Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les cellules, et tout particulièrement les cellules germinales, maintiennent l'intégrité de leur génome en prévenant d'éventuelles mutations comme celles dues à la mobilité des éléments transposables (ET). Dans la lignée germinale des animaux, une classe particulière de petits ARN régulateurs, les PIWI-interacting RNA (piRNA), sont les acteurs majeurs du contrôle des ET. Chez Drosophila melanogaster, il existe des souches dites réactives, dépourvues de copies actives de l'élément I, ET exprimé dans la lignée germinale femelle. Les femelles de ces souches voient leur capacité à réprimer l'invasion de leur génome par l'élément I augmenter avec l'âge. Des données antérieures ont montré qu'une fois acquise, la capacité à réprimer l'élément I est transmise maternellement au travers des générations. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que la transmission de la capacité à réprimer l'élément I n'est pas corrélée à des modifications de l'activité transcriptionnelle des loci producteurs de piRNA, mais semble uniquement véhiculée par les piRNA. En effet, les piRNA de l'élément I déposés dans l'embryon vont amorcer la production de piRNA complémentaires dans les ovaires de la descendance, ce qui induit une forte accumulation de piRNA antisens à l'élément I. Ainsi, les piRNA maternellement déposés assurent la transmission de la capacité à réprimer l'élément I, acquise suite au vieillissement des ascendants maternels. Mes résultats mettent en évidence le rôle des piRNA comme support moléculaire d'une composante non génétique de l'information héritable, indépendante de la chromatine et déterminante pour le maintien de l'intégrité du génome. / Cells, especially germinal stem cells, maintain genomic integrity by averting the propagation of mutations, generated as a consequence of DNA damage. In particular, they must avoid the deleterious activity of transposable elements (TEs). In animal germlines, one of the key players of the TE repression involves a specific class of small regulatory RNAs, the PIWI-interacting RNAs (piRNAs). In Drosophila melanogaster, there are reactive strains that are devoid of functional copies of the I element, a TE specifically expressed in the female germ line. When they get older, females of these strains can acquire a strong capacity to repress the I element invasion. Anterior works have shown that once acquired, this capacity to repress the I element is maternally transmitted over generations. The results obtained during my thesis revealed that the transmission of the capacity to repress the I element is not correlated with increased transcriptional activity of piRNA producer loci but seems only mediated by the piRNAs. Indeed, I element piRNAs deposition in the embryo after aging treatment correlates with the production of complementary piRNAs in the ovaries of the progeny. This results in a strong accumulation of antisense I element piRNAs. The maternally deposited piRNAs ensure the transmission of the capacity to repress the I element acquired after ancestor aging. My results highlight the molecular support of a DNA- and chromatin-independant component of heritable information essential for the maintenance of genome integrity.

L’adaptation cellulaire au stress dépend en partie de changements dans l’expression de gènes de réponse au stress, souvent accompagnés par des modifications dans la structure chromatinienne. Des facteurs chromatiniens pourraient être à l’origine de ces modifications mais leurs mécanismes d’action restent mal connus au cours du développement. La réponse aux protéines malconformées (UPR) est une réponse à des conditions de stress physiologique qui ciblent le réticulum endoplasmique (RE) ; l’UPR a été impliquée dans de nombreuses maladies humaines incluant le cancer et différents composants de cette réponse pourraient être de potentielles cibles pharmaceutiques. Nous avons démontré que HPL-2, l’homologue de la protéine HP1 chez Caenorhabditis elegans, est nécessaire pour la réponse au stress du RE. L’inactivation d’HPL-2 montre une résistance accrue au stress du RE qui dépend d’une part de la voie XBP-1 de l’UPR et d’autre part d’un flux autophagique augmenté. La résistance accrue des vers dépourvu d’HPL-2 est associée avec une augmentation de l’activation d’XBP-1 et de chaperonnes du RE en conditions physiologiques. L’expression d’HPL-2 est ubiquitaire et nous avons déterminé qu’HPL-2 joue un rôle antagoniste dans les cellules neuronales et intestinales pour influencer la réponse au stress du RE. Nous avons également montré qu’une modulation de l’état de la chromatine par une inhibition chimique d’histones déacétylases donnait le même phénotype que l’absence d’HPL-2. De plus, l’augmentation ou la diminution de la méthylation de la lysine 4 de l’histone 3 (H3K4me) joue également un rôle dans la réponse au stress du RE. Ces travaux contribuent ainsi à une meilleure compréhension du lien entre l’UPR, le stress du RE et la structure chromatinienne aussi bien dans un processus normal que dans certaines pathologies. / Cellular adaptation to environmental changes and stress relies on a wide range of regulatory mechanisms which are tightly controlled at several levels, including transcription. Chromatin structure and chromatin binding proteins are important factors contributing to the transcriptional response to stress. However, it remains largely unknown to what extent specific chromatin factors influence these distinct responses in a developmental context. One of the best characterized stress response pathways is the unfolded protein response (UPR), which is activated by accumulation of misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER). Here, we show that Caenorhabditis elegans HPL-2, the homologue of the HP1 chromatin associated protein, is required for the ER stress response. Inactivation of HPL-2 results in enhanced resistance to ER stress dependent on the XBP-1 branch of the UPR and the closely related process of autophagy. Increased resistance to ER stress in animals lacking HPL-2 is associated with increased basal levels of XBP-1 activation and ER chaperones under physiological conditions. Using tissue specific rescue experiments, we find that HPL-2 plays antagonistic roles in intestinal and neuronal cells to influence the ER stress response. We further show that chemical inhibition of histone deacetylase activity mimics the HPL-2 loss of function phenotype, and that increasing or decreasing histone H3 lysine 4 methylation (H3K4me) has antagonistic effects on animal survival in response to ER stress. Altogether our results point to an important function for specific chromatin factors and chromatin modifications in maintaining ER homeostasis in a developmental context.

La régulation transcriptionnelle des eucaryotes supérieurs est un processus hautement contrôlé du point de vue spatial et temporel lors du développement, ou en réaction à l’environnement. La transcription ciblée des gènes codant requiert l’assemblage d’un complexe de pré-initiation (PIC) aux promoteurs comprenant l’ARN Polymérase (Pol) II et les facteurs généraux de transcription (GTFs) et dépend de la médiation d’un signal par les facteurs activateurs de transcription (TFs). Les années récentes ont montré que la transition de l’initiation vers l’élongation productive de la transcription représente une étape clé de la régulation de l’expression des gènes. Ce processus est également contrôlé par la structure de la chromatine, les modifications d’histones et par la présence d’éléments cis-régulateurs tels que les ‘enhancers’ ou les ‘silencers’. Au cours de ma thèse, nous avons entrepris de décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle impliqués dans les étapes du développement lymphocytaire. Nous avons essentiellement travaillé sur des thymocytes primaires murins isolés au stade de différenciation double positif (DP, CD4+/CD8+) pour lequel de nombreuses séquences de type ‘enhancers’ ont été caractérisées dans la littérature scientifique. Nous avons également utilisé des lymphocytes B humains (Raji) immortalisés pour certaines des expériences impliquant des manipulation génétiques complexes permettant l’étude de mutants du domaine carboxy-terminal (CTD) de Pol II. En couplant des approches d’analyse à l’échelle du génome au séquençage à haut-débit, nous avons établi des cartographies fines de la localisation de Pol II, des GTFs, des TFs,de modifications d’histones (ChIP-Seq) et de nucléosomes (MNase-seq) ainsi que la caractérisation de populations variées d’ARN par RNA-seq. Nos principaux résultats ont révélé (i) l’assemblage du PIC et la transcription des enhancers tissus-spécifiques, (ii) l’existence de plateforme d’initiation de la transcription (TIPs) aux enhancers et aux promoteurs tissus-spécifique, (ii) que le contenu en GC représente l’un des principaux éléments promoteurs mammifères en permettant une ouverture transcription-indépendante de la chromatine, (iv) l’importance d’une nouvelle modification post-traductionnelle du domaine CTD de Pol II pour la progression de l’enzyme en élongation et finalement (v) que la modification de l’histone H3 sur le résidu K36 methylé corrèle avec l’épissage des transcrits Pol II. Globalement, les résultats les plus important de ce manuscrit consistent dans la mise en évidence de la transcription des enhancers comme caractérisant l’expression des gènes tissus-spécifiques et dans l’importance des ilots CpG comme éléments promoteurs mammifères permettant la formation d’une structure ouverte de la chromatine. / Transcriptional regulation in higher eukaryotes resembles a tightly controlled temporal and spatial process, as exemplified during development or an organism’s response to environmental stimuli. Directed transcription requires the assembly of the preinitiation complex (PIC) at the promoter of protein-coding genes, including RNA Polymerase (Pol) II and the general transcription factors (GTFs), mediated by activating transcription factors (TFs). Several rate-limiting steps further control the progression of Pol II initiation to productive elongation of the gene. This process is further controlled by chromatin structure, histone modifications as well as cis-regulatory elements, such as enhancers or silencers. We set out to decipher some of these regulatory mechanisms during the tightly controlled process of lymphocyte development. Our work primarily made use of primary mouse thymocytes in CD4+/CD8+ double positive (DP, CD4+/CD8+) stage during T-cell development. To our advantage, many developmentally important cis-regulatory regions are well characterized in this cell population. For genetic manipulations, we made use of the Raji B-cell lymphoma cell-line. Using high throughput genome-wide approaches based on next generation sequencing (NGS), we performed both localization studies of Pol II, GTFs, TFs, histone modifying enzymes, histone modifications and nucleosomes as well as deep-sequencing of different RNA transcript populations. In summary, we find that (i) PICs assemble at tissue-specific enhancers leading to local transcription, (ii) large transcription initiation platforms (TIPs) at tissue-specific promoters and enhancers exist, which correlate with high CG-content of the DNA and transcription factor binding sites (TFBS), (iii) GC-content regulates the nucleosomal structure and initiation, including directionality, at promoters, (iv) Pol II is phosphorylated at a new residue of it C-terminal domain (CTD) in the 3’ regions of genes and (v) splicing events can influence the chromatin structure. Altogether, these results show that PIC formation at and transcription of enhancers are important for the regulation of T-cell target genes, that CpG islands represent important if not the major regulatory promoter element in mammals guiding tissue-specific gene expression and nucleosome structure, as well as novel mechanisms of Pol II elongation and the effect on chromatin structure.

La dépression est fréquente, sa prise en charge difficile et les connaissances de sa physiopathologie très incomplètes. Il est établi qu’il existe une composante familiale et héréditaire au trouble dépressif mais le substrat biologique de cette vulnérabilité est inconnu et souvent les études souffrent d’un manque de reproductibilité. Par ailleurs, il n’existe pas de bio-marqueur validé utilisable en pratique courante.Nous proposons dans ce travail de thèse d’explorer les ARN périphériques chez les patients souffrant de dépression de façon à explorer s’ils peuvent définir des bio-marqueurs et si leur étude peut nous permettre de mieux comprendre le processus physiopathologique.Nous avons recruté des patients souffrant de dépression sévère dans plusieurs études pour répondre à nos objectifs. Nous avons été attentif dans ces études à des problèmes méthodologiques importants, en particulier à propos du choix des gènes de contrôle pour les PCR en temps réel, du choix de critères statistiques dans l’étude pan-génomique et de la prise en compte de prélèvements répétés chez les sujets sains pour contrôler toute variation due à des facteurs non contrôlés. En accord avec une abondante littérature sur le sujet, nous avons pu mettre en évidence des gènes déjà décrits dont l’expression transcriptionnelle est dérégulée chez les patients par rapport aux sujets contrôles ou au cours de l’évolution de la dépression, dans des études centrées sur des gènes candidats et une étude pan-génomique.Nous avons pu également mettre en évidence de façon nouvelle l’expression dérégulée chez les patients déprimés de gènes impliqués dans la régulation chromatinienne ou l’expression des gènes.Nous avons également pu nous rendre compte que les approches pan-génomiques complétaient l’approche gène candidat avec une meilleure convergence que ne le laissait supposer la littérature.Nous avons également étudié les micro-ARN et mis en évidence qu’un certain nombre d’entre eux étaient des marqueurs traits ou des marqueurs liés à l’état au cours de la dépression.L’ensemble des données issues de notre étude pan-génomique et de notre étude sur les micro-ARN montre qu’il existe des interactions probables entre les micro-ARN et les ARNm dérégulés et ces données confirment le rôle possible des gènes régulant la chromatine ou l’expression des gènes dans la dépression.Enfin, l’étude des variabilités inter- et intra-individuelles de l’expression génétique confirme l’absence d’altération globale de la transcription au cours de la dépression et souligne l’importance d’un ensemble de molécules régulant la transcription dont l’expression est contrainte c’est à dire très peu variable d’un individu à l’autre et d’un moment à l’autre chez un même sujet.Si nous n’avons pas pu mener une étude validant des marqueurs biologiques, nos résultats ouvrent la voie à l’exploration à plus grande échelle de ces marqueurs potentiels comme à l’étude d’hypothèses originales sur la physiopathologie de la dépression. / Major depression is a frequent and severe disease whose treatment is often inconsistent and patients care remains insufficient. Despite some hypothesis which implicate mono-amine and genetic factors, the pathophysiology of major depression remains unclear. Moreover, no biological marker is available in current clinical practice.Our work aims to propose methodological tools and offers preliminary results to develop such biological markers by studying gene expression in peripheral blood mononuclear cells from severe depressive patients and sex and age-matched controls in different comparative prospective studies. Candidate gene and pangenomic approaches were combined. Moreover, we explored for the first time human microRNA transcription variation in major depression by multiplex RT-qPCR.Among our main findings, we demonstrate that some well-known candidate gene such as serotonin transporter mRNA could be interesting biomarkers of major depression evolution or prognosis. In addition, pangenomic study highlights the implication of genes related to chromatin structure and gene expression regulation like histone family. We also identified variations in the expression of a set of microRNAs during a major depressive episode and, with in silico approaches, we propose putative functional interactions between candidate miRNAs and mRNAs.Overall, our work underlines the feasibility and the relevance of studying the level of expression of RNAs in a psychiatric disorder using peripheral tissues. We obtained both convergent and novel results in regard to previous investigations opening the way to better knowledge of major depression pathophysiology as well as biomarkers development.

Le gliome infiltrant du tronc cérébral (en anglais “diffuse intrinsic pontine glioma”, DIPG) est une tumeur pédiatrique rare et très agressive. La durée moyenne de survie après diagnostic est inférieure à un an. Une caractéristique génétique majeure des DIPG est la mutation de l’histone H3 (H3K27M). L’évolution des connaissances en épigénétique a permis de concevoir des inhibiteurs de régulateurs épigénétiques capables de modifier, voire de contrebalancer, l’effet de cette mutation. Ainsi, le panobinostat (PS), un inhibiteur des histone-désacétylases, diminue la croissance cellulaire et conduit à la mort des cellules de DIPG in vitro et in vivo. Son efficacité est en cours d'évaluation dans des essais cliniques. Mon projet de thèse avait pour objectif de déterminer le rôle d’EBP50 et d’IRSp53, deux protéines spécifiquement dérégulées dans les lignées de DIPG après traitement des cellules par le PS. EBP50 est connue pour intervenir dans la progression tumorale mais sa dualité de fonction, à la fois oncogène et suppresseur de tumeur, nous a conduits à étudier plus précisément son rôle dans les cellules de DIPG. IRSp53 a été peu étudiée dans les cancers solides, bien qu'elle semble jouer un rôle important dans la motilité cellulaire et l’invasion. La diminution de l’expression d’IRSp53 et d’EBP50 par ARN interférence dans des lignées DIPG induit la mort des cellules par apoptose et bloque leur croissance ainsi que leur motilité cellulaire, ce qui suggérerait que ces deux protéines sont oncogéniques dans ce modèle. De plus, la localisation cytoplasmique et nucléaire d’EBP50 semble en accord avec son rôle pro-oncogénique dans les cellules de DIPG. En étudiant in vitro l’effet d’un traitement combinatoire du PS avec des inhibiteurs de l’expression d’EBP50 ou d’IRSp53, j’ai mis en évidence une augmentation de la sensibilité des cellules de DIPG au traitement par le PS. Enfin, j’ai validé le traitement ciblant EBP50 in vivo dans un modèle préclinique d’embryon de poulet. En conclusion, ces deux protéines constituent de nouvelles cibles thérapeutiques dans les DIPG et un moyen d’augmenter l’efficacité du PS. / Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG), is a rare and highly aggressive pediatric tumor. The average survival time after diagnosis is less than one year. A major genetic characteristic of this disease is the mutation of histone H3 (H3K27M). The evolution of knowledge in epigenetics has made it possible to design epigenetic regulatory inhibitors able to modify, or even offset, the effect of this mutation. For example, panobinostat (PS), a histone deacetylase inhibitor, reduces cell growth and induces DIPG cell death, both in vitro and in vivo. Its effectiveness is currently being evaluated in clinical trials. My thesis project aimed at determining the role of two proteins, EBP50 and IRSp53, deregulated in different DIPG cell lines after treatment with PS. EBP50 has already been described as involved in tumor progression but its dual function, both oncogenic and tumor suppressor, has led us to further investigate its role in the DIPG cells. IRSp53 has been poorly studied in solid cancers, though it plays an important role in cell motility and invasion. Down-regulation by RNA silencing of these two proteins in DIPG cell lines induces apoptosis, decreases cell growth and motility, leading us to the hypothesis that these two proteins are oncogenic proteins. In addition, the cytoplasmic and nuclear localization of the EBP50 protein is consistent with its oncogenic role in DIPG cells. Then, I investigated the effect of combinatorial therapy that associates PS with EBP50 or IRSp53 expression inhibitors. My results show an increase in the antitumor effect in vitro for both proteins but also in vivo for EBP50, in a preclinical model, the chicken embryo. In conclusion, these two proteins could be the targets of new treatments for DIPG tumors in combination with PS to enhance its efficacy.

De nombreuses altérations épigénétiques ont été décrites dans les leucémies aiguës myéloïdes (LAM). Nous avons récemment mis en évidence un enrichissement anormal en la marque histone H3K27me3, située sur 70 kb du cluster HIST1 (6p22) dans 50% des échantillons de patients atteints d'une LAM avec un caryotype normal (CN). Nous étudions dans ce travail, les conséquences cliniques et moléculaires de cette marque. H3K27me3 HIST1high est associé à 1) une meilleure survie des patients en analyse multivariée 2) la sous-expression du mRNA de plusieurs gènes histones (HIST1H1D, HIST1H2BG et HIST1H2BH) 3) un enrichissement fonctionnel en gènes associés à la réponse immunitaire ou inflammatoire, en faveur d’un engagement dans la différenciation granulocytaire, surexprssion confirmée pour trois de ces gènes (CYBB, FCN1 et CLEC4A) par RT-qPCR dans les blastes de patients H3K27me3 HIST1high 4) une diminution de la quantité absolue de protéine histone linker H1d par spectormétrie de masse et par Western blot et 5) une meilleure sensibilité à la différenciation induite par l'acide rétinoïque dans la lignée OCI-AML3 avec un KD de H1d (augmentation de l’expression des marqueurs de différenciation CD11B et CD11C, présence de granules intra-cytoplasmiques et expression des gènes CYBB et ITGAM). En conclusion, le biomarqueur H3K27me3 HIST1high est associé à une meilleure survie dans les LAM-CN NPM1mut, un phénotype plus différencié des blastes et une sous-expression génique et protéique de certains histones incluant le sous-type histone linker H1d. H1d semble être important dans la différenciation des blastes de LAM NPM1mut et pourrait constituer une cible thérapeutique. / The epigenetic machinery is frequently altered in acute myeloid leukemia (AML). We previously described an abnormal histone H3K27me3 repressive enrichment covering 70 kb on the HIST1 cluster (6.p22). In the present work, we further studied the medical significance and the molecular impact of this new epigenetic biomarker. We observed that H3K27me3 HIST1high is associated with 1) a better patients' outcome in multivariate analysis, 2) a lower histone mRNA expression of several histone genes (HIST1H1D, HIST1H2BG and HIST1H2BH), 3) a mature granulocytic gene expression profile including immune or inflammatory responsive genes, (we confirmed the higher expression of three of these genes, CYBB, FCN1 and CLEC4A, using qPCR in the H3K27me3 HIST1high patients' samples), 4) a decrease in histone linker H1d absolute protein abundance by Mass spectrometry and by Western blot analyses and 5) a better retinoic acid sensitization of the H1d KD OCI-AML3 cell line (i.e. increase of CD11B and CD11C expression on cell surface, higher percentage of cytoplasmic granules and mRNA up-expression of two mature granulocytic genes, CYBB and ITGAM). To conclude, this study showed that epigenetic silencing of the HIST1 locus by the H3K27me3 mark is associated with a better outcome, but also a mature gene expression profile in the NPM1mut subgroup of patients. We suggested that H1d has an important role of histone linker expression in AML blast cell differentiation. This protein could constitute a new epigenetic target.

L'hypertension artérielle est un trait polygénique. Les variants génétiques découverts n'avaient qu'un faible effet et n'expliquaient qu'une infime partie (1%) de sa variabilité phénotypique. Ce résultat était à l'origine du concept d'héritabilité manquante. Nous pensons que l'héritabilité manquante pourrait s'expliquer par des interactions gène-gène, gène-environnement et la méthylation d'ADN. Une fois complétées par des études transcriptomiques, nous pourrions révéler les voies moléculaires impliquées. Ainsi, nous avons identifié une nouvelle interaction épistasique fonctionnelle entre le rs5355C>T du gène SELE et le rs6046G>A du gène F7 associée à la pression artérielle systolique. Dans cette même direction, nous avons rapporté deux autres interactions gène-gène. De plus, nous avons trouvé que le SNP intergénique rs7556897C>T dans le locus SLC19A3-CCL20 interagissait avec l'obésité pour influencer la pression artérielle diastolique. En parallèle aux études précédentes, nous avons montré que le rs5030878T>C du gène FPR1 et l'allèle KL-VS du gène Klotho pourraient être impliqués dans la régulation de la pression artérielle via leurs interactions avec l'âge et le traitement antihypertenseur respectivement. Nous avons aussi participé à l'identification d'un nouveau SNP, le rs2000999G>A, expliquant quasiment la moitié de l'héritabilité de l'haptoglobine dont le rôle antihypertenseur est en cours d'investigation. Finalement, nous avons proposé une nouvelle catégorie de SNPs les eMethSNPs. En conclusion, les interactions identifiées dites "fonctionnelles" montrent que l'inflammation de faible niveau est impliquée dans la régulation de la pression artérielle / Essential hypertension is a polygenic trait. Discovered genetic variants were shown to have small effects, consequently explaining a tiny fraction (1%) of its phenotypic variation and resulting to a missing heritability. The missing heritability could be explained by gene-gene, gene-environment interactions and DNA methylation. Once conducted, these approaches should be further complemented by transcriptomic analyses, and thereby to reveal the involved molecular pathways. Therefore, we have shown that rs6046G>A in F7 interacted with rs5355C>T in SELE in order to influence systolic blood pressure levels. In the same direction, we have reported two other gene-gene interactions. We have also found the intergenic SNP rs7556897T>C, located between SLC19A3 and CCL20 locus, interacting with obesity in order to influence diastolic blood pressure. In parallel to those studies, we have shown that rs5030878T>C in FPR1 and KL-VS allele in Klotho may be implicated in BP regulation through their interaction with age and antihypertensive drugs respectively. We have also participated to the identification of a novel SNP, the rs2000999G>A explaining up to the half of haptoglobin?s heritablilty, a protein currently under investigation for its antihypertensive role. Finally, we proposed a new category of functional genetic-epigenetic biomarkers, the eMethSNPs. In conclusion, the identified 'functional' interactions show that low-level inflammation is involved in blood pressure regulation

Les maladies chroniques, comme les maladies cardiovasculaires (MCV), la maladie d'Alzheimer (AD), la dépression et l'ostéoporose, sont les principales causes de mortalité dans le monde. L'identification de facteurs de risque communs à ces maladies pourrait contribuer à un vieillissement «sain» mieux surveillé en utilisant des stratégies personnalisées de prédiction des risques, de prévention précoce et de traitement adéquat, en tenant compte des comorbidités très souvent existantes. Dans cette thèse, 8 publications ont été développées. Dans un premier temps, j'ai résumé, dans un article de revue, les défis actuels et les opportunités de la pharmacogénomique des médicaments contre les maladies cardiovasculaires. J'ai participé à la formation d'un consortium international, le Consortium VEGF et j'ai participé à une étude qui a identifié des interactions épistasiques entre les polymorphismes qui régulent les niveaux de VEGF et la pression artérielle et les indices d'adiposité. J'ai également démontré qu’un marqueur génétique de VEGF, le rs4416670, était significativement associé à un risque accru de dépression. En outre, j'ai signalé deux interactions significatives entre les variantes liées au VEGF affectant la densité minérale osseuse du col fémoral chez les femmes ménopausées. J'ai également étudié deux marqueurs liés au métabolisme des lipides : l'apolipoprotéine E (APOE) et le «lipolysis-stimulated receptor» (LSR). J'ai trouvé que le variant LSR rs916147 peut interagir avec APOE d'une manière qui inverse l'effet protecteur de l'allèle ε2 de l'APOE sur les lipides sanguins, fournissant ainsi de nouvelles connaissances sur les mécanismes de l'hyperlipoprotéinémie de type III. Les interactions épistasiques entre ces deux gènes augmentent également le risque d’AD même en l'absence de l'allèle à risque, APOE ε4. Finalement, j'ai réalisé des études épigénetiques (EWAS) sur l'obésité centrale et les traits lipidiques chez des individus sains. Les résultats suggèrent qu'un CpG pourrait affecter le tour de taille à travers une voie de signalisation de l'insuline. En outre, deux CpGs ont été associées aux niveaux des triglycérides par des gènes liés aux maladies cardiaques génétiques (PRKAG2) et à l'inhibition de la signalisation Wnt / bêta-caténine impliquée dans le développement des MCV et d’AD (KREMEN2). En conclusion, dans cette thèse j’ai utilisé l'étude de l'épistasie et de l'épigénétique pour identifier des interrelations complexes entre VEGF, LSR, APOE et différentes maladies chroniques (MCV, AD, ostéoporose, dépression) proposant ainsi de nouveaux mécanismes et des dénominateurs communs de ces maladies qui devraient être utilisés comme biomarqueurs de médecine personnalisée / Chronic diseases, like cardiovascular diseases (CVD), Alzheimer’s disease (AD), depression and osteoporosis, are major causes of mortality in the world. Identification of common to those diseases risk factors could help for a better-monitored ‘healthy’ aging, by promotion of personalised strategies for risk prediction, early prevention and adequate treatment, all taking into account the very often existing comorbidities. In this thesis, 8 publications have been developed. Initially, in a review paper, I have summarised the current challenges and opportunities of pharmacogenomics of CVD medications. I have participated in the formation of an international consortium, the VEGF Consortium, and I have participated in a study that identified significant epistatic interactions between polymorphisms that regulate the levels of VEGF and their effects on blood pressure and adiposity indexes. I have also demonstrated that one genetic marker of VEGF, rs4416670, was significantly associated with an increased risk for depression. Furthermore, I have reported two significant interactions between VEGF-related variants affecting the femoral neck bone mineral density in post-menopausal women. I have focused also on two markers linked with lipids metabolism: the apolipoprotein E (APOE) and the lipolysis-stimulated receptor (LSR). I have found that the LSR variant rs916147 can interact with APOE in a way that reverses the protective effect of the ε2 allele of APOE on blood lipids, thus providing new insights in the mechanisms underlying type III hyperlipoproteinemia. Epistatic interactions between these two genes have also been shown to increase the risk of AD, even in the absence of the known risk allele APOE ε4. Finally, I have performed epigenome-wide association studies (EWAS) on central obesity and blood lipid traits in healthy individuals. The results suggest that one methylation probe could affect waist circumference through an insulin-signaling pathway. Furthermore, two methylations probes were associated with triglycerides levels through genes linked with genetic heart diseases (PRKAG2) and with inhibition of the Wnt/beta-catenin signaling that is involved in CVD and AD development (KREMEN2). In conclusion, this thesis used the study of epistasis and epigenetics and identified complex inter-relationships between VEGF, LSR, APOE and different chronic diseases (CVD, AD, osteoporosis, depression) and novel mechanisms that link disease development with DNA methylation, thus demonstrating their role as common denominators of diseases that can be used as valuable markers in personalised medicine

Le gène H19, soumis à l’empreinte parentale, est fortement exprimé durant le développement embryonnaire, cependant, son expression est réprimée après la naissance dans l’ensemble des tissus à l’exception du muscle squelettique, et plus particulièrement des cellules souches musculaires : les cellules satellites. L’objectif de ma thèse a été de déterminer le rôle du gène H19 dans la mise en place et dans la fonction de ces cellules souches durant la myogénèse adulte. En utilisant un modèle murin présentant une délétion du gène H19, les souris H19∆3, notre laboratoire avait montré que le gène H19 est capable de moduler, dans le muscle embryonnaire, l’expression de neuf gènes appartenant à un réseau de gènes soumis à l’empreinte parentale (IGN) impliqué dans la croissance. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le phénotype des muscles de ces souris mutantes qui présentent une hyperplasie et une hypertrophie des fibres musculaires. Ce phénotype est accompagné d’une diminution du nombre de cellules satellites qui apparait lors de l’entrée en quiescence de ces cellules. De façon étonnante, nous avons observé une meilleure capacité de régénération, malgré le nombre réduit de cellules satellites, dans les muscles H19∆3 comparée à celle des muscles wt. Cela indique que la capacité d’auto-renouvellement des cellules satellites n’est pas influencée par l’absence du gène H19. De même, nous avons observé une surexpression de plusieurs gènes appartenant à l’IGN lors de la régénération musculaire des muscles mutants comparés aux muscles wt. Ces résultats indiquent que le gène H19 module l’expression des gènes de l’IGN durant l’embryogénèse et par la suite, durant les étapes de régénération de la myogénèse adulte. / The imprinted H19 gene is highly expressed during embryonic development. H19 is fully repressed after birth in all tissues, with the exception of skeletal muscle, and especially of the muscle stem cells: the satellite cells. The aim of my thesis was to define the function of the H19 gene in the satellite cells establishment and function during adult myogenesis. Using loss-of-function H19∆3 mice, the laboratory had shown that the H19 gene was able to modulate the expression of several genes belonging to an imprinted gene network (IGN) in the embryonic muscle. During my thesis, I studied the muscle phenotype of these adult mice, which present both fiber hyperplasia and hypertrophy. This phenotype is accompanied by an important reduction of the satellite cell number, probably due to a delay in their entry into quiescence. Unexpectedly, despite the reduction in the number of satellite cells in mutant mice, the self-renewal capacity of the satellite cells is fully retained. In addition, we observe a better regeneration potential of the mutant muscles compared with wt muscles. This is accompanied by the enhanced expression of several genes from the IGN. These results indicate that H19 gene can modulate IGN gene expression both during embryogenesis and after birth, in adult myogenesis.