Le tissu osseux est en perpétuel renouvellement (processus désigné remodelage osseux) qui se caractérise par la dégradation (résorption) du tissu osseux par les ostéoclastes et la formation d'un nouveau tissu osseux par les ostéoblastes. L'équilibre entre ces deux processus permet le maintien et le renouvellement permanent de la matrice osseuse. Dans bien des cas où l'équilibre est perdu, il y a apparition d'ostéoporose (littéralement: la maladie des os poreux) qui est caractérisée par une masse osseuse réduite due à une dégradation osseuse supérieure à la fonnation osseuse, une fragilité osseuse et une susceptibilité accrue aux fractures. L'ostéoporose affecte plus de 1,4 million de Canadiens; ainsi 25% des femmes et 13% des hommes de plus de 50 ans souffrent de cette maladie. La réduction de la qualité de vie (diminution de l'estime de soi, réduction ou perte de mobilité et d'autonomie) pour les personnes atteintes d'ostéoporose est énorme. Les coûts pour traiter l'ostéoporose et les fractures qui en résultent sont supérieurs à 1,9 milliard chaque année au Canada. Ces impacts socioéconomiques militent en faveur d'une meilleure compréhension du remodelage osseux. Parmi les facteurs de risque, une diète déficiente en magnésium (Mg2+) a été identifiée comme une condition prédisposant à une réduction graduelle de la masse osseuse et au développement de l'ostéoporose. Des études indiquent qu'une diète réduite en Mg2+ entraîne une augmentation du nombre d'ostéoclastes, une diminution du nombre d'ostéoblastes et une perte de la masse osseuse. Les mécanismes assurant l'homéostasie du Mg2+ intracellulaire ne sont pas encore parfaitement élucidés. La présente étude vise à détenniner l'importance du Mg2+ et l'implication des canaux «melastatin related transient receptor potentiel 7» (TRPM7) au niveau de la prolifération, de la migration et de la différenciation des ostéoblastes ainsi que leur capacité à synthétiser et minéraliser la matrice osseuse. Nos travaux indiquent pour la première fois que les cellules ostéoblastiques expriment les canaux TRPM7 et qu'une réduction du Mg2+ extracellulaire est associée à une diminution de l'activité des ostéoblastes (prolifération, migration, différenciation, minéralisation). De plus, nos résultats indiquent que le canal TRPM7 assure l'homéostasie du Mg2 + intracellulaire, et que son expression est augmentée dans des conditions de prolifération cellulaire induite par le "platelet-derived growth factor" (PDGF), de différenciation et en présence d'un milieu de culture réduit en Mg2+, suggérant son implication dans les fonctions des ostéoblastes. Par ailleurs, une stratégie d'interférence à l'ARN ciblant le TRPM7 des ostéoblastes diminue la prolifération ainsi que la migration basale et induite par le PDGF, en plus de réduire la capacité des ostéoblastes à se différencier et par la suite à minéraliser la matrice osseuse. En conclusion, nos résultats indiquent que les fonctions des ostéoblastes sont favorisées par la présence de concentrations adéquates de Mg2+ extracellulaire et des canaux TRPM7. Cette étude souligne l'importance du Mg2+ au niveau des fonctions des cellules ostéoblastiques et nos résultats se veulent en accord avec la diminution de la formation osseuse et le développement de l'ostéoporose associés à une diète déficiente en Mg2+. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : TRPM7, ostéoblastes, prolifération, migration, différenciation, PDGF, ostéoporose

Les maladies cardiovasculaires sont une des premières causes de mortalité dans les pays industrialisés. L'infarctus du myocarde provoque la mort d'un grand nombre de cellules cardiaques, diminuant la qualité de vie des gens qui survivent à une telle attaque. La transplantation d'un organe entier présente des limites telles que la faible quantité de donneurs et la possibilité de rejet par l'organisme du receveur. Le cœur possède une capacité de se régénérer mais le nombre de cellules souches résidentes pouvant accomplir cette tâche apparaît être insuffisant. Afin d'aider à la régénération, des approches thérapeutiques tentent l'implantation de cellules fonctionnelles dans la zone infarcie. Les cellules implantées sont, entre autres, des myoblastes squelettiques, des cellules souches embryonnaires ou adultes (cellules souches mésenchymateuses) indifférenciées, des cardiomyocytes fœtaux. Les résultats positifs parfois obtenus ont vite fait passer ces études des animaux à l'humain. La mise au point de thérapies cellulaires efficaces pour le cœur nécessite la compréhension des mécanismes moléculaires gouvernant la différenciation et la morphogénèse cardiaques, et l'habileté à manipuler ces mécanismes. Les cellules de carcinome embryonnaire P19, un modèle de cellules souches embryonnaires (ES), peuvent se différencier en cardiomyocytes lorsqu'elles sont traitées avec l'acide rétinoïque (AR) ou l'ocytocine (OT). Des cellules de muscle squelettique sont aussi générées. D'autre part, l'AR permet la différenciation de cellules ES en adipocytes et l'OT inhibe la maturation finale de pré-adipocytes. Nous avons émis l'hypothèse que l'AR et l'OT peuvent induire les cellules P19 à générer, de façon concomitante mais dans des rapports différents, des adipocytes, cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique. De plus, des analogues de l'AR capables d'activer préférentiellement les récepteurs de l'acide rétinoïque (RAR) ou les récepteurs de rétinoïdes-X (RXR) pourraient influencer les rapports mésodermiques. Enfin, les kinases ERK1/2 et P38, des protéines-kinases activées par des mitogènes (MAPK), pourraient avoir un rôle dans la différenciation mésodermique induite par l'AR et l'OT. Des marqueurs ont servi à identifier les phénotypes cellulaires : PPARy, aP2, lipoprotéines-lipase et gouttelettes lipidiques colorables à l'huile rouge pour les adipocytes; MyoD et α-actinine sarcomérique pour les cellules de muscle squelettique; troponine I cardiaque (cTpnI), chaîne légère de la myosine cardiaque-2v et α-actinine sarcomérique pour les cardiomyocytes. La culture en agrégats de cellules P19 pendant sept jours, avec une induction à l'AR entre les jours deux (J2) et J5, suivie d'une période de maturation de 20 jours en présence d'insuline et de l'hormone thyroïdienne T3 permet d'obtenir des adipocytes. Des cellules battantes exprimant l'α-actinine sarcomérique sont aussi générées. Une importante proportion de ces cellules montre la forme allongée ou fibrillaire caractéristique de myocytes squelettiques. Une faible proportion a une forme arrondie et exprime la cTpnI, indiquant la génération de cardiomyocytes. L'induction des cellules P19 avec l'AR, à J2, a donc un effet mésodermique large. L'ajout d'OT au milieu de maturation n'augmente pas la proportion de cellules cardiaques par rapport aux cellules musculaires squelettiques ou aux adipocytes. L'AR agit principalement en se liant aux RAR et RXR. Pour activer de façon spécifique chacune de ces deux familles de récepteurs, nous avons remplacé l'AR comme agent inducteur par le LG100268, un agoniste spécifique des RXR, ou par le TTNPB, un agoniste spécifique des RAR. Le LG100268 génère des adipocytes et des myocytes aussi efficacement que l'AR. Le TTNPB est un agent adipogénique plus efficace que l'AR mais inhibe la myogenèse. Les influences mésodermiques différentes des trois agents sont associées à des actions différentes sur ERK1/2 et P38. Ainsi, l'AR et le LG100268 diminuent similairement phospho-ERK1/2 et augmentent similairement phospho-P38. Par contre, le TTNPB, le rétinoïde le plus efficace à diminuer phospho-ERK.1/2, n'a pas stimulé la phosphorylation de P38. L'inhibition pharmacologique d'ERK1/2 ou de P38 pendant le traitement des cellules avec l'AR a augmenté le rendement myogénique, et l'inhibition de P38 a, de plus, augmenté le rendement adipogénique. La voie des RXR est permissive à la fois à l'adipogenèse et à la myogenèse alors que celle des RAR n'est permissive qu'à l'adipogenèse. P38 serait un régulateur négatif de l'adipogénèse. La différenciation à base d'OT produit des cardiomyocytes et, dans une moindre mesure, des cellules de muscle squelettique. L'OT est ajouté durant les quatre jours de l'agrégation et la période de maturation est de dix jours. Les rendements myogéniques sont faibles et nous avons pensé que l'ajout d'AR à l'OT pouvait les augmenter. Lorsqu'il est ajouté dès le J0 du traitement des cellules avec l'OT (addition précoce), l'AR inhibe la myogenèse. Cette inhibition est reliée aux RAR puisqu'elle est reproduite par le TTNPB et non le LG100268. Étonnamment, l'AR ajouté au J2 du traitement avec l'OT (addition tardive) fait plus que doubler le rendement des cellules musculaires, spécialement celui des cellules de muscle squelettique. L'AR a donc un effet dual, temporellement régulé, sur l'action myogénique de l'OT. Un tel effet est aussi observé sur la phosphorylation d'ERK1/2. OT stimule cette phosphorylation, et la stimulation est fortement inhibée par l'addition précoce mais non tardive d'AR. L'inhibition pharmacologique d'ERK1/2 abolit l'action myogénique d'OT. Par contre, l'ajout d'un activateur indirect d'ERK2 à la combinaison "OT + AR tardif" augmente la phosphmylation d'ERK1/2 ainsi que le rendement en cardiomyocytes. Des niveaux de phospho-ERK1/2 sont critiques pour la myogénèse et pour les rendements respectifs en cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique. En conclusion, les cellules P19 génèrent adipocytes, cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique de façon concomitante lorsqu'elles sont induites avec l'AR. Dans ce processus, l'activation des RAR n'est permissive qu'à l'adipogenèse alors que celle des RXR permet l'adipogenèse et la myogenèse. L'action antimyogénique de l'activation des RAR est aussi observée en présence d'OT, cependant cette action ne se manifeste que si l'activation est faite tôt (J0). AR et OT influencent chacun la phosphorylation de MAPK et, réciproquement, leur action mésodermique est influencée par des modulateurs pharmacologiques de ces kinases. Le sens des influences peut cependant différer. Ainsi, les meilleurs rendements myogéniques ont été observés pour les traitements suivants : "AR + inhibiteur d'ERK (J2 à J5)", "AR + inhibiteur de P38 (J2 à J5)", "OT (J0 à J4) + AR (J2 à J4)", "OT + activateur d'ERK (J0 à J4) + AR (J2 à J4)". La modulation de l'activité des voies RAR, RXR et MAPK a une influence sur les rendements myogéniques et adipogéniques ainsi que sur les rendements en cardiomyocytes et en cellules de muscle squelettique. Le sens de l'influence dépend de la fenêtre temporelle de la modulation et de la présence ou non de l'OT. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cardiomyocytes, Cellules de muscle squelettique, Adipocytes, Acide rétinoïque, Ocytocine, Rétinoïdes, MAPK, ERK, P38, PCR, Immunobuvardage, Cytofluorescence, Cytochimie

Les Bmps sont des morphogènes appartenant à la superfamille du Tgf-[beta] et sont impliqués dans plusieurs processus cellulaires tels que la prolifération, la migration, la différenciation et le maintien de l'homéostasie autant chez l'embryon que chez l'adulte. La liaison des Bmps aux récepteurs entraîne l'activation au niveau du cytoplasme de facteurs de transcription nommés les BR-Smads (Smadl, 5 et 8). Parmi les rôles attribués à la voie de signalisation des Bmps, très peu d'études ont démontré précisément quels BR-Smads médiaient ces rôles et fonctions. Une étude au sein de notre laboratoire avait préalablement caractérisé les rôles de la voie de signalisation des Bmps au niveau de l'épithélium intestinal suite à la délétion conditionnelle de Bmpr1a chez la souris. Nous avons voulu déterminer les rôles spécifiques de chaque BR-Smad au niveau de l'épithélium intestinal. Nous avons utilisé le système de délétion conditionnelle Cre/loxP afm d'effectuer la délétion individuelle de Smad1, Smad5 ou Smad8 strictement au sein des cellules épithéliales intestinales à l'aide de la Cre recombinase sous le contrôle du promoteur tronqué de la Villine . Des analyses de prolifération et de migration par incorporation de BrdU ont permis de démontrer que Smadl était impliqué dans le contrôle de la prolifération tandis que Smad5 était impliqué dans la migration des cellules épithéliales intestinales. Le marquage des différents types de cellules sécrétrices composant l'épithélium de l'intestin ont été effectués. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que les rôles des Bmps dans la différenciation des cellules caliciformes seraient médiés par Smadl et Smad5 alors que Smadl serait le seul BR-Smad impliqué dans la différenciation des cellules de Paneth. Les défauts dans la détermination des cellules entéroendocrines observés chez les souris Bmpr1a[indice supérieur deltaCE1] n'ont pas été observés suite à la délétion individuelle de chacun des BR-Smads. Ce résultat suggère donc la présence d'une compensation entre les divers BR-Sxnads ou que les défauts de la détermination des cellules entéroendocrines nécessitent la perte de deux ou des trois BR-Smads en même temps. Nous avons également généré des modèles cellulaires stables exprimant diverses constructions de shARN contre chaque BR-Smad chez les cellules IEC-6. Les résultats obtenus in vitro confirment l'implication de Smadl dans le contrôle de la prolifération et le rôle de Smad5 dans la migration de cellules épithéliales intestinales. De plus, ces modèles cellulaires permettront l'étude plus approfondie des mécanismes impliqués dans la prolifération et la migration suite à la délétion de Smadl et Smad5 respectivement en plus de faciliter la combinaison de la perte de plusieurs BR-Smads en même temps. Les résultats obtenus démontrent que les BR-Smads ont des rôles distincts au niveau de la prolifération, de la migration et de la différenciation de l'épithélium intestinal, mais suggèrent également que les BR-Smads aient des rôles combinatoires et compensatoires entre eux dans certaines fonctions cellulaires. [symboles non conformes]

L'interférence à l'ARN (RNAi) est un mécanisme cellulaire connu pour inhiber l'expression de gènes avec une grande spécificité de séquence. Chez la levure Schizosaccharomyces pombe, ce processus induit des modifications de structure de la chromatine et implique une interaction entre un ARN naissant et un petit ARN associé au complexe du RNAi, RITS (RNA-induced Initiation of Transcriptional gene Silencing). RITS cible les régions répétées et non codantes et joue un rôle essentiel dans l'intégrité de l'hétérochromatine de ces sites génomiques. Une étude a mis en évidence la présence de la sous-unité Argonaute 1 du complexe RITS, ainsi qu'une marque de l'hétérochromatine, la méthylation de la lysine 9 de l'histone H3 (H3K9me), au niveau de la chromatine de deux gènes méiotiques, mei4 et ssm4. Ceci suggérait une nouvelle fonction du RNAi dans la différenciation sexuelle. Au cours de ma thèse, j'ai montré que la protéine de liaison à l'ARN Mmi1 (Meiotic mRNA interception protein 1), permet à RITS de s'associer spécifiquement à la chromatine et à l'ARN messager de ces gènes méiotiques. La protéine Mmi1 orchestre une répression post-transcriptionnelle de gènes méiotiques spécifiques, une activité de « silencing » essentielle au contrôle de la différenciation sexuelle. Nous avons mené une analyse de l'ensemble du transcriptome dans une souche déficiente pour Mmi1, ce qui nous a conduits à l'identification de nouveaux ARNm méiotiques ciblés directement par Mmi1 et le RNAi. Curieusement, la chromatine des gènes méiotiques correspondants ne présente pas systématiquement la marque épigénétique répressive H3K9me, ce qui suggère que le RNAi pourrait réprimer certains gènes codants seulement au niveau post-transcriptionnel. En parallèle, en combinant des techniques de génétique, de biologie moléculaire et de physiologie cellulaire, nous mettons en évidence un probable rôle direct du RNAi dans l'inhibition de la différenciation sexuelle. Nous proposons que le RNAi pourrait coopérer avec Mmi1 pour bloquer de manière efficace une partie du programme transcriptionnel méiotique durant le cycle végétatif. Cette régulation serait essentielle pour l'activation appropriée de ce programme au cours de la progression de la différenciation sexuelle. / RNA interference (RNAi) is a cellular process known for inhibiting gene expression in a sequence-specific manner. In the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, this process induces modifications in chromatin structure and is assumed to involve an interaction between nascent transcripts and a small RNA contained in the RNAi complex, RITS (RNA-induced Initiation of Transcriptional gene Silencing). RITS targets repeated and non-coding regions, and is essential for heterochromatin integrity at these genomic sites. In one study, RITS complex subunit Argonaute 1, and a heterochromatin mark, methylation of histone H3 on lysine 9 (H3K9me), were detected on chromatin of two meiotic genes, mei4 and ssm4. This finding suggested a possible new function for RNAi in sexual differentiation. During my PhD studies, I found that a RNA-binding protein, Mmi1 (Meiotic mRNA interception protein 1), enables RITS to specifically associate with the chromatin and messenger RNAs of these meiotic genes. Mmi1 protein triggers a post-transcriptional repression of specific meiotic genes, a silencing activity essential for the control of sexual differentiation. We conducted a genome wide transcriptomic analysis from a mmi1Δ strain, and uncovered additional meiotic mRNAs that are directly targeted by both Mmi1 and RNAi. Intriguingly, chromatin of the corresponding meiotic genes does not necessarily display the repressive epigenetic mark H3K9me, suggesting that RNAi might silence some protein-coding genes only at a post-transcriptional level. In parallel, combining genetic, molecular biology and physiological techniques, we highlighted a potentially direct role for RNAi in the inhibition of sexual differentiation. We propose that RNAi cooperates with Mmi1 to efficiently block expression of the early meiotic transcriptional programme during vegetative growth. This regulation might be essential for the proper timing of activation of this programme during sexual differentiation progression.

La protéine tyrosine phosphatase SHP-2 est connue pour jouer un rôle important dans le maintien de l’homéostasie de plusieurs tissus et organes par ses effets régulateurs sur plusieurs voies de signalisation intracellulaire. Notre laboratoire a récemment démontré que la délétion embryonnaire de SHP-2 (SHP-2CEI-KO) à l’épithélium intestinal entraîne le développement rapide d’une inflammation colique sévère. La délétion ayant lieu au stade embryonnaire, une altération dans le développement intestinal pourrait être en cause dans l’initiation de cette inflammation. Afin d’éliminer cette possibilité, un modèle de délétion conditionnelle inductible de SHP-2 dans les cellules épithéliales intestinales (SHP-2CEI-KOER) a été généré, la délétion ayant été induite par injection de tamoxifène trois mois après la naissance. Ce modèle a permis d’éliminer la composante développementale, la délétion ayant lieu chez la souris adulte. De manière intéressante, les souris subissant la délétion de SHP-2 développent aussi une inflammation colique suite à 18 jours de traitement au tamoxifène. Cette inflammation s’accompagne d’une diminution de l’activité de la signalisation MEK/ERK MAPK et d’une activation de la signalisation JAK/STAT. Des altérations dans la différenciation des cellules caliciformes et de Paneth sont observées, les souris expérimentales présentant une diminution du nombre de cellules caliciformes ainsi qu’une présence aberrante de cellules intermédiaires (précurseurs des cellules caliciformes) dans leur côlon. Cette diminution du nombre de cellules caliciformes est présente dès le 10e jour de traitement au tamoxifène, précédant donc l’apparition des signes d’inflammation colique, ceux-ci débutant seulement au 12e jour de traitement au tamoxifène. Nos résultats sur une lignée cellulaire capable de se différencier dans un phénotype caliciforme, les LS174T, montrent une activation de la voie Notch suite à l’inactivation de la voie ERK/MAPK, cette activation étant associée à une augmentation de l’expression des gènes associés aux cellules caliciformes. Ces résultats corrèlent avec l’observation que MEK/ERK est inhibée dans l’épithélium déficient pour l’expression de SHP-2 alors que celle de Notch est activée. Ces résultats nous indiquent donc un rôle important de la tyrosine phosphatase SHP-2 dans le maintien de l’homéostasie intestinale, et ce, même chez l’adulte. L’inactivation de SHP-2 résulte en effet dans la perte de l’intégrité de la muqueuse colique amenant l’inflammation. De manière intéressante, des polymorphismes (SNP) dans le gène encodant SHP-2 ont été récemment associés à une susceptibilité accrue à développer une colite ulcéreuse chez des patients. Pris ensemble, ces résultats suggèrent donc que SHP-2 pourrait constituer une nouvelle cible dans le traitement des maladies inflammatoires intestinales.

Les protéines du groupe Polycomb (PcG) ont initialement été identifiées chez la Drosophile, en tant que facteurs nécessaires au maintien de l’expression spatio-temporelle de gènes homéotiques le long de l’axe antéro-postérieur. Depuis, leur rôle en tant que régulateurs du développement a été mis en évidence chez la plupart des métazoaires ainsi que chez les plantes, chez lesquelles elles orchestrent les transitions développementales, l’organogenèse et la différenciation cellulaire. Les protéines PcG sont nécessaires au maintien de la répression transcriptionnelle de gènes cibles, par la régulation de leur structure chromatinienne via des modifications post-traductionnelles des histones. Elles forment des complexes multiprotéiques, notamment les Complexes Répressifs Polycomb PRC1 et PRC2. PRC2 est responsable de la tri-méthylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) et est constitué de 4 sous-unités principales qui, pour la plupart, sont présentes sous forme de familles multigéniques dans le génome d’Arabidopsis thaliana. Ainsi, il existe plusieurs complexes PRC2 constitués de combinaisons alternatives de ces sous-unités, qui sont potentiellement présents au sein d’une même cellule et dont les rôles sont considérés comme partiellement redondants. En utilisant des approches moléculaires, génétiques et génomiques, nous avons analysé le rôle des sous-unités PRC2 exprimées dans la pointe racinaire d’Arabidopsis. Nous avons montré que l’interaction entre différents PRC2 est nécessaire pour réguler l’activité du méristème, le déroulement temporel de la différenciation cellulaire, ainsi que pour le maintien de l’identité des cellules matures. De plus, notre travail montre que les complexes PRC2 contenant l’une ou l’autre des deux méthyltransférases, CLF et SWN, régulent des groupes de gènes communs ainsi que distincts, à travers des mécanismes différents incluant une fonction non-canonique. Par ailleurs, nos résultats indiquent que les différences fonctionnelles entre CLF-PRC2 et SWN-PRC2 reposent, au moins en partie, sur les sous-unités non-catalytiques avec lesquelles la méthyltransférase interagit. Pour identifier les gènes régulés dynamiquement par PRC2 durant la différenciation cellulaire, nous avons développé des approches permettant d’accéder à la résolution des types cellulaires afin d’analyser les états chromatiniens à l’intérieur de la niche de cellules souches et de la zone de maturation de la racine. Nos données suggèrent que PRC2 participe au maintien de l’identité du Centre Quiescent (QC) en réprimant des voies de signalisations spécifiques. De plus, la différenciation cellulaire en direction de la zone de maturation est accompagnée par un accroissement du répertoire des cibles PRC2, incluant des régulateurs méristématiques ainsi que des gènes spécifiquement exprimés dans différents types cellulaires. Enfin, nos résultats suggèrent qu’une proportion significative des cibles PRC2 sont présentes sous la forme de domaines bivalents H3K27me3-H3K4me3 dans les cellules souches végétales, cette proportion étant moins importante que celle décrite chez les cellules souches embryonnaires de mammifères. Dans l’ensemble, ce travail apporte une vue intégrée de la fonction, la dynamique et la multiplicité de l’activité PRC2 au cours du processus de différenciation cellulaire, dans le contexte d’un organe en développement. Nos résultats mettent en évidence le rôle de PRC2 en tant que régulateur majeur de la différenciation cellulaire, qui apporte à la fois robustesse et plasticité aux programmes transcriptionnels qui sous-tendent l’acquisition spatio-temporelle et le maintien de l’identité cellulaire. / The Polycomb group (PcG) proteins were originally identified in Drosophila as factors required for maintaining the spatio-temporal expression of homeotic genes along the head-to-tail axis. Since then, their role as developmental regulators has been highlighted in most metazoans as well as plants, in which they orchestrate developmental transitions, organogenesis and cell differentiation. PcG proteins are required to maintain the transcriptional repression of target genes by regulating their chromatin structure via post-translational histone modifications. They are found in multiprotein complexes, including Polycomb Repressive Complexes PRC1 and PRC2. PRC2 is responsible for the trimethylation of histone H3 at lysine 27 (H3K27me3) and consists of four core subunits, most of which are represented by multigene families in Arabidopsis thaliana. Thus, distinct PRC2 complexes formed by alternative subunit combinations exist, possibly in the same cell, and are thought to play partly overlapping roles. By combining molecular, genetic and genomic approaches, we have analyzed the role of the PRC2 subunits expressed in the Arabidopsis root tip used as a model. We show that the interplay between distinct PRC2s is necessary to regulate the activity of the meristem and the timing of cell differentiation, as well as the maintenance of cell identity. In addition, our work reveals that PRC2 complexes containing either of the two related methyltransferases CLF or SWN regulate common as well as specific sets of genes through distinct mechanisms, including a non-canonical function. Furthermore, our results indicate that the functional differences between CLF-PRC2 and SWN-PRC2 rely, at least in part, on the non-catalytic subunit they are interacting with. To identify the genes dynamically regulated by PRC2 during cell differentiation, we have developed cell type-specific approaches to analyze chromatin marks in cell populations within the stem cell niche and the maturation zone of the root. Our data suggest that PRC2 participates in the maintenance of the quiescent center (QC) identity by repressing specific signaling pathways. In addition, cell differentiation towards the maturation zone is accompanied by an increase of the repertoire of PRC2 targets including stem cell and meristem regulators, as well as cell type-specific genes. Finally, our findings suggest that bivalent H3K27me3-H3K4me3 domains in the QC represent a significant, though smaller proportion of PRC2 targets in plant stem cells compared to what has been described in mammalian embryonic stem cells. Overall, this work provides an integrated view of the function, dynamics and multiplicity of PRC2 activity during the cell differentiation process, in the context of a developing organ. Our results highlight the role of PRC2s as major regulators of cell differentiation that provide both robustness and plasticity to the transcriptional programs underlying cell fate acquisition and identity maintenance.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

En ingénierie tissulaire, les biomatériaux, les cellules et l'induction de la différenciation, sont des facteurs à prendre en compte. L'objectif de cette étude est de connaitre l'effet de la nature des biomatériaux et leurs propriétés mécaniques sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau de nature protéique (le collagène de type I) supplémenté en microparticules d'hydroxyaptatite (HAP). Nous avons constaté que l'ajout d'HAP améliore les propriétés mécaniques de ce biomatériau et engage la différenciation des cellules vers des phénotypes ostéoarticulaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau à base d'alginate supplémenté par de l'acide hyaluronique ou des microparticules d'HAP, en utilisant un plan d'expériences pour choisir les matrices convenables pour l'étude biologique en fonction de leurs propriétés mécaniques. Nous avons constaté que les composants de ce biomatériau ont un effet sur l'élasticité de ce dernier et sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses. En conclusion, cette étude montre que les cellules souches mésenchymateuses sont sensibles à la composition du biomatériau et ses propriétés mécaniques / In tissue engineering, biomaterials, cells and the induction of cell differentiation are factors to be studied. The aim of this study is to know the effect of biomaterials composition and mechanical properties on the differentiation of mesenchymal stem cells from bone marrow. At first, we studied the effect of a protein biomaterial (collagen type I) supplemented with hydroxyaptatite (HAP) particles. We found that the addition of HAP improves the mechanical properties of the biomaterial and conditione cell differentiation towards osteoarticular lineages. In a second step, we studied the effect of biomaterial composed of alginate supplemented with hyaluronic acid or HAP particles, using an experimental design to select suitable matrices for biological study based on their mechanical properties. We found that the components of this biomaterial have an effect on elasticity of the latter and the differentiation of mesenchymal stem cells. In conclusion, this study shows that mesenchymal stem cells are sensitive to the composition of the biomaterial and its mechanical properties

L'interférence à l'ARN (RNAi) est un mécanisme cellulaire connu pour inhiber l'expression de gènes avec une grande spécificité de séquence. Chez la levure Schizosaccharomyces pombe, ce processus induit des modifications de structure de la chromatine et implique une interaction entre un ARN naissant et un petit ARN associé au complexe du RNAi, RITS (RNA-induced Initiation of Transcriptional gene Silencing). RITS cible les régions répétées et non codantes et joue un rôle essentiel dans l'intégrité de l'hétérochromatine de ces sites génomiques. Une étude a mis en évidence la présence de la sous-unité Argonaute 1 du complexe RITS, ainsi qu'une marque de l'hétérochromatine, la méthylation de la lysine 9 de l'histone H3 (H3K9me), au niveau de la chromatine de deux gènes méiotiques, mei4 et ssm4. Ceci suggérait une nouvelle fonction du RNAi dans la différenciation sexuelle. Au cours de ma thèse, j'ai montré que la protéine de liaison à l'ARN Mmi1 (Meiotic mRNA interception protein 1), permet à RITS de s'associer spécifiquement à la chromatine et à l'ARN messager de ces gènes méiotiques. La protéine Mmi1 orchestre une répression post-transcriptionnelle de gènes méiotiques spécifiques, une activité de " silencing " essentielle au contrôle de la différenciation sexuelle. Nous avons mené une analyse de l'ensemble du transcriptome dans une souche déficiente pour Mmi1, ce qui nous a conduits à l'identification de nouveaux ARNm méiotiques ciblés directement par Mmi1 et le RNAi. Curieusement, la chromatine des gènes méiotiques correspondants ne présente pas systématiquement la marque épigénétique répressive H3K9me, ce qui suggère que le RNAi pourrait réprimer certains gènes codants seulement au niveau post-transcriptionnel. En parallèle, en combinant des techniques de génétique, de biologie moléculaire et de physiologie cellulaire, nous mettons en évidence un probable rôle direct du RNAi dans l'inhibition de la différenciation sexuelle. Nous proposons que le RNAi pourrait coopérer avec Mmi1 pour bloquer de manière efficace une partie du programme transcriptionnel méiotique durant le cycle végétatif. Cette régulation serait essentielle pour l'activation appropriée de ce programme au cours de la progression de la différenciation sexuelle.