Η ανακάλυψη των microRNA γονιδίων το 1993 έφερε επανάσταση στα όσα γνωρίζαμε από το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας για τη σύνθεση των πρωτεϊνών και τη ρύθμιση της πρωτεϊνικής έκφρασης. Αυτό γιατί τα microRNA γονίδια δεν κωδικοποιούν κάποια πρωτεΐνη αλλά αντί αυτού παράγουν μικρά μόρια μεγέθους περίπου 22 νουκλεοτιδιών. Τα μόρια αυτά αλληλεπιδρούν με το mRNA και συγκεκριμένα βρίσκουν στόχους στις 3 UTR περιοχές άλλων γονιδίων και αλληλεπιδρούν με βάση την αρχή της συμπληρωματικότητας Watson-Crick. Αποτέλεσμα αυτής της πρόσδεσης είναι η καταστολή της πρωτεϊνικής έκφρασης του γονιδίου στόχου μέσω αναστολής της μετάφρασης ή μέσω της υποβάθμισης του mRNA. Μετά την ανακάλυψη των microRNA και του τρόπου αλληλεπίδρασης τους ήταν φυσικό να ακολουθήσουν εκτεταμένες έρευνες για τις κυτταρικές διεργασίες τις οποίες ρυθμίζουν αλλά και σε ποιών γονίδιων τη ρύθμιση λαμβάνουν μέρος. Ως αποτέλεσμα προέκυψε ότι σε πολλές γνωστές ασθένειες παρουσιάζεται άμεση συσχέτιση με ρύθμιση από microRNA. Τέτοια περίπτωση αποτελεί και η ασθένεια του καρκίνου η οποία σε συνδυασμό με την «λεπτή» ρύθμιση που προκαλούν τα microRNA δίνει ελπίδες για νέες μοριακές θεραπείες. Αυτά είναι μερικά παραδείγματα από τα οποία μπορούμε να καταλάβουμε τη μεγάλη σημασία των microRNA και την ανάγκη για αποδοτική πρόβλεψη τους. Εξαιτίας του μικρού τους μεγέθους αλλά και του μικρού τους ποσοστού σε σχέση με το μέγεθος του γονιδιώματος (περίπου 3%) ο πειραματικός τους εντοπισμός χαρακτηρίζεται εξαιρετικά δύσκολος. Για το λόγο αυτό έχουν επιστρατευτεί αρκετές μέθοδοι Υπολογιστικής Νοημοσύνης και Αλγόριθμοι οι οποίοι μπορούν να «ξεχωρίσουν» τα πραγματικά γονίδια από τα ψεύτικα γονίδια δημιουργώντας έτσι μοντέλα πρόβλεψης. Μέχρι στιγμής έχουν χρησιμοποιηθεί σαν μέθοδοι ταξινόμησης, Support Vector Machine, δίκτυα Bayes και άλλες πιθανοτικές μέθοδοι όπως τα Hidden Markov μοντέλα .Όλες οι μέθοδοι αυτού του είδους βασίζονται στον υπολογισμό αρκετών χαρακτηριστικών για τα microRNA που σχετίζονται με το ακολουθιακό περιεχόμενο, με τη δομή τους στο χώρο αλλά και με θερμοδυναμικά στοιχεία των μορίων. Σε μεγάλο βαθμό η αποδοτικότητα πρόβλεψης βασίζεται στην επιλογή των πιο αντιπροσωπευτικών χαρακτηριστικών και στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων της υπολογιστικής μεθόδου που χρησιμοποιείται χωρίς μέχρι τώρα να έχει βρεθεί μια αξιόπιστη λύση. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αρχικά προτείναμε μια νέα υβριδική μεθοδολογία για ταυτόχρονη ταξινόμηση microRNA γονιδίων, εξαγωγή χαρακτηριστικών και υπολογισμό παραμέτρων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία χρησιμοποιεί τις καινοτόμες τεχνικές του Εξελικτικού Προγραμματισμού και συγκεκριμένα τους Γενετικούς Αλγορίθμους για την εξαγωγή χαρακτηριστικών και βελτιστοποίηση παραμέτρων καθώς και Support Vector Machine για ταξινόμηση. Απώτερος στόχος της παρούσας εργασίας ήταν να αναπτυχθεί μια ολοκληρωμένη διαδικτυακή πλατφόρμα η οποία επιτρέπει αρχικά υπολογισμό χαρακτηριστικών για τις γονιδιακές ακολουθίες που θα εισάγει ο χρήστης και κατά δεύτερον δίνει την πρόβλεψη του ταξινομητή για το αν είναι ή όχι microRNA γονίδια μέσω ενός φιλικού περιβάλλοντος. Επιπλέον, ενσωματώθηκαν τα περισσότερα microRNA χαρακτηριστικά που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία και η αποδοτικότητα πρόβλεψης του ταξινομητή βελτιώθηκε μέσω της προτεινόμενης υβριδικής μεθόδου. Ενσωματώσαμε διάφορα πακέτα για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών όπως το Vienna RNA Package και το UnaFold και αυτό το κομμάτι της εργασίας σχετίζεται με την έρευνα για τη θερμοδυναμική και φυσικοχημική συμπεριφορά των μικρών RNA μορίων. Καινοτόμο στοιχείο αποτελεί το γεγονός ότι ο υπολογισμός των χαρακτηριστικών γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να ευνοείται στη συνέχεια η εφαρμογή μεθόδων Υπολογιστικής Νοημοσύνης. Επιπλέον στο σύστημα ενσωματώσαμε βάση δεδομένων η οποία αποθηκεύει τις επεξεργασμένες ακολουθίες και τα υπολογισμένα χαρακτηριστικά δίνοντας ώθηση για την κατασκευή νέων συνόλων δεδομένων. Τέλος αυτή η δυνατότητα ανάκτησης πληροφορίας κάνει το σύστημα μας μια ολοκληρωμένη πλατφόρμα μελέτης μικρών RNA μορίων και πρόβλεψης microRNA γονιδίων. / The discovery of microRNA genes in 1993 challenged the view of the Central Dogma of Biology and introduced a new layer of complexity in which RNA is not only a carrier of gene information but also a mediator of gene expression and protein synthesis. Typically, microRNA genes are short non-coding (~20-22 nt) RNAs that do not encode proteins, but instead they produce small RNA molecules. These molecules can regulate mRNA target genes by binding to the 3’ UTR of mRNA in accordance to Watson-Crick complementarity for cleavage or translational repression. MicroRNAs have been a major object of study as they have been found to be involved in some basic biological processes. These observations underline the importance of normal microRNA homeostasis on functions such as development, differentiation, apoptosis and proliferation. Dysregulation of miRNA is fundamental to the pathogenesis of many diseases and it has been long suspected that miRNA expression can be deregulated in cancer and abnormal miRNA activity may lead to tumorgenesis. From all the above, it is obvious that the better understanding of miRNA mechanism and function may lead to new and more sophisticated design of clinical therapies. Consequently, the identification of novel microRNA genes is a challenging bioinformatics problem. The experimental identification has some important drawbacks: the small size of microRNA genes in comparison to the size of the genome, cost and time, and low sensitivity. To overcome these technical problems a lot of computational methods have been proposed and several Artificial Intelligence techniques have been applied to distinguish real pre-miRNAs from pseudo hairpins. Support Vector Machines, Naïve Bayes and other probabilistic algorithms such as Hidden Markov Models have been successfully developed as classification methods. All these computational methods rely on the computation of several sequential, structural and thermodynamical microRNA features. In addition, the prediction efficiency is related to the extraction of the most discriminative features and to the optimization of the parameters. At first, this thesis presents a hybrid approach for simultaneous microRNA classification, feature extraction and parameters optimization. We took advantage of the innovative techniques of Evolutionary Programming and we introduced an embedded classification method, which combines the efficiency and robustness of Support Vector Machines with Genetic Algorithms for feature selection and parameters optimization. Secondly, objective of this thesis was the development of an online platform for effective microRNA genes prediction. The prediction model is based on our classification model and we used a significant feature subset that the proposed methodology revealed to be consistent. Also, we provided the opportunity to calculate all the microRNA features that have been proposed in the literature. We incorporated different packages such as the Vienna RNA package and UnaFold package and we introduced some new features with high discriminative power. This work is related to biophysics and thermodynamics of small RNA molecules and it can be applied to other categories of regulatory molecules. Also, the provided service in accordance to the feature calculation will encourage the application of other Artificial Intelligence Techniques in identifying microRNAs. We hope that the construction of new datasets will contribute to the Development of new Machine Learning methodologies. Furthermore, our tool maintains a Database about predicted microRNA sequences plus some informating metadata about them. Finally it can act as an integraded system and the usage of metadata enables information retrieval.

Η ριβονουκλεάση Ρ (RNase P) είναι ένα πανταχού παρόν ένζυμο, το οποίο είναι απαραίτητο για την ωρίμανση του 5’ άκρου των πρόδρομων tRNA μορίων. Δρα ενδονουκλεολυτικά προκαλώντας θραύση της 5’ επιπρόσθετης οδηγού αλληλουχίας στα πρόδρομα μετάγραφα των tRNA, παράγοντας τα ώριμα μόρια. Η RNase P έχει ανιχνευθεί σε αντιπροσώπους και των τριών φυλογενετικών περιοχών (βακτήρια, αρχαία, ευκαρυώτες), καθώς επίσης σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες, με μοναδική εξαίρεση το αρχαίο Nanoarchaeum equitans και το υπερθερμόφιλο βακτήριο Aquifex aeolicus. Σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς, η RNase P είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο αποτελούμενο από μία απαραίτητη RNA υπομονάδα και ποικίλο αριθμό πρωτεϊνών. Στη βιβλιογραφία μέχρι τώρα έχουν αναφερθεί μόνο δύο εξαιρέσεις, αυτές των ανθρώπινων μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων του φυτού A. thaliana, των οποίων η RNase P είναι αποκλειστικά πρωτεϊνικής φύσεως. Η RNA υπομονάδα είναι υπεύθυνη για την καταλυτική λειτουργία του ολοενζύμου της RNase P από τα βακτήρια, τα αρχαία και τους ευκαρυώτες. Οι πρωτεϊνικές υπομονάδες είναι απαραίτητες για την κατάλυση in vivo και παίζουν ποικίλους ρόλους στη δομή και λειτουργία του ολοενζύμου. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την λειτουργική μελέτη επί των υπομονάδων του ριβονουκλεοπρωτεϊνικού συμπλόκου της RNase P από τον μυξομύκητα Dictyostelium discoideum. Η πυρηνική RNase P από το D. discoideum είναι το πιο πλούσιο, σε πρωτεϊνική σύσταση (πυκνότητα επιπολής, 1.23 g/ml), ολοένζυμο ανάμεσα στα ευκαρυωτικά ένζυμα RNase P που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο, το οποίο αποτελείται από μια RNA υπομονάδα και οχτώ πρωτεΐνες (DRpp40, DRpp30, DRpp29, DRpp25, DRpp21, DRpp20, DPop1, DPop5). Αυτές οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν ομοιότητες με τις ομόλογές τους από ανώτερα ευκαρυωτικά ένζυμα, όπως του ανθρώπου, ενώ παράλληλα διατηρούν ιδιοσυγκρασιακά χαρακτηριστικά. Στην παρούσα μελέτη, περιγράφουμε την αλληλεπίδραση των πρωτεϊνικών υπομονάδων DRpp30 και DPop5 μεταξύ τους, καθώς και με την RNA υπομονάδα της RNase P του D. discoideum. Συγκεκριμένα μελετήθηκε ο ενδεχόμενος σχηματισμός ενός ελάχιστα καταλυτικού πυρήνα της RNase P με την διεξαγωγή πειραμάτων ομόλογης ανασύστασης με την RNA υπομονάδα παρουσία των ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών DRpp30 και DPop5. Επίσης πραγματοποιήθηκαν πειράματα αλλαγής ηλεκτροφορητικής κινητικότητας (Electrophoretic mobility shift assay, EMSA). Ακολούθησαν πειράματα ανάλυσης αποτυπώματος (Footprinting Analysis) αλλά και πειράματα συν-ανοσοκατακρήμνισης (co-immunoprecipitation) των πρωτεϊνών, έτσι ώστε να υπάρξουν παραπάνω δεδομένα για τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Τα παραπάνω αποτελέσματα θα συμβάλλουν στην συνολική μελέτη του ριβονουκλεοπρωτεϊνικού συμπλόκου της RNase P από τον D. discoideum. / Ribonuclease P (RNase P) is a ubiquitous enzyme, found in representatives of all domains of life (bacteria, archaea, eukarya), as well as in subcellular organelles, that endonucleolytically cleaves all precursor tRNA transcripts to produce their mature 5΄ ends. In almost every organism, RNase P is a ribonucleoprotein complex, with one essential RNA and one to ten protein subunits. RNase P from Dictyostelium discoideum is the most proteinaceous holoenzyme among the eukaryal RNase Ps studied so far and is comprised of an RNA and eight probable protein subunits (DPop1, DPop5, DRpp20, DRpp21, DRpp25, DRpp29, DRpp30 and DRpp40) as revealed by sequence similarity. Herein, we present preliminary functional studies in the interaction between the protein subunits DPop5 and DRpp30, as well as with the RNA subunit of RNase P from D. discoideum. Particularly we investigated if these protein subunits with the RNA subunit could form a minimal consensus RNase P core, conducting reconstitution assays with the RNA subunit in the presence of the recombinant proteins DPop5 and DRpp30. Furthermore using Electrophoretic mobility shift assays, EMSAs, footprinting analysis and co-immunoprecipitation assays we studied thoroughly the interactions between the recombinant proteins and with the RNA subunit, in aim to discover possible areas of interaction on the RNA subunit. Our data will give new insights and expand our knowledge about the ribonucleoprotein complex of RNase P from the slime mold Dictyostelium discoideum.

Presented here is a comprehensive computational survey of evolutionarily conserved secondary structure motifs in the genomic RNAs of the family Flaviviridae. This virus family consists of the three genera Flavivirus, Pestivirus and Hepacivirus and the group of GB virus C/hepatitis G virus with a currently uncertain taxonomic classification. Based on the control of replication and translation, two subgroups were considered separately: the genus Flavivirus, with its type I cap structure at the 5′ untranslated region (UTR) and a highly structured 3′ UTR, and the remaining three groups, which exhibit translation control by means of an internal ribosomal entry site (IRES) in the 5′ UTR and a much shorter less-structured 3′ UTR. The main findings of this survey are strong hints for the possibility of genome cyclization in hepatitis C virus and GB virus C/hepatitis G virus in addition to the flaviviruses; a surprisingly large number of conserved RNA motifs in the coding regions; and a lower level of detailed structural conservation in the IRES and 3′ UTR motifs than reported in the literature. An electronic atlas organizes the information on the more than 150 conserved, and therefore putatively functional, RNA secondary structure elements.

RNA-ligand binding often depends crucially on the local RNA secondary structure at the binding site. We develop here a model that quantitatively predicts the effect of RNA secondary structure on effective RNA-ligand binding activities based on equilibrium thermodynamics and the explicit computations of partition functions for the RNA structures. A statistical test for the impact of a particular structural feature on the binding affinities follows directly from this approach. The formalism is extended to describing the effects of hybridizing small \modifier RNAs' to a target RNA molecule outside its ligand binding site. We illustrate the applicability of our approach by quantitatively describing the interaction of the mRNA stabilizing protein HuR with AU-rich elements [Meisner et al. (2004), Chem. Biochem. in press]. We discuss our model and recent experimental findings demonstrating the ffectivity of modifier RNAs in vitro in the context of the current research activities in the field of non-coding RNAs. We speculate that modifier RNAs might also exist in nature; if so, they present an additional regulatory layer for fine-tuning gene expression that could evolve rapidly, leaving no obvious traces in the genomic DNA sequences.

A detailed annotation of non-protein coding RNAs is typically missing in initial releases of newly sequenced genomes. Here we report on a comprehensive ncRNA annotation of the genome of Trichoplax adhaerens, the presumably most basal metazoan whose genome has been published to-date. Since blast identified only a small fraction of the best-conserved ncRNAs—in particular rRNAs, tRNAs and some snRNAs—we developed a semi-global dynamic programming tool, GotohScan, to increase the sensitivity of the homology search. It successfully identified the full complement of major and minor spliceosomal snRNAs, the genes for RNase P and MRP RNAs, the SRP RNA, as well as several small nucleolar RNAs. We did not find any microRNA candidates homologous to known eumetazoan sequences. Interestingly, most ncRNAs, including the pol-III transcripts, appear as single-copy genes or with very small copy numbers in the Trichoplax genome.

In recent years it has become evident that functional RNAs in living organisms are not just curious remnants from a primoridal RNA world but an ubiquitous phenomenon complementing protein enzyme based activity. Functional RNAs, just like proteins, depend in many cases upon their well-defined and evolutionarily conserved three-dimensional structure. In contrast to protein folds, however, RNA molecules have a biophysically important coarse-grained representation: their secondary structure. At this level of resolution at least, RNA structures can be efficiently predicted given only the sequence information. As a consequence, computational studies of RNA routinely incorporate structural information explicitly. RNA secondary structure prediction has proven useful in diverse fields ranging from theoretical models of sequence evolution and biopolymer folding, to genome analysis and even the design biotechnologically or pharmaceutically useful molecules.

La protéine p120, marqueur de prolifération, a été initialement identifiée dans les cellules humaines tumorales. Son homologue chez la levure, la protéine Nop2, est essentielle à la croissance et à la viabilité des cellules. La délétion du gène NOP2 bloque la maturation du pré-ARNr 27S en ARNr matures. Les protéines p120 et Nop2 possèdent des motifs de la famille des ARN : m5C-méthyltransférase. Dans un premier temps, j'ai démontré l'activité ARN : m5C-méthyltransférase de Nop2p par des expériences de méthylation in vitro en présence de S-adénosylméthionine tritiée. En parallèle, des expériences menées en collaboration avec une équipe allemande nous ont permis de localiser la méthylation catalysée par Nop2p à la position 2870 de l'ARNr 25S. Par la suite, j'ai étudié l'implication de Nop2p et de p120 dans la biogenèse de la sous-unité 60S du ribosome par plusieurs approches. Des expériences de complémentation dans une souche de levure [delta]NOP2 par la protéine humaine p120 et des protéines hybrides Nop2p-p120 ont permis de montrer que le domaine catalytique de p120, en présence du domaine N-terminal de Nop2p, permet une biogenèse normale des ribosomes chez S.cerevisiae. Parallèlement, des expériences d'ARN interférence dirigées contre p120 ont permis de montrer que, lorsque le taux de protéine p120 est diminué de 90% dans des cellules HEK293, la synthèse de l'ARNr mature 28S est ralentie. L'ensemble de ces données montrent que les protéines p120 et Nop2 appartiennent à la famille des protéines pré-ribosomiques essentielles au processus de maturation du pré-ARNr et semblent nécessaires à la structuration des pré-ARNr indispensable à leur maturation / The protein p120 is a proliferation marker that was originally identified in human tumor cells. The yeast homologue of p120, nucleolar protein Nop2p, was shown to be essential for viability of yeast. Alignment of Nop2p with human p120 points out the evolutionary conservation of a large domain that contains a SAM-binding motif and a protein domain having potential RNA: m5C-méthyltransférase activity. By in vitro methylation experiments and a sodium bisulfite approach, we show that Nop2p is a RNA: m5C-methyltransferase specific for 25S rRNA nucleotide 2870. In parallel, we succeeded to complement Nop2-deficient yeasts by human p120 and studied the importance of different sequence and structural domains of Nop2 and p120 for rRNA processing in vivo. In complementation assays, the C-terminal domain of Nop2 was essential for cell viability, whereas the absence of the N-terminal domain led to slow growth phenotype. Chimeric proteins formed by Nop2 and p120 fragments efficiently support growth if the N-terminal domain of Nop2 was present. In the absence of Nop2 or p120, the C1/C2 cleavages required to generate 5.8S and 25S rRNA were strongly reduced. The reduction of p120 content in human cells by specific siRNA leads to decreased 28S rRNA accumulation, supporting the idea on the implication of p120 in human pre-rRNA processing

Afin de se répliquer, les rétrovirus doivent disposer à la fois d’ARN épissés et non épissés. Chez le virus du Sarcome de Rous (RSV), l’accumulation de l’ARN non épissé dépend de l’élément NRS (Negative Regulator of Splicing). L’élément NRS est un élément bipartite. Sa région 5’ est assimilée à une séquence ESE (Exon Splicing Enhancer) à laquelle se fixent de nombreuses protéines SR tandis que sa région 3’ contient un pseudo-site 5’ non fonctionnel qui constitue un leurre qui est responsable de l’inhibition de l’épissage à l’unique site 5’ fonctionnel du virus. Seule la structure 3D de la partie 3’ du NRS qui contient le pseudo-site a été expérimentalement établie. Dans ce travail, nous avons déterminé la structure 2D de la totalité de l’élément NRS à l’aide de sondes chimiques et enzymatiques. La comparaison de cette structure expérimentale à celles que nous avons établies pour d’autres éléments NRS mutants fonctionnels et non fonctionnel ainsi qu’à celles théoriques de la totalité des virus aviaires séquencés argumente en faveur de la forte signification biologique de notre modèle. Des expériences d’épissage in vitro réalisées sur l’élément NRS sauvage ainsi que ses formes tronquées ont permis de mettre en évidence le rôle crucial de deux structures tige-boucles dans la fonction du NRS. Les expériences de purification de complexes formés avec un extrait nucléaire de cellules HeLa sur ces différents éléments NRS par des techniques chromatographie d’affinité ont permis de démontrer l’importance de l’association de ces deux structures tige-boucles avec les protéines SR et la snRNP U1. Nous avons défini un nouvel élément NRS minimal fonctionnel capable d’inhiber l’épissage et nous avons démontré l’activation de l’inhibition de l’épissage de l’élément NRS par la protéine 9G8 in vitro et in cellulo / Retroviruses require both spliced and unspliced RNAs for productive replication. Accumulation of unspliced RNA in Rous Sarcoma Virus (RSV) depends on the NRS element, (Negative Regulator of Splicing). The NRS element is bipartite. Its 5’ terminal part is considered as an ESE that binds SR proteins and its 3’ part contains a decoy 5’-splice site (ss), which inhibits splicing at the bona fide 5’ ss. Only the 3D structure of a small NRS fragment including the decoy 5’ ss had been experimentally studied. Here, by chemical and enzymatic probing of entire RSV NRS, we determine its 2D structure. By comparative analysis of 2D structures of functional and non-functional avian NRS variants and of all sequenced avian NRSs, we bring strong arguments for a biological significance of the established structure. By in vitro splicing assays, we show a crucial role of two of the established stem-loop structures and by affinity purification of complexes formed by WT and truncated NRSs in HeLa cell nuclear extract, we demonstrate their importance for SR protein and U1 snRNP association. We define a new small NRS element retaining splicing inhibitory properties and finally demonstrate the capability of the SR protein 9G8 to increase NRS activity in vitro and in cellulo

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la première cause de décès dans le monde. Les problèmes majeurs dans la gestion de ces patients sont le diagnostic et la prédiction du pronostic. Les microARN (miARN) sont de petits ARN simple brin non codants qui inhibent l’expression des gènes. Les miARN circulants sont apparus comme biomarqueurs potentiels des MCV. Les miARN pourraient être également utiles pour la réparation cardiaque post infarctus du myocarde (IM). Nous avons émis l’hypothèse que les miARN pourraient être utilisés comme biomarqueurs des MCV et outils thérapeutiques dans la réparation cardiaque post-IM. Nous avons évalué la capacité diagnostique des miARN chez des patients avec douleurs thoraciques. Les miR-208b et miR-499 sont de potentiels biomarqueurs diagnostiques chez les patients avec IM mais n’améliorent pas la valeur diagnostique des biomarqueurs traditionnels. Le miR-423-5p permet de prédire la réhospitalisation des patients atteints d’insuffisance cardiaque aiguë et les miR-21 et miR-122 sont associés aux séquelles neurologiques de patients après arrêt cardiaque. Les miARN circulants seraient de potentiels biomarqueurs diagnostiques/pronostiques des MCV. Nous avons également montré qu’inhiber le miR-16 permet de stimuler la prolifération, la différenciation et les capacités pro-angiogéniques des cellules endothéliales progénitrices et que le miR-150 est impliqué dans l’effet de l’adénosine sur leur recrutement post-IM. Les miARN pourraient être utilisés pour améliorer la revascularisation post-IM. En conclusion, nos études contribuent à la caractérisation de plusieurs miARN dont l’utilité clinique dans le domaine cardiovasculaire reste à confirmer. / Cardiovascular diseases are the leading cause of death in the world. Major issues in the management of these patients lie on the diagnosis and the prediction of the prognosis. MicroRNAs (miRNAs) are small single-stranded non-coding RNAs that inhibit gene expression. Circulating miRNAs appeared as potentials biomarkers of cardiovascular diseases. MicroRNAs could be also useful to stimulate cardiac repair. We hypothesized that miRNAs could be used as biomarkers of cardiovascular diseases, and also as therapeutic tools to improve cardiac repair after myocardial infarction. We evaluated the diagnostic capacity of miRNAs in patients with chest pain. MicroRNA-208b and miR-499 were potential diagnostic biomarkers in patients with myocardial infarction, without improving the diagnostic accuracy of traditional biomarkers. MicroRNA-423-5p predicted the rehospitalization of patients with acute heart failure and miR-21 and miR-122 are associated with neurological damage after cardiac arrest. Overall, our results indicate that circulating miRNAs could be useful diagnostic and prognostic biomarkers of cardiovascular diseases. We also showed that inhibiting miR-16 could stimulate the proliferation, differentiation and pro-angiogenic capacities of endothelial progenitor cells and that miR-150 is involved in the effect of adenosine on the recruitment of these cells after myocardial infarction. These results suggest that miRNAs could be used to improve the revascularization after myocardial infarction. In conclusion, our studies contributed to the characterization of several miRNAs, which clinical utility in the cardiovascular field remains to be confirmed.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie génétique caractérisée par une dégénérescence des muscles squelettiques accompagnée d’une myotonie. Cette maladie est due à une expansion instable de triplets CTG dans la région 3’ non traduite du gène DMPK. L’accumulation des ARNm DMPK mutés au sein de foci nucléaires conduit à la séquestration du facteur d’épissage MBNL1 et à des altérations de l’épissage alternatif de nombreux ARNm. En particulier, l’inclusion de l’exon 5 au sein du pré-ARNm de la troponine T cardiaque (hcTNT) est renforcée chez les patients DM1. Cette inclusion anormale participe aux anomalies cardiaques présentées par les patients. Les travaux de l’équipe, menés en collaboration avec l’équipe de Nicolas Sergeant à Lille, sur la régulation de l’épissage de l’ARNm hcTNT avaient établi l’existence de 8 sites MBNL1, dont 6 nouveaux, situés de part et d’autre de l’exon 5 et la présence de régions activatrices et inhibitrices de l’inclusion fixant des facteurs d’épissage dont l’identité n’était pas connue. L’un des objectifs de ma thèse était d’étudier l’importance fonctionnelle in cellulo de chacun des 8 sites MBNL1. J’ai ainsi pu montrer que chacun des 6 nouveaux sites participe à l’inhibition de l’inclusion de l’exon 5 par MBNL1. Les données obtenues nous ont amené à proposer un modèle dans lequel MBNL1 s’associe avec les triplets de sites MBNL1 situés de part et autre de l’exon 5 et entraine la formation d’une structure à longue distance via des interactions protéiques MBNL1-MBNL1. Cette structure isolerait l’exon 5 dans une boucle et limiterait la fixation du spliceosome. Par ailleurs, j’ai mis en œuvre une approche de purification de RNP formées en extrait nucléaire pour identifier d’autres facteurs régulant l’inclusion de l’exon 5. La protéine hnRNP H a ainsi pu être identifiée. Sa capacité à activer l’inclusion de l’exon 5 in cellulo et à entrer en compétition avec MBNL1 pour la régulation de l’inclusion de l’exon 5 via sa fixation sur des sites localisés dans l’exon 5 et en aval de cet exon a pu être confirmée. La seconde partie de ma thèse a porté sur l’étude de l’effet d’un stress oxydatif généré par 500 µM d’H2O2 sur le profil global d’épissage alternatif des pré-ARNm de cellules HeLa. Lors de ce travail, j’ai pu établir que la réponse des cellules HeLa au stress oxydatif implique deux phases de réponse : une phase précoce (1h-8h) caractérisée par un fort taux de mortalité associé à une forte augmentation du taux de d’entités oxygénées réactives (ROS) intracellulaire et une phase tardive (16h-24h) corrélée à une diminution du taux de ROS intracellulaires et une surexpression des ARN satellite III. Sur la base de ces données, une analyse globale du transcriptome par emploi de puces à exons (Affymetrix) a été réalisée à partir d’ARN totaux isolés 1h, 2h, 4h et 24h après le début du stress. Nous avons ainsi identifié des modulations d’expression et d’épissage spécifiques de chacune des deux phases. L’analyse des données par des outils bio-informatiques a permis de mettre en évidence des fonctions cellulaires bien définies qui sont plus particulièrement affectées lors d’un stress oxydant. Enfin, pour comprendre l’origine des variations d’épissage observées lors d’un stress oxydant, j’ai entrepris d’analyser les effets de ce stress sur le niveau d’expression et la localisation cellulaire des composants du spliceosome ou des facteurs qui s’associent pour réguler son activité / Myotonic distrophy of type 1 (DM1) is a genetic disease characterized by skeletal muscle degeneration associated to myotonia. DM1 results from the instable expansion of CTG repeats within the 3’ untranslated region of the DMPK gene. The accumulation of mutated DMPK mRNAs within nuclear foci leads to the sequestration of the MBNL1 splicing factor and causes splicing misregulation of numerous pre-mRNAs. Among altered events the increase of the inclusion of exon 5 in the human cardiac troponin T (hcTNT) mRNA is of particular importance, since it contributes to the cardiac symptoms presented by the patients. Through collaborative work with N. Sergeant’s team from Lille, the team has studied the molecular bases of hcTNT exon 5 inclusion regulation and mapped 8 MBNL1 binding sites, including 6 new ones, within intronic regions surrounding exon 5. They also identified positive and negative splicing regulatory elements of which protein partners remain unidentified. The first objective of my PhD thesis was to test the functional importance of each individual MBNL1 binding site. The obtained results established that the 6 newly identified MBNL1 binding sites are involved in splicing regulation by MBNL1 and lead us to propose a new regulation model in which MBNL1 binds on triplets of MBNL1 sites present on each side of exon 5 and form a long distance structure via MBNL1-MBNL1 protein interaction. The formation of this looping-structure is expected to isolate exon 5 and limit its recognition by the spliceosome. In addition I searched for protein partners of the identified regulatory elements by affinity chromatography. By this way, I identified hnRNP H as a positive regulator of exon 5 inclusion. Its capacity to compete with MBNL1 to regulate splicing in cellulo by binding on exonic and intronic binding sites was further confirmed. The second part of my PhD work corresponds to the study of the global impact of oxidative stress, generated by exposition of HeLa cells to 500 µM of H2O2, on alternative splicing. This allows us to establish that the response of HeLa cells to oxidative stress involve two distincts phases: an early one (1h-8h) characterized by poor survival rate and high intracellular ROS content and a late phase (16-24h), associated with a decrease of the intracellular ROS level and the overexpression of the long non coding sat III RNAs. Based on this observation, we performed a transcriptome global analysis by using exon arrays from Affymetrix on RNA samples isolated 1, 2, 4 or 24 hours after the induction of the oxidative stress. We identified changes of the gene expression level or mRNA splicing pattern specific of each of the response phases. Data computing by bio-informatic tools identified the most affected cellular processes and functions during the cell response to oxidative stress. In order to better understand the mechanisms underlying alternative splicing modulation during oxidative stress, I started to study the impact of oxidative stress on the expression level and the cellular localization of spliceosome components and most common splicing regulation factors