Les facteurs environnementaux, tels que les pesticides, peuvent induire des changements phénotypiques dans une variété d'organisme incluant les mammifères. Nous avons étudié chez la souris les effets d'un pesticide largement utilisé, l'atrazine (ATZ), sur la méiose, une étape clé du processus de spermatogenèse. L'utilisation des méthodes de puces à ADN (Gene-Chip) et de séquençage de chromatine immunoprécipité (ChIP-seq) nous a permis de mettre en évidence l'effet de l'ATZ sur une variété de fonctions cellulaires, incluant l'activité GTPase, la fonction mitochondriale et le métabolisme des hormones stéroïdes. De plus, les souris traitées présentent un enrichissement des marques d'histone H3K4me3 au niveau des régions de forte recombinaison (sites de cassures double brin) de gènes très long et une réduction de ces mêmes marques au niveau des régions pseudo-autosomal du chromosome X. Nos données démontrent que l'exposition à l'ATZ interfère avec le déroulement normal de la méiose, ceci affectant la production des spermatozoïdes. Nous avons trouvé que les marques H3K4me3, chez la souris mâle, sont largement affectées par l'ATZ grâce à l'utilisation de technique de séquençage du génome entier. La reprogrammation embryonnaire nécessite l'action coordonnée d'un grand nombre de gène et de facteurs épigénétiques afin de permettre la transition de cellules somatique en cellules germinales. Les modifications épigénétiques imposées pendant la transition des cellules somatiques en cellules germinales et affectées par des expositions nocives, peuvent être héritées et transmises aux générations suivantes via les gamètes. Dans cette étude, nous avons examiné l'héritage des histones modifié aux générations suivantes. Nous avons exposés des femelles gestantes CD1 non consanguines à l'ATZ et les mâles issus de ces femelles ont été croisés pendant trois générations avec des femelles non traitées. Nous avons démontré ici que l'exposition à l'ATZ réduit le nombre de spermatozoïdes sans affecter la morphologie cellulaire ou la proportion des différents types cellulaires constituant l'épithélium séminifère chez les individus issus de la 3ème génération après traitement. Beaucoup de gènes associés avec la réparation de l'ADN, la reproduction et les fonctions mitochondriales sont dérégulés chez les mâles issus de la 3ème génération après traitement. De façon importante, l'exposition à l'ATZ change dramatiquement l'initiation de la transcription, l'épissage et la polyadénylation alternative des ARN. Nous avons aussi observé chez les mâles F3 issus de souris traitées à l'ATZ une altération de la localisation des marques H3K4me3 dans le promoteur de gène associé à la régulation de processus métaboliques cellulaires, à la régulation de la transcription et à la mitose. Les changements de localisation des marques H3K4me3 chez les mâles F3 issus de souris traitées à l'ATZ correspondent à des changements de la localisation de ces marques au niveau de gènes impliqués dans la différenciation des cellules de type souche de la génération F1.Nos données suggèrent que l'héritage transgénérationnel est permis grâce à de multiples voies et repose sur le statut épigénétique de gènes impliqués dans la différenciation des cellules de type souches tels que Pou5f1 et Sox2, l'action des facteurs de transcription et la rétention d'histones dans le sperme. / Environmental factors such as pesticides can cause phenotypic changes in various organisms, including mammals. We studied the effects of the widely used herbicide atrazine (ATZ) on meiosis, a key step of gametogenesis, in male mice. We demonstrate that exposure to ATZ reduces testosterone levels and the number of spermatozoa in the epididymis and delays meiosis. Using Gene-Chip and ChIP-Seq analysis of H3K4me3 marks, we found that a broad range of cellular functions, including GTPase activity, mitochondrial function and steroid-hormone metabolism, are affected by ATZ. Furthermore, treated mice display enriched histone H3K4me3 marks in regions of strong recombination (double-strand break sites), within very large genes and reduced marks in the pseudoautosomal region of X chromosome. Our data demonstrate that atrazine exposure interferes with normal meiosis, which affects spermatozoa production.We found that the H3K4me3 marks in male mice are broadly affected by the widely used herbicide atrazine with genome wide ChIP-sequencing. Embryonic reprogramming requires the coordinated action of many genes and epigenetic factors to perform somatic to germline transition. The epigenetic modifications imposed during somatic to germline transition and affected by harmful exposure can be inherited and transferred to subsequent generations via the gametes. In this study, we examine the inheritance of altered histone modifications by subsequent generations. We exposed pregnant outbred CD1 female mice to the widely used herbicide atrazine (ATZ), and the male progeny were crossed for three generations with untreated females. We demonstrate here that exposure to ATZ reduces the number of spermatozoa without changing the cell morphology or types in testis tissue in the third generation after treatment. Many genes associated with DNA repair, reproduction and mitochondrial function became dysregulated in the third generation (F3) of males after treatment. Importantly, exposure to ATZ dramatically changes the transcription initiation, splicing and alternative polyadenylation of RNA. We also observed altered occupancy of H3K4me3 markers in the F3 generation of ATZ-derived males in gene promoters associated with the regulation of cellular metabolic processes, transcriptional regulation and mitosis. The changes in H3K4me3 occupancy in F3 ATZ-derived males correspond to changes in the H3K4me3 occupancy of stem cell differentiation genes in the F1 generation. Our data suggest that transgenerational inheritance is accomplished through multiple pathways and relies on the epigenetic state of stem cell differentiation genes such as Pou5f1 and Sox2, transcription factor action and sperm histone retention.

Cardiovascular disease is a major cause of mortality in the world, and is rapidly increasing. To understand the inflammatory response of various diseases, we have made tremendous advances in molecular and cellular research to show clear evidence that macrophages and dendritic cells play central roles in cardiovascular diseases, such as atherosclerosis and myocardial infarction. We have identified the two conventional DCs subsets (cDC1 and cDC2) in heart of healthy mouse. As expected, we found that the IRF8-expressing cDC1, but not the IRF4-expressing cDC2, was dependent on Flt3 for its development. Myocardial infarction significantly increased the infiltration of CD45+ leukocytes in the infarcted heart, including macrophages, neutrophils and DCs. Among cDC, the most significantly increased subset was the cDC2. The diphtheria toxin receptor (DTR) mediated depletion of Zbtb46-expressing DCs in myocardial infarcted mice led to a significant decrease of IL-1β expression together with an increased recruitment of leukocytes. This dramatically reduced the infarcted size and improved cardiac function, suggesting that cardiac DCs play an important role in immune cell infiltration following myocardial infarction. In another study, we developed, for the first time, a lipid probe-based flow cytometry method to analyze foam cells in atherosclerotic aorta. Our method enables to isolate foamy and non-foamy macrophages in order to perform the transcriptomic analysis of these cells. In addition, this technique allows to assess the severity of atherosclerosis and the characteristics of foam cells. RNA-seq analysis showed that lipid-laden foamy macrophages in atherosclerotic lesions clearly expressed different transcripts compared to non-foamy macrophages. Surprisingly, we found that non-foamy macrophages showed a pro-inflammatory signature reflected by the up-regulation of cytokines, such as Il1β, Tnf and Nlrp3. However, foamy macrophages up-regulated genes related to the transport and uptake of lipids (cholesterol and fatty acid). Collectively, we specifically identified the function of dendritic cells and macrophages in the pathogenesis of cardiovascular diseases. Understanding the precise role of these cells will help to develop appropriate immune-therapeutic strategy to attenuate cardiovascular disease. / Les maladies cardiovasculaires représentent un risque majeur de mortalité dans le monde et la prévalence de ces pathologies ne cesse d’augmenter. Pour comprendre la réponse inflammatoire de ces maladies, nous avons fait d’énormes progrès dans la recherche moléculaire et cellulaire afin de démontrer clairement que les macrophages et les cellules dendritiques jouent un rôle central dans l’athérosclérose et l’infarctus du myocarde, deux maladies cardiovasculaires mortelles. Nous avons trouvé que, à l’état normal, le coeur de souris abrite les deux types de cellules dendritiques classiques (cDC1 et cDC2). Conformément à ce qui est connue sur ces les cDC, nous avons constaté que les cDC1, qui expriment IRF8, dépendent du Flt3, un facteur de croissance important pour leur développement alors que les cDC2, qui expriment IRF4, sont Flt3 indépendantes. Nous avons trouvé que le nombre total leucocytes CD45+ augment dans le coeur des souris ayant subi l'infarctus du myocarde. Ces leucocytes étaient majoritairement des macrophages, des neutrophiles et des cDCs. Parmi ces dernières, les cDC2 ont connu une plus forte augmentation. Dans un premier projet, nous avons vérifié le rôle de ces cDCs dans cette pathologie. Pour ce faire, nous avons procédé à la déplétion de ces cellules en utilisant un modèle de souris exprimant le récepteur de la toxine diphtérique (DTR) au même temps que Zbtb46. L’expression spécifique de ce dernier dans les cDCs induit l’expression de la DRT et l’injection ultérieure de la toxine diphtérique provoque la déplétion des cDCs chez ces souris transgéniques. Nos travaux ont montré que la déplétion des cDCs diminue le recrutement des leucocytes et l'expression de la cytokine inflammatoire l'IL-1β dans le coeur des souris ayant subi l’infarctus du myocarde. Cela réduit considérablement l’ampleur de l'infarctus et améliore la fonction cardiaque, suggérant que les cDCs jouent un rôle important dans l'infiltration de cellules immunitaires après infarctus du myocarde. Dans une autre étude, nous avons mis au point, pour la première fois, une méthode basée sur l’utilisation de sonde lipidique pour analyser les cellules spumeuses de l'aorte par cytométrie en flux. Cette méthode permet de cibler et isoler les macrophages spumeux et non-spumeux afin d’analyser leur profile transcriptomique. En plus de caractériser ces cellules, cette technique permet d’évaluer la taille des plaques d’athérosclérose. Le séquençage des ARN (ARN-seq) a montré que les macrophages spumeux chargés de lipides dans les lésions athérosclérotiques expriment clairement différents transcrits par rapport aux macrophages non-spumeux. De manière surprenante, nous avons constaté que les macrophages nonspumeux présentaient une signature pro-inflammatoire reflétée par une régulation à la hausse de l’Il1β, le Tnf et Nlrp3. Par contre, les macrophages spumeux présentait un profile non inflammatoire caractérisé une augmentation de l’expression des gènes liés au transport et à l'absorption de lipides (cholestérol et acides gras). Contrairement à ce qui est connue jusqu’à maintenant sur le rôle pathogénique des macrophages spumeux, nos résultats montrent que ces cellules jouent un rôle plutôt protecteur dans l’athérosclérose. Collectivement, nous avons spécifiquement identifié la fonction des cDC et des macrophages dans la pathogenèse des maladies cardiovasculaires. Comprendre le rôle précis de ces cellules aidera à développer une stratégie immunothérapeutique appropriée pour atténuer les maladies cardiovasculaires.

L'objectif principal de cette thèse est le développement, l'amélioration et l'évaluation de méthodes de traitement de données massives de séquençage, principalement des lectures de séquençage d'ARN courtes et longues, pour éventuellement aider la communauté à répondre à certaines questions biologiques, en particulier dans les contextes de transcriptomique et d'épissage alternatif. Notre objectif initial était de développer des méthodes pour traiter les données d'ARN-seq de deuxième génération à l'aide de graphes de De Bruijn afin de contribuer à la littérature sur l'épissage alternatif, qui a été exploré dans les trois premiers travaux. Le premier article (Chapitre 3, article [77]) a exploré le problème que les répétitions apportent aux assembleurs de transcriptome si elles ne sont pas correctement traitées. Nous avons montré que la sensibilité et la précision de notre assembleur local d'épissage alternatif augmentaient considérablement lorsque les répétitions étaient formellement modélisées. Le second (Chapitre 4, article [11]) montre que l'annotation d'événements d'épissage alternatifs avec une seule approche conduit à rater un grand nombre de candidats, dont beaucoup sont importants. Ainsi, afin d'explorer de manière exhaustive les événements d'épissage alternatifs dans un échantillon, nous préconisons l'utilisation combinée des approches mapping-first et assembly-first. Étant donné que nous avons une énorme quantité de bulles dans les graphes de De Bruijn construits à partir de données réelles d'ARN-seq, qui est impossible à analyser dans la pratique, dans le troisième travail (Chapitre 5, articles [1, 2]), nous avons exploré théoriquement la manière de représenter efficacement et de manière compacte l'espace des bulles via un générateur des bulles. L'exploration et l'analyse des bulles dans le générateur sont réalisables dans la pratique et peuvent être complémentaires aux algorithmes de l'état de l'art qui analysent un sous-ensemble de l'espace des bulles. Les collaborations et les avancées sur la technologie de séquençage nous ont incités à travailler dans d'autres sous-domaines de la bioinformatique, tels que: études d'association à l'échelle des génomes, correction d'erreur et assemblage hybride. Notre quatrième travail (Chapitre 6, article [48]) décrit une méthode efficace pour trouver et interpréter des unitigs fortement associées à un phénotype, en particulier la résistance aux antibiotiques, ce qui rend les études d'association à l'échelle des génomes plus accessibles aux panels bactériens, surtout ceux qui contiennent des bactéries plastiques. Dans notre cinquième travail (Chapitre 7, article [76]), nous évaluons dans quelle mesure les méthodes existantes de correction d'erreur ADN à lecture longue sont capables de corriger les lectures longues d'ARN-seq à taux d'erreur élevé. Nous concluons qu'aucun outil ne surpasse tous les autres pour tous les indicateurs et est le mieux adapté à toutes les situations, et que le choix devrait être guidé par l'analyse en aval. Les lectures longues d'ARN-seq fournissent une nouvelle perspective sur la manière d'analyser les données transcriptomiques, puisqu'elles sont capables de décrire les séquences complètes des ARN messagers, ce qui n'était pas possible avec des lectures courtes dans plusieurs cas, même en utilisant des assembleurs de transcriptome de l'état de l'art. En tant que tel, dans notre dernier travail (Chapitre 8, article [75]), nous explorons une méthode hybride d'assemblage d'épissages alternatifs qui utilise des lectures à la fois courtes et longues afin de répertorier les événements d'épissage alternatifs de manière complète, grâce aux lectures courtes, guidé par le contexte intégral fourni par les lectures longues / The main goal of this thesis is the development, improvement and evaluation of methods to process massively sequenced data, mainly short and long RNA-sequencing reads, to eventually help the community to answer some biological questions, especially in the transcriptomic and alternative splicing contexts. Our initial objective was to develop methods to process second-generation RNA-seq data through de Bruijn graphs to contribute to the literature of alternative splicing, which was explored in the first three works. The first paper (Chapter 3, paper [77]) explored the issue that repeats bring to transcriptome assemblers if not addressed properly. We showed that the sensitivity and the precision of our local alternative splicing assembler increased significantly when repeats were formally modeled. The second (Chapter 4, paper [11]), shows that annotating alternative splicing events with a single approach leads to missing out a large number of candidates, many of which are significant. Thus, to comprehensively explore the alternative splicing events in a sample, we advocate for the combined use of both mapping-first and assembly-first approaches. Given that we have a huge amount of bubbles in de Bruijn graphs built from real RNA-seq data, which are unfeasible to be analysed in practice, in the third work (Chapter 5, papers [1, 2]), we explored theoretically how to efficiently and compactly represent the bubble space through a bubble generator. Exploring and analysing the bubbles in the generator is feasible in practice and can be complementary to state-of-the-art algorithms that analyse a subset of the bubble space. Collaborations and advances on the sequencing technology encouraged us to work in other subareas of bioinformatics, such as: genome-wide association studies, error correction, and hybrid assembly. Our fourth work (Chapter 6, paper [48]) describes an efficient method to find and interpret unitigs highly associated to a phenotype, especially antibiotic resistance, making genome-wide association studies more amenable to bacterial panels, especially plastic ones. In our fifth work (Chapter 7, paper [76]), we evaluate the extent to which existing long-read DNA error correction methods are capable of correcting high-error-rate RNA-seq long reads. We conclude that no tool outperforms all the others across all metrics and is the most suited in all situations, and that the choice should be guided by the downstream analysis. RNA-seq long reads provide a new perspective on how to analyse transcriptomic data, since they are able to describe the full-length sequences of mRNAs, which was not possible with short reads in several cases, even by using state-of-the-art transcriptome assemblers. As such, in our last work (Chapter 8, paper [75]) we explore a hybrid alternative splicing assembly method, which makes use of both short and long reads, in order to list alternative splicing events in a comprehensive manner, thanks to short reads, guided by the full-length context provided by the long reads