La peau est un excellent modèle d’étude du vieillissement général. En plus de facteurs environnementaux, les facteurs génétiques jouent un rôle majeur dans le vieillissement cutané. Dans le cadre de ma thèse, j’ai eu accès à une cohorte exceptionnelle de 502 femmes caucasiennes très bien caractérisées sur le plan cutané, pour effectuer deux études d’association « génome-entier ». La première étude a montré le rôle joué par le système immunitaire, et en particulier le gène HLA‑C, dans la sévérité des lentigines du visage. La seconde a mis en évidence une association entre le gène H2AFY2 et la sévérité de l’affaissement de la paupière supérieure. La recherche de voies de signalisation biologiques associées à différents indicateurs du vieillissement cutané a souligné le rôle de la mélanogénèse et des mécanismes de réparation de l’ADN.Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes inhérents au vieillissement cutané et général. / The skin is an excellent model to study general ageing. In addition to environmental factors, genetic factors play a key role in skin ageing mechanisms. During my PhD, I have had access to a unique cohort of 502 Caucasian women very-well characterized regarding their facial features to perform two genome-wide association studies. The first one pointed to the role of the immune system, and especially the HLA‑C gene, in the severity of facial lentigines. The second one identified an association between the H2AFY2 gene and the severity of superior eyelid drooping. I also looked for associations between biological pathways and several skin ageing indicators which underlined the role of the melanogenesis and several mechanisms of DNA repair.Overall, these results lead to new insights in the understanding of the molecular mechanisms underlying skin and global ageing.

Nous présentons des méthodes statistiques reposant sur des problèmes de factorisation matricielle. Une première méthode permet l'inférence rapide de la structure de populations à partir de données génétiques en incluant l'information de proximité géographique. Une deuxième méthode permet de corriger les études d'association pour les facteurs de confusion. Nous présentons dans ce manuscrit les modèles, ainsi que les aspects théoriques des algorithmes d'inférence. De plus, à l'aide de simulations numériques, nous comparons les performances de nos méthodes à celles des méthodes existantes. Enfin, nous utilisons nos méthodes sur des données biologiques réelles. Nos méthodes ont été implémentées et distribuées sous la forme de packages R : tess3r et lfmm. / We present statistical methods based on matrix factorization problems. A first method allows efficient inference of population structure from genetic data and including geographic proximity information. A second method corrects the association studies for confounding factors. We present in this manuscript the models, as well as the theoretical aspects of the inference algorithms. Moreover, using numerical simulations, we compare the performance of our methods with those of existing methods. Finally, we use our methods on real biological data. Our methods have been implemented and distributed as R packages: tess3r and lfmm.

Les technologies actuelles permettent d'explorer le génome entier pour y découvrir des variants génétiques associés aux maladies. Cela implique des outils bioinformatiques adaptés à l'interface de l'informatique, des statistiques et de la biologie. Ma thèse a porté sur l'exploitation bioinformatique des données génomiques issues de la cohorte GRIV du SIDA et du projet international IHAC (International HIV Acquisition Consortium). Posant les prémices de l'imputation, j'ai d'abord développé le logiciel SUBHAP. Notre équipe a montré que la région HLA était essentielle dans la non progression et le contrôle de la charge virale et cela m'a conduit à étudier le phénotype non-progresseur non " elite ". J'ai ainsi révélé un variant du gène CXCR6 qui, en dehors du HLA, est le seul résultat identifié par approche génome-entier et répliqué. L'imputation des données du projet IHAC (10000 patients infectés et 15000 contrôles) a été réalisée et des premières associations sont en cours d'exploration.

Les études d'association sur un génome complet (GWAS) sont conçues pour découvrir les combinaisons de points de polymorphisme (SNP) associées à des maladies. La découverte de ces associations permet d'élaborer de meilleures stratégies pour détecter, traiter ou prévenir les maladies. Récemment, l'utilisation de techniques d'extraction de patterns discriminatif a été investiguée dans le cadre de problématiques GWAS. Toutefois, la découverte de combinaisons de SNP dans de grands jeux de données GWAS est encore difficile à cause de la complexité des algorithmes utilisés. La thèse se propose donc d'améliorer l'état de l'art des approches d'extraction de motifs discriminants, dans le cadre d'extraction de combinaisons de SNP corrélées à un phénotype d'intérêt. Plusieurs solutions ont été proposées, s'attaquant aux problèmes majeurs en GWAS : évaluation de la force d'association, découverte efficace de combinaisons de SNP et visualisation de ces combinaisons. Les approches proposées sont également prometteuses pour d'autres tâches de bioinformatique comme la découverte d'expressions génique, la détection de motifs de phosphorylation et la détection de motifs de régulation. / Discovering high-order SNP combinations associated with diseases is an important task of bioinformatics. Once new genetic associations are identified, they can be used to develop better trategies to detect, treat and prevent the diseases. Recently, this issue has been effectively tackled with discriminative pattern mining algorithms. However, the number of SNPs is often very large, discovering of SNP combinations remains many challenges. To address these challenges this thesis has been advanced the state-of-the-art discriminative pattern mining techniques to discover SNP combinations associated with interesting phenotype. Different solutions have been proposed in this thesis to tackle GWAS analysis. These solutions focus on efficient association strength evaluation, statistically significant discriminative SNP combinations discovery and interesting SNP combinations visualization. The solutions proposed in this thesis are also promising for other tasks of bioinformatics such as differential gene expression discovery, phosphorylation motifs detection and regulatory motif combination mining.

Les gliomes constituent les plus fréquentes des tumeurs malignes primaires du système nerveux central. Les liens qui existent entre ces tumeurs et un certain nombre de cancers rares héréditaires, comme les Neurofibromatoses I et II ou les syndromes de Turcot et de Li-Fraumeni, attestent d’une prédisposition génétique aux gliomes. L’observation d’un risque deux fois plus élevé de développer un gliome chez les parents de premier degré de patients atteints suggère aussi une possible prédisposition génétique dans les gliomes sporadiques. Par ailleurs, l’analyse à haut débit permet de préciser le profil somatique des gliomes et d’identifier des biomarqueurs pronostiques voire prédictifs et s’inscrire dans une démarche de traitement personnalisé du patient. Durant ma thèse, je me suis focalisé sur deux axes de recherches complémentaires; l’identification de gènes de susceptibilité et la découverte de nouveaux gènes fréquemment mutés dans les gliomes, afin de déterminer les voies de signalisation contribuant à la gliomagenèse. Dans leur ensemble, les résultats obtenus dans cette thèse apportent non seulement des informations importantes sur la nature de la prédisposition génétique aux gliomes mais également de son association spécifique pour les différents sous-types de tumeurs. La découverte d’un nouveau gène muté, offre la perspective à plus long terme d’un traitement personnalisé pour chaque patient sur la base du profil génétique de sa tumeur. / Gliomas are the most common adult malignant primary tumour of the central nervous system. Thus far, no environmental exposures has been linked to risk except for ionizing radiation, which only accounts for a very small number of cases. Direct evidence for inherited predisposition to glioma is provided by a number of rare inherited cancer syndromes, such as Turcot's and Li–Fraumeni syndromes, and neurofibromatosis. Even collectively, these diseases however account for little of the twofold increased risk of glioma seen in first-degree relatives of glioma patients. My research was centred on two complementary research activities: Identifying susceptibility genes for glioma to delineate key biological pathways contributing to disease pathogenesis and to identify new recurrent mutated genes for glioma to provide for further insights into glial oncogenesis and suggesting targets for novel therapeutic strategies. Collectively the findings in this thesis provide increased insight into the nature of genetic predisposition to glioma and substantiate the often distinct associations between susceptibility variants and glioma molecular groups. In addition the discovery of a new mutated gene in glioma offers the potential to support drug development and advance precision medicine for this tumours.

En fonction du contexte génétique d’un individu et de son environnement, les mutations responsables de certaines maladies génétiques peuvent avoir des effets différents. Ces effets créent donc un besoin pour des traitements médicaux personnalisés. Ces traitements, pour être développés, demandent une meilleure compréhension de l’implication du contexte génétique au niveau moléculaire, incluant le mode d’action des gènes modificateurs. Pour mieux comprendre leur mode d’action, dans le cadre de mon projet, j’utilise un modèle du Syndrome de Wiskott-Aldrich chez la levure Saccharomyces cerevisiae impliquant le gène LAS17. Grâce à des expériences d’évolution expérimentale, des gènes ciblés par des mutations et, par la suite, une molécule ont été identifiés permettant de corriger le phénotype malade. Dans certains cas, cette correction est spécifique au contexte génétique et la majorité des gènes ciblés codent pour des partenaires d’interaction physique de Las17p. Une exception est la sous-unité Cnb1p de la calcineurine, la protéine ciblée par la cyclosporine A, qui ne fait pas partie de ces partenaires. La réponse à cette molécule est pourtant spécifique à un contexte génétique. J’ai utilisé différentes approches, dont des analyses QTL, pour identifier les gènes modificateurs sous-jacents à cette spécificité. Plusieurs locus ont été identifiés et la plupart incluaient des gènes au niveau du réseau d’interaction protéique ou génétique de Las17p et des sous-unités de la calcineurine. Le gène candidat principal, END3, un interactant physique de Las17p, semble présenter des effets de dosage au niveau protéique. Les liens avec la littérature suggèrent une importance dans la balance protéique de réseaux d’interaction à la fois du gène causant la maladie et celui ciblé par le traitement. L’ensemble des résultats du modèle soutiennent l’importance de tenir compte du contexte génétique pour élaborer de nouveaux traitements et suggèrent que les partenaires d’interactions devraient être les principales cibles de ces interventions. / Depending on the genetic background of an individual and their environment, the mutations responsible for some genetic diseases may have different effects. These effects create a need for personalized medical treatments. To be developed, these treatments require a better understanding of the implication of the genetic background at the molecular level, including the mode of action of modifier genes. To better understand their mode of action, as part of my project, I used a model of the Wiskott-Aldrich Syndrome in the yeast Saccharomyces cerevisiae involving the LAS17 gene. Through experimental evolution experiments, several genes targeted by mutations and, subsequently, a molecule have been identified to rescue the diseased phenotype in yeast. In some cases, this phenotypic rescue was specific to the genetic context and the majority of the targeted genes coded for Las17p physical interaction partners. An exception was the Cnb1p subunit of calcineurin, the protein targeted by cyclosporin A, which was not one of these partners. The response to this molecule was nevertheless specific to a genetic background. I used different approaches, including QTL analysis, to identify modifier genes underlying this specificity. Several loci were identified and most of them included genes in the protein or genetic interaction networks of Las17p and of calcineurin subunits. The main candidate gene, END3, a physical interactant of Las17p, appeared to exhibit protein-level effects. The literature suggests an importance in the protein balance of the interaction networks of both the gene causing the disease and the one targeted by the treatment. The overall model results support the importance of considering the genetic background for developing new treatments and suggest that interaction partners should be primary targets for these interventions.

L'objectif scientifique de mon travail de recherche et d'encadrement d'étudiants a principalement concerné la détermination des bases génétiques de la résistance à la sécheresse du riz. Une partie de ces travaux ont été menés à l'Institut International de Recherche sur le Riz aux Philippines, dans le cadre d'un programme de sélection du riz pluvial pour l'Asie du Sud et du Sud-Est. Le riz pluvial ne dépend que la pluviométrie pour son alimentation hydrique et souffre donc de déficits hydriques fréquents. La nature des sécheresses rencontrées dans les environnements cibles m'ont conduite à travailler plus particulièrement sur la morphologie du système racinaire et sur l'ajustement osmotique. L'approche choisie a été celle de la génétique moléculaire. Les travaux conduits ont permis des progrès dans la compréhension du déterminisme génétique de ces caractères et la localisation de QTL d'intérêt dans des populations de cartographie classique, puis des populations de back-cross avancés, plus adaptées à un programme de sélection. Des lignées quasi isogéniques introgressées avec des QTLs de profondeur racinaire ont été produites par sélection assistée par marqueurs et utilisées pour valider l'existence et l'effet des QTLs. <br /> Mon projet de recherche actuel conduit à Montpellier dans l'UMR "Développement et Amélioration des Plantes" se situe dans la continuité des travaux précédents. Il consiste à relier les nombreux QTL de morphologie racinaire identifiés à ce jour chez le riz aux gènes sous jacents, puis à analyser la variabilité allélique de ces gènes dans différents fonds génétiques. Plusieurs approches complémentaires seront utilisées pour réaliser la cartographie fine des QTLs. La large gamme de données disponibles va d'abord être utilisée pour affiner la position des QTLs par une approche statistique de méta-analyse. L'approche d'étude d'association a également été retenue ce qui suppose, en préalable, de clarifier l'étendue du déséquilibre de liaison chez le riz. Des approches au niveau du génome entier seront suivies d'approches ciblées sur des gènes candidats, en ayant largement recours aux données de séquençage total du génome de 2 variétés de riz et de séquençage partiel de 20 autres. Enfin, en utilisant les lignées quasi-isogéniques produites à l'IRRI, le clonage d'un QTL de profondeur racinaire a été entrepris.<br /> L'intégration de ces approches de génétique directe avec les approches complémentaires de génétique inverse utilisées par d'autres personne de l'équipe "Développement et adaptation du riz" se fera autour des gènes dont la fonction aura été validée. La combinaison des allèles les plus adaptés aux environnements cibles dans des variétés d'élite constituera le but ultime de mon travail.

Les maladies humaines les plus fréquentes sont complexes avec plusieurs facteurs génétiques et environnementaux qui interagissent. Ce travail propose deux nouvelles méthodes statistiques pour étudier les interactions gène-environnement. La première méthode utilise la récurrence familiale de la maladie pour identifier une interaction entre un facteur environnemental et la composante génétique impliquée dans la maladie. La seconde méthode permet de prendre en compte ces interactions dans les études d'associations pangénomiques lorsque l'information sur le facteur d'exposition n'est pas disponible chez les témoins. Cette situation est devenue fréquente avec l'utilisation de panels de témoins de référence. Ces deux méthodes apportent de nouveaux outils pour étudier simultanément les facteurs génétiques et environnementaux dans les maladies complexes. Elles ont été appliquées sur deux jeux de données concernant le diabète de type 2 et les réactions cutanées sévères aux médicaments.

Malgré la mise en oeuvre de la leucoréduction systématique, les transfusions plaquettaires restent génératrices de réactions post-transfusionnelles (encore appelées « Effets Indésirables Receveur, EIR »). Nous savons que les plaquettes sanguines relarguent des molécules proinflammatoires (e.g. CD40 ligand soluble ou sCD40L) durant leur préparation et stockage et leurs taux augmentés sont associées aux EIR. Le travail de cette thèse vise à mieux comprendre les mécanismes de survenue des EIR post transfusion plaquettaire, dans le contexte de l’inflammation. La première partie de nos travaux n’a pas retrouvé de polymorphismes génétiques du gène CD40LG qui pourraient modifier l’affinité du couple Récepteur/Ligand, en cas d’EIR. Dans un second temps, une caractérisation haplotypique de CD40LG n’a pas non plus permis de retrouver d’association avec l’apparition d’EIR. Nous avons ensuite tenté d’identifier des marqueurs génétiques de surexpression de sCD40L (et par conséquence, d’EIR). Pour cela, nous avons étendu l’investigation à douze polymorphismes de CD40LG mais aussi des marqueurs génétiques connus comme indépendamment liés à l’expression de sCD40L : au niveau de son récepteur CD40 et d’ITGA2. Ont été retrouvés associés à une modification significative de sécrétion de sCD40L, d’une part le polymorphisme rs126643 (ITGA2), un haplotype étendu de CD40LG et aussi un haplotype interchromosomique (CD40LG–CD40–ITGA2). Toutefois, ces haplotypes n’ont pas pu être retrouvés associés à l’apparition d’EIR. Nous avons également montré que lors du stockage de concentrés plaquettaires (CP) non leucoréduits, les « modificateurs de réponse biologique » (BRM) leucocytaires diffèrent d’une part, dominent et influencent d’autre part les BRM d’origine plaquettaire. Nous nous sommes ensuite intéressés à un autre BRM individualisé dans les produits transfusés : l’ADN mitochondrial, classé comme un signal de danger endogène (ou DAMP) et nous avons retrouvé une augmentation significative de ceux-ci dans les CP ayant induit un EIR. Nous avons alors entrepris une étude protéomique (LC-MS/MS) et transcriptomique (RNA-seq) sur des CP ayant induit ou non un EIR. L’enrichissement des protéines et gènes différentiellement exprimés présente principalement un rôle dans l’activation plaquettaire, la coagulation, l’apoptose et la dégranulation qui représentent des processus en liaison étroite. Le transcriptome plaquettaire a confirmé l’étiologie apoptique par la mise en évidence de la dérégulation calcique mitochondriale. De plus, l’obtention de l’enrichissement de sa voie intrinsèque permet d’expliquer l’abondance des ADNmt retrouvés précédemment dans les CP associés aux EIR. Par ailleurs, l’état d’activation et la dégranulation des plaquettes expliquent l’abondance des BRM retrouvés en cas d’EIR. Ainsi, nous avons identifié de nouveaux marqueurs inflammatoires hautement exprimés dans le groupe EIR. Après validation de ces résultats par des études complémentaires, ces marqueurs pourraient être proposés comme cibles de prévention d’EIR en modifiant, par exemple la préparation des CP / Despite the implementation of systematic leucoreduction, platelet transfusions are still generating transfusion reactions (also called "Adverse Events or AEs"). We know that platelets release proinflammatory molecules during preparation and storage of platelet components (PCs) notably the soluble CD40 ligand or sCD40L and high levels are associated with AEs. In this thesis, we aimed to understand the mechanisms of occurrence of inflammatory platelet transfusion reactions. In the first part, we investigated the genetic polymorphisms of CD40LG. We failed to identify a significant association with AEs but we identified genetic markers of sCD40L overexpression: a CD40LG haplotype and also an interchromosomal haplotype (CD40LG-CD40-ITGA2). However, these haplotypes have not been found to be associated with AEs. In the second part, we showed that, during storage of non leucoreduced PCs, leukocyte-derived "biological response modifiers" (BRMs) dominate and influence the platelet-derived BRMs. Then, we found increased levels of another individualized BRM in PCs involved in AEs: mitochondrial DNA, classified as an endogenous danger-associated molecular pattern (DAMP). In the last part, we performed an integrated proteomic and transcriptomic study by LC-MS/MS and RNA-seq, respectively, to better understand the pathophysiology of AEs in a case-control approach. The biological enrichment of differentially expressed genes revealed a significant association with platelet activation, apoptosis and inflammatory mechanisms which may be involved in platelet transfusion reactions. This study provides novel insights into the molecular mechanisms underlying the occurrence of AEs and could give paths to prevent them

Les racines ont deux grands rôles. Le premier est le prélèvement de l’eau et des éléments nutritifs et le second est l’ancrage dans le sol. Identifier les gènes responsables de la mise en place des tissus et de l'architecture du système racinaire est donc essentiel pour pouvoir améliorer les variétés de riz soumises à des stress abiotiques de plus en plus fréquents et nombreux du fait du changement climatique. Au cours de cette thèse, j'ai réalisé une analyse fonctionnelle du gène DEFECTIVE IN OUTER CELL LAYER SPECIFICATION (DOCS1) qui appartient à la famille des récepteurs kinases à répétitions riches en leucine (LRR-RLK). Ces protéines sont composées de deux domaines principaux: un domaine extra-cytoplasmique composé de répétitions LRR et un domaine kinase intra-cytoplasmique. Un mutant de ce gène, nommé c68, possède une mutation non-sens dans le domaine kinase. Les plantes mutantes c68 présentent plusieurs phénotypes: une sensibilité accrue à l'aluminium, une réduction du nombre et de la taille des poils absorbants dans les racines, et des couches d’exoderme/épiderme d’identité mêlée. Le premier chapitre de la thèse porte sur l’étude conjointe de lignées knock-out CRISPRs du gène DOCS1 et de c68. Nos résultats ont montré que les mutants c68 et CRISPRs présentaient les mêmes phénotypes : sensibilité à l’aluminium, défauts des poils absorbants et tissus externes d’identité mixte. Ces résultats suggéraient que chez le mutant c68, soit la protéine DOCS1 n'était pas fonctionnelle, soit elle n'était pas traduite. Nos analyses phénotypiques ont aussi révélé que tous les mutants présentaient des défauts de réponse à la gravité à différents stades de développement. A 3 jours, un retard de réponse à la gravité était observé pendant la première heure après gravistimulation. Les plantules mutantes présentaient aussi des défauts de localisation d’un transporteur d’auxine. A 40 jours, nous avons observé que l'angle du cône racinaire des plantes mutantes était plus ouvert que celui des plantes sauvages. Deux gènes liés à l’auxine et plusieurs QTLs ont déjà été identifiés comme participant à ce phénotype chez le riz. Dans la suite de notre étude, nous avons donc cherché à identifier de nouveaux QTLs et gènes impliqués dans ce phénotype morphologique par étude d'association pan-génomique dans deux panels Indica et Japonica. Toutes les accessions de l'écotype bulu d'Indonésie et trois japonicas tempérés d'Asie du Sud présentaient un angle du cône racinaire très ouvert. En utilisant un modèle mixte associé à une technique de ré-échantillonnage, 55 QTLs ont été détectés. L'analyse des gènes sous-jacents ou voisin (+/- 50kb) a identifié 539 gènes, dont 6 LRR-RLK, 5 gènes liés à l’auxine et 5 gènes avec une fonction validée dans le développement ou l'architecture racinaire. Une approche complémentaire par cartographie génétique classique est proposée pour identifier les gènes en cause dans la ou les mutations à angle du cône racinaire très ouvert. Des perspectives de poursuite du travail effectué sont aussi présentées afin de déterminer si le phénotype affectant l'angle du cône racinaire induit par les mutations du gène DOCS1 ou des nouveaux gènes identifiés est lié à des perturbations des flux d’auxine. / Roots have two major roles. The first one is to uptake water and nutrients and the second one is to anchor plants into the ground. Identifying the genes responsible for the establishment of tissues and architecture of the root system is essential to improve rice varieties subject to increasingly frequent and numerous abiotic stresses due to climate change. During my PhD, I undertook a functional analysis of the DEFECTIVE IN OUTER CELL LAYER SPECIFICATION (DOCS1) gene which belongs to the Leucine-Rich Repeat Receptor-Like Kinase (LRR-RLK) family. These proteins are composed of two main domains: an extra-cytoplasmic domain containing LRR repeats and a cytoplasmic kinase domain. A mutant of this gene, named c68, carries a nonsense mutation in the kinase domain. The c68 mutant plants show several phenotypes: increased sensitivity to aluminum, reduced number and size of root hairs, and layers of external tissues with exodermis/epidermis mixed identity. The first chapter of the thesis focuses on the joint study of knockout CRISPRs lines of the DOCS1 gene and c68. Our results showed that the c68 and CRISPRs mutants displayed the same phenotypes: sensitivity to aluminum, defects in root hairs and mixed identity of external tissues. These results suggested that in the c68 mutant, either the DOCS1 protein was not functional, or the protein was not translated. Our phenotypic analyses also showed that all mutants exhibited impaired gravity responses at different development stages. At 3 days, a delay of response to gravity was observed during the first hour after gravistimulation. Mutant seedlings also had defects in an auxin transporter localization. At 40 days, we observed that the root cone angle of mutant plants was more open than that of wild-type plants. Two genes associated with auxin and several QTLs have been identified as contributing to this phenotype in rice. In the rest of our study, we therefore tried to identify new QTLs and genes involved in this morphological phenotype by a genome-wide association study in two Indica and Japonica panels. All accessions of the bulu ecotype from Indonesia and three South Asian temperate japonica had a very open root cone angle. Using a mixed model associated with a resampling technique, 55 QTLs were detected. The analysis of the underlying or neighbor (+/- 50kb) genes identified 539 genes, including 6 LRR-RLK, 5 genes related to auxin and 5 genes with a function validated in root development or architecture. A complementary approach by classical genetic mapping is proposed to identify genes involved in the mutation(s) involved in very open root cone angle. Prospective research lines are also presented to determine if the root cone angle phenotype , induced by DOCS1 or by newly identified genes, is linked with disruption of auxin fluxes.