La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie à transmission autosomale dominante causée par une répétition trinucléotidique CTG située dans la région 3’ non-traduite du gène dystrophia myotonica protein kinase (DMPK). La prévalence mondiale de la DM1 est de 8,26 personnes atteintes par 100 000 habitants : celle-ci est presque 20 fois plus importante au Saguenay-Lac-St-Jean en raison d’un effet fondateur. La présentation clinique de la DM1 peut comprendre divers symptômes dont de la faiblesse musculaire, de la myotonie, des cataractes, de l’insuffisance respiratoire, de l’arythmie cardiaque, de l’hypersomnolence et des troubles cognitifs et endocriniens. Par ailleurs, une grande variation dans la présence et la sévérité de ces symptômes est observée chez les patients et celle-ci n’est qu’en partie expliquée par la longueur des répétitions CTG. Plusieurs mécanismes pourraient expliquer la variabilité inexpliquée dont les défauts d’épissage, la mauvaise régulation des facteurs de transcription, la traduction non-ATG associée aux répétitions et les modifications épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN. L’objectif de ce projet était donc d’évaluer l’impact de la méthylation de l’ADN au locus DMPK sur la variabilité phénotypique des patients atteints de DM1. Nous rapportons que la méthylation de l’ADN mesurée en amont et en aval de la répétition CTG est respectivement corrélée négativement et positivement avec la longueur de la répétition CTG. La présence d’une interruption de la répétition est associée à un niveau plus élevé de méthylation de l’ADN. À l’aide de modèles de régression linéaire multiple, nous démontrons que la méthylation de l’ADN contribue significativement et indépendamment de la longueur des répétitions CTG, à expliquer la variabilité́ de la force des dorsifléchisseurs de la cheville, de la force de préhension, de la force des pinces, de la capacité́ vitale forcée, du débit expiratoire de pointe, de la pression expiratoire et inspiratoire maximale. La méthylation de l’ADN explique une fraction de la variabilité phénotypique en DM1 et en association avec la longueur de la répétition CTG pourrait aider à améliorer la prédiction de la progression de la maladie chez ces patients. / Abstract : Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is an autosomal dominant disorder caused by a CTG repeat extension in the 3’ untranslated region of the dystrophia myotonica protein kinase (DMPK) gene. Worldwide, the prevalence of DM1 is 8.26 affected persons per 100 000 persons, but it goes up to 158 affected persons per 100 000 in the Saguenay-Lac-St-Jean region of the province of Quebec (Canada) due to a founder effect. Clinical presentation includes muscular weakness, myotonia, cataracts, respiratory insufficiency, cardiac arrhythmia, hypersomnolence and endocrine and cognitive problems. There is a large variability in the presence and severity of these symptoms that is only partially explained by the CTG repeat length. Many mechanisms such as splicing defects, impaired regulation of transcription factors, repeat-associated non-ATG translation and epigenetic modifications, including DNA methylation, may explain this variability. The objective of this study was to assess the impacts of DNA methylation measured at the DMPK gene locus on phenotypic variability in DM1. We report that DNA methylation upstream of the repeat was negatively correlated with CTG repeat length whereas downstream DNA methylation was positively correlated. The presence of a variant repeat within the CTG repeat was associated with a higher level of DNA methylation. Linear multiple regression models support that DNA methylation contributes significantly and independently of the CTG repeat length to the variability of the ankle dorsiflexor, grip and pinch strengths, as well as forced vital capacity, peak expiratory flow and maximal inspiratory and expiratory pressures. DNA methylation could thus explain part of the phenotypic variability in DM1 and, together with CTG repeat length, could help improve the prediction of the progression of the disease.

La maintenance de la méthylation ADN sur les sites CG joue un rôle crucial dans le silencing des éléments transposables (TE) et l’expression correcte des gènes. Chez Arabidopsis thaliana, on observe, dans le mutant met1-3 déficient en méthylation CG, une apparition ectopique de méthylation CHG sur de nombreux gènes, ainsi qu’une relocalisation de la diméthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9me2) de l’hétérochromatine vers l’euchromatine. Nous avons démontré que ceci est lié à un défaut de transcription au niveau du grand intron du gène codant la déméthylase H3K9me2 IBM1. Nous avons également constaté que dans les épihybrides F1 issus du croisement de plantes met1-3 avec une plante sauvage la méthylation CHG présente dans l’intron de l’allèle IBM1 hérité du parent mutant était perdue. Afin de définir si la perte de méthylation affecte également d’autres loci génomiques, et plus globalement à l’échelle du génome entier l’impact de la rencontre de deux épigénomes différents, nous avons analysé les profils de méthylation, de siRNAs et de transcription des épihybrides F1. Nos données révèlent que l’union de deux méthylomes distincts au sein d’un même génome provoque une restructuration considérable des profils épigénétiques et transcriptionnels. La méthylation CHG apparaissant sur de nombreux gènes dans met1 tend à persister, créant ainsi de nouveaux épiallèles pouvant être hérités. Du côté des TE, nombre d’entre eux sont déméthylés et réactivés, tandis que d’autres sont immédiatement reméthylés et resilencés. Ainsi, ces résultats contribuent à la compréhension de la stabilité de la méthylation ADN et de son rôle dans le contrôle différentiel des gènes et des TE. / Maintenance of DNA methylation at CG sites is crucial for silencing of transposable element (TE) and proper expression of genes. In Arabidopsis thaliana, met1-3 mutant, deficient in CG methylation, shows ectopic appearance of CHG methylation at numerous genes, as well as relocation of H3K9me2, from heterochromatin towards euchromatin. We have shown that this is due to a defect of the transcription of the large intron of the gene encoding the IBM1 H3K9me2 demethylase. We also found that, in the F1 epihybrids from the cross between met1 and WT plants, CHG methylation at the intron of the met1-derived IBM1 allele is lost. In order to define whether the loss of methylation at IBM1 also affects other genomic loci, and the impact of the union of two different epigenomes on methylation and transcription genome-wide, we analyzed the methylation, siRNA and transcription patterns of F1 epihybrids. Our data reveal that the union of two distinct methylomes within the same genome triggers considerable restructuring of epigenetic and transcriptional patterns. CHG methylation appearing in the mutant parent tends to persist in F1, creating new epialleles that can be inherited. On the TE side, lots of them are demethylated and reactivated while others are immediately remethylated and resilenced. Thus, our results provide new insights to the understanding of DNA methylation stability and its role in the differential control of genes and TEs.

Malgré le succès de l’Aide Médicale à la Procréation (AMP), des données récentes suggèrent un lien entre le recours à l’AMP et des pathologies liées à des erreurs épigénétiques. Afin d’évaluer l’impact des procédés in vitro de l’AMP sur la méthylation de l’ADN, nous avons analysé : 1) le profil de méthylation de 2 locus soumis à empreinte, H19DMR et KvDMR1, dans des ovocytes recueillis immatures, vitrifiés, puis mûris in vitro après réchauffement. Nous avons montré pour la première fois que le procédé vitrification/MIV pouvait constituer une alternative prometteuse pour préserver le potentiel procréatif des femmes avant un traitement anticancéreux, puisqu’il n’altérait pas l’empreinte parentale. 2) le profil de méthylation de H19DMR dans des embryons humains en retard de développement ainsi que dans les gamètes des géniteurs. Nous avons mis en évidence des anomalies de l’empreinte dans ces embryons, sans lien apparent avec les indications d’ICSI mais liées à des altérations survenues soit au cours de l’ovogenèse, soit au cours du développement précoce. 3) le profil de méthylation des promoteurs d’OCT4 et NANOG, gènes essentiels à l’expression de la pluripotence, dans des embryons bloqués après culture prolongée. Nous avons montré que le promoteur d’OCT4 était significativement hyperméthylé dans les embryons bloqués, en particulier dans la population de couples présentant uniquement une infertilité masculine, alors que le promoteur de NANOG était hypométhylé / Despite the success of Assisted Reproductive Technologies (ART), recent data suggest a link between the use of ART and diseases related to epigenetic errors. To evaluate the impact of ART on DNA methylation, we analyzed: 1) the methylation profile of 2 imprinted loci, H19DMR and KvDMR1, in immature oocytes which were vitrified and matured in vitro after warming. We have shown for the first time that vitrification/IVM process did not alter the imprinting. Then, this new technology could be a promising alternative to preserve the procreative potential of women before cancer treatment. 2) the methylation profile of H19DMR in human embryos with developmental anomalies and in the gametes of the parents. We have shown that imprinting errors in these embryos have no apparent link with ICSI indications, but were related to alterations in H19DMR occurring either during oogenesis or early development. 3) the methylation profile of the promoters of OCT4 and NANOG, essential genes for the expression of pluripotency in arrested embryos after prolonged culture. We have shown that the promoter of OCT4 was highly methylated in arrested embryos particularly in the population of couples with male infertility only, whereas the NANOG promoter was hypomethylated

Les mécanismes de régulation de l’expression génétique sont essentiels pour l’adaptation du comportement cellulaire face à son environnement (différenciation, développement, réponse à un stimulus). Les études moléculaires décrivent une grande diversité de facteurs impliqués dans ce phénomène (TFs, marques épigénétiques, nucléosomes) et plusieurs niveaux de régulation (initiation, élongation, épissage, maturation) qui expliquent la complexité du transcriptome cellulaire. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux processus de régulation de la transcription en nous appuyant sur le modèle de la différenciation lymphocytaire murine. Nos études décrivent le recrutement des GTFs et une activité transcriptionnelle caractéristique aux promoteurs des gènes et sur les enhancers. Nous montrons également que les ilots CpG (CGIs) sont des éléments régulateurs majeurs chez les mammifères et qu’ils contribuent de manière transcription-indépendante à la déplétion nucléosomale observée aux promoteurs de certains gènes. Nos collaborations nous ont également permis d’aborder des sujets relatifs à l’élongation de la transcription, l’épissage alternatif, ou les combinatoires de PTMs que peuvent exhiber le CTD de l’ARN Pol II et les queues d’histones. Dans un contexte de transition de l’ère pré-génomique vers des approches expérimentales pangénomiques (s’appuyant notamment sur les technologies de séquençage haut débit), une proportion importante de ma période doctorale fut consacrée au développement d’outils bioinformatiques pour le traitement et les analyses de données expérimentales, issues de ChIP-on-chip puis de HTS (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq). / Mechanisms underlying the regulation of genetic expression are crucial for cell maintenance and adaptation to environment (differentiation, development...). Molecular approaches reveal a great diversity of factors involved in this process (TFs, epigenetics, nucleosomes) and several layers of regulation (transcription initiation, elongation, splicing, maturation) which contribute to the observed transcriptome complexity. During my thesis, we studied the mechanisms of transcription regulation in mammals during lymphocyte differentiation. Briefly, we described the recruitment of GTFs and the transcriptional activity occurring on promoters and enhancers. We also reveal that CpG islands (CGIs) are major regulator elements in mammals, which contribute to nucleosome depletion in a transcription-independent manner on a significant amount of promoters. Together with our collaborators, we also studied the mechanisms of transcription elongation, alternative splicing, or the complex combinatorial patterns of PTMs that can be set on the CTD of RNA Polymerase II and on histone tails. In the context of transition from pre-genomic studies to genome-wide experiments, an important part of my work consisted in the development of bioinformatics tools for the processing and analysis of experimental datasets from ChIP-on-chip, and HTS technologies (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq).

La variabilité phénotypique est définie par la capacité d’une espèce donnée à produire des variants phénotypique à partir d’un seul génotype, sous l’influence de l’environnement. L’origine de la variabilité phénotypique constituait un débat entre les scientifiques jusqu’à l’heure actuelle. Il était généralement admis que les variations génétiques seraient la seule source de la variabilité phénotypique. Cependant, les études récentes montrent que des variations épigénétiques pourraient être une source alternative pour les variants phénotypiques, sans modifier la séquence de l’ADN. L’épigénétique est l’une des composante du « Dual inheritance system », une théorie qui évoque l’existence de deux systèmes d’héritabilité : la génétique et l’épigénétique. Dans les interactions hôte / parasite, les parasites exercent des pressions sélectives sur leurs hôtes et vice versa, conduisant à une véritable course aux armements entre les deux partenaires. Une telle interaction nécessite une adaptation rapide où chaque partenaire doit évoluer sa capacité d’exprimer de nouveaux variants phénotypiques. Schistosoma mansoni est un parasite humain responsable de la bilharziose intestinale. Cette maladie est classée au second rang mondial selon l’OMS. Le schistosome se caractérise par un cycle de vie qui est complexe nécessitant le passage par deux hôtes : l’hôte intermédiaire Biomphalaria glabrata et l’hôte définitif qui pourrait être l’homme ou les rongeurs. Nous nous sommes intéressés au cours de la thèse à l’interaction de S. mansoni avec B. glabrata. Cette thèse avait pour objectif de montrer l’implication des modifications épigénétiques dans la production des variants phénotypiques dans un contexte de coévolution de l’interaction entre S. mansoni et B. glabrata. Les deux principaux buts c’étaient : (i) Déterminer le poids relatif épigénétique / génétique dans l’expression des variants phénotypiques chez le parasite. (ii) Initier l’investigation autour des mécanismes épigénétiques chez l’hôte. Les résultats de nos travaux ont montré que les modifications des histones constituent en effet une origine des variants phénotypiques chez S. mansoni. Ces variants phénotypiques exprimés sont à la base d’une meilleure fitness voire d’une virulence pour le parasite. Finalement, l’étude de l’héritabilité des modifications épigénétiques a montré une transmission qui ne respecte pas les lois mendéliennes. En ce qui concerne B. glabrata, nous étions les premiers à mettre en évidence la méthylation de l’ADN chez ce mollusque. Au niveau du génome, 2% des cytosines totales sont méthylées. / Phenotypic variability is defined by the capacity of a given species to produce phenotypic variants from one genotype under the influence of the environment. There is several thinking about the origin of phenotypic variability. It was generally assumed that the genetic variations are the sole source of phenotypic variants. However, recent studies show that epigenetic variations can provide alternative source for phenotypic variants without change in DNA sequence. Epigenetic is one of the two components of the « Dual inheritance system », theory that evokes the existence of two inheritance system: genetics and epigenetics. In host / parasite interactions, parasites exert selective pressures on their hosts and vice versa, leading to a genuine arms race between both partners. Such interaction requires rapid adaptation where each partner has to evolve the capacity to express new phenotypic variants. We propose that epigenetic variations play an important role in the genesis of phenotypic variability. Schistosoma mansoni is a human parasite that causes intestinal schistosomiasis. Thisdisease is ranking second in the world according to the WHO. Schistosome is characterized by a life cycle that is complex requiring passage by two hosts: the intermediate host Biomphalaria glabrata and the definitive host that could be humansor rodents. During the PhD project, we are interested to the interaction of B. glabrata with S. mansoni. This PhD project aimed to show the involvement of epigenetic changes in the production of phenotypic variants in the context of coevolution of the interaction between S. mansoni and B. glabrata. The two main goals were: (i) To determine the relative weight epigenetic / genetic in the expression of phenotypic variants in the parasite. (ii) To initiate the investigation of epigenetic mechanisms in the host. The results have shown that histone modifications are indeed a source of phenotypic variants in S. mansoni. These phenotypic variants are the basis for better fitness and / or virulence of the parasite. Finally, studying the heritability of epigenetic changes showed a non-mendelian transmission. For B. glabrata, we were the first to highlight the DNA methylation in the snail. 2% of total cytosines are methylated in his genome.

Durant ma thèse je me suis intéressé à trois sujets différents connectés par la méchanotransduction au cours du développement. Mon intérêt principal étant porté sur les impacts évolutifs apportés par la méchanotransduction. Mais qu’est-ce que la méchanotransduction ? C’est la conversion d’un stimulus mécanique en une activité biochimique. Ces mécanismes sont présents dans bien des domaines : motilité des cellules, différentiation cellulaire, création de structures. Durant ma thèse je me suis principalement intéressé aux mécanismes de méchanotransduction liés à l’invagination du mésoderme chez la drosophile. Ce mouvement est l’un des tous premiers mouvements morphogénétique et fait partie d’une étape clé du développement qu’est la gastrulation mécanisme commun à toutes les espèces animales. Dans un premier temps je me suis focalisé cette invagination du mésoderme chez la Drosophile. Cette invagination est générée par des accumulations apicales de myosine qui vont entrainer une constriction apicale des cellules. Mon premier travail a été de comprendre et de modéliser ce mouvement en me basant sur le travail effectué dans le laboratoire. En effet il a été prouvé que les contraintes mécaniques entrainent directement l’invagination du mésoderme : par une indentation sur le mésoderme d’embryons incapables de réaliser une invagination on arrive à restaurer cette dernière. La modélisation que j’ai réalisée permet de montrer la plausibilité de réaliser un couplage bio-mécanique afin d’expliquer la formation de cette invagination. Le modèle est composé d’une chaine de cellules couplées mécaniquement entre elles par des jonctions adhérentes. Les cellules sont excitées individuellement par une force sinusoïdale leur taille va donc être modifiée. Grace au couplage certains comportements collectifs vont apparaitre. Pour les cellules associées à certaines conditions génétiques une fois que la taille seuil sera dépassée, la cellule va générer une force de constriction. Comme la cellule se constricte elle va déformer les cellules voisines qui seront plus à même de franchir la taille pallier. Une invagination globale va s’en suivre. Ce modèle reproduit quantitativement la dynamique de constriction des apex et permet de vérifier la possibilité d’obtenir une invagination à partir d’interactions mécaniques entre les cellules. Il permet met aussi en évidence l’importance de l’étude des comportements collectifs qui permettent par différents couplages. Dans une seconde partie j’ai effectué le parallèle entre l’invagination du mésoderme de la drosophile et l’initiation de l’épibolie du poisson zèbre en se focalisant sur le rôle de contraintes mécaniques développées par ces premiers mouvements morpho-génétiques. Ces premiers mouvements vont déterminer la création des différents feuillets et notamment la différentiation des cellules du mésoderme. Ces deux espèces montrent des mécanismes de méchanotransduction communs avec la phosphorylation de la beta-catenin (b-cat) Y667. Cette phosphorylation entraine l’expression de gènes twist (Drosophile) et notail (Danio rerio) nécessaire aux mouvements morphogénétiques. Les expériences réalisées consistent à bloquer les mouvements par l’intermédiaire de drogues (pour le poisson zèbre) ou de mutations (pour la Drosophile) et exercer une déformation mécanique sur les embryons. En l’absence de contraintes mécaniques la betacatenin n’est plus phosphorylée, de ce fait on elle n’est plus présente dans les noyaux ce qui entraine une perte d’expression des gènes twi ou notail. Avec une déformation mécanique alors que les mouvements sont bloqués nous arrivons à réactiver la phosphorylation de la βcat et ré induire l’expression des gènes. Ma contribution majeure pour ces expériences a été la mise en place d’un système magnétique permettant de mimer les mouvements de l’épibolie. (...) / In this thesis, I first focused on the testing of the hypothesis of the mechanotransductive activation of the apical accumulation of Myosin-II (Myo-II) that leads to Drosophila embryos mesoderm invagination, in response to the active cell apex pulsations preceding gastrulation in the mesoderm. This hypothesis was proposed on the basis of previous experiments realized in my host lab, having consisted in the rescue of mesoderm invagination in pulsation and invagination defective mutants, in response to a simple mechanical indent of the mesoderm. Here I demonstrated quantitatively the plausibility of such mechanical trigger of the active apical accumulation of Myo-II leading to subsequent mesoderm invagination, in response to the mechanical strains developed by the endogenous pulsative movements of mesoderm cell apexes, in silico. In a second part, I tested experimentally the role of the mechanical strains developed by the very first morphogenetic movements of zebrafish (Danio rerio) and Drosophila embryos, in the early specification of mesoderm cells identity. Specifically, to test this hypothesis, I developed magnetic biophysical tools to mimic the epiboly morphogenetic movements in epiboly defective zebrafish embryos. We found the beta-catenin (B-cat) Y667 phosphorylation as the common mechano-transductive pathway involved in earliest mesoderm genes expression notail and twist respectively, in response to the very first morphogenetic movements of embryogenesis in both species, epiboly and mesoderm invagination, respectively. This allowed to suggest such mechanotransduction pathway as conserved from the last common ancestor of both species, namely the last common ancestor of bilaterians, therefore possibly involved in the origins of mesoderm emergence in the ancestor, which represents a currently important opened question of evo-devo. In a third part, I developed experiments of mechanical indent of Drosophila embryos germ cells, and demonstrated the production of generational heritable developmental defects induced on at least 3 generations. These experiments suggest accidental mechanical perturbation of germ cells as a putative new motor mode of heritable modulations in the genetic developmental program of embryogenesis, with the molecular mechanism underlying such transmission being currently in progress.

Les cellules placentaires portent un génome différent du génome maternel, puisque 50% de leurs gènes proviennent du génome paternel. Cependant, comme les cellules cancéreuses après la transformation néoplasique, elles réussissent à envahir les tissus de leur hôte, échapper à son système immunitaire et induire une angiogenèse afin d’établir la grossesse. Les cellules cancéreuses et placentaires arborent aussi une différence majeure : alors que de tels mécanismes typiques des cancers sont incontrôlés dans les cellules cancéreuses, ils sont spatialement et temporairement contrôlés dans les cellules placentaires saines. Ainsi, le recherche sur le « concept cancer/placenta » – l’utilisation du placenta pour mieux comprendre le cancer – peut aboutir à l’identification de biomarqueurs et d’approches thérapeutiques innovantes en oncologie, tout comme en gynécologie-obstétrique. Par exemple, les efforts de recherche portant sur l’expression des gènes CGB, codant pour la sous-unité ß de l’hormone chorionique gonadotrope humaine, dans les cellules cancéreuses et placentaires a mené au développement d’un biomarqueur largement utilisé pour la prise en charge de multiples cancers. Il est aussi intéressant de noter que ce même biomarqueur est aussi utilisé pour le dépistage d’aneuploïdies fœtales. De même, le clonage d’INSL4, codant pour le précurseur du peptide placentaire précoce ressemblant à l’insuline (pro-EPIL), dans des cellulaires placentaires précoces, a mené au développement d’un biomarqueur faisant actuellement l’objet d’études cliniques. Avec l’émergence de l’épigénétique, des études de la méthylation de l’ADN, la caractéristique épigénétique la mieux comprise, ont montré que les loci de gènes CGB et INSL4 sont hypométhylés dans les cellules cancéreuses et placentaires ; ce qui pourrait refléter l’hypométhylation globale caractéristique de ces deux types cellulaires. Par conséquent, le projet doctoral présenté dans cette thèse a exploré les modifications des paysages épigénétiques des cellules placentaires au cours de la grossesse et des cellules cancéreuses au cours de la transformation néoplasique. Ce projet a contribué initialement au développement d’un test d’immunoanalyse qui détecte l’hCGß de type II, spécialement codée par un sous-groupe de gènes CGB et détectée dans le sérum de patients atteints de cancers non-placentaires et de trisomie 21 fœtale. Ce test d’immunoanalyse, avec un test similaire développé pour la détection de pro-EPIL, a aussi été utilisé pour des études de preuve de concept précoces quant à l’effet de la méthylation de l’ADN sur l’expression de l’hCGß de type II et de pro-EPIL dans des surnageants de culture cellulaire. En fin de compte, ce projet a mené à la première comparaison directe et pan-génomique de la méthylation de l’ADN dans des cellules cancéreuses au cours de la transformation néoplasique et dans des cellulaires placentaires au cours de la grossesse. Cette étude a porté sur des données, disponibles publiquement, générées à partir de biopsies de 13 types de tumeurs, de villosités choriales (tissus placentaires) et d’autres tissus sains. Elle a également porté sur des données originales générées par nos soins à partir d’échantillons placentaires uniques : des cellules cytotrophoblastiques isolées de villosités choriales ex vivo. Toutes les données inclus dans cette étude ont été générées sur une plateforme de puces à ADN pour la mesure de la méthylation au niveau de 485 512 sites CpG pour chaque échantillon. En combinant, des logiciels innovants reposant sur la puissance d’algorithmes de lissage statistique et sur un solide rationnel biologique, cette étude a ainsi contribué à l’identification de motifs d’hypométhylation à l’échelle du mégabase distinguant les cellules placentaires du début de la grossesse de celles de la fin de la grossesse tout comme ils distinguent les cellules cancéreuses des cellules normales. (...) / Placental cells carry a genome different from the maternal genome, as 50% of it originate from the paternal genome. However, like cancer cells after neoplastic transformation, they successfully invade their host tissues, escape its immune system and induce angiogenesis in order to establish the pregnancy. Cancer and placental cells also display a major discrepancy: while such hallmarks of cancer mechanisms are uncontrolled in cancer cells, they are spatially and temporally controlled in healthy placental cells. Thus, research on the “cancer/placenta concept” – the use of the placenta to better understand cancer – can lead to innovative biomarkers and therapeutic approaches in oncology as well as in gynecology and obstetrics. For example, research efforts on the expression of the CGB genes, encoding for the human chorionic gonadotropin beta subunit (hCGß), in cancer and placental cells have led to the development of a biomarker widely used for the management of various cancers. Interestingly, this same biomarker is also used for the screening of fetal aneuploidies. Likewise, the cloning of INSL4, encoding for the precursor of the early placenta insulin-like peptide (pro-EPIL) in early pregnancy placental cells, has led to the development of a biomarker currently investigated in the clinical setting. Following the rise of epigenetic, studies on DNA methylation, the most well understood epigenetic mark, showed that the loci of CGB genes and INSL4 are hypomethylated in cancer and placental cells, which may reflect a global hypomethylation also characteristic of these cells. Therefore, the doctoral project presented in this dissertation had explored modifications in the epigenetic landscape of placental cells throughout pregnancy and cancer cells throughout neoplastic transformation. This project initially contributed to the development of an immunoassay detecting type II hCGß, specifically encoded by a subset of CGB genes and detected in the serum of patients with non-placental cancers and fetal Down Syndrome. This immunoassay, along with another one directed to pro-EPIL, was also used for an early proof of concept study regarding the effect of DNA methylation on the expression of type II hCGß and pro-EPIL in cell culture supernatants. Ultimately, this project led to the first direct genome-wide comparison of DNA methylation in cancer cells throughout neoplastic transformation and in placental cells throughout pregnancy. It included publically available data generated from biopsies of 13 types of tumors, chorionic villi (placental tissues) and other normal tissues. It also included original data generated from unique placental samples: villous cytotrophoblastic cells isolated ex vivo from chorionic villi. All datasets were generated on a microarray platform measuring DNA methylation at 485,512 CpG sites in each sample. Combining innovative software that leverages the power of statistical smoothing algorithms and a strong biological rationale, this study thus contributed to the identification of megabase-scale patterns of hypomethylation distinguishing early pregnancy from late pregnancy placenta cells as they distinguish normal from cancers cells. Strikingly, the affected genomic regions encompassed genes related to hallmarks of cancer mechanisms such as epithelial-mesenchymal transition (EMT), innate and acquired immune response, and hypoxia. Taken together, these results suggest the hypothesis that patterns of DNA methylation might contribute to “cancer/placenta epigenetic switches” allowing placental implantation and neoplastic transformation when turned “on”, while preventing the placenta to degenerate into an aggressive tumor when turned “off”.

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L’établissement et le maintien du patron d’expression génique sont d’une importance critique pour l’identité cellulaire. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) agissent sur la chromatine afin de maintenir la répression génique de ses gènes cibles à travers les cycles cellulaires de façon épigénétique. Toutefois, durant la mitose, la structure de la chromatine est grandement altérée par la répression de la transcription, la condensation de la chromatine et le relâchement de nombreux facteurs de transcription. Une question se pose alors : comment les protéines PcG peuvent-elles maintenir leur fonction à travers la mitose ? En interphase, les protéines PcG sont liées à leurs cibles sur la chromatine. Durant la mitose, la majorité des protéines PcG se libèrent de la chromatine mais une petite fraction persiste. Selon l’hypothèse du mitotic bookmarking, cette fraction agirait comme un ensemble de marqueurs guidant le recrutement des protéines PcG en fin de mitose pour maintenir le profil d’expression génique de la cellule. Cependant, nous ne savons pas comment ce recrutement à lieu, ni comment une fraction de protéines PcG est retenue à la chromatine. Afin de répondre à ces questions, un crible à ARN interférent a été établi pour identifier des facteurs contrôlant la liaison des protéines PcG à la chromatine à travers le cycle cellulaire. Quoiqu’une confirmation soit nécessaire, les facteurs spécifiques à l’interphase sont enrichis en protéines co-purifiant avec la protéine PcG testée et en hélicases alors que ceux spécifiques à la mitose sont enrichis en candidats liés aux protéines du groupe Trithorax (TrxG). / A critical part of cell identity is the establishment and maintenance of gene expression patterns. Polycomb group proteins (PcG) act on chromatin to maintain gene repression through cell cycles (epigenetically). However, during mitosis, chromatin structure is greatly altered by transcription repression, chromatin condensation, and the release of many transcription factors. A question then arises: how can PcG proteins maintain their function through mitosis? During interphase, PcG proteins are bound to their chromatin targets. During mitosis, most PcG proteins are released from chromatin, but a small fraction remains bound to chromatin. According to the mitotic bookmarking hypothesis, this fraction acts as a set of markers to guide the recruitment of PcG proteins at the end of mitosis to maintain the gene expression profile. However, we do not know how this recruitment takes place, nor do we know how a fraction of PcG proteins is retained on chromatin. To address these questions, an RNAi screen was established to identify factors that control the binding of PcG proteins to chromatin across the cell cycle. Although a confirmation is necessary, factors identified from interphase cells were enriched in proteins co-purifying with the tested PcG protein and in helicases while mitosis specific factors were enriched in Trithorax group (TrxG) protein related candidates.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished