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Les récepteurs canaux P2X, sélectifs des cations, sont activés par l'ATP extracellulaire. Les récepteurs P2X remplissent de nombreux rôles physiologiques allant de la nociception à la neuromodulation. L'étude du rôle physiopathologique de ces récepteurs souffre d'un manque d'outils pharmacologiques sélectifs. L'optogénétique pharmacologique serait une méthode pour palier ce manque. Mes travaux se divisent en deux parties, l'une concernant l'étude structurale des récepteurs P2X et l'autre présentant le développement d'outils optogénétiques chimiques pour contrôler l'activité des récepteurs P2X. Dans une première série d'expériences nous avons identifié le site de liaison de l'ATP par marquage d'affinité dirigé à l'aide d'un analogue de l'ATP thiol réactif. Ensuite,nous avons démontré le mécanisme d'activation des récepteurs P2X dans une étude utilisant la bioinformatique et l'ingénierie de site zinc. Ainsi nous avons établi une corrélation entre l'ouverture du canal et le rétrécissement du site de liaison suite à la fixation de l'ATP. Enfin nous avons mis au point une nouvelle stratégie optogénétique chimique appelée « optogating » permettant de reprogrammer un canal ionique afin de le contrôler par la lumière. Nous avons montré qu'un récepteur canal modifié au niveau transmembranaire, par un réactif contenant un azobenzène, peut être activé réversiblement par la lumière sans recourir au ligand endogène. Nous avons réussi à photocontrôler l'activité neuronale à l'aide d'un récepteur P2X activé par la lumière,dans lequel, la sensibilité à l'ATP a été génétiquement supprimée. Cet outil est prometteur pour l'étude du rôle physiologique des récepteurs P2X in vivo. / The ATP-gated P2X receptors are trimeric ion channels that are selective to cations.These ion channels are involved in various physiological processes such as nociception and neuromodulation. The study of P2XR physiology suffers from a lack of selective pharmacological molecules. Optogenetic pharmacology could solve this problem. ln thiswork, 1 performed structural studies of P2X receptors and developed an original optochemical tool in order to contrai P2X activity. First, we localized the ATP-binding sites by creating, through a proximity-dependent"tethering" reaction, covalent bonds between a synthesized ATP-derived thiol-reactiveP2X2 agonist (NCS-ATP) and single cysteine mutants engineered in the putativebinding cavities of the P2X2 receptor. Next, we demonstrated that tightening of the ATP-binding sites correlates precisely with channel opening in the P2X2 receptor. Finally, we developed a unique and versatile method, in which the gating machinery of the P2X2 receptor was reprogrammed to respond to light. We found that channels covalently modified by azobenzene-containing reagents at the transmembrane segments could be reversibly turned on and off by light, without the need of the natural ligand (here ATP). We demonstrated photocontrol of neuronal activity by a light-gatedP2X receptor, in which the natural sensitivity to ATP was genetically removed. These light-gated P2X receptors represent valuable tools for investigating the physiological functions of P2X receptors.

Mammalian nuclear function depends on the complex interaction of genetic and epi-genetic elements coordinated in space and time. Structure and function overlap to such a degree that they are usually considered as being inextricably linked. In this work I combine an experimental approach with a computational one in order to answer two main questions in the field of mammalian chromosome organization. In the first section of this thesis, I attempted to answer the question, to what extent does chromatin from different chromosome territories share the same space inside the nucleus? This is a relatively open question in the field of chromosome territories. It is well-known and accepted that interphase chromosomes are spatially constrained inside the nucleus and that they occupy their own territory, however, the degree of spatial interaction between neighbouring chromosomes is still under debate. Using labelling methods that directly incorporate halogenated DNA precursors into newly replicated DNA without the need for immuno-detection or in situ hybridization, we show that neighbouring chromosome territories colocalise at very low levels. We also found that the native structure of DNA foci is partially responsible for constraining the interaction of chromosome territories as disruption of the innate architecture of DNA foci by treatment with TSA resulted in increased colocalisation signal between adjacent chromosomes territories. The second major question I attempted to answer concerned the correlation between nuclear function and the banding pattern observed in human mitotic chromosomes. Human mitotic chromosomes display characteristic patterns of light and dark bands when visualized under the light microscope using specific chemical dyes such as Giemsa. Despite the long standing use of the Giemsa banding pattern in human genetics for identifying chromosome abnormalities and mapping genes, little is known about the molecular mechanisms that generate the Giemsa banding pattern or its biological relevance. The recent availability of many genetic and epigenetic features mapped to the human genome permit a high-resolution investigation of the molecular correlates of Giemsa banding. Here I investigate the relationship of more than 50 genomic and epigenomic features with light (R) and dark (G) bands. My results confirm many classical results, such as the low gene density of the most darkly staining G bands and their late replication time, using genome-wide data. Surprisingly, I found that for virtually all features investigated, R bands show intermediate properties between the lightest and darkest G bands, suggesting that many R bands contain G-like sequences within them. To identify R bands that show properties of G bands, I employed an unsupervised learning approach to classify R bands on their genomic and epigenomic properties and show that the smallest R bands show a tendency to have characteristics typical of G bands. I revisit the evidence supporting the boundaries of G and R bands in the current cytogenomic map and conclude that inaccurate placement of weakly supported band boundaries can explain the intermediate pattern of R bands. Finally, I propose an approach based on aggregating data from multiple genomic and epigenomic features to improve the positioning of band boundaries in the human cytogenomic map. My results suggest that contiguous domains showing a high degree of uniformity in the ratio of heterochromatin and euchromatin sub-domains define the Giemsa banding pattern in human chromosomes.

Les sciences du vivant ont connu des développements technologiques importants dans les dernières décennies. Dans les années 90 et 2000 le monde a assisté à l'apparition de plusieurs technologies a priori prometteuses telles que le clonage de mammifères, la transgénèse animale et végétale ou encore les traitements thérapeutiques par des cellules souches. La littérature spécialisée dans le domaine est riche en publications sur les aspects technico-expérimentaux de ces technologies et, malgré la difficulté technique encore apparente dans les publications, les auteurs sont optimistes quant à la réalisation de ces technologies de façon commerciale. Ces avancées technologiques se sont accompagnées de l'émergence d'une nouvelle industrie du vivant. Les entreprises de ce nouvel environnement sont rapidement reconnaissables par leur besoin intensif de connaissance, leur haut niveau de spécialisation et des compétences hautement spécialisées. Mais, malgré ce caractère innovant, et le développement d'un nouveau marché à haute valeur ajoutée, les entreprises qui se lancent sur ces activités sont fréquemment affrontées à des difficultés économiques. Nous avons souhaité analyser cette nouvelle industrie du point de vue gestionnaire afin de comprendre les difficultés de gestion rencontrées par les acteurs. La littérature académique et empirique traite peu les questions managériales de ces technologies. Généralement, chaque technologie y est traitée de façon très individualisée de façon à ce que chaque technologie soit reconnue comme une entité particulière, presque unique. Ce contexte engendre l'impossibilité d'avoir une vision unifiée et générique de ces industries. Nous avons alors proposé de concevoir un modèle générique permettant de discuter les caractéristiques managériales génériques de cette industrie. Cet effort de conceptualisation est utile dans un premier temps pour comprendre les difficultés de gestion rencontrées par les entreprises dédiées aux technologies récentes du domaine du vivant. Par la suite, le concept peut être utile pour la proposition d'améliorations managériales. La Théorie C-K a été mobilisée pour faciliter l'organisation des informations disponibles et les structurer de façon à en faire des connaissances mobilisables pour la conception du modèle générique souhaité. La collecte des informations a été réalisée à l'aide d'une étude de cas, telle que décrite par Eisenhardt (1989). Comme il existe une grande variété de technologies dans cette industrie, nous avons décidé de développer le concept à partir du cas d'une technologie spécialement touchée par les difficultés entrepreneuriales : celle du clonage équin. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse. / Life sciences noticed important technological developments during the last decades. Some promising examples, developed in the 90's and 2000's, were mammals cloning, animal and vegetal transgenesis and the therapeutic stem cells. The specialized literature of the life science domain is rich on technical-experimental publications and despite the technical difficulty still present, the authors are optimistic about their commercial issue. These technological advances induced the emergence of a new life science industry where the companies are knowledge intensive and highly specialised. Despite the innovative character and the development of a new market of high added value, the companies of this sector often face economic difficulties. We analysed this recent industry under the managerial point of view aiming to understand the difficulties presented to the managers. Little concern about these problems is available in the specialised literature. In general the technologies are treated individually as an almost unique entity. Under this context it is currently impossible to develop a general overview enabling to study general aspects of this industry. In this aim we proceeded to design a generical model that could allow discussing the managerial characteristics of the industry. This designing effort was necessary to understand the general difficulties met by the companies specialised in these recent technologies. Thereafter the concept can be used to propose managerial improvements. The C-K Theory was employed to structure and translate available information in order to make them available for the design of the model. The data was collected under a case study methodology, as described by Eisenhardt (1989). The existence of a rich panel of recent technologies in this domain justifies the need to develop the concept from a unique extreme case, especially affected by managerial difficulties: the case of the equine cloning. Last and final summary in the thesis.

L'exploration génétique de la déficience intellectuelle (DI) a été révolutionnée par l'amélioration des technologies de séquençage depuis ces dernières années avec la caractérisation du spectre mutationnel des gènes impliqués dans la DI, ainsi que l'identification de nouveaux gènes associés. Dans notre étude, nous avons utilisé la technique d'analyse sur microréseau d'ADN (Hybridation Génomique Comparative ou CGH-array) à haute résolution, puis celle du séquençage haut débit pour rechercher une altération à l'origine de la DI inexpliquée. Le syndrome d'Aicardi est une maladie neurodéveloppementale rare et sporadique, caractérisée par la triade: spasmes infantiles, agénésie du corps calleux, et lacunes choriorétiniennes. Ce syndrome est décrit exclusivement chez les filles avec l'hypothèse la plus probable d'une mutation dominante liée au chromosome X. Nous avons d'abord analysé les ADN de 22 patientes atteintes du syndrome d'Aicardi par CGH-array, à l'aide d'un microréseau d'oligonucléotides haute résolution (1M) spécifique du chromosome X, sans identifier de remaniements ou CNV pouvant être impliqués dans la maladie. Un premier séquençage haut débit de l'exome du chromosome X, a été effectué sur l'ADN d'un trio (patiente et parents) et deux autres patientes présentant des signes typiques du syndrome d'Aicardi. Les résultats ont révélé 59 mutations dans 51 gènes. Il s'agit de 13 variants hérités de la mère, 8 hérités du père, de 36 faux positifs, et 2 SNP. Un deuxième séquençage haut débit, sur l'exome complet, a ensuite été réalisé, à partir de l'ADN de cinq trios (patientes et parents). Nous présentons et commentons les différentes stratégies d'analyses utilisées à la recherche d'un gène candidat. Les résultats obtenus pour les SNP soulignent les difficultés rencontrées en terme de profondeur du séquençage générant de nombreux contrôles et les difficultés d'alignement des séquences ne rendant pas performant l'analyse des indels. Parallèlement, dans notre cohorte de patients du centre de référence maladies rares, la CGH-array a identifié des altérations intragéniques du gène IL1RAPL1 dont deux duplications originales et une délétion. Nous analysons les corrélations génotype - phénotype au regard des données de la littérature avec notamment la variabilité d'expression clinique. Deux délétions intragéniques et une duplication intragénique du gène MBD5, survenue de novo ont été aussi détectées chez des patients atteints de DI. Cette duplication conduit à des transcrits aberrants avec codon stop prématuré. Le gène MBD5 a été séquencé sur une cohorte de 78 patients phénotypiquement sélectionnés révélant une mutation nonsens de novo détecté chez un garçon associé avec un phénotype sévère. Nos travaux témoignent des avantages de ces stratégies d'analyse pangénomiques, dont l'analyse sur microréseau, mais souligne aussi la complexité, les limites en terme d'interprétation des résultats, tout particulièrement pour le séquençage de nouvelle génération / The genetic exploration of intellectual disability (ID) has been revolutionized with the improvement in sequencing technologies during last decade with characterization of mutational spectrum of genes involved in ID as well as to identify new genes associated with it. In this study we used high resolution (comparative genomic hybridization array) CGH-array and high throughput sequencing technique to find the genetic cause in patients with unexplained ID. Aicardi syndrome is a rare sporadic neurodevelopmental syndrome, characterized by classic triad of agenesis of corpus callosum, chorioretinal lacunes and infantile spasms. This syndrome is exclusively present in females with plausible hypothesis of X linked dominant mutation. We first tested DNA of 22 patients diagnosed with Aicardi syndrome by using a high resolution oligonucleotide CGH-array 1M specifically designed for X-chromosome without identifying any pathogenic CNV or deleterious rearrangements involved in the disease. High throughput sequencing for exome of X chromosome was carried out in one trio (patient-parents) and two patients with typical Aicardi syndrome diagnosis. Sequencing results detected 59 mutations in 51 genes. 13 mutations were inherited from mother, 8 inherited from father, 36 false positive and 2 were SNP?s. Second approach was based on High throughput sequencing for complete exome of five trios (patient-parents) DNA. We presented and commented different strategies for data analysis in search of a candidate gene. These results highlighted difficulties in terms of depth and alignment of sequencing reads which generated various false positive SNP?s and indels. In second cohort from reference centre of rare diseases CGH-array has identified two intragenic rearrangements of IL1RAPL1 gene: two unique duplications and one deletion. We analyze genotype-phenotype correlations with cases described in literature which emphasizes the clinical variability of expression in these patients. Two de novo intragenic deletions and a de novo intragenic duplication were detected in MBD5 gene in patients with ID. The de novo duplication of MBD5 resulted in an aberrant transcripts leading to a premature termination codon. A selected cohort of 78 patients were sequenced for MBD5 gene which revealed a de novo nonsense mutation in a male patient associated with a much more damaging phenotype. This study highlighted the advantages of pangenomic analysis by CGH-array and at the same time it identified the complexity and limitations in interpretation of results particularly for High throughput sequencing

Η geminin είναι ένα σχετικά καινούριο μόριο το οποίο διαθέτει καίριο ρόλο κατά την ανάπτυξη και την διαφοροποίηση, εξαιτίας του νευροποιητικού δυναμικού της, της ικανότητάς της να αλληλεπιδρά με μέλη των Hox και polycomb πρωτεϊνών, καθώς επίσης και να δρα σαν ρυθμιστής του κυτταρικού κύκλου, λειτουργώντας ως αναστολέας του παράγοντα αδειοδότησης της αντιγραφής του DNA, CDT1. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, κλωνοποιήσαμε το γονίδιο της geminin στο ποντίκι το οποίο αποτελείται από 7 εξώνια και καλύπτει μία περιοχή γύρω στα 10Kb. Σχεδιάσαμε και κλωνοποιήσαμε ένα πλασμιδιακό όχημα στόχευσης για το γονίδιο της mgeminin και εισήγαμε 3 θέσεις loxP στο γενωμικό locus αυτής, με σκοπό να δημιουργήσουμε υπό συνθήκη ελλειμματικούς ποντικούς για το γονίδιό της. Χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο φορέα στόχευσης αδρανοποιήσαμε το γονίδιο της Geminin σε pc3 (protamine Cre 3) πολυδύναμα κύτταρα ποντικού, δημιουργώντας ετερόζυγους ES κλώνους που φέρουν το «floxed» αλληλόμορφο, καθώς επίσης και το αλληλόμορφο αγρίου τύπου. Το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο ελέγχθηκε τόσο με PCR όσο και με ανάλυση κατά Southern για την ορθότητα του ομόλογου ανασυνδυασμού. Ταυτοποιήσαμε 15 ορθά ανασυνδυασμένους ES κλώνους, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία υπό συνθήκη knockout ποντικών για το γονίδιο της geminin, μετά από έγχυση σε B6 βλαστοκύστεις και επακόλουθη μεταφορά αυτών σε θετές μητέρες. / Geminin is a novel bifunctional molecule with a pivotal role in the processes of differentiation and cell cycle regulation, due to its neuralizing potential, its ability to interact through Hox and polycomb group members, as well as in the inhibition of cell cycle progression through protein-protein interactions with the licensing factor Cdt1. We have cloned the mouse Geminin gene, which consists of 7 exons and spans approximately a region of 10Kb. We have generated a vector and introduced 3 loxP sites in the Geminin locus, in order to create conditional knockout mice. Using this knockout construct we inactivated the geminin locus in pc3 mouse embryonic stem cells, creating heterozygous ES clones, carrying a “floxed” and a “WT” allele for geminin. The mutant allele in the targeted ES cells has been verified with Southern blotting and PCR for the correct homologous recombination events. We identified 15 correctly targeted ES clones, which can be used for the generation of conditional geminin knockout mice, upon injection into B6 blastocysts and subsequent transfer to foster mothers.

Les maladies neuromusculaires sont des maladies souvent très sévères et très handicapantes, et un fardeau pour les patients, leurs familles, ainsi que pour le système de santé. Le but de ce projet était de mettre au point et de valider une approche de capture de séquence et de séquençage haut débit pour identifier les mutations en cause chez les patients atteints de maladies neuromusculaires et également trouver les nouveaux gènes qui sont impliqués dans une sous-classe de myopathies, les myopathies centronucléaires. Nous avons montré que l’approche de capture de séquence et de séquençage haut débit peux être utile dans le domaine des maladies neuromusculaires car elle est moins coûteuse que les approches conventionnelles « gène par gène » mise en oeuvre dans les laboratoires de diagnostics génétiques.Cette stratégie devrait élargir les spectres cliniques connus et identifier de nouvelles maladies alléliques (des mutations dans un gène causant différentes maladies). De plus, cela sera utile pour l’élargissement des connaissances sur les corrélations génotypes-phénotypes qui sont nécessaires à une prise en charge plus adaptée et au développement de stratégies thérapeutiques. / Neuromuscular disorders (NMD) are genetic diseases affecting muscles, nerves and neuromuscular junctions. They are rare and often severe with different age of onset from childhood to adulthood with significant burden to the patients, their families and public health system. For testing the possibility of using massively parallel sequencing as a routine technique in molecular diagnosis of neuromuscular disorders, the first aim of my PhD project was to use massively parallel sequencing technique in patients with different NMDs for disease-causing mutation detection. The second aim of my PhD project was to find novel gene(s) implicated in centronuclear myopathies (CNM). CNM are inherited neuromuscular disorders and a type of congenital myopathies, characterized mainly by presence of central and one or more internalized nuclei in muscle fibers with different severities and age of onset, using massively parallel sequencing. About 20% of CNM patients don’t have any mutations in four implicated genes. Disease- causing mutation(s)/ gene(s) in these patients need to be identified. We could show that next generation sequencing is a robust technique for gene identification if a homogenous cohort of patients is available and also is useful to use as a routine technique in molecular diagnosis as it istime and cost effective technique.

Ce travail concerne le développement d’un système de vectorisation nanoparticulaire pour l’interférence ARN, constituant une nouvelle proposition thérapeutique applicable à des pathologies virales ou tumorales, et possiblement complémentaire aux traitements existants. La vectorisation de siRNA est ici basée sur l’enrobage multicouche de nanoparticules de phosphate de calcium, la multicouche étant constituée de dépôts alternés de PEI modifié et de siRNA. Ce système permet d’obtenir une efficacité de transfection des cellulaires cibles supérieure à celle des procédés conventionnels et une rémanence fonctionnelle in vitro jusqu’à neuf jours. Les résultats d’interférence ARN obtenus ont permis notamment d’inhiber l’infection par le virus de l’hépatite C jusqu’à 99,95%, l’inhibition de l’expression d’une protéine intrinsèque jusqu’à90,5%, et le ralentissement de la croissance cellulaire dans un modèle 3D mimant une tumeur hépatique jusqu’à 46,5%. Ces nanoparticules pourraient présenter un intérêt majeur, en offrant une action à long terme et en résolvant la plupart des difficultés rencontrées en utilisant des siRNA en thérapie. / This work concerns the development of a nanoparticle vector system for RNA interference,constituting a new therapeutic option applicable to viral and tumor pathologies,and possibly complementary to existing treatments.siRNA vectorisation is here based on multi layer coating of alcium phosphate nanoparticles,the multi layer being constituted of alternate coatings of modified PEI and siRNA.This system triggers a better transfection efficiency of target cells than classic techniques,as well as a functional persistence up to 9 days in vitro.RNA interference results using CPnp allowed inhibition of hepatitis C virus infection up to 99.95%,of intrinsic protein expression up to 90.5%,and of cell growth in a 3 D model mimicking an hepatic tumor up to 46.5%.These nanoparticles could be of major interest,by offering a long term action,and resolving most of the issues found in the use of siRNA in therapy.