Les pemphigus sont des maladies auto-immunes spécifiques d'organe qui affectent la peau et les muqueuses. Ils sont caractérisés par la production d'autoanticorps pathogènes dirigés contre des protéines du desmosome, plus particulièrement, les desmogléines qui permettent l'adhésion entre eux des kératinocytes de l'épiderme. Au cours des pemphigus superficiels (PS), la réponse auto-immune est dirigée contre la desmogléine 1 (Dsg1). Chez les malades atteints de PS, des lymphocytes T autoréactifs vis à vis de la Dsg1 sont présents et interviennent dans la production d'autoanticorps anti-Dsg1. Cet autoantigène est aussi la cible de la réponse auto-immune au cours d'autres formes de pemphigus tels que les pemphigus vulgaire et paranéoplasique et par conséquent, semble jouer un rôle clé dans ces maladies. Depuis plus d'une décennie, le rôle de l'autoantigène lui-même dans l'initiation, la propagation et la pérennisation de la réponse auto-immune a été conforté par de nombreux arguments expérimentaux. En nous appuyant sur ce concept, nous avons entrepris d'étudier l'intervention de la Dsg1 dans les mécanismes physiopathologiques qui concourent au développement des pemphigus. Dans un premier temps, nous avons démontré l'expression dans l'épiderme humain, d'une isoforme tronquée de la Dsg1 générée par épissage alternatif des transcrits DSG1. Cette Dsg1 soluble est porteuse d'une séquence peptidique spécifique qui se fixe avec une forte affinité à certaines molécules HLA de classe II de susceptibilité au PS en particulier, à la molécule DRB1*0102. Ce peptide est par ailleurs capable d'induire la prolifération de cellules mononuclées du sang périphérique chez 50% des malades atteints de la forme sporadique de PS. Ces patients expriment des allèles HLA de classe II associés à la maladie et deux d'entre eux sont porteurs de la molécule DRB1*0102. Ainsi, la modification de la Dsg1 par épissage alternatif pourrait-elle intervenir dans la rupture de la tolérance au niveau du compartiment T chez les individus prédisposés génétiquement par l'expression de certains allèles HLA de classe II et in fine, conduire à l'initiation d'une réponse auto-immune B dirigée contre la Dsg1. En second lieu, nous avons observé une diversification de la réponse anticorps chez des souris normales immunisées avec la région extracellulaire recombinante de la Dsg1. Les animaux immunisés produisent non seulement des IgG dirigées contre la Dsg1 mais aussi, contre d'autres protéines de l'épiderme. Nous avons dérivé cinq anticorps monoclonaux à partir des splénocytes isolés de ces souris et montré que trois d'entre eux sont dirigés spécifiquement contre la Dsg1. Les deux autres, 10A1 et CK1, ne réagissent pas avec la Dsg1 mais reconnaissent des protéines épidermiques de plus haut poids moléculaire, compatible avec ceux des autoantigènes de la famille des plakines spécifiquement reconnus par les anticorps au cours du pemphigus paranéoplasique, e.g. l'envoplakine et la périplakine. Grâce à une analyse protéomique ciblée combinant l'immunocriblage d'une carte protéique 2D d'épiderme humain et la spectrométrie de masse MALDI-ToF, nous avons montré que la protéine cible du 10A1 est l'envoplakine, et que le CK1 reconnaît à la fois l'envoplakine et la périplakine. Ainsi, en accord ce modèle expérimental murin, la réponse B anti-Dsg1 pourrait-elle gouverner la réponse vis à vis d'autres protéines du desmosome en particulier, les plakines, mimant de ce fait la diversité de la réponse auto-immune B observée au cours du pemphigus paranéoplasique. Enfin, nous démontrons par des analyses en PCR que l'ARNm de la Dsg1 est exprimé dans le thymus humain normal, que son expression augmente avec l'âge et de ce fait, que l'absence de l'expression thymique de cette autoantigène ne constitue pas l'origine de la rupture de la tolérance qui concoure au développement des PS. Nos résultats mettent en exergue le rôle la Dsg1 dans le processus auto-immun au cours des pemphigus, d'une part, à la phase d'initiation, avec l'intervention de cet autoantigène modifié par épissage alternatif dans la réponse lymphocytaire T et d'autre part, à la phase de propagation, avec la diversification de la réponse anticorps vis à vis d'autres antigènes desmosomiaux induite chez des souris normales immunisées avec cet autoantigène.

Le vieillissement est un processus complexe qui peut être influencé par des facteurs environnementaux et génétiques. Le syndrome progéroïde de Hutchinson-Gilford (HGPS ou progéria) fourni une preuve irréfutable de l'implication de l'épissage dans le processus de vieillissement. La progéria est une maladie due à une mutation hétérozygote silencieuse qui renforce l'utilisation d'un site 5' d'épissage interne dans l'exon 11 de l'ARN pré-messager LMNA, ce qui entraîne la production d'une protéine tronquée appelée «progérine». Le défaut d'épissage du gène LMNA a aussi lieu dans les cellules de personnes âgées, et la correction de ce défaut permet un sauvetage partiel des anomalies qu'il provoque. Ceci fait de l'ARN pré-messager LMNA une cible très attractive pour des thérapies ayant pour but de corriger l'épissage. Mes travaux de thèse ont montré que cette mutation silencieuse active un site d'épissage 5' dans l'exon 11 en changeant la structure de l'ARN. Ce changement de structure facilite l'interaction de la snRNP U1 avec le site d'épissage et permet ainsi sa modulation par les protéines SR SRSF1 et SRSF6. J'ai aussi participé à la caractérisation d'un nouveau modèle murin qui reproduit l'altération d'épissage des patients HGPS au niveau du gène Lmna souris. De façon surprenante, ce modèle récapitule tous les phénotypes du syndrome HGPS. Les souris homozygotes, dans lesquelles la plupart de la lamine A est convertie en progérine, ne vivent pas plus de 5 mois, alors que les souris hétérozygotes vivent autour d'un an et que les contrôles sauvages vivent deux ans. Étonnamment, des souris qui n'expriment ni la lamine A ni la progérine, mais uniquement de la lamine C, vivent plus longtemps que les souris contrôle, suggérant que la lamine A et la progérine, qui sont produites à partir du même transcrit, participent à la régulation de la durée de la vie. De plus, la caractérisation initiale des souris HGPS indique que l'expression de la progérine est délétère pour le tissu adipeux, établissant ainsi un lien inattendu entre l'épuisement du tissu adipeux et le vieillissement accéléré. Ce nouveau modèle murin est actuellement en train d'être utilisé pour des approches de modulation de l'épissage aberrant du gène LMNA avec des oligonucléotides antisense et des petites molécules chimiques. / Aging is a complex cellular and organismal process that can be influenced by environmental as well as genetic factors. A striking proof-of-concept that splicing regulation plays an important role in the aging process is provided by Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS), a disease caused by a heterozygous silent mutation that enhances the use of an internal 5' splice site in exon 11 of LMNA pre-mRNA and leads to the production of a truncated protein called “progerin”. The LMNA splicing defect also occurs with increased frequency in cells from healthy aged individuals and correction of this defect leads to partial reversal of age-related dysfunction. This makes LMNA pre-mRNA an attractive target for splicing-correction therapies. During my PhD thesis I have characterized the splicing mechanism responsible for progerin production and demonstrated that this process is conserved from mouse to human. I have found that HGPS mutation changes the accessibility of the exon 11 internal 5' splice site, allowing its modulation by U1 snRNP and a subset of SR proteins, namely SRSF6 and SRSF1. I have also participated to the characterization of a new mouse model reproducing human HGPS splicing alteration in the mouse Lmna gene. Strikingly, this model recapitulates all phenotypic manifestations of HGPS. The homozygous mice, where most lamin A is converted to progerin, lived no longer than 5 months, whereas heterozygous mice lived in average one year and wild type littermates up to two years. Unexpectedly, mice expressing neither lamin A nor progerin, but only lamin C, lived longer than wild type littermates mice, suggesting that lamin A and progerin which are produced from the same transcript, control critical steps of lifespan. Furthermore, initial characterization of HGPS mouse model indicated that progerin expression is deleterious for adipose tissue, establishing an unexpected link between adipose tissue depletion and accelerated aging. The new mouse model is currently being used for pharmacological modulation of LMNA aberrant splicing by antisense oligonucleotides and small molecules.

L'épissage des ARN pré-messagers est une étape essentielle pour l'expression des gènes chez les eucaryotes supérieurs. La reconnaissance des exons par la machinerie d'épissage est réalisée grâce à différents éléments cis-régulateurs incluant les séquences consensus d'épissage et les séquences auxiliaires activatrices ou inhibitrices d'épissage. Le pré-ARNm représente une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement des maladies génétiques. L'approche du saut d'exon thérapeutique, destinée à restaurer l'expression d'une protéine totalement ou partiellement fonctionnelle en interférant avec le processus d'épissage, suscite un grand intérêt notamment pour la dystrophie musculaire de Duchenne où la modification du transcrit permettrait d'obtenir une forme modérée de la maladie, la Dystrophie musculaire de Becker. Des oligonucléotides antisens sont utilisés pour masquer les signaux d'épissage de reconnaissance d'un exon par le spliceosome, et induire son excision (ou saut) du transcrit mature. La détermination de la meilleure séquence cible des AONs est une difficulté majeure de cette approche. Pour le gène DMD, nous avons pu établir grâce à des analyses bioinformatiques et statistiques combinées avec des tests fonctionnels utilisant des minigènes rapporteurs d'épissage, que le ciblage de motifs exoniques qui fixent le facteur d'épissage SF2/ASF permettait d'obtenir la meilleure efficacité des AONs. Par ailleurs, nous avons exploré la régulation de l'épissage des pseudoexons dans le gène DMD, et notamment les mécanismes conduisant à l'inclusion de ces séquences introniques dans le transcrit mature en condition pathologique. L'étude de deux cas exceptionnels d'activation de pseudoexons associée à des remaniements introniques rares (double délétion, inversion) élargit le spectre des mutations à l'origine de ces défauts d'épissage, et illustre le rôle encore mal connu des remaniements introniques en pathologie humaine. / Splicing of pre-messenger RNAs to mature transcripts is a crucial step in eukaryotic gene expression. The recognition of exon by the splicing machinery involves different cis-regulatory elements, including the splice site motifs and auxiliary sequences, which can act by stimulating or repressing splicing. The pre-mRNA represents a new therapeutic target for the treatment of genetic diseases. Notably, the exon skipping strategy is currently one of the most promising therapeutic approaches for the Duchenne muscular dystrophy. It intends to restore the expression of a partially functional protein by interfering with the splicing process, and converts the severe DMD phenotype into the moderate form of the disease, Becker muscular Dystrophy (BMD). Antisense oligonucleotides are used to mask the splicing signals involved in exon recognition by the spliceosome to induce its skipping from the mature transcript and restore an open reading frame. The determination of the best target sequence of the AONs is one of the major hurdles to overcome. For the DMD gene, a bioinformatic and statistical analysis combined with minigenes studies allowed us to establish that targeting binding sites for the splicing factor SF2/ASF maximizes the AONs efficiency. In a second part of this work, we investigated the splicing regulation of pseudoexons in the DMD gene, in particular the mechanisms leading to the inclusion of these intronic sequences in the mature transcript in pathological conditions. The study of two exceptional cases of pseudoexons activation associated with rare intronic rearrangements (double-deletions, inversion) expands the spectrum of missplicing mutations, and demonstrates the potential role of pure intronic rearrangements in human pathology.

Le VEGF-A est l'un des facteurs de croissance les plus importants au cours de la néo-angiogénèse tumorale. Ce rôle en a fait une cible de choix pour le développement de thérapies. Ainsi, différents médicaments le ciblant (Bevacizumab, AvastinR) ou ciblant ses voies de signalisation (inhibiteurs des récepteurs VEGFR) sont actuellement utilisés en clinique, notamment dans les adénocarcinomes pulmonaires. Cependant, malgré des résultats initiaux prometteurs, un grand nombre de patients apparaissent d'emblée résistants ou échappent à ces thérapies, voir même développent des tumeurs plus agressives. A ce jour, il n'existe aucun moyen d'identifier les patients susceptibles de répondre à ces thérapies. Récemment, de nouveaux variants d'épissage du VEGF-A issus d'un épissage alternatif différentiel au niveau du dernier exon ont été identifiés, les isoformes VEGFxxxb. A l'inverse des VEGFxxx, ces variants sont anti-angiogéniques. Si les effets paracrines des isoformes du VEGF-A sur les cellules endothéliales ont été bien caractérisés, bien peu d'études se sont penchées sur leurs effets autocrines sur les cellules tumorales qui expriment à leur surface les récepteurs VEGFR1 et VEGFR2. Dans ce contexte, le but principal de notre étude était de déterminer le statut d'expression et les fonctions biologiques de l'isoforme VEGF165b dans les tumeurs primaires et dans des modèles cellulaires dérivés de Carcinomes Pulmonaires Non à Petites Cellules (CBnPCs). Nos résultats identifient des profils d'expression variables du VEGF165b chez les patients atteints de CBnPCs, et montrent que de hauts niveaux intratumoraux de VEGF165b sont associés à un envahissement ganglionnaire. De plus, nos résultats identifient une boucle autocrine au travers de laquelle l'activation des récepteurs VEGFR1/VEGFR2 par le VEGF165b conduit à l'apparition de cellules tumorales présentant un phénotype plus invasif. Finalement, nous montrons que le traitement des cellules tumorales par le Bevacizumab (BVZ) mais aussi par les sels de platine auquel il est associé en clinique augmente l'expression du VEGF165b, la signalisation autocrine qu'il active et conduit à l'apparition de cellules tumorales plus agressives et résistantes à l'apoptose induite par le cisplatine. Ces résultats sont la première démonstration de la capacité du VEGF165b à signaliser sur les cellules tumorales. Dans une seconde étape de notre travail, nous avons étudié le rôle que pourraient jouer les intégrine β1 et β3 dans le maintien de la signalisation induite par le VEGF165b dans les cellules de CBnPCs. Nous montrons que le VEGF165b active l'intégrine β1. Cette activation aboutit à un réarrangement du cytosquelette d'actine en fibres de stress, ce qui pourrait favoriser la migration de ces cellules. De manière intéressante, le BVZ est capable d'induire ce même phénotype par un mécanisme nécessitant l'expression du VEGF165b, de l'intégrine β1, mais aussi de l'intégrine β3. La formation de ces fibres de stress est associée à l'activation de voies de signalisation d'aval mettant en jeu la phosphorylation des protéines FAK et cofiline. De plus, nous mettons en évidence l'existence de complexes entre la neuropiline 2 et l'intégrine β1 dans les cellules de CBnPCs qui seraient susceptibles de participer à l'activation de ces voies. Ainsi, le VEGF165b et le BVZ apparaissent capable de signaliser à travers les intégrines β1 et β3 dans les cellules de CBnPCs, suggérant un rôle de ces intégrines dans la réponse des cellules tumorales aux thérapies anti-angiogéniques. En conclusion, nos résultats identifient un rôle du variant VEGF165b dans la progression des CBnPCs et la réponse aux thérapies anti-angiogéniques et aux chimiothérapies, ce qui suggère que le VEGF165b pourrait être un marqueur réponse au BVZ dans les CBnPCs. / VEGF-A is one of the most important factors during tumor neoangiogenesis. This role has made it a prime target for the development of therapies. Thus, various drugs targeting VEGF-A (Bevacizumab, Avastin®) or its signaling pathways (VEGFR inhibitors) are currently used in clinical practice, especially in lung adenocarcinomas treatment. However, despite promising initial results, many patients are refractory or escape these therapies, and sometimes, even develop more aggressive tumors. To date, there is no means to identify patients who are likely to respond these treatments. Recently, new splicing variants of VEGF-A resulting from an alternative splicing at the last exon, were identified and called VEGFxxxb. Unlike VEGFxxx, these variants are antiangiogenic. If paracrine effects of VEGF-A isoforms on endothelial cells have been well characterized, few studies have examined their autocrine effects on tumor cells expressing VEGFR1 and VEGFR2. In this context, the main aim of our study was to determine the expression status and biological functions of VEGF165b in primary tumors and derived cell models of non small cell lung carcinoma (NSCLC). Our results identify variable expression profiles of VEGF165b in NSCLC patients, and show that high levels of intratumoral VEGF165b are associated with lymph node metastases. Furthermore, our results identify an autocrine loop through which the VEGFR1/VEGFR2 activation by VEGF165b leads to the appearance a more invasive phenotype on tumor cells. Finally, our results show that treatment of tumor cells by Bevacizumab (BVZ) but also platinum salts, with which it is associated clinics, increases VEGF165b expression and autocrine signaling, which leads to appearance of tumor cells that are more aggressive and resistant to cisplatin-induced apoptosis. These results are the first evidence of the VEGF165b ability to signalize on tumor cells. In a second stage of our work, we investigated the potential role of β1 and β3 integrins in maintaining VEGF165b signaling in NSCLC cells. We show that VEGF165b activates beta1 integrin. This activation leads to a rearrangement of the actin cytoskeleton in stress fibers, which may promote tumor cell migration. Interestingly, BVZ is able to induce this same phenotype by a mechanism requiring the expression of VEGF165b , beta1 integrin and beta3 integrin. The formation of these stress fibers is associated with the activation of downstream signaling pathways involving proteins phosphorylation of FAK and cofilin. In addition, we highlight the existence of neuropilin-2/β1 integrin complexes in NSCLC cells, which are likely to participate in these pathways activation. Thus, VEGF165b and especially BVZ appear able to signal through beata1 and beta3 integrins NSCLC cells, suggesting a role of these integrins in tumor cells response to antiangiogenic therapies. In conclusion, our results are the first evidence of a role of VEGF165b in NSCLC progression and response to antiangiogenic therapies and chemotherapies; they suggest that VEGF165b could be a marker of response to BVZ in NSCLC.

Les papillomavirus humains (HPV) sont des virus à ADN double brin qui infectent la peau et les muqueuses. Les infections par les HPV, bien que majoritairement asymptomatique, provoquent des défauts de prolifération cellulaire pouvant parfois générer des cancers. Selon leur pouvoir carcinogène, on distingue les HPV à bas risque oncogène (HPV-BR) provoquant des lésions bénignes, et les HPV à haut risque (HPV-HR) responsables de l’apparition de nombreux cancers ano-génitaux et de certains cancers des voies aéro-digestives supérieures. Parmi les HPV-HR, HPV16 est le plus prévalent. La carcinogenèse induite par les HPV-HR est corrélée à l’expression des protéines virales E6 et E7, qui dérégulent de nombreux processus cellulaires. L’expression des gènes viraux, réalisée par la machinerie de la cellule hôte, est finement régulée particulièrement au niveau posttranscriptionnel. En outre, l’épissage alternatif génère une vingtaine de transcrits viraux, permettant l’expression des protéines virales. L’épissage au sein de la région codante E6 permettant de former l’isoforme E6*I est présent uniquement chez les HPV-HR, mais pas chez les HPV-BR, ce qui suggère son implication dans la carcinogenèse induite par les HPV-HR. Toutefois, le rôle biologique de la protéine E6*I produite par les HPV-HR est encore controversé.Afin de mieux appréhender les mécanismes de la carcinogenèse induite par les HPV-HR, nous nous sommes intéressés à : (i) l’étude des fonctions biologiques de l’isoforme E6*I, et (ii) aux mécanismes impliqués dans la régulation de l’expression de E6 et E7.Pour appréhender le rôle biologique d’E6*I d’HPV16, nous avons utilisé le séquençage de l’ARN afin d’identifier des cibles dérégulées par son expression ectopique. L’expression des isoformes E6 et E6*I d’HPV16 dans des cellules HPV négatives dérégule des transcrits impliqués dans des processus biologiques relatifs à l’expression des gènes viraux, la carcinogenèse virale, la transduction du signal et la traduction. L’expression d’E6*I seule, dérégule des transcrits impliqués dans l’organisation de la matrice extracellulaire, des voies de signalisation et d’adhérence cellulaire. De façon intéressante, il a été montré que ces gènes dérégulés par l’expression d’E6*I sont communément affecté par le niveau intracellulaire de ROS (espèces réactives de l’oxygène). Cela corrobore le rôle d’E6*I dans l’augmentation de la production de ROS. Le stress oxydatif associé aux ROS pourrait favoriser l’intégration du génome viral à celui de la cellule hôte, caractéristique de carcinogenèse associée aux HPV-HR. En somme, E6*I pourrait avoir un rôle oncogénique indépendant de celui d’E6, et interviendrait dans la carcinogenèse associée aux HPV-HR.Nous avons aussi étudié le rôle du complexe de jonction des exons (EJC), dans la régulation posttranscriptionnelle de l’expression d’E6 et E7. L’EJC est un complexe multiprotéique déposé sur les ARNm via l’épissage influençant ainsi leur devenir. Nous avons montré qu’un facteur de l’EJC, eukaryotic initiation factor 4A3 (eIF4A3), se liait aux ARNm viraux. Par ailleurs, nous avons observé que les composants de l’EJC affectent, certes de différentes façons, l’expression d’E6 et E7. Enfin, nous avons aussi étudié l’effet du nonsense-mediated mRNA decay (NMD), un mécanisme lié à l’EJC, sur l’expression d’E6 et E7. Non seulement nos résultats suggèrent que le NMD inhibe l’expression d’E6 et E7, mais nous avons aussi observé que la protéine E6 d’HPV16 réduit l’activité du NMD. Cette inhibition permettrait à HPV16 d’avoir un contrôle sur ses transcrits mais d’affecter aussi des cibles cellulaires du NMD. Etant donné l’implication des gènes régulés par le NMD dans le maintien de l’homéostasie et l’adaptation cellulaires, il serait intéressant d’appréhender le rôle de cette nouvelle activité d’E6 dans la carcinogenèse associée aux HPV-HR. / Human papillomaviruses (HPV) are double strand DNA viruses that infect skin and mucosa. HPV infections, although mostly asymptomatic, cause cell proliferation defects that can sometimes give rise to cancer. According to their carcinogenic potential, we distinguish low-risk HPVs (lr-HPV) causing benign lesions, and high-risk HPV (hr-HPV) responsible for the appearance of numerous anogenital and some head and neck squamous-cell cancers. Among the hr-HPV, HPV16 is the most prevalent. Hr-HPV-induced carcinogenesis is correlated with the expression of the viral oncoproteins, E6 and E7, which deregulate many cellular processes. Viral gene expression, performed by the host cell machine, is finely regulated particularly at the post-transcriptional level. Besides, alternative splicing generates about twenty viral transcripts, leading to the expression of viral proteins. The splicing within the E6 open reading frame that generates an E6*I mRNA only in hr-HPV, but not in the lr-HPV, suggests its involvement in hr-HPV-induced carcinogenesis. However, the biological role of E6*I protein produced by HPV-HR is still controversial.In order to better understand the mechanisms of hr-HPV-induced carcinogenesis, we have interested in: (i) the study of the biological functions of the E6*I isoform, and (ii) the mechanisms involved in the regulation of E6 and E7 expression.To get insight the biological role of HPV16 E6*I, we used RNA sequencing to identify targets deregulated by its ectopic expression. Expression of HPV16 E6 and E6*I isoforms in negative HPV cells deregulate several transcripts involved in biological processes related to viral gene expression, viral carcinogenesis, signal transduction and translation. The expression of E6*I alone, deregulates transcripts involved in the organization of the extracellular matrix, signaling pathways and cell adhesion. Interestingly, it was shown that the genes deregulated by E6*I expression are commonly affected by the intracellular level of ROS (reactive oxygen species). These results support the role of E6*I in increasing ROS production. The ROS-associated oxidative stress could favor viral genome integration with that of the host cell, a characteristic of hr-induced carcinogenesis. In sum, E6*I may have an oncogenic role independent of E6, and intervene in the carcinogenesis associated with hr-HPV.We also studied the role of the exon junction complex (EJC) in the posttranscriptional regulation of E6 and E7 expression. EJC is a multiprotein complex deposited on mRNAs via splicing, thus influencing their fate. We have shown that a factor of EJC, eukaryotic initiation factor 4A3 (eIF4A3), binds to viral mRNAs. Moreover, we have observed that the components of the EJC affected, in different ways, the expression of E6 and E7. Finally, we also studied the effect of nonsense-mediated mRNA decay (NMD), a mechanism linked to the EJC, on the expression of E6 and E7. Our results suggest that not only NMD inhibits the expression of E6 and E7, but we have also observed that HPV16 E6 protein reduces NMD activity. This inhibition would allow HPV16 to have control over its transcripts but also to affect NMD cellular targets. Given the involvement of NMD-regulated genes in the maintenance of cellular homeostasis and adaptation, it would be interesting to understand the role of this new E6 activity in carcinogenesis associated with HPV-HR.

Les rapides progrès technologiques en matière de techniques de biologie à grande échelle, comprenant notamment les microarrays, conduisent en 2006 au développement d’une nouvelle génération de puces à très haute résolution, capables de cibler à la fois tous les gènes du transcriptome humain, mais également tous les exons de ces gènes pris individuellement. L’avènement de cette puce, communément appelée puce exon, permit d’obtenir une mesure précise des changements transcriptomiques affectant les cellules cancéreuses, en offrant la possibilité de prendre en compte l’expression relative de différents exons d’un même gène.L’épissage alternatif et la transcription alternative sont les deux principaux mécanismes biologiques à l’origine de l’existence de plusieurs transcrits pour un même gène. Ces processus biologiques ont été mis en évidence depuis longtemps mais leur régulation dans les cellules normales ainsi que leurs dérégulations dans les cancers sont encore mal caractérisées de par la complexité des mécanismes impliqués. Par leur design, les puces exons permettent de mettre en évidence la présence de variations d’expression entre plusieurs transcrits potentiels d’un même gène, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension de ces processus biologiques.A partir d’un important jeu de données d’échantillons de cancers de la vessie dont le profil transcriptomique fut obtenu par puces exons, nous nous sommes intéressés à l’étude des changements d’épissage alternatif et à l’utilisation de promoteurs alternatifs dans les tumeurs de vessie. L’utilisation d’outils statistiques et mathématiques dédiés à l’analyse de ces puces nous a permis dans un premier temps d’identifier de nombreux gènes dont l’expression relative des différents transcrits est spécifiquement dérégulée dans les tumeurs de vessie. Ces transcrits constituent une nouvelle source pour l’identification de cibles thérapeutiques spécifiques des tumeurs. Nous avons pu montrer qu’avec une approche ciblée sur les changements d’expression relative de transcrits alternatifs d’un même gène, il était possible de constituer un panel de potentiels marqueurs tumoraux permettant le développement de nouveaux tests urinaires utiles à la détection des cancers de vessie et à la surveillance des patients.Par une analyse non supervisée des profils d’exons potentiellement dérégulés, nous avons pu observer une stratification des tumeurs similaire à celle observée par l’étude des profils géniques issus de puces classiques, confirmant alors l’existence d’un sous groupe de tumeurs de vessie présentant des caractéristiques transcriptomiques propres. Nous avons pu associer à ce sous-groupe de mauvais pronostic, une signature d’inclusion différentielle de certains exons. Cette signature impliquant 19 gènes permet d’identifier précisément ces tumeurs de manière très spécifique et constitue par conséquent un outil puissant utilisable en clinique.L’étude ciblée d’une voie de signalisation fréquemment dérégulée dans les cancers nous a permis de mettre en évidence une dérégulation globale de l’expression relative des transcrits alternatifs de gènes impliqués dans la prolifération cellulaire, et d’en identifier de probables régulateurs. Enfin, L’analyse des données de puces exons à la lumière des données de méthylation de l’ADN nous a permis d’identifier un mécanisme épigénétique régulant l’utilisation de promoteurs alternatifs dans un sous-groupe de tumeurs de vessie.L’ensemble des résultats obtenus par l’analyse de ces puces exons a par conséquent permis de caractériser à l’échelle du transcrit les dérégulations spécifiques des tumeurs de vessie, et d’en identifier certains mécanismes. Ces dérégulations permettent non seulement d’identifier spécifiquement plusieurs sous-groupe de tumeurs dont un de mauvais pronostic, mais offrent également de nouvelles possibilités quant-à la recherche de marqueurs urinaires pour la surveillance des patients. / The development of microarray technology in the late 1990’s served as an essential tool to comprehend the scope of transcriptomic deregulations occurring in cancer cells. Signals generated from the first generation of transcriptomic microarrays gave simultaneous measures of expression from a large number of genes, therefore enabling to identify candidate genes involved in cancer progression and putative therapeutic targets. In 2006, through a fast de- velopment of high-throughput technologies, the available large scale analysis tools became enriched with a new generation of high resolution microarrays measuring expression signals both at the gene-level and at the exon-level of each gene. The advent of this high-resolution microarray, commonly called exon array, provided the opportunity to get a more accurate meas- ure of transcriptomic changes affecting cancer cells by enabling to consider relative expression changes of the exons from a same gene.Alternative splicing and alternative transcription are the two main biological mechanisms accounting for the production of several transcripts from a same gene. Although these bio- logical processes have been known for a long time, their regulation in normal cells and their deregulation in cancer still remain challenging to well-characterize, mainly due to the complex- ity of the involved mechanisms. Through their design, exon arrays enable to identify variable expression patterns within several potential transcripts of a same gene, therefore bringing new insight into these biological processes.Based on a large dataset of bladder cancer samples that were profiled on exon arrays, we focused on the study of alternative splicing changes and alternative promoter usage in bladder tumours. Analysis of these exon arrays through the use of adapted statistical and mathemat- ical tools initially resulted in the identification of numerous genes showing differential relative expression patterns of their transcripts between cancer and normal samples. These transcripts represent a new opportunity to define tumour-specific therapeutic targets. We demonstrated that using an approach targeted on relative expression changes of transcripts from a same gene, it was possible to build up a panel of potential tumour-specific markers enabling the development of new urinary test to detect bladder cancer and monitor its evolution.Through an unsupervised analysis of putatively deregulated exon profiles, we observed that the partitioning of bladder tumours was similar to the classification resulting from the study of classical gene microarray expression profiles, consequently confirming the existence of a bladder subgroup with peculiar transcriptomic properties. For this subgroup of bad prognosis, we established a signature based on the differential alternative inclusion of several exons. This signature relates to 19 genes and enables to accurately identify tumours from this subgroup, therefore providing a powerful tool to be used in clinical practice.By studying a specific pathway often deregulated in cancer, we highlighted an overall dereg- ulation of the relative expression of alternative transcripts from genes involved in cell prolifer- ation, and identified potential actors involved in the underlying regulatory process. Eventually, the analysis of exon arrays in the light of DNA methylation array data enabled us to identify an epigenetic mechanism regulating the use of alternative promoters in a subgroup of bladder tumours.Together, the results obtained from exon array analysis consequently provided a character- ization at the transcript level of bladder tumour specific deregulations and brought insight into the underlying mechanisms. The highlighted deregulations not only allow to accurately identify two subgroups of tumours, of which one has a bad prognosis, but also offer new possibilities regarding the definition of urinary markers for patient monitoring.

La TriméthylGuanosine Synthase 1 de levure (Tgs1) à été identifiée à la suite d’un criblage double hybride en utilisant l’extrémité basique carboxy-terminale de la protéine SmB, cœur des snRNP, comme appât. Il a été également montré que Tgs1 interagit spécifiquement avec le domaine carboxyl-terminal basique KKD/E des protéines Nop58p et Cbf5p, deux composants protéiques du coeur des snoRNP. Le gène TGS1 n’est pas essentiel mais sa délétion confère un phénotype de cryo-sensibilité associé à un léger défaut d’épissage à basse température, associé à la rétention de U1 dans le nucléole. La recherche de substrats pour cette protéine a montré que Tgs1p est capable de méthyler la coiffe monométhylée des snARN et des snoARN transcrits par l’ARN polymérase II. La grande majorité des snoARN joue un rôle dans la sélection des sites de modifications de plusieurs classes d’ARN. Certains, par contre, sont impliqués dans la voie de synthèse des ribosomes, un processus comprenant de multiples étapes de clivages endo- et exoribonucléotidiques et ayant lieu dans le nucléole où les facteurs impliqués dans ces réactions se concentrent en plusieurs domaines distincts. Le point de départ de ce travail de thèse a été de tester un possible rôle de Tgs1p et/ou de la triméthylation dans la biosynthèse du ribosome.<p><p>Dans un premier temps, l’analyse du processing des ARN ribosomiques dans la souche délétée pour TGS1 nous a permis de mettre en évidence l’implication de Tgs1 dans la formation de l’ARNr de la petite sous-unité, l’ARNr 18S. Des mutants catalytiques de Tgs1, incapables de reconnaître et de modifier les coiffes m7G, ont été crées. L’analyse de la voie de biogenèse des ribosomes dans ces souches ne présente pas les défauts constatés dans la souche délétée, révélant que c’est la protéine et non sa fonction catalytique qui est requise. De plus, ces mutants sont autant défectueux dans l’épissage des ARN messagers, excluant toute implication du défaut d’épissage dans le ralentissement de la voie de biogenèse des ribosomes observé dans la souche délétée. L’ultrastructure des souches délétées pour TGS1 observée en microscopie électronique nous a permis de mettre en évidence un effet de l’absence de Tgs1 sur la morphologie nucléolaire. En effet, le nucléole dans ces souches ne présente plus de nucléole structuré, bi-compartimenté. Les analyses en microscopie à fluorescence ont confirmé la disparition de la ségrégation des deux compartiments nucléolaires, suggérant que le défaut dans la biogenèse des ribosomes puisse être une conséquence de la perte de cohérence du nucléole.<p>La caractérisation de l’environnement physique et fonctionnel de Tgs1 a été entreprise afin de mettre à jour des fonctions additionnelles de la protéine. Diverses approches ont été envisagées: la recherche de partenaires physiques par l’emploi d’un allèle de TGS1 étiquetté TAP permettant la purification puis l’analyse de partenaires physiques ainsi que la recherche de partenaires fonctionnels par la méthode du crible synthétique létal. La recherche de partenaires physiques a permis de révéler l’existence d’un grand nombre d’ARN non codants coprécipités avec Tgs1. Certains sont des substrats connus de la protéine mais un grand nombre d’ARN ne possédant pas de coiffes monométhylées. La recherche de partenaires fonctionnels a permis la découverte de candidats synthétiques létaux appartenant à deux groupes, un groupe lié à l’épissage des ARN messagers et un autre groupe constitué de membres du complexe SWR1, complexe impliqué dans la régulation transcriptionnelle par modification de la chromatine. Lors de ce crible de candidats synthétiques létaux, il est apparu que la délétion de TGS1 restaure partiellement le défaut de croissance à chaud induit par la délétion du gène RRP47, dont le produit est impliqué dans la maturation de l’extrémité 3’ de plusieurs types d’ARN non codants. Les travaux préliminaires effectués ne permettent pas encore d’expliquer un tel phénotype.<p><p>Au cours de ce travail de thèse, nous avons pu répondre à un certain nombre de questions sur la fonction et le rôle de Tgs1 dans la cellule. La fonction catalytique de Tgs1 dans la méthylation des coiffes m7G est clairement nécessaire à l’efficacité de l’épissage des ARN messagers mais le rôle de la triméthylation de la coiffe des snoARN n’est pas élucidé à ce jour. Le fait que la fonction catalytique de Tgs1 n’est pas impliquée dans le défaut dans la biogenèse des ribosomes et la découverte du rôle de la protéine dans la morphologie nucléolaire, laisse entrevoir l’existence de fonctions additionnelles de Tgs1 dans la cellule. La caractérisation de son environnement physique et fonctionnel abonde justement dans ce sens, mettant à jour plusieurs interactions probablement liées à sa fonction catalytique, notamment dans l’épissage des ARN messagers mais également un grand nombre d’interactions impliquant la participation de Tgs1 dans d’autres voies métaboliques. <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La mucoviscidose est la maladie génétique létale la plus fréquente dans les populations d’origine Caucasiennes et résulte de mutations du gène CFTR. Bien que de nombreux travaux aient permis de comprendre le mode de synthèse et de maturation de la protéine ainsi que la fonction du canal CFTR, les mécanismes qui contrôlent l’expression de ce gène restent peu connus. En effet, le gène CFTR est finement régulé au niveau tissulaire et au cours du développement pulmonaire. Le contrôle de cette expression nécessite le recrutement d’éléments régulateurs qui modulent à la fois l’activité de son promoteur et la stabilité de son transcrit en contexte physiologique et lors de stress cellulaires induits par la pathologie. Le premier travail a été d’identifier en contexte physiologique des régulateurs, incluant des facteurs de transcription et des miARNs, qui participent à la répression de l’expression du gène CFTR dans des cultures pulmonaires fœtales et matures. La détermination d’éléments cis répresseurs a permis le développement d’outils capables de stabiliser les transcrits CFTR. Grâce à l’utilisation d’oligonucléotides modifiés bloquant la fixation des miARNs sur le transcrit CFTR, nous avons montré dans un modèle ex vivo issu de patients CF, une augmentation du taux d’ARNm et de la quantité de protéines CFTR (p.Phe508del) ainsi qu’une restauration de l’activité du canal muté. Le second travail fait suite à l’exploration du locus CFTR, par des séquenceurs de deuxième génération, des régions non codantes incluant les introns, séquences encore peu étudiées à ce jour. Sur une cohorte de patients CF chez qui une seule mutation avait été identifiée, nous avons détecté de nouvelles mutations affectant l’épissage à travers l’insertion d’un exon cryptique. L’utilisation d’oligonucléotides modifiés, spécifiquement localisés sur les introns ciblés, a permis de restaurer la séquence normale des transcrits. Enfin, dans le but d’identifier de nouveaux miARNs qui participent à la physiopathologie CF, le profil d’expression des miARNs a été évalué à partir de différents épithéliums respiratoires (polypes, nez, bronches) issus d’individus sains où atteints de mucoviscidose. La caractérisation d’éléments cis- et trans-régulateurs est essentielle pour poursuivre la compréhension des mécanismes impliqués dans l’expression du gène CFTR ainsi que pour déterminer de nouvelles cibles pour combattre la mucoviscidose. / Cystic Fibrosis is the most frequent lethal genetic disease in the Caucasian populations and results from CFTR gene mutations. Many studies improved the understanding of CFTR biogenesis and CFTR channel function, however the mechanisms driving the expression of this gene remains neglicted. CFTR gene displays a tightly regulated tissue-specific and temporal expression in the lungs. This regulation requires the recruitment of regulatory elements which modulate, the activity of CFTR gene transcription and the stability of its transcript, in both physiological and cellular stress conditions.Firstly, we identify regulators, including transcription factors and miRNAs, which contribute to the CFTR gene repression in pulmonary mature cells compared to fœtal cultures. Determination of cis-repressors elements led to the development of oligonucleotides that block specifically the binding of miRNAs on the CFTR transcrits and that stabilize it. Administration of these modified oligonucleotides, in a ex-vivo model taken from CF patients, increased CFTR mRNA level, p.Phe508del proteins amount, as well as restored CFTR channel activity.Secondly, by using a next generation sequencing approach, we explored the entire CFTR locus, including introns poorly studied. In CF patients in whom only one mutation had hitherto been identified, we found the second disease-causing CFTR mutation that results in aberrantly spliced transcripts due to the inclusion of a pseudoexon in the mature transcripts. We next tested the effect of pseudoexon skipping mediated by antisense oligonucleotides targeting splice sites on two of them. Our findings result in the restoration of the full-length, in-frame CFTR transcript, demonstrating the effect of antisense oligonucleotide-induced pseudoexon skipping in CF. Finally, in order to identify new miRNAs deregulated in CF and to determine their involvement in CF physiopathology, miRNA expression profiling was carried out in three airway epitheliums (polyps, nose, bronchi) taken from healthy individuals and CF patients.Characterization of cis- and trans-regulatory elements offers new understanding of the control of the CFTR gene regulation and new therapeutic targets for Cystic Fibrosis.

Le nombre de gènes codant pour des protéines chez l’'homme, le vers rond et la mouche des fruits est du même ordre de grandeur. Cette absence de correspondance entre le nombre de gènes d’un eucaryote et sa complexité phénotypique s’explique en partie par le caractère alternatif de l’épissage.L'épissage alternatif augmente considérablement le répertoire fonctionnel de protéines codées par un nombre limité de gènes. Ce mécanisme, très actif lors du développement embryonnaire, participe au devenir cellulaire. De nombreux troubles génétiques, hérités ou acquis (en particulier certains cancers), se caractérisent par une altération de son fonctionnement.Les technologies de séquençage à haut débit de l'ARN donnent accès a une information plus riche sur le mécanisme de l’épissage. Cependant, si la lecture à haut débit des séquences d’ARN est plus rapide et moins coûteuse, les données qui en sont issues sont complexes et nécessitent le développement d’outils algorithmiques pour leur interprétation. En particulier, la reconstruction des transcrits alternatifs requiert une étape de déconvolution non triviale.Dans ce contexte, cette thèse participe à l'étude des événements d'épissage et des transcrits alternatifs sur des données de séquençage à haut débit de l'ARN.Nous proposons de nouvelles méthodes pour reconstruire et quantifier les transcrits alternatifs de façon plus efficace et précise. Nos contributions méthodologiques impliquent des techniques de régression parcimonieuse, basées sur l'optimisation convexe et sur des algorithmes de flots. Nous étudions également une procédure pour détecter des anomalies d'épissage dans un contexte de diagnostic clinique. Nous suggérons un protocole expérimental facilement opérant et développons de nouveaux modèles statistiques et algorithmes pour quantifier des événements d’épissage et mesurer leur degré d'anormalité chez le patient. / The number of protein-coding genes in a human, a nematodeand a fruit fly are roughly equal.The paradoxical miscorrelation between the number of genesin an organism's genome and its phenotypic complexityfinds an explanation in the alternative natureof splicing in higher organisms.Alternative splicing largely increases the functionaldiversity of proteins encoded by a limitednumber of genes.It is known to be involved incell fate decisionand embryonic development,but also appears to be dysregulatedin inherited and acquired human genetic disorders,in particular in cancers.High-throughput RNA sequencing technologiesallow us to measure and question splicingat an unprecedented resolution.However, while the cost of sequencing RNA decreasesand throughput increases,many computational challenges arise from the discrete and local nature of the data.In particular, the task of inferring alternative transcripts requires a non-trivial deconvolution procedure.In this thesis, we contribute to deciphering alternative transcript expressions andalternative splicing events fromhigh-throughput RNA sequencing data.We propose new methods to accurately and efficientlydetect and quantify alternative transcripts.Our methodological contributionslargely rely on sparse regression techniquesand takes advantage ofnetwork flow optimization techniques.Besides, we investigate means to query splicing abnormalitiesfor clinical diagnosis purposes.We suggest an experimental protocolthat can be easily implemented in routine clinical practice,and present new statistical models and algorithmsto quantify splicing events and measure how abnormal these eventsmight be in patient data compared to wild-type situations.