Depuis le séquençage complet du génome humain, la génomique se focalise sur la détection des modifications de l'ADN des gènes potentiellement impliqués dans les maladies humaines. Les modifications de l'ADN sont au niveau de la séquence ou épigénétique. Ces polymorphismes, fréquents, rares, connus ou inconnus, peuvent être identifiés par le développement de nouvelles méthodes de séquençage de l'ADN pour chaque individu. Ce projet a pour but le développement de méthodes d'analyse de l'ADN par clivage d'une chimère ARN/ADN et par MALDI-TOF MS. Elle repose sur l'utilisation d'une nouvelle classe d'ADN polymérases qui peut incorporer également des ribonucléotides. La chimère ARN/ADN, simple ou double brin, contient trois bases désoxynucléotides et une quatrième base sous sa forme ribonucléotide. Elle est ensuite clivée après chaque ribonucléotide par l'hydroxyde de sodium. Les fragments de clivage se terminent par un ribonucléotide qui possède un groupement 3'- phosphate terminal. Ils sont dessalés par des billes échangeuses de cation et leurs masses sont analysées par MALDI-TOF MS. La comparaison des masses de l'individu avec celles de la séquence de référence est significative d'un changement dans la séquence d'ADN. Les fragmentations en phase gazeuse de la chimère d'ARN/ADN ont également été étudiées. Cette méthode est adaptée pour l'étude d'un grand nombre d'individus dans une région limitée du génome grâce à la capacité haut-débit du MALDI-TOF MS. Cette méthode, rapide et efficace, possède de nombreuses applications tel que: le génotypage, le génotypage allèle-spécifique en multiplex, le microhaplotypage en multiplex, l'analyse de la méthylation de l'ADN et le séquençage

Les rhabdomyosarcomes embryonnaires et aléolaires (RMS) appartiennent aux tumeurs des tissus mous les plus fréquentes chez les enfants dont elles représentent 2/3 des cas. Plusieurs données suggèrent que la dérégulation des cellules progénitrices du muscle squelettique pourrait jouer un rôle dans l'émergence des cellules de RMS qui ont aussi bien perdu le contrôle de la régulation de la prolifération cellulaire que la capacité à se différencier.Néanmoins les mécanismes de développement des RMS restent à caractériser. La famille des IMPs et notamment IMP-2, protéines liant les ARN, sont à la fois fortement exprimées dans le muscle en régénération in vivo mais aussi dans les cellules de RMS.Au cours de ma thèse, j'ai pu mettre en évidence le rôle d'IMP-2 dans la motilité des cellules de RMS et dans les cellules musculaires ainsi que dans le contrôle de l'intégrité du cytosquelette de microtubules (MTs) et dans le remodelage des adhésions focales. En effet, IMP-2 est impliqué à la fois dans la régulation de l'expression de MuRF-3, une protéine lié àla stabilisation des MTs et de Pinch-2, un important médiateur de l'adhésion cellulaire.

Le repliement d'une molécule d'ARN non-codant est initié et stabilisé par ce qu'on appelle les motifs tertiaires. Ces motifs sont présents de manière récurrente dans les ARN de différents organismes vivants; ce qui suggère que leur rôle biologique a été conservé à travers l'évolution. Un recensement exhaustif et détaillé de ces motifs récurrents, incluant nombre d'occurrences et variantes, est donc une étape essentielle pour une meilleure compréhension du phénomène de repliement. Ce recensement peut être obtenu de manière efficace grâce à des méthodes automatiques d'extraction. Un inconvénient majeur des méthodes existantes est que la récurrence d'un motif est démontrée lorsque les occurrences trouvées sont strictement identiques. Dans la réalité, ces occurrences ne sont pas toujours identiques mais similaires en ce sens qu'elles possèdent une sous-structure commune ayant des propriétés biologiques spécifiques. Dans notre approche, une structure tertiaire d'ARN est modélisée par un graphe général étiqueté sur les sommets et les arêtes. Les sommets représentent les nucléotides étiquetés par leur base et leur numéro dans la séquence. Les arêtes représentent les interactions entre les bases étiquetées par leur type d'interaction. Les occurrences d'un motif récurrent deviennent, selon ce modèle, des sous-graphes similaires dont la structure commune est a priori inconnue. Ce type de recherche fait appel au problème du sous-graphe commun maximum bien connu en complexité algorithmique pour être NP-difficile et inapproximable. Ce travail propose (1) une nouvelle mesure de similarité de graphe permettant d'identifier des occurrences similaires d'un motif tertiaire potentiel. Cette mesure est obtenue par un algorithme de calcul d'un sous-graphe commun maximum ayant des propriétés structurales spécifiques, (2) une nouvelle méthode automatique d'extraction et de classification de (familles de) motifs d'ARN récurrents utilisant la nouvelle mesure de similarité. Il existe deux types de motifs tertiaires récurrents : les motifs locaux incrustés dans des éléments de structure secondaire et les motifs d'interaction faisant intervenir deux ou plusieurs éléments de structure secondaire. La méthode d'extraction et classification proposée a été appliquée à un échantillon représentatif de structures d'ARN. Les résultats obtenus ont été expertisés par des biochimistes de l'Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IBMC) de Strasbourg.

Les ARN constituent des cibles thérapeutiques extrêmement intéressantes bien qu'encore assez peu exploitées. En effet, les obstacles pour la conception de ligands spécifiques de ces cibles non traditionnelles, polyanioniques et très flexibles, sont encore loin d'être levés. Les aminoglycosides, utilisés depuis longtemps pour leurs propriétés antibiotiques, sont souvent décrits comme des " ligands universels " d'ARN. Leur structure constitue donc une architecture favorable pour l'élaboration de nouveaux ligands spécifiques des ARN.Le but de cette thèse a été de développer une méthode systémique originale combinant chimie organique et microbiologie pour synthétiser de nouvelles molécules de structure analogue aux aminoglycosides, se fixant de façon spécifique sur des cibles ARN. Ce travail repose sur la compréhension récente des voies de biosynthèse des aminoglycosides permettant leur ingénierie rationnelle selon une stratégie de mutasynthèse. Cette approche expérimentale s'appuie sur la conception de mimes de métabolites naturels pouvant être transformés par des bactéries génétiquement modifiées. Le développement de méthodologies novatrices en ingénierie métabolique, synthèse organique et chimie analytique nous a permis de concevoir des analogues d'aminoglycosides fluorés qui se sont avérées être d'excellentes sondes dans l'étude des ARN par RMN du fluor.

Ces travaux de thèse proposent une modélisation des structures secondaires d'ARN avec ou sans pseudonoeuds. Selon une approche combinatoire, nous concevons différents modèles de ces structures que nous étudions sous deux aspects. D'une part, nous définissons des modèles de génération aléatoire qui nous permettent de définir une mesure permettant une meilleure reconnaissance des structures biologiques. D'autre part, grâce à des codages appropriés et des bijections vers des langages représentés par des grammaires non-contextuelles, nous dénombrons les structures composant l'espace de prédiction des algorithmes exacts de prédiction de structures secondaires avec pseudonoeuds. La première partie concerne des modèles aléatoires de structures d'ARN sans pseudonoeuds. Nous montrons que ces structures aléatoires constituent une source de bruit pertinente lorsqu'il s'agit de déterminer si les logiciels de comparaison de structures attribuent un meilleur score à des comparaisons entre structures issues de la même famille d'ARN qu'à des alignements entre structures réelles et aléatoires. Nous comparons ensuite la sensibilité et la spécificité de RNAdistance, un programme de comparaison de structures, selon l'usage du score "brut" ou bien de la Z-valeur de ce score. Nous calculons plusieurs Z-valeurs selon différents modèles de structures aléatoires. Nous montrons que la Z-valeur calculée à partir d'un modèle de Markov améliore la détection des ARN de grande taille tandis que la Z-valeur calculée à partir d'un modèle basé sur des grammaires pondérées améliore la détection des ARN de petite taille. Nous nous intéressons ensuite, dans une deuxième partie, aux algorithmes de prédiction de structure secondaire avec pseudonoeuds. Nous complètons tout d'abord la classification de Condon et al. en décrivant les structures par leur graphe de cohérence et nous caractérisons également la restriction planaire de la classe de Rivas et Eddy. Nous étudions ensuite le compromis entre complexité des algorithmes existant et la taille de leur espace de prédiction. Nous dénombrons les structures en les codant par des mots de langages algébriques. Nous en déduisons alors des formules asymptotiques de dénombrement. Nous mettons aussi en évidence une bijection entre la classe de Lyngsø et Pedersen et des cartes planaires ainsi qu'une bijection entre la classe des pseudonoeuds indifférenciés, que nous avons introduite, et les arbres ternaires. Nous montrons alors que les différences de compléxité observées des algorithmes de prédiction ne sont pas toujours justifiées par la taille de l'espace de prédiction. A partir de ces grammaires, nous concevons des algorithmes efficaces de génération aléatoire, uniforme ou non uniforme contrôlée, de structures d'ARN avec pseudonoeuds.

L'inactivation du chromosome X est la réponse trouvée par l'évolution pour pallier à la divergence gonosomique entre mâle (XY) et femelle (XX). Ce phénomène sert donc à mettre les deux sexes sur un pied d'égalité en limitant la quantité de transcrits provenant des chromosomes X présents dans les cellules femelles. Au cours de mon doctorat, j'ai tenté de contribuer à l'étude des mécanismes de régulation transcriptionnelle, notamment l'activation, des deux acteurs principaux de l'inactivation: Xist et Tsix, son transcrit antisens. Pendant ces 4 anne��es, j'ai entrepris de cartographier le profil de fixation de plusieurs protéines le long du locus Xist/Tsix, dans le but de comprendre les mécanismes permettant une surexpression de Xist lors de la disparition de ses facteurs répressifs en cours de différenciation. J'ai donc pu établir un modèle de régulation transcriptionnelle de l'ARN non-codant Xist, impliquant plusieurs protéines connues pour leur rôle dans la régulation transcriptionnelle (CTCF et YY1) aussi bien que dans la formation de structures tridimensionnelles (la cohésine). La pertinence de ce modèle est renforcée par nos études montrant que de nombreux aspects de ce modèle sont conservés à travers l'évolution (notamment chez l'homme). J'ai également pu contribuer à la découverte de nouveaux activateurs de Tsix, certains facteurs de pluripotence se fixant au minisatellite DxPas34 afin de réguler l'élongation de la transcription de l'antisens. Ces résultats apportent donc d'importantes informations concernant les mécanismes régulant la mise en place du phénomène d'inactivation du chromosome X au cours du développement précoce de l'embryon.

Les ARNs non codants sont des régulateurs de l'expression génétique à plusieurs niveaux. Chez la bactérie et chez la souris, des ARNs non codants (6S et B2) ont la propriété de se lier à l'ARN polymérase et d'inhiber son activité. Afin de déterminer si l'ARN polymérase II (RNAPII) humaine était associée à des ARNs non codants, une immunoprécipitation anti-RNAPII a été réalisée sur des cellules HeLa mitotiques. Les ARNs co-immunoprécipités ont été purifiés et marqués et l'ARN U1 s'est trouvé particulièrement enrichi par rapport au contrôle. Cette co-immunoprécipitation reflète l'association de la snRNP U1 avec la RNAPII. Pour vérifier cette association sur un site de transcription actif, des lignées ont été établies avec l'insertion en multiples copies d'un gène à un site unique, créant ainsi un unique super site de transcription visualisable par FISH (Fluorescence In Situ Hybridization). Deux lignées distinctes ont été créées, l'une avec un gène comportant un intron, l'autre avec le même gène où l'intron comporte trois mutations ponctuelles abolissant l'épissage. Alors que les snARNs U2, U4, U5 et U6 sont absents du site non épissé, l'ARN U1 est enrichi de la même façon indépendamment de l'épissage. La présence des protéines spécifiques de la snRNP U1 indique que la snRNP U1 est recrutée au complet au site de transcription. Ces résultats laissent supposer un rôle pour l'association RNAPII - U1snRNP dans l'épissage cotranscriptionnel.

La tesis doctoral con título "Caracterización de la región cromosómica 15q11-13 del genoma humano. Variabilidad genómica en el autismo e identificación de ncRNAs" se basa en el estudio de la región cromosómica 15q11-q13, centrándonos en los aspectos de la variabilidad genómica y su significado funcional. En la primera parte del estudio buscamos reordenamientos de 15q11-q13 en pacientes con autismo, mediante la genotipación de marcadores microsatélites cubriendo dicha región, y definimos una deleción polimórfica de origen y tamaño variable en la región 15q11.2. Según los resultados del test FBAT, la deleción está asociada al trastorno autista. Analizamos la organización de esta región delecionada y encontramos evidencias que sugerían la presencia de ncRNAs en esta región. Identificamos 2 nuevos miRNAs y 19 RNAs funcionales de una clase no conocida hasta hoy, específicos de primates y con bajos niveles de expresión al menos en cerebro, hígado, riñón y testículo. Según los estudios de predicción de targets de los miRNAs identificados en la región 15q11.2 del genoma humano, estos podrían participar en el desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso central, así como en el origen del autismo, los síndromes de Angelman y de Prader-Willi y otras enfermedades genómicas

Les mitochondries sont des organites présents dans la plupart des cellules eucaryotes et spécialisés dans la production d'énergie, via la chaîne respiratoire localisée dans leur membrane interne. Les mitochondries possèdent leur propre génome et leur propre système d'expression participant à la biogenèse des complexes respiratoires. En particulier la machinerie de traduction mitochondriale, comme les complexes respiratoires, est d'origine génétique double, nucléaire et mitochondriale. De nombreuses maladies humaines résultent de défauts de l'expression des gènes mitochondriaux et en particulier de mutations de facteurs impliqués dans la traduction mitochondriale. La levure Schizosaccharomyces pombe est un modèle de choix pour identifier ces facteurs et comprendre leur fonctionnement car c'est un micro-organisme simple et physiologiquement plus proche des eucaryotes supérieurs que ne l'est Saccharomyces cerevisiae. Lors de ma thèse j'ai tout d'abord participé à la mise en place de nouveaux outils permettant de mieux comprendre le fonctionnement de la traduction mitochondriale, en étiquetant le mitoribosome de S. pombe au niveau de la petite et de la grande sous-unité. Par la suite j'ai mis au point des expériences de fractionnement sur gradient de saccharose pour analyser la sédimentation du ribosome associé ou dissocié et tester si des facteurs donnés sont liés au mitoribosome. Dans un second temps je me suis intéressé à des facteurs qui pouvaient être impliqués dans la terminaison de la traduction. En fait le seul facteur de reconnaissance des codons stop connu chez S. pombe, Mrf1, n'est pas essentiel, et j'ai cherché à comprendre pourquoi. Deux enzymes, des Peptidyl ARNt hydrolase (Pth) nommées Pth3 et Pth4 possédant toutes deux un motif GGQ comme Mrf1, semblaient être de bons candidats pour expliquer que S. pombe puisse se passer de Mrf1. J'ai montré que ces facteurs jouent un rôle dans la biogenèse mitochondriale et plus précisément que Pth4 est à la fois un suppresseur multicopie et un gène létal synthétique de l'absence de Mrf1. Pour finir j'ai travaillé sur une famille de protéines de S. pombe prédites comme impliquées dans le métabolisme des ARN mitochondriaux : les protéines à Pentatrico Peptide Repeat (PPR). Ainsi il existe au moins 9 protéines PPR chez S. pombe nommée de Ppr1 à Ppr8 ainsi que l'ARN polymérase mitochondriale, Rpo41. L'étude de ces protéines PPR a permis de mettre en évidence qu'elles interviennent toutes dans le métabolisme des ARN à différentes étapes, majoritairement stabilité et traduction, et qu'elles ont souvent des cibles spécifiques. Par exemple la protéine Ppr3 est impliquée dans la stabilité du petit ARNr rns alors que Ppr4 est un activateur spécifique de la traduction de cox1 et que Ppr2 est un activateur général de la traduction mitochondriale dont la cible reste à définir. Globalement, ces travaux montrent que S. pombe est un excellent modèle des fonctions mitochondriales, aussi bien pour les études fondamentales que comme outil pour appréhender les organismes plus complexes comme l'homme.

Jämförelse mellan hur huvudpersonen i böckerna om Arn av Jan Guillou och huvudpersonen i böckerna om Röde Orm av Frans G. Bengtsson hanterar mötet med en för deras tid främmande kultur och religion.