation des TFs et la composition nucléotidique. Ces variables sont déterminées pour différentes régions du gène afin d'évaluer leur pouvoir régulateur et leur contribution. Les introns seuls, dont la composition nucléotidique reflète celle de l'environnement du gène, expliquent une part importante de la variation de l'expression des gènes. De plus, nous avons démontré que les domaines topologiques (TADs), dans lesquels les interactions sont favorisées, partagent une composition génomique similaire. Notre modèle de prédiction nous permet vraisemblablement de capturer, pour chaque individu, la composition des TADs actifs.Dans un second temps de mon travail, je me suis intéressée aux régulations pouvant survenir dans les introns. Le consortium international FANTOM a fourni un des atlas de sites de départ de la transcription (TSSs) les plus importants à ce jour et nous avons noté que la majorité d'entre eux sont détectés dans les régions non-codantes, notamment les introns. Nous avons donc entrepris un travail visant à explorer ces TSS introniques. Pour déterminer si ces TSSs sont fonctionnels, je me suis intéressée à la recherche de potentiels motifs régulateurs autour de ces signaux de transcription. Une fraction de ces signaux sont localisés 2 bases en aval d'une répétition de Thymidines (T). Des évidences biochimiques et génétiques suggèrent qu'au moins une partie de ces signaux correspondent à de longs ARNs non-codants sens-introniques exprimés de manière tissu-spécifique. Il semblerait également que la longueur des répétitions de Ts ait une influence sur la présence d'un signal de transcription au niveau de ces loci et, indirectement, sur l'expression du gène hôte. Ces observations offrent une possible base moléculaire à l'effet de ces courtes répétitions en tandem de T. / Genome expression is tightly controlled by different regulatory regions to provide a wide variety of cell types and functions. Identifying these regulatory regions, their characteristics and understand how they interact with each other in a tissue-specific manner is prime importance. This knowledge should help better understand the impact of genomic variants often located in non-coding regions. Besides, cancer development is invariably linked to deregulation of gene expression controls. To pave the way for targeted treatments and precision medicine, it is important to understand how all this machinery is orchestrated.To answer this question, several approaches were developed, most of them based on experimental data of histone modification, methylation and transcription factors (TFs). However, these data are limited to specific samples and cannot be generated for all the regulators and all the patients. First, my thesis research aimed at modeling gene expression based on DNA sequence only. We used a linear model with variable selection, equivalent in term of performances with non-parametric methods and easy to interpret. This model allowed me to compare several types of variables based on the DNA sequence, as TFs binding motifs and nucleotide composition. These variables are computed for various gene regions to estimate their regulatory power and contribution. Strikingly, introns, for which nucleotide composition reflects gene environment, appear to explain an important part of gene expression variation. Furthermore, we demonstrated that the topological domains (TADs), in which interactions are favored, share similar genomic compositions. Our prediction model presumably captures, for every individual, the composition of active TADs.A second aspect of my work studied the regulations occurring in introns. The international FANTOM consortium provided one of the most important transcription start sites (TSSs) atlas and we noticed that the majority of these TSSs are detected into non-coding regions, in particular introns. We thus investigated these intronic TSSs. To determine if these TSSs are functional, we searched for new potential regulatory motifs at the vicinity of these transcription signals. We found that a fraction of them is located 2 bases downstream of a repetition of Ts. Biochemical and genetic evidences suggest that at least part of these signals correspond to sense-intronic long non-coding RNAs, which are expressed in a tissue specific manner. The length of the T repetition also appears to govern the presence of a transcription signal at these loci and indirectly impact on host gene expression. These findings provide one possible molecular explanation for the effect of these short tandem repeats of Ts.

Dans les cellules souches embryonnaires de souris (mESCs), le groupe de protéines Polycomb (PcG) répriment les gènes de développement en participant ainsi à la maintenance de l’état de pluripotence. Ce complexe dépose la H3K27me3au niveau des éléments régulateurs induisant une compaction de la chromatine. Cette marque forme en plus des marquesactives H3K4me3 présentes des domaines bivalents. Etrangement, des boucles d’ADN dites entre le promoteur et enhancer, généralement associé à l’activation du gènes, sont observées au niveau des gènes bivalents avant leur activation.On suppose que la fonction du PcG pourrait être de neutraliser l'enhancer conférant une future activation rapide des gènes.Au cours de ma thèse, j’ai identifié les boucles d’ADN formé par les réprimés par PcG dans les mESCs. Pour cela,j’ai effectué un profilage épigénomique de 4 marques d'histones et identifié près de 2500 promoteurs bivalents et 13000enhancers. En utilisant des données publiées de Hi-C à haute résolution, j’ai identifié toutes les boucles formées par les domaines bivalents. Etonnement, j’ai pu identifier que de nombreux gènes réprimés par PcG interagissent avec des enhancers actifs. Cette observation a été suivie d'une validation par le 4C-seq. De plus, j’ai effectué une caractérisation fonctionnelle des boucles en utilisant deux approches. Tout d'abord, j'ai mis en place, en collaboration avec D. Bourc'his(Institut Curie), un système de culture de mESCs (2i + VitC) où le taux de H3K27me3 est réduit. J'ai effectué un profilage épigénomique similaire révélant que les promoteurs réprimés par PcG ont perdu la marque H3K27me3. En RNA-seq, j’ai démontré que l’expression des gènes ne change pas après le PcG soit détacher des promoteurs.. Ensuite, par la réalisation de plusieurs validations en 4C-seq j’ai démontré que les interactions avec les enhancers ne sont pas affecté alors que la moitié des enhancers interagissant perdent leurs marques activatrices. Dans le système 2i+VitC, ces gènes semblent être réprimés par un autre mécanisme suite à la perte du PcG. De plus, j’utilise une approche ciblée pour enlever localement laH3K27me3 de deux gènes bivalents en utilisant le système Cette technique est en cours d’optimisation.Notre étude est la plus systématique au niveau génomique des boucles d'ADN dans le cadre de la régulation des gènes PcG. Notre étude révèle une nouvelle fonction du PcG qui est la répression de boucle d’ADN déjà établies entre promoteurs et enhancers. / In the mouse embryonic stem cells (mESCs), Polycomb Group Proteins (PcG) repress developmental genes and thereby participating in the maintenance of the pluripotency. PcG repress genes by depositing the H3K27me3 histone marks on their regulatory elements, followed by chromatin compaction. In addition to the H3K27me3 marks, those genes carry H3K4me3 active marks and were characterized as bivalent. Intriguingly, at many PcG repressed genes, DNA loops can be observed with enhancer elements, which are normally thought to have an activating function. The aim of my project is to both describe and mechanistically dissect the function of Polycomb repressed promoter – enhancer loops.During my PhD, I aimed firstly to identify all promoter–enhancer loops involved by PcG repressed genes in mESCs. I have performed ChIP-seq profiling of 4 histone marks and identified around 2500 PcG repressed promoters and 13000 enhancers. Using a recently published high-resolution Hi-C data in mESCs, I have identified all DNA loops that are formed by PcG repressed promoters. Surprisingly, a high percentage of bivalent promoters were found to contact active enhancers. The presence of those loops were validated by ultra-high 4C-seq on selected genes and imply a small significant increase of the gene expression without leading to a complete activation of the gene. I have established a more physiological ESC model (2i+VitC) where H3K27me3 is reduced at all promoters. I have performed ChIP-seq, where bivalent promoters were all classified as H3K27me3 negative. RNA-seq experiments have showed that those genes do not become activated. 4C-seq experiments have revealed that those loops do not disappear after PcG removal, whereas the half of interacted enhancer loose their H3K27ac active marks. Those genes seem to remain repressed by an unknown mechanism. These results argue for a possible role of PcG in preparing the gene for their activation by blocking the productivity of such DNA loops. Secondly, I aimed to functionally characterize those DNA loops by using a CRISPR/dCas9 approach to completely remove H3K27me3 from two PcG repressed genes that contact active enhancers Pax6 and Nkx1-1 genes. This system is still under optimization steps.My project revealed the most systematic characterization of DNA loops under the regulation of PcG, providing important insight how PcG function to inactivate such loops. I have highlighted an additional function of PcG which the involvement in the repression of already establish loops between active enhancers and promoters and thereby blocking the productivity of such activating loops. This function is an addition to the already described repressive function of PcG on both promoters and poised enhancers.

Dans les cancers, la transcription des gènes peut être altérée par des mécanismes génétiques ou épigénétiques. En 2011, mon laboratoire a montré que la progression des cancers de la vessie pouvait être liée à un mécanisme épigénétique appelé MRES (« Mutiple Regional Epigenetic Silencing »). Les tumeurs possédant ce phénotype présentent une inactivation simultanée de gènes voisins dans 7 régions du génome. A l’aide d’une nouvelle approche bio-informatique : « SegCorr », nous avons identifié plus de 400 régions du génome dont l’expression des gènes est corrélée indépendamment du nombre de copie du gène. Ces régions se répartissent en 7 groupes et sont associées à 6 phénotypes de cancer de la vessie. De plus, l’extinction de l’expression des gènes d’une faible proportion de régions est associée à la méthylation de l’ADN et/ou une perte sur les histones de de marques d’activation de la transcription : H3K9ac et H3K4me3 ou des gains de marques de répression de la transcription : H3K27me3 et H3K9me3. Grâce au nouvel algorithme « Musette », J’ai montré que le phénotype MRES n’était probablement pas dû à des altérations génétiques. Enfin, pour comprendre à quel stade de la progression tumorale du cancer de la vessie le phénotype MRES pourrait apparaître, j’ai montré que les tumeurs de cancer de vessie induites chez les souris par ingestion d’un carcinogène (N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine) pouvait être un bon modèle d’étude. / In cancers, gene transcription can be altered by genetic or epigenetic mechanisms. In 2011, my laboratory showed that the progression of bladder cancer could be linked to an epigenetic mechanism called MRES ("Mutiple Regional Epigenetic Silencing"). Tumors with this phenotype exhibit simultaneous inactivation of neighboring genes in 7 regions of the genome. Using a new bioinformatics approach: "SegCorr", we have identified more than 400 genomic regions in which gene expression is correlated. These regions fall into 7 groups and are associated with 6 phenotypes of bladder cancer. In addition, the extinction of gene expression from a small proportion of regions is associated with DNA methylation and / or loss of histone marks associated with active transcription: H3K9ac and H3K4me3 or gains of histone marks associated with transcription repression: H3K27me3 and H3K9me3. Using a new algorithm “Musette”, I have shown that the MRES phenotype is probably not due to genetic alterations. Finally, to understand at which stage of tumor progression of bladder cancer the MRES phenotype might appear, I have shown that bladder cancer tumors induced in mice by ingestion of a carcinogen (N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine) could be a good model.

Listeria monocytogenes est un pathogène intracellulaire facultatif responsable d’une infection sévère d’origine alimentaire, la listériose. L’étude du processus d’infection cellulaire de cette bactérie a permis d’élucider divers mécanismes impliqués dans les interactions hôte-pathogène et dans le fonctionnement de la cellule eucaryote. En particulier, L. monocytogenes a été l’un des modèles pionniers dans la découverte du ciblage de la chromatine et de régulateurs nucléaires par des microbes. L’étude d’un facteur de virulence de L. monocytogenes, LntA, a permis l’identification d’un de ces régulateurs : BAHD1. En recrutant des protéines impliquées dans la formation de l’hétérochromatine, telles HDAC1/2 et HP1, BAHD1 stimule la formation d’une chromatine compacte à effet répressif. Lors d’une infection de cellules épithéliales par L. monocytogenes, BAHD1 réprime la réponse immunitaire stimulée par les interférons, une fonction inhibée par LntA. BAHD1 demeurant peu étudiée, mon doctorat a eu pour premier objectif de poursuivre la caractérisation de ce régulateur épigénétique. Par ailleurs, des données préliminaires suggéraient qu’un facteur de virulence de Listeria récemment découvert, InlP, avait la potentialité d’être, comme LntA, une nucléomoduline. Mon deuxième objectif a été d’explorer cette hypothèse.Les résultats de mon premier axe montrent que BAHD1 interagit avec MIER1 et que cette interaction est cruciale pour l’association de BAHD1 aux HDAC1/2. Nous reportons également que BAHD1 modifie la chromatine en changement la méthylation et l’acétylation des histones, ainsi que la méthylation de l’ADN, au niveau d’un gène cible, ESR1. Ces résultats nous permettent de proposer que BAHD1 forme, avec MIER1, un échafaudage assemblant un nouveau complexe de remodelage de la chromatine associé aux HDAC1/2 : le complexe BAHD1. Nous avons ensuite étudié un rôle de BAHD1 dans un organe ciblé par la Listeria, le cerveau. Nos résultats indiquent qu’une déficience totale en BAHD1 altère le transcriptome global de cet organe chez la souris. Les gènes majoritairement surexprimés sont impliqués dans des fonctions du système nerveux, le métabolisme et des troubles neurologiques. Les gènes majoritairement sous-exprimés sont impliqués dans des voies de l’immunité innée, dont des gènes de réponses aux interférons. Par ailleurs, une haplo-déficience en Bahd1 provoque des troubles comportementaux. En comparaison des souris Bahd1+/+, les souris Bahd1+/- souffrent d’une anxiété accrue et d’altérations du réflex de sursaut acoustique. Ces résultats suggèrent qu’une dérégulation de BAHD1, par des stimuli de l’environnement ou par des stimuli infectieux, pourrait avoir des effets neuro-pathologiques.Le second axe de ma thèse concernait l’étude des interactions d’InlP avec des protéines nucléaires de l’hôte, identifiées par un crible double-hybride. Nous montrons d’abord qu’InlP est une internaline atypique, avec des répétitions riches en leucine caractérisées par un motif LPX2. Nous identifions, ensuite, deux protéines nucléaires ciblées par InlP : le facteur d’épissage et suppresseur de tumeur RBM5 et le corépresseur RERE. Quand InlP est produite de façon ectopique dans les cellules humaines, elle se localise dans le noyau, où elle altère la formation de corps nucléaires enrichis en RERE. Dans des cellules sur-exprimant RBM5, InlP inhibe l’effet pro-apoptotique de RBM5 et stimule la formation de corps nucléaires denses associés à RBM5. Ces résultats suggèrent qu’InlP est une nucléomoduline agissant sur la l’assemblage et le désassemblage de compartiments de stockage de protéines cibles impliquées dans la synthèse et l’épissage d’ARNs de l’hôte.Ce travail ouvrent des perspectives dans la compréhension des interactions hôte-pathogène et dans une meilleure connaissance des mécanismes patho-épigénétiques, ainsi qu’en biologie cellulaire, dans la compréhension de la dynamique des organites nucléaires sans membrane. / Listeria monocytogenes is an optional intracellular pathogen responsible for a severe foodborne infection called listeriosis. The study of the cellular infection process of this bacterium has shed light on various mechanisms involved in host-pathogen interactions and in the functioning of the eukaryotic cell. In particular, L. monocytogenes has emerged as one of the pioneering models in the discovery of microbial targeting of chromatin and nuclear regulators. The study of a virulence factor of L. monocytogenes, LntA, allowed the identification of one of these regulators : BAHD1. By recruiting proteins involved in the formation of heterochromatin, such as HDAC1/2 and HP1, BAHD1 stimulates the formation of a compact chromatin with a repressive effect. When epithelial cells are infected with L. monocytogenes, BAHD1 suppresses the immune response stimulated by interferons, a function inhibited by LntA. Since BAHD1 is still under-researched, the first objective for my thesis was to further characterize this epigenetic regulator. In addition, preliminary data suggested that a recently discovered virulence factor of Listeria, InlP, had the potential to be, like LntA, a nucleomodulin. My second objective was to explore this hypothesis.The results of my first axis show that BAHD1 interacts with MIER1 and that this interaction is crucial for the association of BAHD1 with HDAC1/2. We also report that BAHD1 modifies chromatin by changing histone methylation and acetylation, as well as DNA methylation, at a target gene, ESR1. These results allow us to propose that BAHD1 form, with MIER1, a scaffold assembling a new chromatin remodeling complex associated with HDAC1/2 : the BAHD1 complex. We then studied the role of BAHD1 in an organ targeted by Listeria, the brain. Our results indicate that a total deficiency in BAHD1 alters the overall transcriptome of this organ in mice. Most of the overexpressed genes are involved in nervous system functions, metabolism and neurological disorders. The predominantly downregulated genes are involved in innate immunity pathways, including interferon response genes. In addition, a haplodeficiency in Bahd1 causes behavioral problems. Compared to Bahd1+/+ mice, Bahd1+/- mice suffer from increased anxiety and changes in acoustic startle reflex. These results suggest that deregulation of BAHD1, through environmental or infectious stimuli, may have neuro-pathological effects.The second axis of my thesis focused on the study of InlP interactions with host nuclear proteins, identified by a double-hybrid screen. First, we show that InlP is an atypical internalin, with leucine-rich repeats characterized by an LPX2 motif. We then identify two nuclear proteins targeted by InlP: the splicing factor and tumor suppressor RBM5 and the corepressor RERE. When InlP is produced ectopically in human cells, it is localized in the nucleus, where it alters the formation of nuclear bodies enriched in RERE. In RBM5-overexpressing cells, InlP inhibits the pro-apoptotic effect of RBM5 and stimulates the formation of dense nuclear bodies associated with RBM5. These results suggest that InlP is a nucleomodulin acting on the assembly and disassembly of target protein storage compartments involved in the synthesis and splicing of host RNAs.This work opens perspectives in the understanding of host-pathogen interactions and in a better knowledge of patho-epigenetic mechanisms, as well as in cell biology and the understanding of membraneless nuclear organelles dynamics.

Le raccourcissement progressif des télomères, en grande partie dû à la réplication incomplète des télomères, est l’une des caractéristiques principales du vieillissement. De façon encore plus frappante, une attrition trop marquée ou rapide des télomères est l’une des causes majeures d’un vieillissement prématuré. Les patients diagnostiqués avec un tel syndrome présentent généralement des mutations délétères dans un gène de maintien de l’homéostasie des télomères. Parmi les symptômes physiologiques, on remarque chez ces patients, des dégénérescences dans les tissus hautement prolifératifs, dus à l’exhaustion des cellules souches. Les cellules souches adultes, spécialisées et présentes dans nos tissus, permettent normalement la régénération des organes grâce à leur potentiel prolifératif et de différenciation. Afin de maintenir leur intégrité génomique, les cellules souches expriment une enzyme, la télomérase, capable de rallonger les extrémités terminales des chromosomes, et ainsi de maintenir intègre les télomères de ces cellules subissant des divisions cellulaire et subsistant dans l’organisme durant la vie de l’individu. En revanche, l’expression de la télomérase s’amenuise au cours du temps, les télomères se raccourcissent et les fonctions des cellules souches sont altérées. Nous étudions ce phénomène en utilisant comme modèle cellulaire, les cellules souches embryonnaires de souris, dont le gène de la télomérase réverse transcriptase a été anéanti génétiquement (mESC Tert -/-). Notamment, ces cellules, qui possèdent des télomères extrêmement courts n’arrivent pas à se différencier correctement. D’une étude précédente, mon laboratoire avait montré que ces cellules ne réussissaient pas à réprimer l’expression des gènes de pluripotence, comme Pou5F1/Oct4 et Nanog, et donc montraient des difficultés à sortir de l’état indifférencié. Au cours de mes recherches, nous avons montré que ce défaut était en fait dû à une altération en profondeur de l’épigénétique de ces cellules. Après avoir observé une déméthylation globale de l’ADN, nous avons constaté une augmentation de la marque d’histone H3K27me3 à travers le génome. De plus, moduler la présence de H3K27me3 via des petits inhibiteurs du complexe PRC2, ou par une approche génétique, modifie également le potentiel de différenciation des cellules souches. À la suite de cette étude, nous avons voulu en savoir davantage sur le signal liant attrition des télomères et défaut de différenciation. Lorsque les télomères sont très courts, la voie de réparation de l’ADN les reconnait comme une cassure double-brin. Parmi les acteurs de la réparation de l’ADN, la protéine p53 joue un rôle central puisqu’elle influence le destin cellulaire. Candidat idéal, nous avons cherché à savoir si p53 influençait la différenciation des mESC Tert -/- en utilisant une approche génétique. Nous avons été surpris de constater que l’absence de p53 restaurait le potentiel de différenciation des mESC Tert -/-. Ainsi et pour la première fois, nous avons montré que le raccourcissement des télomères pouvait avoir un effet très global sur les cellules. Nos recherches permettront de mieux appréhender certaines problématiques, notamment en matière de vieillissement. / The progressive decline of telomere length, mainly due to incomplete DNA replication at telomeres, is one of the main features of aging. Even more strikingly, excessive or rapid telomere attrition is one of the major causes of premature aging. Patients diagnosed with such syndromes have deleterious mutations in genes that maintain telomere homeostasis. For these patients, physiological manifestations include degeneration in highly proliferative tissues due to stem cell exhaustion. Adult stem cells, present in our tissues, typically allow the regeneration of organs due to their proliferative and differentiation potential. To maintain their replicative potential, stem cells express an enzyme, called telomerase, that is capable of lengthening the terminal ends of chromosomes. The maintenance of telomere length and, consequently favoring genomic stability, is crucial for stem cells that undergo cell division and remain in the organism throughout the individual's life. However, in stem cells, telomerase expression decreases over time, leading to telomere attrition and defects in stem cell functions. We studied this phenomenon using mouse embryonic stem cells disrupted for telomerase reverse transcriptase (mESC Tert -/-) as a model. In particular, these cells, which have extremely short telomeres, are unable to differentiate appropriately. Previously, my colleagues had shown that these cells failed to repress the expression of pluripotency genes, such as Pou5f1/Oct4 and Nanog, and therefore were refractory to differentiation. Here, we uncovered that profound epigenetic alterations influenced mESC Tert-/- cell fate. In addition to global DNA demethylation, we found an increase in H3K27me3 throughout the genome. Furthermore, modulating the levels of H3K27me3 via small inhibitors of the PRC2 complex or by a genetic approach also altered the differentiation potential of stem cells. Following this study, we wanted to learn more about the signals linking telomere attrition and differentiation failure. When telomeres are very short, the DNA repair pathway recognizes them as a double-strand break. Among the actors in DNA repair, the p53 protein plays a central role in influencing cell fate. As an ideal candidate, we investigated whether p53 influenced the differentiation of Tert-/- mESCs using a genetic approach. We were surprised to find that the absence of p53 restored the differentiation potential of Tert-/- mESCs. Thus, for the first time, we have shown that telomere shortening can have a very global effect on stem cells. Our research will allow us to better understand specific problems, particularly in the field of aging.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Alors que l'on assiste, depuis l'aube des années 1990, à un regain de popularité de la pensée de Charles Darwin dans l'étude de l'être humain, on constate que les deux principales écoles qui sont responsables de cette réhabilitation, la psychologie évolutionniste et le "darwinisme neuronal, défendent des thèses nettement incompatibles au sujet de la nature de la psyché humaine. L'esprit se compose-t-il exclusivement de modules ? Se développe-t-il sous l'emprise tyrannique des gènes ? Si tel est le cas, est-il possible de réduire la psychologie à la biologie évolutionniste ? À ces trois questions, la psychologie évolutionniste, qui découle historiquement de la sociobiologie, répond par l'affirmative, alors que le "darwinisme neuronal", développé par les neurologues Jean-Pierre Changeux et Gerald Edelman, répond par la négative. Après avoir exposé, à l'aide de la littérature philosophique des dernières années, les failles épistémologiques et ontologiques de la psychologie évolutionniste, le présent projet procède à une analyse philosophique du "darwinisme neuronal". Ce que ce second examen permet de suggérer, sans le démontrer hors de tout doute, c'est que l’esprit n'est pas massivement modulaire, que son développement est épigénétique, et par conséquent, que la psychologie préserve son autonomie épistémique par rapport à la biologie évolutionniste.

Nous avons étudié l'influence de la voie du cGMP sur le comportement d'auto-administration de cocaïne chez le rat. Les injections, dans le cortex préfrontal médian, de trois activateurs différents de cette voie diminuent le nombre d'injections que les rats déclenchent, indiquant une réduction de l'effet renforçant de la cocaïne et de leur motivation pour la drogue. Des études immunohistochimiques nous ont permis de mettre en évidence que cette effet comportemental s'accompagnait d'une diminution de l'expression de marqueurs épigénétiques (MeCP2, HDAC2) et d'une augmentation des niveaux d'acétylation des histones. Des résultats complémentaires confirment que la voie du cGMP est bien en mesure de réguler des protéines impliquées dans les mécanismes épigénétiques. La découverte d'une action via ces régulations nous permet de suggérer des pistes originales quant aux phénomènes mis en jeu dans la diminution observée des propriétés renforçantes de la cocaïne.

Résumé : L’obésité est un enjeu de société de première importance; elle est un facteur de risque de plusieurs maladies et engendre d’importantes dépenses en santé. Outre l’alimentation, la sédentarité et les prédispositions génétiques, il semble que l’environnement fœtal soit un facteur déterminant dans le développement de l’obésité. En effet, il a été démontré que les nouveau-nés exposés à un environnement intra-utérin défavorable ont un risque accru de développer, à l’adolescence et à l’âge adulte, l’obésité ainsi que les désordres métaboliques qui y sont associés. Le diabète gestationnel (DG) est l’une des complications de santé maternelle les plus fréquentes et est associé à un risque accru à long terme pour la santé métabolique de l’enfant. Malgré les nombreuses données probantes épidémiologiques concernant le phénomène de la programmation fœtale associée au DG, les mécanismes moléculaires impliqués ont été très peu étudiés. Il est cependant de plus en plus évident que l’épigénétique soit l’un de ces mécanismes. Cette thèse a pour objectif d’identifier les changements de méthylation de l’ADN, la modification épigénétique la plus stable et la plus connue, chez les nouveau-nés exposés in utero au DG. Dans un premier temps, la méthylation de l’ADN de 44 échantillons de placenta et de sang de cordon a été analysée à l’échelle du génome. Cette approche a permis de démontrer que les gènes épigénétiquement modifiés suite à une exposition au DG sont majoritairement retrouvés dans les voies biologiques associées aux maladies métaboliques. Des analyses dans une cohorte indépendante (n=80) ont confirmé l’effet de la glycémie maternelle sur la méthylation de l’ADN des gènes BRD2, LRP1B et CACNA1D impliqués dans la régulation du métabolisme des lipides et du glucose et du système rénine-angiotensine respectivement. Dans un second temps, l’approche par gènes candidats a démontré que l’exposition au DG est associée à la méthylation de l’ADN de gènes du métabolisme des lipides (LPL et ABCA1) du placenta. L’analyse de la méthylation de la LEP et de l’ADIPOQ dans le sang et les tissus adipeux de sujets sévèrement obèses a permis d’identifier des sites de méthylation pouvant potentiellement être utilisés dans le sang comme marqueur de susceptibilité à l’obésité. L’ensemble des résultats de cette thèse démontrent que le DG modifie le profil épigénétique de gènes impliqués dans les voies biologiques des maladies métaboliques (métabolisme énergétique et des lipides) et supportent l’importance de la méthylation de l’ADN dans la programmation de la santé métabolique du nouveau-né ayant été exposé in utero au DG. / Abstract : Obesity has reached epidemic proportions worldwide in both adult and childhood populations and is now recognized as a major public health issue. Obesity is associated with higher incidence of cardiometabolic complications including type 2 diabetes (T2D), dyslipidemia and hypertension as well as with increased health care costs. The fetal environment now appears, with genetics and the environment, as one cause of the obesity epidemic. Indeed, according to the fetal programming hypothesis, newborns exposed to a detrimental fetal environment are more susceptible to develop obesity, T2D and other related chronic disorders when they become teenagers or adults. Many studies have associated gestational diabetes mellitus (GDM) exposure with these long-term metabolic health risks for the newborn. Although, numerous studies show epidemiological evidence to support the fetal programming hypothesis, only a few studies have been undertaken to understand the underlying molecular mechanisms. However, several studies now suggest that epigenetics may be involved. The objective of this thesis is to study changes in DNA methylation, the more stable and studied epigenetic system, in newborns that have been exposed to GDM in utero. First, a genome-wide DNA methylation analysis (BeadChip) was performed in a sample set of 44 placenta and cord blood samples to identify genes and metabolic pathways dysregulated by GDM. This approach showed that genes epigenetically affected by GDM are predominantly involved in metabolic diseases. The associations between maternal glycemia and DNA methylation levels were confirmed, in an independent birth cohort, for BRD2, LRP1B and CACNA1D gene loci involved in the regulation of lipid and glucose metabolism and the renin-angiotensin system respectively. Then, using a candidate gene approach we reported that DNA methylation levels at gene loci involved in lipid metabolism (LPL and ABCA1) are modified in the placenta following exposure to GDM. Furthermore, analyses of LEP and ADIPOQ DNA methylation levels in blood and adipose tissues of severely obese men and women allowed the identification of CpG sites that might be used in blood as a marker of obesity susceptibility. Altogether the results of this thesis show that GDM affects the epigenetic signature of genes involved in metabolic disease pathways (energy and lipid metabolism) and support the role of DNA methylation in metabolic health programming of the newborn exposed to GDM.