Dans le noyau de nos cellules l’ADN est enroulé autour de petites protéines que l’on appelle les histones et forme ainsi ce que l’on nomme la chromatine. L’activation des gènes permet la production de protéines qui sont nécessaires au bon fonctionnement des différentes cellules de notre organisme. Notre corps est composé de différentes cellules dont l’identité est définie par un patron de gènes actifs et inactifs bien spécifique. Au cours de la mitose (division des cellules) il est crucial que les cellules conservent leur identité, faute de quoi des structures non adaptées peuvent apparaître et dans certains cas conduire à l’apparition de cancers. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) constituent un important système de mémoire cellulaire qui permet de maintenir un gène inactif au cours du développement d’un organisme. Ces protéines sont ciblées sur des gènes spécifiques où elles modifient la nature chimique des histones, rendant la chromatine compacte, difficile d’accès et donc empêchant l’activation de ces gènes. Lors de la mitose, la chromatine va se compacter drastiquement pour faciliter la ségrégation des chromosomes. Les mécanismes par lesquels les protéines du PcG s’adaptent à cette restructuration massive du génome ne sont pas connus. Mon projet est d’étudier le comportement des protéines du PcG au niveau de la chromatine à travers la mitose et ainsi de comprendre comment est préservée l’identité des cellules. Historiquement, les protéines du PcG ont été découvertes chez la drosophile et leurs mutations entrainent des anomalies au niveau du plan corporel. Ces protéines existent également chez l’homme et jouent un rôle essentiel dans le contrôle du développement. Ainsi mes travaux effectués chez la drosophile pourront être repris pour l’étude de ces protéines chez l’homme. Par l’utilisation de techniques de microscopie à fluorescence, il est possible de détecter la fixation des protéines du PcG au niveau de la chromatine au cours de la mitose. Il a été observé que durant la mitose l’une des protéines du PcG est dissociée de la chromatine alors que deux autres protéines de ce groupe sont quant à elles maintenues. L’ancrage des protéines du PcG à la chromatine se fait par le dépôt d’une modification chimique spécifique sur une histone, la triméthylation de la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3). Pendant la mitose le résidu adjacent, la serine 28, va être phosphorylé (H3S28ph), et cette seconde modification perturbe la fixation des protéines du PcG. Pour mieux comprendre comment ces deux modifications (H3K27me3 et H3S28ph) définissent la fixation des protéines du PcG le long du chromosome lors de la mitose, j’analyserai la distribution de ces protéines le long du génome dans des cellules en mitose. D’autre part, j’étudierai les défauts développementaux provoques par l’absence de ces deux modifications chimiques à partir de drosophiles mutantes. La dérégulation des protéines du PcG entraine des défauts développementaux et est à l’origine de nombreux cancers chez l’homme. Des avancées dans le domaine pharmacologique ont permis d’élaborer des inhibiteurs de certaines des protéines du PcG qui pourraient constituer de nouvelles thérapies anti-cancer. Il est donc important de comprendre parfaitement les mécanismes d’actions de ces protéines, tout particulièrement au cours de processus biologiques cruciaux tel que la mitose. / Polycomb group (PcG) proteins maintain repression on key developmental genes to preserve cell fates. It is unknown on how PcG-mediated repressive chromatin is inherited across cell cycles. This project aims to study the chromatin-binding profile of PcG proteins and their cognate histone mark (H3K27me3) in mitosis. We observed that Polycomb (Pc) were dissociated from chromosomes during mitosis and reassociation begins from late anaphase onwards. In contrary, Ph, PSC and high level of H3K27me3 were detected on mitotic chromosomes. Importantly, drug-inhibition of Aurora B and hence depletion of H3S28ph retained Pc on mitotic chromosomes. To further understand how mitotic H3S28ph affects PcG proteins binding profile, a FACS-sorting protocol was optimized to isolate mitotic cells for ChIP-seq analyses. In parallel, Drosophila model of histone mutants (H3K27R and H3S28A) were established to assess the importance of these modifications on PcG-mediated epigenetics inheritance across mitoses.

Les études d'association pangénomiques (GWAS) ont permis l'identification de plusieurs dizaines de gènes et de polymorphismes nucléotidiques (SNPs) contribuant au risque de diabète de type 2.Plus généralement, les GWAS ont permis d'identifier des milliers de SNPs contribuant à des maladies complexes chez l'Homme.Cependant, la caractérisation fonctionnelle et les mécanismes biologiques impliquant ces SNPs et ces gènes restent en grande partie à explorer.En effet, les conséquences de ces polymorphismes sont complexes et peu connues. Une conséquence directe est l'altération de la protéine codée par un gène, voire une extinction complète de la transcription du gène (p.ex. via l’introduction d’un codon stop dans la séquence).Par ailleurs, ces polymorphismes peuvent avoir un rôle de régulation dans l'expression des gènes, par exemple, en perturbant la liaison de facteurs de transcription et d'enzymes impliqués dans la méthylation de l'ADN.Malgré des associations fortes des SNPS identifiés, ils ne peuvent expliquer la totalité de l'héritabilité du diabète de type 2, suggérant par le fait même des mécanismes d'interactions entre les différentes couches que représentent la génomique, la transcriptomique et l'épigénomique.Le changement de paradigme en statistique génétique et la disponibilité de données transcriptomiques et épigénomiques sont responsables de l'évolution du domaine, passant des analyses d'associations à des analyses transversales de type multi-omique, et permettant de fournir des éléments de réponse sur l’aspect fonctionnel des SNPs ou des gènes impliqués, et dans certains cas, permettant d'évaluer le lien causal de ces variants sur la pathologie.Les développements et applications méthodologiques proposés dans cette thèse sont variés, allant d’une approche similaire aux GWAS, mettant à profit les données longitudinales disponibles dans certaines cohortes (p.ex. D.E.S.I.R.), au moyen d'un modèle joint; de la caractérisation fonctionnelle de gènes candidats, identifiés par GWAS, dans la sécrétion d'insuline par une étude transcriptomique multi tissu et dans un modèle cellulaire; de l'identification d'un nouveau gène candidat (PDGFA) impliqué dans la dérégulation de la voie de l'insuline dans le diabète de type 2 via des mécanismes épigénétiques et transcriptomiques; et enfin de la caractérisation de l'effet sur le transcriptome de deux substituts du bisphénol A dans un modèle d’adipocyte primaire.L'augmentation des connaissances des processus biologiques dans lesquels sont impliqués les SNPs et gènes identifiés par GWAS pourrait permettre l'élaboration de stratégies diagnostiques plus efficaces, ainsi que l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2 et des complications associées (p.ex. insulinorésistance, NAFLD, cancer, etc.). Plus généralement, ces études multi-omiques ouvrent la voie à l'approche émergente que représente la médecine de précision, permettant le traitement et la prévention des pathologies tout en prenant en compte ce qui fait la spécificité d'un individu, à savoir son génome et son environnement, tous deux interagissant sur son transcriptome et son épigénome. / Genome-wide association studies (GWAS) have resulted in the identification of several dozen of genes and single nucleotide polymorphisms (SNPs) contributing to type 2 diabetes.More generally, GWAS have identified thousands of SNPs contributing to complex diseases in humans.However, the functional characterization and biological mechanisms involving these SNPs and genes remain largely to be explored. Indeed, the consequences of these polymorphisms are complex and little known.One direct consequence of the SNPs is the alteration of the protein encoded by a gene, or even a complete transcriptional gene silencing (e.g. codon stop in the sequence). Furthermore, these polymorphisms may have a regulatory role in gene expression, for example, by interfering with the binding of transcription factors and enzymes involved in DNA methylation.Despite the strong associations of identified SNPs, they cannot explain the full heritability of type 2 diabetes, suggesting interactions mechanisms between the different layers of -omics, such as genomics, transcriptomics and Epigenomics.The shift of paradigm in statistical genetics and the availability of transcriptomic and epigenomic data are responsible for the evolution of the discipline, moving from association studies to multi-omics, and providing insights on the functional aspect of the SNPs or genes involved, and in some cases allowing to evaluate the causal link of these variants on the pathology.The methodological developments and their applications proposed in this thesis are various, ranging from a similar approach to GWAS, leveraging the longitudinal data available in some cohorts (e.g. D.E.S.I.R.), using an joint model approach; the functional characterisation of candidate genes in insulin secretion by a multi tissue transcriptomic study and transcriptomic study in a cell model; the identification of a new candidate gene (PDGFA) involved in the deregulation of the insulin\\\'s pathway in type 2 diabetes through epigenetic and transcriptomic mechanisms; and finally, the characterisation of the effect on the transcriptome of two substitutes of bisphenol A in a primary adipocyte model.The increase of knowledge in biological processes involving SNPs and genes identified by GWAS could enable the development of more effective diagnostic strategies, and the identification of therapeutic targets for the treatment of type 2 diabetes and associated complications (e.g., insulin resistance, NAFLD, cancer, etc.).More generally, these multi-omics studies pave the way for the emerging approach of precision medicine, allowing the treatment and prevention of pathologies while taking into account what makes the specificity of an individual, namely his genome and his environment, both interacting on his transcriptome and his epigenome.

La méthylation et déméthylation de l'ADN jouent un rôle majeur dans la stabilité des génomes, l'empreinte génomique, la paramutation et le développement. En revanche, le rôle de cette régulation épigénétique a été peu étudiée dans les interactions hôtes-pathogènes. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord montré que la méthylation de l'ADN régule négativement la résistance d'Arabidopsis thaliana à une souche de Pseudomonas syringae pathogène. Nous avons également identifié un grand nombre de gènes de l'immunité ciblés directement par la méthylation de l'ADN dirigée par petits ARN dans leurs régions promotrices. Nous proposons que cette régulation génique permettrait de maintenir une faible expression basale de ces gènes et d'éviter ainsi des effets délétères qui seraient causés par une expression constitutive de la réponse immunitaire. De plus, nous montrons que la déméthylase active REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) facilite l'activation transcriptionnelle de gènes de l'immunité en laissant potentiellement des éléments de régulation en cis accessibles à des facteurs de transcription. Nous avons également démontré que ce facteur contribue à la résistance à P. syringae chez Arabidopsis, caractérisant ainsi la première déméthylase eucaryote dans la résistance antibactérienne. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la méthylation de l'ADN maintient une faible expression basale de gènes de l'immunité en absence de pathogène, tandis que la déméthylation active assure une induction rapide de ces gènes au cours de la réponse immunitaire en favorisant potentiellement le recrutement de facteurs de transcription sur la chromatine. / DNA methylation and demethylation are regulatory processes involved in genome stability, genomic imprinting, paramutation and development. Until recently, very little was known about the role of these epigenetic processes in plant disease resistance and in the transcriptional control of immune-responsive genes. Here we provide evidence that DNA methylation negatively regulates antibacterial resistance against a virulent Pseudomonas syringae strain in Arabidopsis. Accordingly, we have identified a subset of defense genes that are targeted and repressed by RNA-directed DNA methylation (RdDM), presumably to prevent trade-off effects that would be caused by their constitutive expression and/or sustained induction. In addition, we found that the active DNA demethylase facilitates the transcriptional activation of some of these defense genes by pruning DNA methylation at their promoter regions and leaving cis-elements accessible for transcription factor binding. In addition, we show that the active demethylase REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) positively regulates late immune responses including Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP)-triggered callose deposition and salicylic acid (SA)-dependent defense response. We also demonstrate that ROS1 restricts Pto DC3000 propagation in Arabidopsis leaf secondary veins, providing the first example for a role of an active DNA demethylase in antibacterial resistance. Based on these findings we propose that DNA methylation maintains a low basal expression of some immune-responsive genes in normal growth condition, while active DNA demethylation ensures a rapid and pervasive induction of these genes upon bacterial pathogen detection.

Issues d'un gène ancestral commun, les molécules CD5 et CD6 sont présentes à la surface de tous les lymphocytes T (LT) matures ainsi qu'à la surface de certains lymphocytes B (LB). Ces deux protéines font partie de la famille des « Scavenger Receptor Cystein Rich » (SRCR) protéines mais la régulation, l'expression et les fonctions de ces deux molécules ne sont pas totalement résolues. Ainsi, CD5 est impliquée dans la régulation du récepteur à l’antigène des LB et des LT, dans la tolérance des LB et elle est présente à la surface des LB régulateurs. A l’opposé, CD6 possède un rôle dans la prolifération des lymphocytes, la survie, la migration et l’adhésion cellulaire. Les expressions de CD5 et CD6 diffèrent au sein des LB normaux ainsi qu'en pathologie. Dans le cadre du lupus érythémateux systémique (LES), le nombre de molécules CD5 à la surface des LB CD5+ est réduit. Dans une autre maladie auto-immune (MAI), le Syndrome de Gougerot Sjögren (SGS), l'expression de CD6 à la membrane des LB n'est pas affectée mais la distribution des LB mémoires CD6+, mais pas des LB naïfs, est modifiée par rapport aux témoins sains. En effet, les LB CD6+ sont sous représentés dans le sang périphérique et ce, en raison de leur délocalisation dans les glandes salivaires (GS) des patients. Cette délocalisation est liée à la surexpression d’ALCAM, le ligand naturel de CD6, par les cellules épithéliales au cours du SGS. L'étude de la diminution de l'expression de CD5 à la surface des LB de patients atteints de LES a permis de montrer qu'il existait un défaut dans le processus de la méthylation de l'ADN chez ces patients. Ce même défaut a été retrouvé dans les GS de patients atteints de SGS. Enfin, les LB de patients atteints de leucémie lymphoïde chronique (LLC) sont porteurs des deux molécules à leur membrane. Nous avons testé l'effet in vitro et in vivo d'un l'anticorps monoclonal (Acm) humanisé anti-CD6, T1H, dans la LLC. De façon intéressante, il s’avère que cet Acm favorise la lyse des LB de LLC et ceci, de façon équivalente au rituximab dans un modèle murin in vivo. T1H est internalisé par les LT et est donc inefficace sur ces cellules. Ces résultats nous permettent de conclure que même si les molécules CD5 et CD6 sont proches phylogénétiquement, elles possèdent des fonctions et des modes de régulation différents entre les LB et les LT mais aussi au sein des différentes populations de LB. Une meilleure compréhension des fonctions et des modes d'actions de ces deux protéines ouvre des perspectives thérapeutiques dans le traitement des MAI et de la LLC. / Derived from a common ancestral gene, CD5 and CD6 molecules are present on the surface of all mature T lymphocytes (LT) and some B lymphocytes (LB). These two proteins are members of the "Scavenger Receptor Cystein Rich" family proteins (SRCR) but the regulation, the expression and the function of these molecules is not totally resolved. CD5 is involved in the regulation of antigen receptor in LB and in LT, in the LB tolerance and is present on the surface of regulator B cells. In contrast, CD6 plays a role in lymphocyte proliferation, survival, migration, and cell adhesion. Expressions of CD5 and CD6 differ within normal LB and and LB present in different in pathologies. In the context of systemic lupus erythematosus (LES), the number of CD5 molecules on the surface of CD5+ LB is reduced. In another autoimmune disease (MAI), the Sjogren Syndrome (SS), the expression of CD6 at the membrane of B cells is not affected but the distribution of CD6 + memory LB but not naive LB is changed compared to healthy controls. Indeed, LB CD6 + are underrepresented in the peripheral blood and, it’s due to their relocation in the salivary glands (GS) of patients. This relocation is related to overexpression of ALCAM, the natural ligand of CD6, by epithelial cells in SS. The study of the decreased expression of CD5 on the surface of LB SLE patients has shown that there was a defect in the process of DNA methylation in these patients. The same defect was found in the GS of SS patients. Finally, B cells from chronic lymphocytic leukemia patients (CLL) are holders of the two molecules on their membrane. We tested the effect in vitro and in vivo of a humanized monoclonal antibody (mAb) anti-CD6, T1H, in the CLL. Interestingly, it appears that this mAb promotes lysis of CLL LB and this effect is equivalent to the one that rituximab was shown to have in an in vivo mouse model. T1H is internalized by LT and is therefore ineffective on these cells. These results allow us to conclude that even if the CD5 and CD6 molecules are phylogenetically close, they have different functions and modes of regulation between LB and LT but also within different populations of LB. A better understanding of their functions and action pathway of these two proteins opens up therapeutic perspectives for the treatment of MAI and CLL.

Les troubles de l’humeur font partie des problèmes de santé majeurs dans le monde, du fait de leur forte incidence et récurrence dans la population générale, de la nuisance pour la qualité de vie des patients ainsi que la répercussion majeure sur les systèmes de santé. A ce jour, l’étiologie ainsi que les mécanismes biologiques sous-jacents les troubles de l’humeur sous encore très mal connus. Un nombre grandissant de preuves suggère qu’une interaction complexe entre les gènes et l’environnement serait a l’origine de la mise en place et évolution des épisodes dépressifs majeurs – un des troubles de l’humeur les plus répandus. Par conséquent, des régulations épigénétiques complexes, qui consistent en des mécanismes clefs par lesquels l’environnement induit des changements persistant sur l’expression des gènes (sans modifier le code génétique), joueraient un rôle prépondérant dans la pathophysiologie de la dépression. De manière plus spécifique, la répression épigénétique du gène codant pour le brain-derived neurotrophic factor (BDNF) – un facteur de croissance impliqué dans la plasticité neuronale et développement du système nerveux central – serait un mécanisme clef dans la mise en place de la dépression et autres troubles de l’humeur. Dans ce contexte, les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent à explorer le rôle des régulations épigénétiques au niveau de la signalisation BDNF/TrkB dans la physiopathologie et traitement des troubles de l’humeur. Les résultats montrent que les régulations épigénétiques au niveau de la signalisation BDNF/TrkB sont fortement impliquées dans la mise en place et maintenance de la plasticité neuronale. De plus, les variations environnementales, particulièrement au cours du développement, sont capables d’induire une reprogrammation épigénétique stable et persistante au niveau du complexe BDNF/TrkB ainsi qu’une altération de la neuroplasticité, conduisant à une augmentation de la vulnérabilité au stress et troubles de l’humeur. De manière intéressante, la signalisation du récepteur TrkB est nécessaire pour les effets neurobiologiques et comportementaux des antidépresseurs. De ce fait, une approche pharmocologique ciblée sur le complexe BDNF/TrkB et ses régulations épigénétiques sous-jacentes apparaît comme stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement des troubles de l’humeur tel que la dépression. / Mood disorders are among the major health problems worldwide due to the high prevalence and recurrence in the general population, and the significant burden for individual life quality and the repercussion on healthcare systems and society. Up to date, the etiology and biological mechanisms underlying mood disorders are still poorly understood. Mounting evidences suggest that a complex interaction between genes and environment might account in the development and course of major depression i.e. one of the most prevalent affective disorders. Accordingly, complex epigenetic regulations - consisting of key mechanisms by which environmental factors induce enduring changes in gene expression without altering the DNA code - have been suspected to plays a pivotal role in the pathophysiology of depression. More specifically, epigenetic repression of the gene encoding for brain-derived neurotrophic factor (BDNF) - a small-secreted growth factor implicated in brain development and neuronal plasticity - may have a preponderant role in the onset of depression and other mood disorders. In this context, the research presented in this thesis aimed at exploring the role of BDNF signaling and its downstream epigenetic regulations in the pathophysiology and treatment of mood disorders. Our findings indicate that epigenetic regulation at BDNF/TrkB signaling is critically important in the establishment and maintenance of neuronal plasticity. Moreover, environmental variations, especially when occurring in development, are able to induce stable and enduring epigenetic reprogramming involving aberrant BDNF/TrkB signaling and impaired neuroplasticity, thereby increasing vulnerability to stress and mood disorders. Interestingly, antidepressants require TrkB to exert some of their neurochemical and behavioral effects. Hence, targeting the BDNF receptor TrkB to restore a normal epigenetic regulation and neuronal functioning appears to be a promising strategy for the treatment of mood disorders.

Les mutations de TET2, IDH2 et DNMT3A, 3 gènes impliqués dans la régulation de la méthylation de l'ADN, sont fréquentes dans les lymphomes T périphériques (PTCL), mais leurs conséquences sont mal connues. Nous avons montré que les mutations d'IDH2 dans les lymphomes angioimmunoblastiques (AITL) sont restreintes aux cellules T tumorales et que l'enzyme mutée, exprimée dans des lymphocytes T, produit bien l'oncometabolite D-2 hydroxyglutarate (D-2HG). Utilisant des modèles de souris transgéniques, nous avons montré que, dans un lymphocyte T, seule la mutation IDH2R172K produit suffisamment de D-2HG pour inhiber les protéines TET et altérer la différentiation lymphoïde. Ceci peut expliquer qu'IDH2R172 soit la seule mutation d'IDH retrouvée dans les AITL. Les mutations d'IDH2 inhibant les protéines TET, ce qui conduit à une baisse de la 5 hydroxyméthylcytosine (5hmC), nous avons évalué le niveau de 5hmC dans des PTCL mutés ou non pour TET2, IDH2 et/ou DNMT3A. Par rapport aux lymphocytes T normaux, nous avons vu une perte de 5hmC dans les cellules tumorales des PTCL, qui de façon intéressante était présente dans toutes les entités étudiées, quel que soit le statut mutationnel, à l'exception des lymphomes T hépatospléniques. Dans une démarche plus transversale, nous avons montré que la fréquence élevée de mutations de TET2, IDH2 et DNMT3A dans des PTCL présentant des caractéristiques TFH permet d'apporter un argument moléculaire, qui s'ajoute aux similitudes histologiques et phénotypiques pour regrouper ces lymphomes avec les AITL. Enfin, la description de l'efficacité d'un traitement par 5 azacytidine chez une patiente atteinte de AITL mutée pour TET2, suggère que les traitements ciblant l'épigénétique pourraient être efficaces dans ces maladies. / TET2, IDH2 and DNMT3A, 3 genes involved in the regulation of DNA methylation, are frequently mutated in Peripheral T Cell Lymphomas (PTCL). However, the consequences of these mutations are poorly understood. Focusing on IDH2 mutation, we demonstrated that this mutation is restricted to tumor T cells within angioimmunoblastic lymphoma (AITL) tumor tissue. We also demonstrated that, in AITL, IDH2 mutated T cells had the ability to produce D-2 hydroxyglutarate (D-2HG), a metabolite that has oncogenic effect. Using transgenic mouse models, we showed that IDH2R172K was the only IDH mutation that, when expressed in T cells, produced enough D-2HG to inhibit TET proteins and impairing lymphoid differentiation. This likely explains why IDH2R172 is the only IDH mutation found in AITL. As IDH2 mutation results in TET2 inhibition, which impairs 5hmC formation, we assessed the level of 5hmC in AITL, and described 5hmC loss, compared to normal TFH, in all AITL, regardless of the TET2, IDH2 and DNMT3A mutational status. We extended these finding to main nodal and extranodal PTCL entities, showing that 5hmC loss was a general mechanism present in all PTCL, with the exception of hepatosplenic T cell lymphoma. In a translational approach, we saw that the high frequency of TET2, DNMT3A and RHOA mutations in TFH like PTCL suggest a common molecular basis shared with AITL that could argue, in addition to phenotypic and histological similarities, to group these 2 entities into a single category. Finally, we described the first complete remission of a patient with a TET2 mutated AITL with 5 azacytidine, suggesting that hypomethylating agents could be active in PTCL.

Les gènes soumis à empreinte (GSE) se distinguent du reste du génome par une expression mono-allélique et parent-spécifique. Cette forme de régulation génique dépend de marques de méthylation différentielles héritées des gamètes parentaux au niveau de régions cis-régulatrices appelées ICR (« Imprinting Control Region »). Une centaine de GSE contrôlés par 20 ICR ont été répertoriés chez la souris et sont en général conservés chez l’Homme. Mon projet de thèse a consisté à caractériser de nouvelles ICR maternelles et à analyser leur impact sur la régulation génique, à partir d’un criblage génomique de méthylation réalisé chez la souris. J’ai ainsi participé à la révélation de l’existence de trois formes d’empreinte, qui résultent de sensibilité différente des ICR face aux changements développementaux des profils de méthylation génomique: 1) une empreinte persistante tout au long de la vie et ubiquitaire, qui caractérise les ICR classiques déjà connues, 2) transitoire, avec une existence limitée au développement pré-implantatoire, et 3) persistante tout au long de la vie mais tissu-spécifique. Plus précisément, j’ai déterminé les profils d’histones associées aux ICR des loci Cdh15 et Gpr1/Zdbf2, et mis en évidence la conservation de l’empreinte transitoire au locus GPR1/ZDBF2 chez l’humain. Je me suis ensuite focalisée sur l’ICR candidate associée au gène Socs5, dont l’empreinte s’est avérée être tissu-spécifique mais également, de façon inédite, polymorphique en fonction des lignées de souris. Cette ICR en position intragénique présente les caractéristiques d’une séquence « enhancer », hypothèse que je teste actuellement par invalidation fonctionnelle (système CRISPR/Cas9) chez la souris. La découverte de ces formes atypiques d’empreinte génomique permet de mieux cerner l’étendue du phénomène d’empreinte parentale et d’évaluer son impact sur les phénotypes. / Genomic imprinting refers to the functional non-equivalence of the two parental genomes in mammals. Imprinted genes are expressed only from the paternal or maternal allele: this mono-allelic expression is regulated by parent-inherited DNA methylation of specific cis-regulatory regions called ICRs (Imprinting Control Regions). There are currently around 120 imprinted genes known in the mouse genome, which are under the control of 20 characterized ICRs, and are generally conserved in Human. My thesis project aimed at characterizing new maternal ICRs and at analyzing their impact on gene regulation, based on a genome-wide methylation screen conducted in the mouse. I participated to revealing the existence of three forms of genomic imprinting, which reflects variable susceptibility to developmentally-regulated DNA methylation changes: 1) ubiquitous and life-long imprinting, which refers to the 20 canonical ICRs, 2) transient, whose existence is limited to preimplantation development, and 3) tissue-specific. More specifically, I deciphered the histone modification profiles of two new maternal ICR associated with the Cdh15 and the Gpr1/Zdbf2 loci and confirmed that the GPR1/ZDBF2 locus is also subject to transient imprinting in Human. My main achievement concerns the characterization of a candidate ICR associated with the Socs5 gene, which I found to be tissue-specific but also strain-specific, pointing towards a new form of imprinting polymorphism. This ICR has an intragenic position and has the characteristics of an enhancer, hypothesis that I am functionally testing in vivo by a CRISPR/Cas9-mediated deletion. The discovery of these new forms of genomic imprinting provides a better understanding of this phenomenon and its impact on phenotypes.

Un poids corporel élevé est la résultante de l'interaction entre des variants génétiques à risque et un environnement obésogène, et des processus épigénétiques sont probablement impliqués. Dans cette thèse, nous avons exploré des associations entre le méthylome sanguin humain et des polymorphismes nucléotidiques (SNPs) liés à l'obésité, ainsi que des mesures qualitatives et quantitatives de l'apport journalier en acides gras. Nous avons trouvé des associations entre des SNPs liés à l'obésité et la méthylation de promoteurs et enhancers proximaux. Nous avons également constaté que la qualité de l'apport journalier en acides gras est associée à une méthylation différentielle de promoteurs de gènes impliqués dans des voies métaboliques. Puis, nous avons examiné l'impact d'une nuit blanche sur la méthylation et la transcription de gènes du rythme circadien dans le muscle squelettique et le tissu adipeux. Nous avons constaté qu'une seule nuit blanche peut modifier le profil épigénétique et transcriptionnel de gènes clés du rythme circadien, et ce de manière tissu-spécifique. Enfin, nous avons examiné les effets de l'obésité maternelle chronique et de la perte de poids sur la transcription de gènes de la machinerie épigénétique dans le foetus et le placenta de souris. Nous avons constaté que la transcription de ces gènes est sensible aux trajectoires pondérales maternelles, et en particulier ceux de la voie d'acétylation des histones. Dans l'ensemble, cette thèse a démontré que la génétique, des stimuli environnementaux obésogènes et l'environnement maternel agissent sur les marques épigénétiques à des endroits génomiques pertinents dans la pathogenèse de l'obésité. / An elevated body weight is the result of the interplay between susceptibility gene variants and an obesogenic environment, and recent evidence shows that epigenetic processes are likely involved. In this doctoral thesis, we explored associations between the human blood methylome and obesity-associated gene variants as well as dietary fat quality and quantity. We found associations between obesity-associated SNPs and methylation levels at proximal promoters and enhancers, and some of these associations were replicated in multiple tissues. We also found that contrary to dietary fat quantity, dietary fat quality associates with methylation levels in the promoter of genes involved in metabolic pathways. Then, using a gene-targeted approach, we looked at the impact of an acute environmental stress (sleep loss) on the methylation and transcription levels of circadian clock genes in skeletal muscle and adipose tissue of healthy men. We found that a single night of wakefulness can alter the epigenetic and transcriptional profile of core circadian clock genes in a tissue-specific manner. Finally, we looked at the effects of chronic maternal obesity and subsequent weight loss on the transcription of epigenetic machinery genes in the fetus and placenta of mice. We found that the transcription of epigenetic machinery genes is highly sensitive to maternal weight trajectories, and particularly those of the histone acetylation pathway. Overall, this thesis demonstrated that genetics, obesogenic environment stimuli and maternal programming impact epigenetic marks at genomic locations relevant in the pathogenesis of obesity.

L'ARNr 5S est une partie intégrante du ribosome indispensable pour la synthèse des protéines. Cette fonction essentielle nécessite une régulation fine de l'expression des ARNr 5S en fonction des exigences cellulaires. L'ARNr 5S est codé par des gènes organisés en répétitions en tandem principalement situés dans les régions péricentromériques des chromosomes 3, 4 et 5 dans le génome Col-0 d'Arabidopsis thaliana. L’étude approfondie de l’organisation, la dynamique et la régulation épigénétique des gènes d’ARNr 5S reste cependant difficile du fait de l’absence d’assemblage de ces régions hautement répétées dans la séquence du génome d’Arabidopsis disponible dans TAIR10.Dans cette thèse, nous apportons de nouvelles informations sur les gènes d'ARNr 5S chez Arabidopsis. Nous avons confirmé les signatures d'ADN spécifiques par séquençage haut débit, identifié des polymorphismes spécifiques des régions chromosomiques portant des ADNr 5S et ainsi défini de nouvelles séquences de référence. Nous avons également étudié le statut épigénétique des gènes ARNr 5S, montrant que ces gènes sont globalement enrichis en marques répressives. Les loci situés sur les chromosomes 4 et 5 présentent également des modifications post-traductionnelles d’histones et des variants d’histone particuliers et caractéristiques d’une activité de transcription. Nous avons aussi montré que les loci d'ADNr 5S sont très dynamiques au sein de l'espèce Arabidopsis avec des variations entre différent écotypes du nombre de copies de gènes d’ARNr 5S et de l’importance relative de chaque cluster. En utilisant l'écotype Ler et des mutants spécifiques, nous montrons que le locus du chromosome 5 est une source majeure de réarrangements chromosomiques qui affectent l'organisation de la chromatine dans le noyau. Enfin, nous suggérons que des variations de l’état chromatinien des gènes d'ARNr 5S peuvent conduire à une différence de transcription dans les différents écotypes.Cette étude permet d’établir un rôle de l'organisation de la chromatine dans la régulation transcriptionnelle et l'organisation des gènes d'ARNr 5S. / 5S rRNA is an integral component of the ribosome and is essential for protein synthesis. 5S rRNA expression is therefore tightly regulated to suit the cellular requirements. 5S rRNA is encoded by gene arrays organized in tandem repeats mainly situated in the pericentromeric regions of chromosomes 3, 4 and 5 in the Arabidopsis thaliana Col-0 genome. Full genome assembly remains challenging in these highly repeated regions and impedes further investigation of their organization, dynamics and epigenetic regulation.In this thesis, we provide information on 5S rRNA genes in Arabidopsis thaliana. We confirmed specific DNA signatures by deep sequencing and define chromosome-specific polymorphisms and new reference sequences. We also studied the epigenetic status of the 5S rRNA genes showing that these genes are enriched in repressive marks whereas the loci on chromosome 4 and 5 also display peculiar histone modifications and variants characteristic of transcriptional activity. We report that 5S rDNA loci are highly dynamic within the Arabidopsis species with high level of variation in global copy number and cluster proportion between ecotypes. Using the Ler ecotype, in which reorganization events were recorded, and specific mutant backgrounds, we identified chromosome 5 rDNA locus as a major source of variation and observed altered chromatin organization in nuclear space as a consequence of 5S rDNA locus variation. Finally, we suggest that differences in chromatin states at the two main 5S rDNA loci can lead to differential usage of 5S rRNA genes indifferent ecotypes.The analysis provides evidence for a role of chromatin organization in transcriptional regulation and 5S rDNA organization.

En 3ème position de fréquence parmi les myopathies, la dystrophie facio-scapulo humérale (FSHD) reste encore très énigmatique malgré l’association génétique avec la contraction d’une région du locus 4q35 contenant le macrosatellite D4Z4. Au cours de ce projet, l’étude de la régulation de la méthylation de l’ADN par séquençage après traitement au bisulfite de sodium ou par MeDIP chez les patients FSHD a montré des profils de méthylation similaires entre porteurs asymptomatiques et contrôles d’une part et patients FSHD1 et FSHD2 d’autre part. Ces deux groupes de malades présentent une hypométhylation principalement au niveau de la région proximale de D4Z4. Des mutations d’un nouveau gène candidat, SMCHD1, ont été décrites dans la plupart des cas de FSHD2, pour lesquels nous retrouvons fréquemment mais non systématiquement une baisse de la méthylation. D4Z4 joue également un rôle clé dans la régulation des extrémités chromosomiques et leur dynamique d’organisation tri-dimensionnelle dans l’espace nucléaire. Afin d’étudier la dynamique du locus 4q35 au cours de la différenciation cellulaire, nous avons mesuré les interactions spécifiques de différentes régions géniques au sein du locus et suivi l’évolution de la conformation de la chromatine dans différents contextes biologiques grâce à une méthode de FISH en trois dimensions couplée à une analyse in sillico des images (3D-FISH). Le retour à un état de pluripotence par la production d'hIPSCs montre un comportement nucléaire de ces régions proche de celui observé chez les contrôles. Enfin nous avons suivi la conformation du locus jusqu’à la formation de fibres musculaires matures multinuclées. / In the third position in term of frequency among the myopathies, facio-scapulo humeral dystrophy (FSHD) remains enigmatic despite the genetic correlation with the contraction of the 4q35 locus containing the macro satellite, D4Z4. In this project, the involvement of DNA methylation has been investigated in FSHD patients using bisulfite sequencing or MeDIP. These analyses revealed similar DNA methylation patterns between asymptomatic carriers and controls and between FSHD1 and FSHD2 patients. These two groups of patients show a marked hypomethylation mostly in the proximal region of D4Z4. Moreover, the recent discovery of mutations of a new candidate gene, SMCHD1 have been observed in most FSHD2 cases. In these patients, we observed frequent but not systematical association between decreased methylation and SMCHD1 mutation. This gene might be associated with D4Z4 DNA methylation maintenance; however its function remains unknown. D4Z4 plays a crucial role in chromosomal ends regulation and three-dimensional dynamics of the locus within the nuclear space. In order to study the dynamics and topology of the 4q35 locus during the skeletal muscle differentiation, we measured specific interactions between different regions within the locus and followed this chromatin conformation in different biological situations thanks to FISH in three-dimensions followed by in sillico analysis of the images (3D-FISH). Upon pluripotency in induced pluripotent stem cells derived from human fibroblasts (hIPSCs) display the same nuclear organization as in controls. Finally, we have followed the configuration of the locus during skeletal muscle commitment.