Les méthodes plus avancées d'optimisation avec ou sans contraintes nécessitent le calcul des dérivées de la fonction. En ce sens, la différentiation automatique est devenue un outil primordial. Malgré le fait qu'il soit omniprésent, cet outil est encore en développement et en recherche. Il ne présente pas les inconvénients classiques des méthodes habituelles de dérivation mais reste complexe à utiliser. Ce travail consiste à utiliser un outil de différentiation permettant de calculer des dérivées d'ordres supérieurs afin d'obtenir des directions améliorées. Nous définirons d'abord de manière générale un type d'algorithme d'optimisation à l'aide des directions suffisamment descendantes. Leurs caractéristiques seront analysées pour modifier des méthodes de type Newton afin d'avoir une meilleure fiabilité de convergence. Nous étudierons les opérations critiques et l'ordre du coût de ces méthodes. Dans une deuxième partie, nous verrons les calculs d'algèbre linéaire requis pour nos algorithmes. Ensuite, nous présenterons le fonctionnement de la différentiation automatique et en quoi c'en est un outil indispensable à ce genre de méthode. Puis, nous expliquerons pourquoi nous avons choisi l'outil Tapenade pour la différentiation automatique et la librairie de Moré, Garbow, Hillstrom pour la collection de fonctions tests. Enfin, nous comparerons les méthodes de type Newton.

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

La crête neurale (CN) dérive de la partie dorsale du tube neural des Vertébrés. Pendant le développement, ces cellules migrent et contribuent à la formation de différents tissus et organes. Le long de l'axe antéro-postérieur, la CN donne naissance aux neurones et cellules gliales du système nerveux périphérique, et aux mélanocytes. Par ailleurs, la CN céphalique est aussi à l’origine de tissus mésenchymateux qui constituent tous les os et cartilages de la face, la plus grande partie du crâne, le derme facial, et les adipocytes et cellules de muscles lisses dans la tête. Dans le tronc des Vertébrés amniotes, ces tissus dérivent du mésoderme. Chez les Vertébrés inférieurs, la CN troncale génère cependant des tissus mésenchymateux, comme les rayons des nageoires du poisson-zèbre. La question qui se pose est de savoir si la capacité de la CN à produire des cellules mésenchymateuses a été totalement perdue dans le tronc au cours de l’évolution, ou bien si elle peut encore se manifester chez les Amniotes dans des conditions spécifiques. Ce travail s’est intéressé à dévoiler le potentiel mésenchymateux de la CN troncale.Notre approche expérimentale a été d'examiner le potentiel de différenciation squelettogénique et adipogénique des cellules de la CN troncale de caille en culture in vitro, par hybridation in situ (HIS), immunocytochimie et RT-PCR. L’ostéogenèse a été initialement caractérisée par l'expression de Runx2, premier facteur de transcription des ostéoprogéniteurs, qui a été détectée par HIS à partir 5 jours de culture. Plus tard, nous avons observé la maturation des ostéoblastes, avec l’expression de la protéine collagen1, des ARNm de l'ostéopontine et de la phosphatase alcaline, jusqu’à l'étape de minéralisation de la matrice osseuse. Les cellules de CN troncale ont effectué également un processus de chondrogenèse, mis en évidence par l'expression des ARNm de Sox9, aggrecan et collagène10, et par la coloration au bleu Alcian. L'observation des zones minéralisées et des régions chondrogéniques suggère que les cellules de la CN troncale in vitro effectuent une ossification de types endochondral et intramembranaire. Dans les mêmes conditions de culture, les cellules se sont aussi différenciées en adipocytes, identifiés à partir de 10 jours de culture par le colorant Oil Red O. Les ARNm des facteurs de transcription CEBP et PPAR, essentiels pour l'adipogenèse, et de la protéine FABP4, ont été détectés par RT-PCR dès 3 jours de culture. Afin de caractériser les précurseurs des cellules osseuses et adipocytaires, nous avons examiné le potentiel de différenciation des cellules individuelles de la CN troncale. L'analyse des types cellulaires dans les cultures clonales a montré que 76% des clones contiennent des ostéoblastes Runx2-positifs. De plus, les cellules de CN troncale comprennent des progéniteurs multipotents dotés à la fois de potentiels neuraux et ostéogénique. Dans une autre condition de culture clonale, les adipocytes ont été trouvés dans la descendance de 35,3% des cellules, et environ la moitié de ces cellules possédaient aussi un potentiel glial et/ou mélanogénique. Ces résultats montrent que, in vitro, les cellules de la CN troncale sont capables de se différencier non seulement dans ses dérivés traditionnels trouvés in vivo (mélanocytes, neurones et cellules gliales), mais aussi dans des phénotypes mésenchymateux, y compris adipocytes et ostéoblastes. Comme dans les cellules de la CN céphalique, ces phénotypes mésenchymateux se différencient à partir de progéniteurs multipotents. Ceci suggère que, au cours de l’évolution, les cellules souches de la CN, dotées de potentiels à la fois mésenchymateux et neuraux, ont eu l'expression de leur potentiel mésenchymateux inhibée dans le tronc. Ainsi, chez les Vertébrés amniotes, même s’il ne se manifeste pas et reste dormant in vivo, un potentiel de différenciation mésenchymateuse est bien présent dans les cellules de la CN troncale et peut être révélé in vitro. / The neural crest (NC) derives from the dorsal borders of the vertebrate neural tube. During development, the NC cells migrate and contribute to the formation of different tissues and organs. Along the anteroposterior axis, the NC gives rise to neurons and glia of the peripheral nervous system and to melanocytes. Furthermore, the cephalic NC yields mesenchymal tissues, which form all facial cartilages and bones, the large part of skull, facial dermis, fat cells and smooth muscle cells in the head. In the trunk of amniotes Vertebrates, these tissues are derived from the mesoderm, not from the NC. In lower Vertebrates, however, the trunk NC generates some mesenchymal tissues, such as in the dorsal fins of zebrafish. The question therefore is raised whether the ability of the NC to produce mesenchymal cells was totally lost in the trunk of amniote Vertebrates during evolution, or if it can still be achieved under specific conditions. This work is interested in uncovering the mesenchymal potential of the avian trunk NC, with special interest in the differentiation into osteoblasts and adipocytes.Our experimental approach was to examine the skeletogenic and adipogenic differentiation potentials of quail trunk NC cells after in vitro culture. Cell differentiation was evidenced by the analysis of lineage-specific genes and markers using in situ hybridization (ISH), immunocytochemistry and RT-PCR. The established culture conditions allowed observation of both skeletogenesis and adipogenesis. Osteogenesis was initially characterized by expression of Runx2, the first transcription factor specific of the osteoprogenitors, which was detected by ISH from 5 days of culture. Later, we observed osteoblast maturation, with the expression of collagen1 protein, osteopontin mRNA and alkaline phosphatase mRNA, until the bone matrix mineralization stage. The trunk NC cells also underwent chondrogenesis, as demonstrated by Sox9, aggrecan and collagen10 mRNA expression, and Alcian blue staining. The observation of the mineralized areas and chondrogenesis suggested that the trunk NC cells in vitro are able to perform endochondral and membranous ossifications. In same culture conditions, the cells differentiated also into adipocytes, identified from 10 days of culture by Oil Red O staining. The mRNAs of the CEBP, PPAR and FABP4 adipogenic markers were detected by RT-PCR from 3 days of culture. For the characterization of bone and adipocyte progenitors, we evaluated the differentiation potential of individual trunk NC cells. The phenotypic analysis of these clonal cultures showed that 76% of the cells generated Runx2-positive osteoblasts. Moreover, most of the clone-forming trunk NC cells were multipotent progenitors endowed with both neural and osteogenic potentials. Furthermore, in another clonal culture condition, adipocytes were found in 35.3% of the clones, and approximately half of them also contained glial and/or melanogenic cells.These results show that the trunk NC cells in vitro are able to differentiate not only in their classical derivatives found in vivo (melanocytes, neurons and glial cells), but also in mesenchymal phenotypes, including adipocytes and osteoblasts. Importantly, as in cephalic NC cells, mesenchymal phenotypes differentiated from multipotent progenitor cells, suggesting that, during evolution, the NC stem cells intended for both mesenchymal and neural fates, had the expression of their mesenchymal potential inhibited in the trunk. Thus, although at the dormant state and not expressed in vivo, a significant mesenchymal potential is present in the trunk NC cells of amniotes Vertebrates and can be disclosed in vitro

Les facteurs de transcription de type MADS-box représentent des acteurs de premier plan des réseaux de régulation du développement des fleurs et des fruits. Parmi ces régulateurs, la classe D est formée par des régulateurs apparentés aux protéines AGAMOUS qui ont été décrites pour leur implication dans le développement de l'ovule, de la graine et du funicule. On recense deux gènes MADS-box de classe D dans le génome de la tomate: Sl-AGL11 et Sl-MBP3. Des études d'expression par qPCR ont montré que les deux gènes étaient exprimés lors du développement précoce du fruit, mais dans des territoires distincts. Sl-MBP3 est plutôt exprimé dans le placenta et le gel loculaire tandis que Sl-AGL11 est davantage exprimé dans la graine. Ces profils d'expression distinctifs ont été confirmés et affinés grâce à des lignées de tomates exprimant le gène GUS sous le contrôle des promoteurs Sl-MBP3 et Sl-AGL11. Ainsi dans les lignées pSl-MBP3 ::GUS le signal GUS se concentre dans le gel loculaire tandis que les lignées pSl-AGL11 ::GUS le signal est restreint à l'embryon et l'albumen de la graine . Le rôle fonctionnel des gènes Sl-AGL11 et Sl-MBP3 a été alors exploré grâce à différentes lignées de tomate sur-exprimant ou sous-exprimant les deux gènes MADS-box. La surexpression de Sl-AGL11 engendre des modifications spectaculaires de la structure des fleurs et des fruits, notamment la conversion des sépales en organes charnus capables de mûrir sous le contrôle de l'éthylène. Ces lignées présentent aussi une hypertrophie du placenta au détriment de l'espace loculaire, un ramollissement extrême des tissus qui survient prématurément bien avant le mûrissement. De plus, la teneur en amidon et en sucre des sépales et fruits est considérablement accrue. Une analyse transcriptomique par RNA-seq des sépales et des fruits sur-exprimant Sl-AGL11 a mis en évidence l'ampleur de la reprogrammation métabolique induite par l'expression ectopique de Sl-AGL11, laquelle affecte principalement les gènes de la photosynthèse et les gènes de la paroi. La surexpression de Sl-MBP3 aboutit à des phénotypes similaires à ceux observés avec Sl-AGL11, mais de manière plus modérée. La sous-expression de Sl-AGL11 par une approche RNA interférence n'a pas permis de mettre en évidence de phénotypes clairs, à l'exception d'une légère réduction de la taille des graines. A contrario, la répression ciblée de Sl-MBP3 engendre un défaut de différentiation du gel loculaire résultant en une absence de 'jus' accompagnée d'une augmentation de la fermeté des fruits. La répression simultanée de Sl-AGL11 et Sl-MBP3 aboutit elle aussi à l'absence de gel loculaire et à des fruits plus fermes, mais engendre aussi des phénotypes additionnels tel que la réduction de la taille des fruits et des graines ainsi qu'une altération de leur capacité germinative. L'ensemble de ces résultats suggère qu'en plus de leur implication dans la mise en place de la graine, les deux facteurs MADS de classe D de tomate régulent le développement précoce du fruit. En particulier, le gène Sl-MBP3 semble avoir acquis au cours de l'évolution un rôle additionnel en devenant un régulateur majeur de la différentiation du tissu loculaire. / MADS-box genes encode transcription factors that are key elements of the genetic networks controlling flower and fruit development. Among these, the class D clade gathers AGAMOUS-like genes involved in seed, ovule and funiculus development. Tomato genome contains two class D genes: Sl-AGL11 and Sl-MBP3. Transcript accumulation analysed by qPCR indicated that Sl-AGL11 and Sl-MBP3 are both expressed at early fruit development but with distinct territories: Sl-MBP3 being highly expressed in the placenta and the locular gel while Sl-AGL11 expression peaked in the seeds. This expression patterning was confirmed in tomato plants expressing promoter-Sl-MBP3-GUS fusion which displayed high GUS signal in the locular gel while in promoter-Sl-AGL11-GUS lines the signals was restricted to seed embryo and endosperm. The functional significance of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 was then addressed through RNAi-silencing and ectopic expression strategies. Overexpression of Sl-AGL11 induced the conversion of sepals into carpelloid fleshy organs that undergo ripening, which is reminiscent of the phenotypes observed for class C TAG1 and TAGL1 MADS-box genes. In addition, Sl-AGL11-overexpressing fruits exhibited a marked hypertrophy of the placenta, a reduction of the locular space, and an extreme softening that occurs well before ripening. Moreover, starch and soluble sugar contents were substantially higher in these fruits and fruit-like sepals, corroborating their conversion into a fleshy organ with similar metabolic reorientations. RNA-Seq analyses performed on young fruits and sepals confirmed the metabolic reprogramming induced by the ectopic expression of Sl-AGL11 among which cell wall-related and photosynthetic genes seem to be the most strongly impacted. Over-expression of Sl-MBP3 in tomato resulted in phenotypes similar to those observed with Sl-AGL11 ectopic expression suggesting functional redundancy of the two class D tomato genes. While the RNAi-mediated specific downregulation of Sl-AGL11 did not show any obvious phenotype, Sl-MBP3 specific downregulation resulted in fruits lacking locular gel formation. Conversely, Sl-MBP3-silenced fruits showed an increased firmness. At last, the simultaneous down-regulation of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 expression also triggered the loss of gel formation and increased firmness; but it resulted in marked reduction in fruit size and a decrease in seed number, size and germination capacity. Altogether, these results suggest that, in addition to the well-established role in seed development of class D MADS-box genes, Sl-AGL11 and/or Sl-MBP3 strongly affect fleshy fruit development and quality traits, notably by impacting the differentiation of the locular gel.

Les cellules tueuses naturelles (NK pour Natural Killer) sont une population lymphoïde dotées d’une activité cytotoxique contre les cellules infectées ou les cellules cancéreuses. Les cellules NK ont un potentiel thérapeutique considérable en tant que thérapie cellulaire anti-tumorale, particulièrement dans le cadre des leucémies. Ces approches sont basées sur une amélioration de la production de cellules NK à partir de cellules souches hématopoïétiques (quantitative et qualitative en améliorant leur activité lytique), mais aussi sur une manipulation de la sensibilité des cellules leucémiques à la lyse par les cellules NK. L’amélioration de ces approches nécessite une compréhension plus approfondie des différents mécanismes de résistance leucémique et leur relation avec la sensibilité à la lyse. Dans ce contexte, nous avons étudié le rôle de HOXB4 dans la différenciation des cellules NK et leur fonction lytique. Nous avons montré que les cellules CD34+ différenciées en cellules NK en présence de HOXB4 ont un potentiel lytique plus important par rapport aux cellules différenciées en l’absence de HIOXB4. Cette augmentation est associée à une augmentation de la dégranulation des cellules NK en présence de cellules cibles. L’analyse transcriptionnelle globale basé sur un microréseau d'ADN montre une régulation positive de l’expression de granzyme B par HOXB4. Ces résultats démontrent que HOXB4 est un régulateur crucial dans la différenciation et la fonction des cellules NK. Ils soulignent également l’intérêt de son utilisation dans la production de cellules NK fonctionnelles dotées d’un plus grand potentiel lytique pour les stratégies d'immunothérapie anticancéreuse. Nous avons également essayé de comprendre comment l'acquisition de la résistance aux chimiothérapies par les cellules de leucémie aigüe myéloïde (LAM) influence leur reconnaissance et leur sensibilité aux cellules NK. Nous avons montré que l'acquisition de la résistance in vitro des cellules AML à la cytarabine induit une augmentation de leur susceptibilité à la cytotoxicité dépendante des cellules NK. Cette sensibilité accrue est en corrélation avec l’induction d’ULBP (UL-16 binding proteins) 1/2/3, ligands des récepteurs NKG2D, sur les cellules leucémiques résistantes. Cette induction est régulée par un mécanisme impliquant l'induction de c-Myc. Le test d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) a révélé qu’ULBP1 et ULBP3 sont des cibles directes de c-Myc. L’utilisation de cellules AML primaires résistants à la chimiothérapie comme les cellules cibles, combinée à l'inhibition de c-Myc a entraîné une diminution de l'expression des ligands NKG2D et l'altération de la lyse par les cellules NK. Les propriétés d’alloréactivité des cellules NK pourraient être utilisées pour améliorer les résultats de la transplantation de cellules souches hématopoïétiques allogéniques chez les patients atteints d’AML. Cependant, la résistance croisée (chimiothérapie et NK) des blastes AML reste un problème majeur. Nous avons étudié la relation entre résistance des cellules leucémiques à la daunorubicine, la susceptibilité de ces cellules à la lyse par les cellules NK et l'expression putative des micro-RNAs. Nos résultats indiquent que l'acquisition de la résistance à la daunorubicine par les lignées de cellules parentales induit une résistance croisée à la cytotoxicité naturelle à médiation cellulaire. L'analyse des microréseaux de microRNAs a révélé que cette résistance croisée est associée à une diminution du miR-181a et une augmentation des gènes de la famille tyrosine kinase (MAP3K10 et MAP2K1) et de la famille Bcl-2 (Bcl-2 et Mcl-1). La surexpression de miR-181a dans les blastes AML entraîne l'atténuation de leur résistance à la daunorobucine et à la lyse par les cellules NK. / Natural Killer (NK) cells are a lymphoid population with potent cytotoxic activity against virus-infected or cancer cells, and which hold considerable potential for cell based therapies targeting human malignancies. Potential approaches include not only enhancing the generation of NK cells in number and improving their lytic activity, but also manipulating the susceptibility of blast cells to NK-mediated killing. Pursuing these approaches will require a more thorough understanding of the different mechanisms of resistance and their relationship with susceptibility to NK-mediated killing. In this context, we studied the role of HOXB4 in NK cells differentiation and lytic function. We showed that HOXB4 transduced MS-5 cells as compared with GFP-transduced MS-5 cells induced highly differentiated cytotoxic NK cells. This difference was associated with an increased induction of granzyme B degranulation in response to stimulation with NK cell susceptible targets. DNA microarray-based global transcriptional profiling confirmed the upregulation of granzyme B. These findings provide further evidence that HOXB4 is a crucial regulator of NK function and that its use in generating functional NK cells with increased lytic potential may be significant for cancer immunotherapy. We attempted to elucidate how acquisition of drug resistance in AML cells influences NK cell recognition and the killing of drug-resistant blasts. We showed that the in vitro acquisition of AML cell resistance to cytarabine resulted in an increase in their susceptibility to NK-mediated cell cytotoxicity. The increased susceptibility correlates with the induction of UL-16 binding proteins (ULBP) 1/2/3 and NK group 2, member (NKG2D) ligands on target cells by a mechanism involving c-Myc induction. More importantly, chromatin immunoprecipitation assay revealed that ULBP1/3 are direct targets of c-Myc. Using drug resistant primary AML blasts as target cells, inhibition of c-Myc resulted in decreased expression of NKG2D ligands and the subsequent impairment of NK cell lysis. This study provides for the first time, the c-Myc dependent regulation of NKG2D ligands in AML. Manipulating NK-cell alloreactivity might improve outcomes after hematopoietic stem-cell transplantation; however, cross-resistance among blasts remains a drawback. We attempted to investigate the relationship between AML to daunorubicin, the susceptibility to NK cellmediated cell lysis and the putative expression of miRs. Our results indicate that the acquisition of resistance to daunorubicin by the parental cell lines resulted in the acquisition of a cross-resistance to natural cell-mediated cytotoxicity. miR microarray analysis revealed that this cross-resistance was associated with miR-181a down regulation and the subsequent regulation of the tyrosine kinase (MAP3K10 and MAP2K1) and the BCL-2 (BCL-2 andMCL-1) families. Overexpression of miR-181a in AML blasts resulted in the attenuation of their resistance to daunorobucin and to NK-cell-mediated killing.

Résumé: Mémoire présenté à la Faculté de médecine et des sciences de la santé en vue de l’obtention du diplôme de maître sciences (M.Sc.) en biochimie, Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, Canada, J1H 5N4. Le document présent est un mémoire par article, lequel explorera la fonction d'une protéine liant l'ARN, FMRP, dans la différenciation cellulaire. Cette protéine joue un rôle de premier plan puisque son absence conduit à des anomalies développementales durant la neurogenèse et à une plasticité synaptique déficiente. Ces anomalies sont observées chez la souris KO pour le gène FMR1, mais également dans le cerveau des individus avec le syndrome du X fragile (SXF). Ces derniers dont le gène FMR1 est muté présentent une déficience intellectuelle (DI). Puisque la DI est la principale manifestation du SXF, et que les neurones « normaux » expriment FMRP à des niveaux supérieures à ceux des autres tissus corporels, son rôle a presqu'exclusivement été étudié dans les cellules neuronales. Pourtant, FMRP est une protéine hautement conservée et est exprimée dans presque toutes les cellules du corps. Logiquement, FMRP devrait jouer un rôle important dans tous les tissus l’exprimant à des niveaux de base, bien que son absence dans les tissus ne se manifeste pas cliniquement. Cette polyvalence fonctionnelle est encore plus probable de par le fait que plusieurs ARNm différents ont la possibilité d’interagir avec FMRP puisqu’elle identifie ses cibles par reconnaissance de motifs. L'étude présentée se fonde sur l'hypothèse que FMRP effectue des fonctions de base critiques au développement de tous types de tissus humains, et non seulement dans les neurones. L’hypothèse sera davantage développée. Puis, un modèle innovateur de la différenciation cellulaire non-neuronal sera présenté pour l'étude de FMRP. L'enquête sur la distribution subcellulaire et les interactions dynamiques de cette protéine sera détaillée durant les différents changements morphologiques de la spécialisation et de la maturation cellulaire. Les résultats des expériences seront analysés en profondeur. Puis, un retour sur l'hypothèse en guise des résultats expérimentaux permettra de constater que FMRP semble bien jouer un rôle durant la différenciation cellulaire non-neuronale. Ce rôle est intimement lié à la réorganisation du cytosquelette et à la synthèse protéique locale, régulée dans les complexes mRNPs composés de FMRP et ses cibles d'ARNm qui sont régulés, stabilisés et transportés vers les régions en maturation. Ultimement, plusieurs éléments indiquent que FMRP doit interagir correctement avec de nombreuses molécules, décrites dans ce mémoire, afin de permettre aux cellules de se spécialiser et d'acquérir les caractéristiques désirées au cours d’une différenciation normale. / Abstract: The present article-based memoire will explore the involvement of an important RNA-binding protein, FMRP, in cellular differentiation. This protein is well-known for the developmental anomalies during neurogenesis as well as the loss of synaptic plasticity which occur when its gene, FMR1, is mutated. Since FMRP expression is most pronounced in neurons and because the absence of its expression results in the intellectual deficiency known as the Fragile X Syndrome, FMRP has nearly always been studied in neurons alone. However, FM RP is a highly conserved protein, expressed ubiquitously across the body. Additionally, its influence in cells can be vast since its motif - based RNA recognition renders it capable of binding a variety of transcripts. Logically speaking, FMRP should play a role of first rate importance in the other tissues where it is present. The clinical manifestation of its impact in those tissues is likely to be lessened only by the lower levels of FMRP expressed in the average human cell. The main hypothesis of the current study is that FMRP performs critical but basic functions involved in the development of all human tissues where it is present at basal levels, rather than exerting an impact limited to the nervous system alone. The hypothesis will be further elaborated. An innovative non-neuronal model will be presented for the study of FMRP throughout the differentiation process. The behaviour and dynamic interactions of FMRP during cell specialization and morphological maturation will be investigated. An in-depth analysis of the experimental results will follow. Returning to the hypothesis of the study with these results at hand, it will be concluded that FMRP does indeed appear to play a major role in the differentiation of non-neuronal cells. In fact, FMRP's function seems to be closely linked to cytoskeletal reorganization, as well as local protein synthesis through the formation of mRNP complexes with its target mRNAs, which are stabilized, regulated and transported towards the active areas of the cell in differentiation. Ultimately, it is clear that proper interaction between FMRP and certain types of molecules, described in this memoire, is required for cells to specialize and acquire the characteristics of mature cells through normal differentiation.

Les réseaux de contrôle de l'expression génique sont, pour une large part, à la base des processus cellulaires physiologiques ou pathologiques. Ces contrôles dépendent des mécanismes épigénétiques impliquant la dynamique de la chromatine et permettent la transmission de programme spécifiques d'expression génique. Lors du développement des lymphocytes T, l'expression d'une chaîne TCRß à la surface des précurseurs CD4-CD8- (ou DN) induit une signalisation intercellulaire dont les effets multiples, regroupés sous le terme de "sélection beta", se traduisent par une prolifération cellulaire et la différenciation vers un stade de maturation ultérieur, CD4+CD8+ (ou DP). Ces événements s'accompagnent de changements d'expression d'un grand nombre de gènes sous l'effet d'un programme épigénétique spécifique. De nouvelles technologies comme le ChlP-on-Chip ou le ChlPSeq permettent de caractériser les profils cellulaires épigénétiques. Les données ainsi générées nécessitent pour leur analyse des approches informatiques et statistiques. Mon travail de thèse s'est articulé sur 3 axes :1) Elaborer des outils bioinformatiques dans le but d'analyser les profils épigénétiques de régions génomiques suspectées de jouer un rôle dans la différenciation entre les stades DN et DP de la différenciation des cellules T.2) Analyser de manière in silico deux régions phares de la régulation du locus TCRß3) Concevoir une pipeline d'analyse de données issues des technologies de séquençage à haut débit permettant de caractériser les interactions facteur de transcription/ADN / Gene expression regulatory networks make up, for the most part, the basis of physiological cell processes. This regulation depends on epigenetic mechanisms involving chromatin dynamics and allow propagating specific gene expression programs. during T-cell development, the expression of the surface TCRß chain in CD4- CD8- (DN) toggers intracellular signaling cascades. their multiple effects, know as "beta selection", translate as increased cell proliferation and differenciation towards the CD4+ CD8+ stage (DP). These mechanisms are supplemented by changes in expression of several genes under the effect of a specific epigenetic program. New technologies, such a ChlP-chip or ChlP-Seq, allow characterizing epigenetic cell profiles. analysis of data such generated requires computational and statistical approaches. My thesis work focused on 3 goals :1)To develop computational tools to analyse epigenetic profiles of genomic regions that are presumed to play a role in DN-DP T-cell differentiation2) To analyse txo flag regions of TCRß regulation3) To design an analysis pipeline for high-throughput sequencing technologies, in order to allow characterizing transcription factor/DNA interactions

Les complexes du groupe Polycomb (PcG) sont des répresseurs transcriptionnels capables de maintenir un état inactivé de la chromatine au niveau de leurs gènes cibles via des modifications post-traductionnelles des histones. Historiquement définis comme des répresseurs des gènes homéotiques, les protéines du PcG sont maintenant reconnues comme des répresseurs de gènes contrôlant le cycle cellulaire. Dans cette étude nous avons appréhendé l'implication des gènes du PcG E(z), Su(z)12, Pc, ph, Sce, Scm et Psc-Su(z)2 dans le contrôle de l'état prolifératif des cellules épithéliales des disques imaginaux in vivo. En utilisant des mutations nulles de ces gènes, nous avons étudié l'implication de ces protéines dans des processus biologiques tels que la prolifération, la croissance cellulaire, la différentiation et l'apoptose dont la dérégulation est associée à la tumorigénèse. Au cours de ce travail, nous avons constaté que les complexes du PcG ne se comportent absolument pas comme attendu : non seulement les différentes protéines composants le complexe PRC1 n'assument pas les mêmes fonctions, mais, par ailleurs, les complexes PRC1 et PRC2 ne collaborent pas et présentent même des effets antagonistes. Ainsi, nous avons répartit ces protéines dans deux sous-groupes : Le premier contient PH et Psc-Su(z)2 et agit comme suppresseur de tumeurs. Le deuxième groupe contient E(z), Su(z)12 et PC, des protéines qui favorisent la prolifération cellulaire plutôt que de l'inhiber. Enfin, nous avons recherché les cibles dont la dérégulation pourrait corréler avec les phénotypes associés à ces mutants. Nous avons identifié que certaines voies de signalisations impliquées dans le développement de l'œil de la Drosophile sont régulées de façon opposés par les protéines de ces deux sous-groupes. / Polycomb group (PcG) proteins are transcriptional repressors that were historically identified as regulators of homeotic genes. However, PcG proteins are now recognized as repressors of genes controlling the cell cycle. In this study we analyzed the role of the PcG genes E(z), Su(z)12, Pc, ph, Sce, Scm, and Psc-Su(z)2 in control of proliferation of epithelial cells in imaginal discs in vivo. Using null mutations of these genes, we investigated the involvement of these proteins in growth, differentiation and cell polarity. Surprisingly, we found that mutation of specific PcG proteins induce differential effects on the overall growth of the eye-antennal imaginal disc. In particular, we investigated the involvement of these proteins in biological processes such as proliferation, cell growth, differentiation and apoptosis, whose deregulation is associated with tumorigenesis. In this work, we found that PcG complexes do not behave as expected: different PRC1 proteins components do not assume the same functions, and PRC1 and PRC2 complexes may actually induce antagonistic effects. Thus, we have divided these proteins into two subgroups: The first contains PH and Psc-Su(z)2 and acts as tumor suppressors. The second group contains E(z), Su(z)12 and PC, and these proteins appear to favor cell proliferation. Finally, we looked for targets whose deregulation may correlate with the mutant phenotypes. We have identified several signaling pathways involved in Drosophila eye development that are regulated in an opposing manner in mutants of these two subgroups.

Le placenta humain est un organe indispensable au maintien de la grossesse et au développement fœtal. Son unité structurale et fonctionnelle est la villosité choriale, constituée principalement de cytotrophoblastes qui se différencient selon la voie villeuse endocrine ou extravilleuse invasive. Le développement intense du placenta et ses fonctions multiples requièrent des besoins en énergie importants. La régulation du métabolisme énergétique placentaire passe, en partie, par le contrôle de l’activité mitochondriale.La mitochondrie est l’organelle clé du métabolisme énergétique. Cependant, elle intervient dans de nombreuses autres fonctions cellulaires telles que l’apoptose et la biosynthèse des hormones stéroïdes. Des études récentes suggèrent que les mitochondries sont impliquées dans la différenciation cellulaire.Le récepteur apparenté aux récepteurs des oestrogènes-γ, (ERRγ), est un facteur de transcription qui joue un rôle crucial dans le contrôle du métabolisme énergétique. Des travaux préliminaires ont montré qu’ERR est fortement exprimé dans le placenta humain.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’implication d’ERRγ dans le développement placentaire.Dans une première partie, nous avons caractérisé l’expression d’ERRγ dans les trophoblastes de placentas humains de 1er et de 3ème trimestre. Nous avons montré que l’expression d’ERRγ i) augmente au cours de la grossesse et ii) est plus importante dans les cytotrophoblastes villeux en comparaison aux cytotrophoblastes extra-villeux.Dans une seconde partie, nous avons montré que la différenciation des cytotrophoblastes villeux est associée à des modifications du métabolisme énergétique et du contenu mitochondrial. De plus, nous avons clairement démontré qu’ERRγ contrôle positivement la différenciation des trophoblastes villeux en modulant les fonctions mitochondriales.Enfin, nous avons montré qu’ERRγ est moins exprimé dans les placentas issus de retards de croissance intra-utérins en comparaison à des placentas normaux. De plus, la diminution d’ERRγ est associée à une baisse du contenu mitochondrial placentaire.L’ensemble de ce travail a permis de mettre en évidence le rôle clé d’ERRγ et des mitochondries dans le développement du placenta humain. / Human placenta is a vital organ for pregnancy support and fetal development. The chorionic villi is the structural and functional unit of the placenta and is mainly constituted by trophoblastic cells. The trophoblast differentiate in villous endocrine and extra-villous invasive trophoblast. Placental development and its numerous functions require the availability of high energy. Placental energetic metabolism control is partially mediated by the regulation of mitochondrial activity.Mitochondria are key organelles of the energetic metabolism. However, mitochondria are involved in numerous other cellular functions such as apoptosis and steroid hormone biosynthesis. Moreover, recent studies suggest that mitochondria are involved in cell differentiation.Estrogen related receptor-γ (ERRγ) is a transcriptional factor implicated in the control of energetic metabolism. Preliminary studies showed that ERRγ is highly expressed in human placenta.In this work, we decided to study ERRγ implication in human placental development.In a first part, we characterized ERRγ expression in trophoblast from first and third trimester human placentas. We showed that ERRγ expression i) increased during pregnancy and ii) was higher in villous than extra-villous trophoblasts.In a second part, we showed that villous trophoblast differentiation was associated with modifications of energetic metabolism and mitochondrial content. Moreover, we clearly demonstrated that ERRγ positively controled villous differentiation by the modulation of mitochondrial functions.In a last part, we showed that ERRγ was less expressed in placentas from intra-uterine growth restriction as compared to non-pathological placentas. Moreover, this down-regulation was associated with a decrease of mitochondrial content.This work thus showed, for the first time, that ERRγ and mitochondria played a key role in placental development.

La télomérase est une ribonucléoprotéine, constituée d’un composant ARN (hTR) qui sert dematrice à l’addition des séquences télomériques aux extrémités des chromosomes et d’un composantprotéique catalytique à activité de transcriptase inverse (hTERT). La réactivation de la télomérasedans 90% des cancers compense le raccourcissement des télomères, permettant ainsil’immortalisation et la survie des cellules tumorales. Ce rôle canonique de la télomérase estaujourd’hui bien documenté. Cependant des travaux récents suggèrent que la télomérase pourraitavoir d'autres fonctions indépendantes de son rôle sur le maintien de la longueur des télomères dansla tumorigénèse et/ou la progression tumorale.Dans les neuroblastomes (NB), l’augmentation du niveau d’activité télomérase (AT) estassociée à un stade avancé de la maladie et à un mauvais pronostic. En effet, plusieurs études ontmontré que les neuroblastomes agressifs ont un niveau élevé d’AT alors que les tumeurs de bonpronostic, ont peu ou pas d’AT. En effet, les NB de stade 4S ayant la capacité de régresserspontanément ont un très faible niveau d'AT. Ces observations suggèrent que la télomérase peutjouer un rôle crucial dans le développement des NB.Afin de mieux comprendre l’implication de la télomérase dans le phénotype agressif desneuroblastes malins et dans la chimiorésistance, nous avons caractérisé les modificationsphénotypiques et génotypiques induites par l’inhibition de la télomérase via l’expression ectopiqued’un mutant dominant négatif catalytiquement inactif (DN-hTERT) dans la lignée IGR-N-91 induit unedifférenciation cellulaire de type stromale et une sensibilisation à l’apoptose en réponse à trois agentscytotoxiques (cisplatine, staurosporine, TRAIL). Cette chimiosensibilisation n’est pas la conséquenced’un raccourcissement des télomères mais probablement celui d’une modulation de l’expression decertains gènes impliqués dans la réponse apoptotique (ré-expression de la caspase 8 et de p53sauvage), suggérant une fonction non canonique de la télomérase. De plus, nous avons montréqu’hTERT régule activement l’expression de N-Myc. En effet, l’expression ectopique du mutanthTERT-DN entraîne une perte des copies surnuméraires de N-Myc conduisant à l’extinction del'expression de la protéine alors que la surexpression d’hTERT sauvage augmente au contraire lenombre de copies du gène. Cette élimination de la protéine N-Myc pourrait être le signe d’une pertedu caractère agressif des cellules tumorales comme en témoigne la diminution de l’expression de laNSE (marqueur de mauvais pronostique des NB) et l’induction du CD44 dans les cellules hTERT-DN.L’ensemble de nos résultats démontre donc un nouveau rôle majeur de la télomérase,indépendant de sa fonction canonique d’élongation des télomères, dans l’acquisition du phénotypemalin et dans la chimiorésistance des NB. Ces résultats sont importants en termes de connaissancede la biologie du NB et des possibilités thérapeutiques. En effet, ces résultats suggèrent quel’inhibition de la télomérase comme stratégie anti-cancéreuse est une approche qui présente un intérêttout particulier dans les cas de NB de stade 4 dans lesquels le taux de survie des patients reste trèsinsuffisant malgré les thérapeutiques les plus intensives. / Telomerase is a ribonucleoprotein consisting of an RNA component (hTR) that serves as atemplate for the addition of telomeric sequences at the ends of chromosomes and a proteincomponent catalytic activity of reverse transcriptase (hTERT). The reactivation of telomerase in 90%of cancers compensates the shortening of telomeres, allowing the immortalization and survival oftumor cells. This canonical role of telomerase is now well documented. However recent studiessuggest that telomerase may have other functions beyond its role in maintaining telomere length intumorigenesis and / or tumor progression.In neuroblastoma (NB), increased levels of telomerase activity (TA) is associated withadvanced disease and poor prognosis. Indeed, several studies have shown that aggressiveneuroblastomas have a high level of TA while favourable tumors, have little or no TA. Therefore, lowtelomerase activity appears to be linked with regression or maturation of NB as it can be seen in theparticular group of 4S stage neuroblastoma. These observations suggest that telomerase may play acrucial role in the development of NB.To better understand the involvement of telomerase in the aggressive phenotype of malignantneuroblasts and drug resistance, we characterized the phenotypic and genotypic changes induced byinhibition of telomerase via ectopic expression of a mutant dominant negative catalytically inactive(DN-hTERT) in a metastatic chemoresistant NB cell line IGR-N-9. Our results show that theexpression of this mutant induces a stromal-type cell differentiation a sensitization to apoptosis inresponse to three cytotoxic agents (cisplatin, staurosporine, TRAIL). The chemosensitization is not theresult of telomere shortening but probably f a modulation of the expression of certain genes involved inthe apoptotic response (re-expression of caspase 8 and wild-type p53), suggesting a noncanonicalfunction of telomerase Furthermore, we showed that hTERT actively regulates the expression ofMYCN. Indeed, ectopic expression of the inactive mutant causes a loss of supernumerary copies ofMYCN leads to the extinction of the expression of the protein, whereas overexpression of wild hTERTincreases the number of copies of the MYCN gene. The elimination of MYCN protein could be a signof a loss of the aggressiveness of the tumor cells as evidenced by the decreased expression of NSE(a marker of poor prognosis of NB) and induction of CD44 in DN-hTERT cells.Overall, our findings thus demonstrate a new role of telomerase independent of its canonicalfunction of telomere elongation in the acquisition of the malignant phenotype and drug resistance inNB. These results are important in terms of knowledge of the biology of NB and therapeuticpossibilities. Indeed, our data suggest that inhibition of telomerase as an anticancer strategy is anapproach that has a particular interest in cases of stage 4 NB in which the survival rate of patientsremains very inadequate despite the therapeutic more intensive.