Le glioblastome (GBM) est la tumeur primitive du cerveau la plus fréquente et la plus agressive chez l’adulte. Le mauvais pronostic de cette pathologie peut être expliqué par la présence de cellules résistantes aux traitements à l’origine des rechutes appelées cellules souches de glioblastome (CSG). Caractérisées par une plasticité cellulaire, elles sont capables de s’adapter aux environnements défavorables à leur survie. Ainsi, malgré des traitements multimodaux agressifs, les bénéfices de la prise en charge du GBM restent très modestes ; il est donc nécessaire de mieux caractériser ces cellules afin de développer de nouvelles thérapies ciblant les CSG. Le rôle des mécanismes post-transcriptionnels de régulation de l’expression génique dans le maintien des cellules souches cancéreuses a été démontré dans différentes tumeurs. Cependant, peu de protéines de liaison à l'ARN (RBP), régulateurs clés de ces événements, ont été identifiés dans le contexte des CSG. Mon projet de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de RBP régulant les propriétés d’auto-renouvèlement et de survie des CSG afin d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes moléculaires qui contribuent à la formation ou récurrence des GBM. Dans un premier temps, j’ai cherché à définir un protocole permettant d’enrichir la population de CSG maintenues en conditions de culture non-adhérentes qui favorisent la formation de neurosphères et le maintien d’une hiérarchie cellulaire. Confrontée à une forte hétérogénéité de signatures moléculaires, j’ai choisi de prendre cette caractéristique en compte dans un second temps en menant une étude comparative du transcriptome de 5 modèles de cellules souches de glioblastome provenant de patients différents. Cette analyse inclut également des cellules différenciées in vitro à partir des CSG ainsi que des cellules souches neurales humaines. Grâce à une approche de séquençage de leur transcriptome, mes travaux de thèse ont permis d’identifier une famille de régulateurs post-transcriptionnels enrichis dans les CSG, les protéines nELAVL. Ces résultats ont pu être confirmés par l’analyse de leur expression protéique dans des modèles in vitro et dans des coupes de tumeurs provenant de différents patients atteints de GBM. Une co-expression des protéines nELAVL avec OLIG2 ou SOX2 a été observée confirmant ainsi leur association avec l’état souche. ELAVL4 correspond au membre de la famille nELAVL le plus réprimé lors de la différenciation des CSG. Des outils de modulation de son expression ont été développé en vue d’évaluer son rôle dans les CSG par des approches de perte d’expression ou de gain de fonction / Glioblastoma (GBM) is the most common and aggressive primary adult brain tumor. GBM dismal prognosis can be explained by the presence of treatment resistant cells responsible for tumor relapse known as glioblastoma stem cells (GSC). Characterized by cellular plasticity, they are able to adapt to hostile environments. Thus, despite aggressive multimodal treatments, GBM curative therapies have provided only a modest benefit; it is therefore necessary to better characterize these cells in order to develop new GSC targeted therapies. The role of posttranscriptional mechanisms of gene expression regulation in the maintenance of cancer stem cells has been demonstrated in different tumors. However, few RNA-binding proteins (RBPs), key regulators of these events, have been identified in GSC. My thesis project consists in identifying RBP that are critical for self-renewal and increased survival properties of GSC. The aim of this study is to deepen our knowledge of the underlying molecular mechanisms of GBM development or recurrence. At first, I established a protocol to enrich for GSC using nonadherent culture conditions that promote the formation of neurospheres comprising a cellular hierarchy. I chose to take into account the facing problem of GSC molecular heterogeneity in a second step and carried out a comparative study of the transcriptome of 5 glioblastoma stem cell cultures from different patients. This analysis also includes in vitro differentiated cells originating from GSC as well as human neural stem cells. Using a transcriptome sequencing approach, my thesis work has led to the identification of a family of post-transcriptional regulators enriched in GSC, nELAVL proteins. These results were confirmed by protein expression analysis in in vitro neurospheres and within tumor sections from different GBM patients. Co-expression of nELAVL proteins with OLIG2 or SOX2 was observed thus confirming their association with stemness. ELAVL4 repesents the most differentially expressed member of nELAVL family upon GSC differentiation. Knock-down and gain-offunction tools targeting ELAVL4 have been developed to further assess its roles in GSC maintenance

L'huître plate européenne, espèce endémique des côtes européennes, est classée dans la catégorie des " espèces menacées et/ou en déclin ". En effet, les gisements naturels de cette huître ont été progressivement décimés par la sur-exploitation et par l'émergence successive de maladies parasitaires. Le parasite responsable de la bonamiose a notamment contribué à réduire de façon drastique l'exploitation de cette huître en France, et en Europe. Les mollusques bivalves marins présentent deux caractéristiques qui restreignent de fait le potentiel d'action pour lutter contre les maladies : ils sont cultivés en milieu ouvert, et possèdent un système immunitaire inné dépourvu de la capacité de réponse adaptative. Dans ce contexte, la sélection d'animaux naturellement résistants à la bonamiose est une voie prometteuse pour relancer la culture de l'huître plate européenne. Afin de mieux comprendre le phénomène de résistance à la bonamiose, plusieurs études ont porté sur les mécanismes de réponse de l'huître plate et sur l'identification de régions génomiques potentiellement impliquées dans les mécanismes de résistance à la maladie.Le présent travail de thèse consistait à améliorer la compréhension de la résistance de l'huître plate européenne vis-à-vis de la bonamiose, mais également à mieux caractériser la ressource génétique et la structuration de ses populations naturelles. L'huître plate n'étant pas un organisme modèle, seule une carte génétique préliminaire était disponible chez cette espèce. Il a donc été nécessaire de développer de nouveaux outils moléculaires afin d'optimiser la couverture de son génome. Des marqueurs de type SNP (polymorphisme d'une seule base) ont ainsi été développés par séquençage de produits PCR et par séquençage à haut débit. Afin d'améliorer la compréhension de la résistance à la bonamiose, trois expériences d'infection avec le parasite responsable de cette maladie ont été réalisées et ont permis de caractériser les phénotypes de réponse de l'huître plate à plusieurs échelles d'études.1- À l'échelle inter-familiale, il s'agissait de détecter des régions du génome (QTL) associées aux mécanismes de réponse (survie / mortalité) à la bonamiose chez plusieurs familles d'huîtres. Cette approche a permis d'identifier plusieurs régions génomiques d'intérêt communes entre les familles, et de nouvelles régions d'intérêt qui n'avaient pas encore été détectées.2- À l'échelle intra-familiale, il s'agissait de détecter des régions génomiques associées à la régulation d'activités hémocytaires (QTL) ou à l'expression de gènes (eQTL) préalablement identifiés comme potentiellement impliqués dans la réponse à la bonamiose. Cette approche, nouvelle chez un mollusque bivalve, a notamment permis de mettre en évidence une concordance positionnelle entre les régions génomiques impliquées dans la survie ou la mortalité à la bonamiose et celles impliquées dans la régulation des réponses cellulaires et/ou moléculaires.3- À l'échelle des populations, il s'agissait d'étudier un éventuel différentiel de réponse à la bonamiose chez des huîtres provenant de trois populations naturelles géographiquement et écologiquement distinctes. Cette étude a notamment permis d'identifier une possible adaptation à la parasitose des huîtres provenant de la baie de Quiberon. Afin de mieux caractériser les ressources naturelles de l'huître plate européenne, plusieurs populations couvrant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce ont également été étudiées. Cette étude a permis de confirmer la forte diversité nucléotidique de l'huître plate, en évaluant pour la première fois la diversité génétique globale des populations naturelles d'un mollusque bivalve marin. Cette étude a également permis d'identifier une structuration génétique des populations, avec coïncidence entre les discontinuités dans la distribution des fréquences alléliques des marqueurs moléculaires sous sélection positive ou divergente et les barrières biogéographiques.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus. / Important fluctuations of DNA supercoiling occur during transcription in the frame of the “twin supercoiled domain” model. In this model, transcription elongation generates negative and positive supercoiling respectively, upstream and downstream of the moving RNA polymerase. The major role of bacterial topoisomerase I is to prevent the accumulation of transcription-induced negative supercoiling. In its absence, the accumulation of negative supercoiling triggers R-loop formation which inhibits bacterial growth. R-loops are DNA/RNA hybrids formed during transcription when the nascent RNA hybridizes with the template strand thus, leaving the non-template strand single stranded. In cells lacking DNA topoisomerase I, a constant and selective pressure for the acquisition of compensatory mutations in gyrase genes reduces the negative supercoiling level of the chromosome and allows growth. One of these mutations is a thermosensitive gyrase expressed at 37 °C. The overexpression of RNase HI, an enzyme that degrades the RNA moiety of an R-loop, is also able to correct growth inhibition in absence of topoisomerase I. In the presence of topoisomerase I, R-loops can also form when RNase HI is lacking. In these mutants, R-loop formation induces SOS and constitutive stable DNA replication (cSDR). In our study, we show how R-loops formed in cells lacking topoisomerase I or RNase HI can affect bacterial growth. When topoisomerase I is inactivated, the accumulation of hypernegative supercoiling inhibits growth by causing extensive R-loop formation which, in turn, can lead to RNA degradation. As a result of RNA degradation, the accumulation of truncated and functional mRNA instead of full length ones, is responsible for protein synthesis inhibition that alters bacterial growth. The mechanism by which RNA is degraded is not completely clear but our results strongly suggest that RNase HI is involved in this process. More importantly, the major endoribonuclease, RNase E, is not involved in RNA degradation because RNA is degraded before its action. We show also that there is a perfect correlation between RNase HI concentration, the accumulation of hypernegative supercoiling and bacterial growth inhibition. When RNase HI is in excess, no accumulation of hypernegative supercoiling and growth inhibition are observed. The opposite is true when RNase HI is at its wild type level. By preventing the accumulation of hypernegative supercoiling, the overproduction of RNase HI inhibits extensive R-loop formation and RNA degradation, thus, allowing growth. In absence of RNase HI (rnhA) and in presence of topoisomerase I, R-loops are also responsible for an inhibition in gene expression, including stress genes such as rpoH and grpE. The inhibition of gene expression is not related to RNA degradation as seen in absence of topoisomerase I but it is rather related to a reduction in gene expression. In absence of RNase HI, the diminution of genes expression is responsible for a reduction in the cellular level of proteins, which negatively affects bacterial growth and bacterial survival to heat shock and oxydative stress. Additional mutations in RecA, the protein that activates SOS and cSDR after R-loop formation in rnhA, do not correct this phenotype in rnhA. Thus, SOS and cSDR are not directly involved in the inhibition of gene expression in the absence of RNase HI. In absence of topoisomerase I, growth inhibition resumes when hypernegative supercoiling is reduced. When compared to wild type strains, DNA is very relaxed in absence of RNase HI and topoisomerase I. It seems that R-loop formation induces the relaxation of negatively supercoiled DNA. All this strongly supports the idea that negative supercoiling plays an important role in R-loop formation. Finally, our work shows how essential negative supercoiling regulation is for cell physiology. By preventing R-loop formation, regulation of negative supercoiling allows optimal gene expression, which is crucial for cellular growth and for stress survival. Both topoisomerase I and RNase HI play an important and complementary role in this process.

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets. / Benzo(a)pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon that has been classified as carcinogenic to humans. However, the relationship between exposure and effect is still poorly documented. The aim of this thesis was to document the quantitative relationship between exposure to BaP, the temporal evolution of biomarkers of exposure and the appearance of early biological alterations, by conducting experimental studies in rats. First, we determined the effect of four doses of BaP (0.4, 4, 10 and 40 µmol / kg) on several biomarkers of exposure (3- and 7-OHBaP, 4,5- and 7,8 -diolBaP, BaPtetrol and 1,6 -, 3,6 - and 7,8-dione-BaP), on DNA adducts and the expression of genes involved in the metabolism of BaP, DNA repair and oxidative stress. BaP and its metabolites were measured in blood, tissues and excreta, 8 h and 24 h after intravenous administration of BaP by ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to fluorescence. The DNA adducts were quantified in lungs by chemiluminescence immunoassay. Gene expression in lungs was achieved by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The results showed a good dose-excretion relationship for 3- OHBaP , 4,5- and 7,8- diolBaP and they also showed the usefulness of 4,5- diolBaP as a potential biomarker of BaP in addition to 3- OHBaP. Furthermore, the dose-dependent increase in the formation of adducts and the expression of certain genes involved in metabolism and oxidative stress highlighted the latter as potentially interesting biomarkers of effect. The following study was designed to evaluate the toxicokinetic profile of biomarkers of exposure related to the temporal modulation of the formation of DNA adducts and gene expression, using a dose of 40 µmol/kg BaP as set out in the previous study, but with regular measurements during the 72-h period following intravenous injection of BaP. It appeared that the 3 - and 7- OHBaP and 4,5 - and 7,8- diolBaP seemed to be good biomarkers of exposure; hydroxyBaPs and diolBaPs exhibited different kinetics but all the metabolites were significantly correlated with BaPDE adducts in the lungs. The expression of genes and the study of their kinetic profile also allowed to assess the relationship with the formation of adducts and better understand the metabolism of BaP. Based on these results, it seemed logical to focus on the effect of the route of exposure. The data measured in the blood and excreta after intravenous, intratracheal, oral, and cutaneous administration of 40 mmol/kg BaP have once again demonstrated the importance of measuring several metabolites due to kinetic differences depending on the route of administration of the compound and among biomarkers, in particular between OHBaPs (3 - and 7 - OHBaP) and diolBaPs (4,5 - and 7,8- diolBaP). Results also suggest that measurements of concentration ratios of different metabolites could help indicate the time and the main route of exposure. Overall, these data allowed a better understanding of the continuum between BaP exposure and early effects.

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Les ribosomes sont des macrocomplexes ribonucléoprotéiques sophistiqués, essentiels pour décoder l’information génétique et la traduire en protéines fonctionnelles. Chez les organismes eucaryotes, le ribosome est constitué de deux sous-unités, la petite (40S) et la grande (60S). Leur biogenèse est un processus fondamental, très complexe, qui mène à la synthèse et l’assemblage de 4 ARNr et 80 protéines ribosomiques (79 chez la levure). La biogenèse du ribosome a longtemps été étudiée chez Saccharomyces cerevisiae. Près de 20 ans de recherches ont été nécessaires à la communauté scientifique pour identifier les quelques 200 facteurs de synthèse du ribosome levurien. Alors que le schéma global de cette voie de biosynthèse semble conservé chez les organismes eucaryotes, de nombreux éléments suggèrent qu’elle serait plus élaborée chez l’homme et nécessiterait un plus grand nombre de facteurs que chez la levure. De plus, la caractérisation de nombreuses ribosomopathies, ou maladies du ribosome prédisposant aux cancers, a suscité un intérêt accru pour l’étude de la voie de biosynthèse du ribosome dans le paradigme expérimental le plus approprié, la cellule humaine.<p><p>Au cours de ma thèse de doctorat, j’ai contribué à un projet systématique d’identification de facteurs d’assemblage (FA) du ribosome chez l’homme. Pratiquement, nous avons identifié 286 FA humains, dont beaucoup sont homologues aux facteurs levuriens connus, et 74 sont sans équivalent chez la levure. Par ailleurs, j’ai caractérisé en détail certains facteurs. En particulier, Trm112 pour lequel j’ai montré qu’il agit comme un stabilisateur de la méthyltransférase (MTase) Bud23, spécifique à l’ARNr 18S de la sous-unité levurienne 40S. J’ai également participé à la caractérisation de mutations à l’interface du complexe Bud23-Trm112. Enfin, j’ai contribué à l’étude de trois FA que nous avons identifiés chez l’homme, DIMT1L et WBSCR22-TRMT112. J’ai montré que ces protéines sont les orthologues des MTases levuriennes Dim1 et Bud23-Trm112, qu’elles sont requises pour la synthèse et la modification de l’ARNr mature de la petite sous-unité ribosomique, et qu’elles seraient impliquées dans un mécanisme conservé contrôlant la qualité de la voie de biosynthèse du ribosome.<p><p>La totalité des FA que nous avons identifiés en cellule humaine sont à la disposition de la communauté scientifique dans une base de données en ligne accessible sur la page www.RibosomeSynthesis.com. Nous espérons que cette ressource contribuera à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents au développement des ribosomopathies et à l’élaboration d’agents thérapeutiques efficaces.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le développement et l’utilisation de méthodes mathématiques et informatiques qui exploitent les données temporelles d’expression des gènes issues de puces à ADN afin de rationaliser et de modéliser les réseaux de régulation génique. Dans cette optique, nous nous sommes principalement intéressés aux données d’expression des gènes de la drosophile (Drosophila melanogaster) pendant son développement, du stade embryonnaire au stade adulte. Nous avons également étudié des données concernant le développement d’autres eucaryotes supérieurs, la réponse d’une bactérie soumises à différents stress et le cycle cellulaire d’une levure. Ce travail a été réalisé selon trois volets principaux :la détection des stades de développement et des perturbations, les classifications de profils d’expression et la modélisation de réseaux de régulation.<p><p>Premièrement, l’observation des données d’expression utilisées nous a conduits à approfondir l’étude des phénomènes survenant lors des changements de stades de développement de la drosophile. Dans ce but, deux méthodes de détection automatique de ces changements ont été développées et appliquées aux données temporelles disponibles sur le développement d’eucaryotes supérieurs. Elles ont également été appliquées à des données temporelles relatives à des perturbations externes de bactéries. Cette étude à montré qu’une formulation mathématique simple permettait de retrouver les instants expérimentaux où une perturbation ou un changement de stade de développement est observé, à partir uniquement des profils d’expression. Par ailleurs, la réponse à une perturbation externe s’avère non distinguable d’une succession de stades de développement, sur la base des seuls profils temporels d’expression.<p><p>Deuxièmement, en raison des dimensions du problème constitué par les données d’expression de plusieurs milliers de gènes et de l’impossibilité de distinguer le rôle dans la régulation des gènes qui présentent des profils d’expression similaires, il s’est avéré nécessaire de classifier les gènes selon leurs profils d’expression. En nous basant sur les résultats obtenus lors de la détection des stades de développement, la démarche suivie est de regrouper les gènes qui présentent des profils temporels d’expression aux comportements similaires non seulement au cours de la série temporelle complète, mais également dans chacun des stades de développement. Dans cette optique, trois distances ont été proposées et utilisées dans une classification hiérarchique des données d’expression de la drosophile.<p><p>Troisièmement, des structures de modèles linéaires et non linéaires ainsi que des méthodes d’estimation et de réduction paramétriques ont été développées et utilisées pour reproduire les données d’expression du développement de la drosophile. Les résultats de ce travail ont montré qu’avec une structure de modèle linéaire simple, la reproduction des profils expérimentaux était excellente et que, dans ce cas, le réseau de régulation génique de la drosophile pouvait se contenter d’une faible connectivité (en moyenne 3 connexions par classe de gènes) et ce, sans hypothèse a priori. Toutefois, les modèles linéaires ont ensuite sérieusement été remis en question par des analyses de robustesse aux perturbations paramétriques et de stabilité des profils après extrapolation dans le temps. Dès lors, quatre structures de modèles non linéaires et cinq méthodes de réduction paramétrique ont été proposées et utilisées pour concilier les critères de reproduction des données, de robustesse et de stabilité des réseaux identifiés. En outre, ces méthodes de modélisation ont été appliquées à un sous-ensemble de 20 gènes impliqués dans le développement musculaire de la drosophile et pour lesquels 36 interactions ont été validées expérimentalement, ainsi qu’à des profils synthétiques bruités. Nous avons pu constater que plus de la moitié des connexions et non-connexions sont retrouvées par trois modèles non linéaires. Les résultats de cette étude ont permis d’éliminer certaines structures de modèle et méthodes de réduction et ont mis en lumière plusieurs directions futures à suivre dans la démarche de modélisation des réseaux de régulation génique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les anatomopathologistes disposent d’outils permettant d’assister leurs décisions cliniques et d’évaluer les risques de récidive des patientes atteintes d’un cancer du sein. Parmi ceux-ci, le grade histologique du cancer du sein divise les patientes en trois sous-groupes pour lesquels le grade histologique 1 et 3 sont respectivement associés à de bons et mauvais pronostics. Cependant, cet outil est loin d’être parfait, dû au manque de reproductibilité de ce système et du risque de récurrence intermédiaire, peu informatif, des patients classés dans la catégorie « grade 2 ».<p>Afin de mieux caractériser ces tumeurs de risque intermédiaire, notre laboratoire a introduit un score appelé « Gene expression Grade Index (GGI) », basé sur l’expression de 97 gènes définis par microarrays. De façon intéressante, ce GGI permet de diviser les patientes de grade histologique 2, sur base de leur profil d’expression, en 2 groupes correspondant aux tumeurs de grade 1 ou aux tumeurs de grade 3. Cependant, bien que le GGI apporte une information importante, son applicabilité clinique est limitée par son prix et la nécessité d’utiliser du matériel congelé.<p>Durant ce travail de thèse, nous avons transposé la signature microarrays en un test RT-PCR, appelé PCR-GGI, basé sur l’expression de 8 gènes qui permet de reproduire les performances du GGI à partir de tissus congelés ou conservés dans de la paraffine. Cette amélioration permet de faciliter son utilisation en routine clinique. <p>De plus, nous avons approfondi notre connaissance du grade histologique, au niveau génomique et transcriptomique, et montré que les tumeurs mammaires (ER-positives) peuvent être divisées en deux groupes :un premier groupe de faible instabilité génomique, exprimant faiblement les gènes de prolifération et présentant un faible risque de récurrence ;et un deuxième groupe de haute instabilité génomique (impliquant principalement des amplifications localisées dans les régions 8q et 20q), une expression importante de gènes de prolifération et un mauvais pronostic.<p>D’autre part, les carcinomes canalaires in situ (DCIS) présentant des similarités avec les tumeurs invasives, nous avons voulu mieux comprendre le comportement du grade tumoral parmi ces tumeurs pré-invasives. Nous avons donc intégré le PCR-GGI au VNPI et défini le VNPI-GGI. Comparé au VNPI classique, le VNPI-GGI identifie mieux les patientes qui vont récidiver tôt dans les groupes de risque intermédiaire et haut, et permet donc d’éviter le sur-traitement.<p>Cependant, le calcul du VNPI est un travail fastidieux et le PCR-GGI seul ne permet pas de prédire les risques de récidives des DCIS. Nous avons donc cherché un nouveau marqueur pronostique. Alors, qu’il existe des preuves de plus en plus nombreuses supportant l’importance du rôle anti-tumoral des cellules myoépithéliales, nous avons montré qu’une diminution de l’expression de CD10 – un marqueur des cellules myoépithéliale – était hautement corrélée au risque de récidive. Ces résultats soulignent l’importance tant de l’agressivité de la tumeur que de son environnement directe, dans la progression tumorale.<p><p>En terme d’applications, les résultats obtenus durant ce travail de thèse nous ont permis de développer des outils utilisables par les cliniciens afin d’améliorer la prise en charge des patientes.<p><p><p><p>Traditional histopathological tools routinely used to evaluate breast cancer prognosis are designed to assist physicians in their evaluation of clinical outcome. The histological grade of invasive breast cancer, that assigns patients to one of 3 groups for which histological grade 1 and 3 tumors are respectively associated with lower and higher rate of recurrence, has long provided clinically important prognostic information. However, this tool is far from perfect due to concern over reproducibility and intermediate risk of recurrence of the histological grade 2 that is not informative for clinical decision. <p>To better characterize tumors classified as histological grade 2, our group has introduced a score called Gene expression Grade Index (GGI) based on a cassette of 97 genes defined by Microarrays. Interestingly, the GGI was able to reclassify patients with histological grade 2 tumors into 2 groups with distinct clinical outcomes similar to those of histological grade 1 and 3, respectively. However, its clinical applicability still remains expensive and often requires frozen tissue.<p>During this thesis work, we have transposed the GGI onto a qRT-PCR assay, called PCR-GGI, based on a set of 8 genes that could recapitulate in an accurate and reproducible manner the prognostic performance of GGI using both frozen and paraffin-embedded (FFPE) tumor samples, to facilitate its use in clinical practice. <p>Moreover, we have explored histological grade of invasive breast cancer at genomic and transcriptomic level and we have shown that two classes of ER-positive invasive breast cancer are observed: a first of low genomic instability, low proliferation gene expression and low risk of recurrence; and a second of high genomic instability (implying a major role for amplification of region located on chromosome arms 8q and 20q), high proliferation gene expression and worse prognosis.<p>In addition, since Ductal Carcinoma in situ (DCIS) and invasive breast cancer show concordant biologic behavior, we attempted to better understand the molecular basis of grade in pre-invasive breast cancer. We have then incorporated the PCR-GGI in the VNPI and defined the VNPI-GGI to improve its prognostic value. Compared to the classic VNPI, the VNPI-GGI had a better potential to identify early relapsing patients in the intermediate and high score group, and avoid under treatment in high-risk DCIS patients.<p>However, VNPI scoring is a tedious work and PCR-GGI alone can’t predict recurrence in pre-invasive breast cancer. We aimed then to find news prognosis marker in the field of DCIS. As there is now growing body of evidence supporting the role of myoepithelial cells (MECs) as natural tumor suppressors, we have showed that a decrease of CD10 expression- a surface biomarker of MECs – was significantly associated with an increased risk of relapse. <p>These results highlight the importance of assessing intrinsic DCIS properties as well as juxta-tumoral stroma, both seems to have a major role in DCIS progression.<p><p>In terms of applications, from these results obtained during this thesis work, we developed methods applicable into clinical practice to improve patients management.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de ce travail est de développer et d'évaluer des approches méthodologiques pour la<p>prédiction de séquences cis-régulatrices. Ces approches ont été intégrées dans la suite logicielle<p>RSAT (Regulatory Sequences Analysis Tools). Ces séquences jouent un rôle important dans la<p>régulation de l'expression des gènes. Cette régulation, au niveau transcriptionnel, s'effectue à<p>travers la reconnaissance spécifique entre les facteurs de transcription et leurs sites de fixation<p>(TFBS) au niveau de l'ADN.<p>Nous avons développé et évalué une série d'outils bioinformatiques qui utilisent les matrices<p>position-poids pour prédire les TFBS ainsi que les modules cis-régulateurs (CRM). Nos outils<p>présentent l'avantage d'intégrer les différentes approches déjà proposées par d'autres auteurs tout<p>en proposant des fonctionnalités innovantes.<p>Nous proposons notamment une nouvelle approche pour la prédiction de CRM basé sur la<p>détection de régions significativement enrichies en TFBS. Nous les avons appelés les CRER (pour<p>Cis-Regulatory Elements Enriched Regions). Un autre aspect essentiel de toute notre approche<p>réside dans le fait que nous proposons des mesures statistiques rigoureuses pour estimer<p>théoriquement et empiriquement le risque associé aux différentes prédictions. Les méthodes de<p>prédictions de séquences cis-regulatrices prédisent en effet un taux de fausses prédictions<p>généralement élevé. Nous intégrons un calcul des P-valeurs associées à toutes les prédictions.<p>Nous proposons ainsi une mesure fiable de la probabilité de faux positifs.<p>Nous avons appliqué nos outils pour une évaluation systématique de l'effet du modèle de<p>background sur la précision des prédictions à partir de la base de données de TRANSFAC. Nos<p>résultats suggèrent une grande variabilité pour les modèles qui optimisent la précision des<p>prédictions. Il faut choisir le modèle de background au cas par cas selon la matrice considérée.<p>Nous avons ensuite évalué la qualité des matrices de tous les facteurs de transcription de<p>drosophile de la base de données ORegAnno, c'est à dire leur pouvoir de discrimination entre les<p>TFBS et les séquences génomiques. Nous avons ainsi collecté des matrices des facteurs de<p>transcription de drosophile de bonne qualité.<p>A partir des matrices de drosophile que nous avons collectées, nous avons entamé une analyse<p>préliminaire multi-genome de prédictions de TFBS et de CRM dans la région de lʼenhancer dorsocentral<p>(DCE) du complexe achaete-scute de drosophile. Les gènes de ce complexe jouent un<p>rôle important dans la détermination des cellules système nerveux périphérique de drosophile. Il a<p>été prouvé expérimentalement qu'il existe un lien direct entre le phénotype du système nerveux<p>périphérique et les séquences cis-régulateurs des gènes de ce complexe.<p>Les outils que nous avons développés durant ce projet peuvent s'appliquer à la prédiction des<p>séquences de régulation dans les génomes de tous les organismes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La thèse s’inscrit dans un projet de recherche global visant à caractériser les tumeurs thyroïdiennes sur le plan moléculaire, afin de mieux comprendre leur physiopathologie et afin d’identifier des biomarqueurs (signatures moléculaires) qui pourront être utilisés pour le diagnostic, le pronostic et leur traitement. Parmi celles-ci, nous distinguons les adénomes autonomes (AA) et folliculaires (FTA) tumeurs bénignes encapsulées, et les carcinomes, tumeurs malignes. Ceux-ci sont eux-mêmes subdivisés en carcinomes différenciés, folliculaires (FTC) ou papillaires (PTC), et peuvent évoluer en carcinomes anaplasiques (ATC), totalement dédifférenciés. Un autre type de tumeurs bénignes différenciées, très rares, existe: l’hyperthyroïdie non auto-immune familiale (FNAH). Ces tumeurs sont causées pour la plupart par des mutations qui activent de manière constitutive des cascades de signalisation, essentiellement la cascade de l’AMPc et la cascade des MAPK. Le but de notre thèse était de valider un système expérimental in vitro des PTC, d’étudier les profils d’expression génique des FNAH et de les comparer avec ceux des AA, et de définir les profils ARNm et miRNA des ATC pour les comparer à ceux des PTC pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Pour réaliser ces objectifs, nous avons utilisé la technologie des microarrays qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes conditions. Nous avons donc utilisé une approche multidisciplinaire alliant une partie expérimentale et une partie bioinformatique.<p><p>La première partie du travail a consisté à réaliser un modèle d’étude in vitro pour caractériser les PTC au niveau moléculaire. A cet effet, des cultures primaires de thyrocytes ont été traitées avec de l’EGF et du sérum pendant différents temps (1,5h, 3h, 16h, 24h et 48h) ce qui stimule la cascade des MAPK, activée constitutivement dans les PTC. Nous avons hybridé sur des lames microarrays maison les différents échantillons et nous avons montré que les cultures primaires stimulées pendant des temps longs (24h et 48h) ont des profils d’expression génique qui ressemblent à ceux des PTC et constituent donc un bon modèle d’étude de cette tumeur. <p><p>La seconde partie a pour objectif de définir les phénotypes moléculaires et fonctionnels des FNAH et de les comparer aux AA. Ces deux pathologies résultent d’une mutation dans le récepteur de la TSH (TSHR) activant de manière constitutive la cascade de l’AMPc. Dans le cas des FNAH, la mutation est héréditaire et toute la glande est affectée contrairement aux AA où la mutation survient plus tard, généralement à l’âge adulte, et où seule une partie de la glande est affectée. Nous avons comparé le profil d’expression génique des FNAH avec celui des AA, par hybridation sur des lames microarrays HEEBO. L’intégration de ces différentes données montre que les AA et les FNAH sont deux sous-types différents de la même maladie: l’hyperthyroïdie génétique. Les caractéristiques de chacun de ces sous-types dépendent de l’intensité de la mutation, du nombre de cellules initialement affectées et du stade de développement au moment duquel la mutation survient.<p><p>Dans la dernière partie de ce travail, nous avons caractérisé les ATC au niveau du profil d’expression des ARNm et des miRNA par hybridation respectivement sur lames Affymetrix ou sur lames miRNA maison et au niveau de leur état mutationnel du gène p53. Le profil d’expression génique des ATC a été comparé avec celui des PTC afin de mettre en évidence des gènes différentiellement exprimés entre les 2 types de cancers, que nous avons ensuite tenté d’invalider par siRNA, dans un modèle in vitro de lignée cellulaire thyroïdienne dérivée d’un ATC (8505C). Les résultats obtenus jusqu’ici ne sont malheureusement pas prometteurs. Le profil d’expression des miRNA nous a permis d’identifier une signature de 34 miRNA caractéristique des ATC.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished