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Le cancer de la prostate (CaP) est devenu un véritable problème de santé publique dans les pays industrialisés. L'hormonothérapie reste le traitement de première ligne le plus efficace dans les cancers avancés mais il n'empêche pas la progression vers un stade androgéno-indépendant (AI), pour lequel la chimiothérapie s'avère peu efficace. Une des stratégies pour améliorer les thérapies actuelles consiste à cibler des gènes de survie surexprimés dans les CaPs AI afin de restaurer la sensibilité aux traitements du CaPs. Hsp27, protéine surexprimée dans ces cancers, à un effet cytoprotecteur qui engendre une résistance aux traitements. Elle est maintenant reconnue comme une cible thérapeutique importante. Rocchi et al. ont développé un oligonucléotide antisense (ASO) de deuxième génération (OGX-427) qui cible l'ARNm d'Hsp27. OGX-427 est actuellement en essai clinique phase II chez des patients atteints de CaPs au Canada et aux Etats-Unis. Mon projet de thèse a porté sur l'étude des mécanismes d'action d'Hsp27 impliqués dans l'évolution AI du CaP. Cette étude a pour but d'améliorer la sureté pharmacologique d'OGX-427, mais aussi d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques visant spécifiquement les cellules tumorales. Mes travaux de thèse ont montré que lors d'un stress cellulaire induit par hormonothérapie et/ou chimiothérapie, Hsp27 interagit avec le facteur eucaryotique d'initiation de la traduction eIF4E et le protège de sa dégradation par la voie ubiquitine/protéasome. Ceci maintient la synthèse protéique et engendre une survie cellulaire impliquée en partie dans l'effet cytoprotecteur médié par Hsp27. / Prostate cancer (PC) has become a real public health issue in industrialized countries, mainly due to patients' relapse by castration-resistant (CR) disease after androgen ablation. One strategy to improve current therapies in advanced PC involves targeting genes that are activated by androgen withdrawal, either to delay or prevent the emergence of the CR phenotype. Hsp27 is over-expressed in this cancer and has been shown to play a cytoprotective role leading to treatments resistance. This protein is now considered as promising therapeutic target. Rocchi, P. et al. developed and patented a second generation antisens oligonucleotides (ASO) targeting Hsp27 that has been licensed (OGX-427) and phase II clinical trials are currently in process in PC in Canada and USA. My PhD project focused on the study of Hsp27 action mechanisms involved in CRPC progression. The present study aims to improve pharmacological safety of OGX-427 and to identify new therapeutic targets specific of CRPC cells. The results of my PhD have shown that during cell stress induced by hormone- and/or chemotherapy, Hsp27 interacts with eukaryotic translation initiation factor eIF4E and protects it from degradation by the ubiquitin/proteasome pathway. This maintains protein synthesis and leads to cell survival, partly involved in the cytoprotection mediated by Hsp27. Our work therefore concerned the characterization of the interaction site between Hsp27 and eIF4E in order to identify potential inhibitors of this interaction that could delay CRPC progression.

Les résistances génétiques permettent une lutte efficace contre les maladies des plantes cultivées mais sont limitées par les capacités d’évolution des bioagresseurs ciblés. Chez le piment, le fonds génétique peut améliorer la durabilité de la résistance au PVY conférée par le gène majeur pvr23. L’objectif de ma thèse était de caractériser les facteurs génétiques de l’hôte conditionnant la durabilité du gène majeur en répondant aux questions suivantes : (i) Quels sont leurs actions sur l’évolution des populations virales ? (ii) Correspondent-ils aux QTL (quantitative trait loci) de résistance partielle ? (iii) Sont-ils répandus au sein des ressources génétiques du piment ? Différentes expérimentations incluant des tests de résistances, d’évolution expérimentale et de compétition entre différents variants viraux, ont montré que les facteurs du fonds génétique augmentant la durabilité de pvr23 agissaient en : (i) diminuant la concentration virale dans la plante, (ii) en réduisant les probabilités de mutations du PVY vers le contournement du gène pvr23 et (iii) en ralentissant la sélection des variants viraux contournants. La détection de QTL et la cartographie des facteurs génétiques affectant la fréquence de contournement de pvr23 (QTL de durabilité) a mis en évidence quatre régions du génome du piment qui, par des effets additifs ou épistatiques, expliquent 70% de la variabilité phénotypique observée. La cartographie comparée montre que trois des quatre QTL de durabilité co-localisent avec des QTL affectant la résistance partielle, suggérant que les QTL de résistance partielle ont un effet pléiotropique sur la durabilité d’un gène majeur de résistance. L’étude d’une collection de 20 accessions de piment, porteuses de pvr23 ou pvr24(allèle très proche de pvr23) dans des fonds génétiques variés, a montré que les fonds génétiques favorables à la durabilité de ces allèles de résistance sont fréquents dans les ressources génétiques du piment. Ces résultats mettent en évidence que la durabilité d’un gène majeur de résistance peut-être fortement augmentée lorsqu’il est associé à des facteurs génétiques réduisant la multiplication du pathogène. De plus, la fréquence de contournement du gène majeur s’est révélée être un caractère très héritable (h²=0.87) et la détection de QTL affectant ce caractère est possible. La sélection directe pour de tels QTL est donc envisageable et ouvre de nouvelles perspectives pour préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance utilisés en sélection variétale. / Genetic resistances provide an efficient control of crop diseases but are limited by pathogen adaptation.In pepper, the durability of the pvr23 allele, conferring resistance to Potato virus Y (PVY), was demonstrated todepend on the plant genetic background. The aim of my PhD thesis was to characterize the host genetic factorsaffecting the durability of the major resistance gene pvr23 and to answer to the following question s: (i) What istheir action on the evolution of the viral population? (ii) Is there identity between the QTLs (quantitative traitloci) controlling the partial resistance and the QTLs affecting the durability of pvr23? (iii) Are these genetic factorswidespread among the genetic resources of pepper? Various experiments including resistance testing,experimental evolution and competition between various PVY variants, enabled to show that the genetic factorsaffecting the durability of pvr23 acted in: (i) decreasing the viral accumulation, (ii) decreasing the probability ofacquisition of resistance breaking (RB) mutations by PVY and (iii) slowing down the selection of RB variants. QTLdetection and mapping of genetic factors affecting the frequency of pvr23 RB showed that four loci actingadditively and in epistatic interactions explained together 70% of the variance of pvr23 breakdown frequency.Comparative mapping between these QTLs and QTLs affecting partial resistance showed that three of the fourQTLs controlling the frequency of pvr23 RB are also involved in quantitative resistance, suggesting that QTLs forquantitative resistance have a pleiotropic effect on the durability of the major resistance gene. Analysis of acollection of 20 pepper accessions, carrying pvr23 or pvr24 (allele closely related to pvr23) in various geneticbackgrounds, showed that genetic backgrounds favorable to the durability of the pvr2-mediated resistance arewidespread in the genetic resources of pepper. These results highlight that the durability of a major resistancegene can be strongly increased when associated with genetic factors decreasing the pathogen multiplication.Moreover, the frequency of a major gene RB is a highly heritable trait and QTLs detection for this trait isachievable. The direct selection for such QTLs opens new prospects to preserve the durability of major resistancegenes used by breeders.

The development of shape in multicellular organisms has intrigued human minds for millenia. Empowered by modern genetic techniques, molecular biologists are now striving to not only dissect developmental processes, but to exploit their modularity for the design of custom living systems used in bioproduction, remediation, and regenerative medicine. Currently, our capacity to harness this potential is fundamentally limited by a lack of spatiotemporal control over gene expression in multicellular systems. While several synthetic genetic circuits for control of multicellular patterning have been reported, hierarchical induction of gene expression domains has received little attention from synthetic biologists, despite its fundamental role in biological self-organization. In this thesis, I introduce the first synthetic genetic system implementing population-based AND logic for programmed hierarchical patterning of bacterial populations of Escherichia coli, and address fundamental prerequisites for implementation of an analogous genetic circuit into the emergent multicellular plant model Marchantia polymorpha. In both model systems, I explore the use of bacteriophage T7 RNA polymerase as a gene expression engine to control synthetic patterning across populations of cells. In E. coli, I developed a ratiometric assay of bacteriophage T7 RNA polymerase activity, which I used to systematically characterize different intact and split enzyme variants. I utilized the best-performing variant to build a three-color patterning system responsive to two different homoserine lactones. I validated the AND gate-like behavior of this system both in cell suspension and in surface culture. Then, I used the synthetic circuit in a membrane-based spatial assay to demonstrate programmed hierarchical patterning of gene expression across bacterial populations. To prepare the adaption of bacteriophage T7 RNA polymerase-driven synthetic patterning from the prokaryote E. coli to the eukaryote M. polymorpha, I developed a toolbox of genetic elements for spatial gene expression control in the liverwort: I analyzed codon usage across the transcriptome of M. polymorpha, and used insights gained to design codon-optimized fluorescent reporters successfully expressed from its nuclear and chloroplast genomes. For targeting of bacteriophage T7 RNA polymerase to these cellular compartments, I functionally validated nuclear localization signals and chloroplast transit peptides. For spatiotemporal control of bacteriophage T7 RNA polymerase in M. polymorpha, I characterized spatially restricted and inducible promoters. For facilitated posttranscriptional processing of target transcripts, I functionally validated viral enhancer sequences in M. polymorpha. Taking advantage of this genetic toolbox, I introduced inducible nuclear-targeted bacteriophage T7 RNA polymerase into M. polymorpha. I showed implementation of the bacteriophage T7 RNA polymerase/PT7 expression system accompanied by hypermethylation of its target nuclear transgene. My observations suggest operation of efficient epigenetic gene silencing in M. polymorpha, and guide future efforts in chassis engineering of this multicellular plant model. Furthermore, my results encourage utilization of spatiotemporally controlled bacteriophage T7 RNA polymerase as a targeted silencing system for functional genomic studies and morphogenetic engineering in the liverwort. Taken together, the work presented enhances our capacity for spatiotemporal gene expression control in bacterial populations and plants, facilitating future efforts in synthetic morphogenesis for applications in synthetic biology and metabolic engineering.