Lors d'un stress, les cellules eucaryotes activent des mécanismes de défense afin de s'adapter aux conditions extrêmes et de survivre. Ces mêmes mécanismes peuvent être exploités par les cellules cancéreuses pour survivre au stress thérapeutique. La réponse intégrée au stress (ISR) est une réaction cellulaire qui joue un rôle crucial dans l'adaptation des cellules face à différents stress notamment en régulant la transcription et la traduction de nombreux gènes cibles spécifiques. Durant cette réponse, les cellules stressées réduisent aussi leur métabolisme général, entre autres en inhibant la traduction des ARNm, et économisent ainsi l'énergie nécessaire pour réparer les dommages causés par le stress. En conditions de stress, la traduction générale des ARNm est inhibée principalement au niveau de son étape d'initiation. Un des mécanismes clés induisant l'inhibition de l'initiation de la traduction est la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eIF2a (eukaryotic translation initiation factor 2a). Bien que cette phosphorylation d'eIF2a, induite par le stress, entraine une inhibition globale de la synthèse protéique, elle induit d'une part la formation d'entités cytoplasmiques à ARN appelées granules de stress mais elle favorise également la traduction spécifique des ARNm spécifiques codant pour des facteurs de réponse au stress, dont le facteur de transcription ATF4. Ce facteurjoue un rôle clé lors de la réponse au stress soit en activant les voies de survie ou au contraire en favorisant celles de mort cellulaire. Ces fonctions opposées d'ATF4 dans la réponse cellulaire au stress dépendent largement de son niveau d'expression. Ainsi, nous avons cherché à caractériser le(s) mécanismes(s) de régulation de l'expression d'ATF4 lors de stress thérapeutiques au sein de cellules cancéreuses. Nous avons montré l'implication des granules de stress (GS) dans la régulation de l'expression de l'ARNm d'ATF4 lors d'un stress thérapeutique engendré par le traitement avec l'agent chimiothérapeutique sorafenib au sein de cellules d'hépatocarcinomes. Cette régulation implique la séquestration d'une fraction de l'ARNm d'ATF4 dans les GS induites par le traitement avec la sorafenib, prévenant sa surexpression létale ; ceci permet de maintenir un niveau d'expression d'ATF4 basal mais nécessaire à la survie des cellules cancéreuses. Afin de caractériser le(s) mécanisme(s) responsable(s) de l'expression basale d'ATF4, permettant la résistance des cellules cancéreuses aux traitements thérapeutiques, un RNA pull-down utilisant des fragments d'ARN biotinylés d'ATF4 a l'aide d'extraits de cellules cancéreuses soumises à un stress thérapeutique a été réalisé. L'analyse par ii spectrométrie de masse des complexes protéiques associés aux fragments d'ARN d'ATF4 biotinylés a permis l'identification d'une dizaine de protéines qui pourraient interagir avec l'ARNm d'ATF4, dont l'ARN hélicase DDX3. Nous avons observé que DDX3 promeut au niveau traductionnel l'expression d'AFT4. Des tests d'interaction protéine-protéine montrent que DDX3 est un composant du complexe d'initiation de la traduction eIF4F. L'interaction entre DDX3 et le complexe eIF4F est potentiellement médiée par le facteur eIF4G, qui est également nécessaire à la traduction d'ATF4 induite en condition de stress. Enfin, la diminution de l'expression d'ATF4 au sein de cellules issues d'hépatocarcinomes résistants via la déplétion de DDX3 sensibilise les cellules cancéreuses à la mort induite par le traitement avec la sorafenib. Cette étude caractérise de nouveaux mécanismes de régulation de l'expression du facteur ATF4 qui se produit lors de stress et qui pourraient être ciblés afin de prévenir la chimiorésistance. / During physiological or environmental stress, cells activate defense mechanisms to survive. These same mechanisms may be exploited by cancer cells to survive therapeutic stresses. The integrated stressresponse (ISR) is one of the cell responses that play a crucial role in the adaptation of cells to various stresses such as the transcriptional and translational régulation of many specific target genes. During this cell response, stressed cells reduce their general metabolism in part by inhibiting mRNA translation, thereby saving energy needed to repair stress-induced damages. Under stress conditions, the regulation oftranslation occurs mainly at its initiation step through the phosphorylation of the translation initiation factor eIF2a. While this phosphorylation, induced by stress, causes a global inhibition ofprotein synthesis, it induces on the one hand the formation of cytoplasmic RNA entities called stress granules (GS) but it also promotes the preferential translation of specific mRNAs coding for stress response factors. Among those, ATF4 is a master transcription factor that orchestrates gene expression during various stresses including those involved in cancer, by either activating survival pathways or on the contrary promoting those of cell death. These opposite ATF4 functions in the cellular stress response depend largely on its expression level linked to its translational regulation by the phosphorylation of eIF2a. Thereby, we sought to characterize the mechanisms(s) that regulate the expression ofATF4 during therapeutic stresses in cancer cells. We described the implication of stress granules in the regulation of ATF4 expression during stress induced by the treatment with sorafenib, a chemotherapeutic agent used to treat hepatocellular carcinoma (HCC). This novel mechanism involves the formation of stress granules that sequester a fraction of ATF4 mRNA in its repressed form, thus preventing its lethal overexpression. This resulted in a basal level of ATF4 expression which is necessary for the survival of cancer cells. Then, in order to characterize the mechanism(s) (e.g. RNAbinding proteins and translation initiation factors such as eIF4G) responsible for the basal translation of ATF4 mRNA allowing the resistance of cancer cells to therapeutic treatments, we performed a biotinylated RNA-pulldown assay with cancer cells extracts subjected to sorafenib. Mass spectrometry analyses of the protein complexes associated with ATF4 biotinylated-RNA fragments led to the identification ofthe DEAD-boxRNA helicase DDX3, as potential interactor with ATF4 mRNA. By combining depletion experiments with various biochemical assays (e.g. luciferase assays), we showed that DDX3 drives sorafenib-induced iv ATF4 mRNA expression at the translational level. Protein-interaction assays identified DDX3 as a component of the translation initiation complex eIF4F. The interaction between DDX3 and the eIF4F complex is potentially mediated by eIF4GI, which we found to be required forsorafenib-induced ATF4 expression. Furthermore, reducing ATF4 expression in resistant HCC cellsthrough DDX3 depletion sensitizes cancer cellsto Sorafenib-induced cell death. Thus, this study identified new regulatory pathways of ATF4 factor that could be targeted to prevent drug resistance in cancer cells and improve the conventional therapies.

Les bactéries lactiques contribuent à la qualité des produits laitiers fermentes par leurs activités enzymatiques. Cette activité est reflétée en partie par le transcriptome, qui représente l'ensemble des gènes exprimés en ARN. Le but de cette recherche est donc d'estimer l'activité de Lactococcus lactis ssp. cremoris par suivi de l'expression des gènes lors de l'étape de la fermentation du lait de fromagerie. Pour étudier les transcriptomes, une technique de RAP-PCR fluorescente a été développée puis appliquée à un ferment mixte composé de trois souches de lactocoques. Les résultats de cette technique montrent que le lait UHT présente un bon compromis entre hygiène et altération thermique des constituants. Dans le lait entier, le CO2 interagit avec les ferments en changeant leur profil de transcription, cette influence n'apparait pas dans le lait écrémé pasteurisé. Comparativement à l'ajout d'une base, l'agitation du lait carboné est une bonne méthode pour réduire l'influence du CO2 sur le ferment. Lors d'une fermentation de type Cheddar, le profil de transcription d'un ferment mixte est très influencé par un excès de NaCl et par un manque d'activité de la présure. La RAP-PCR fluorescente peut identifier les souches par leurs profils d'ARN et analyser les particularités d'une association bactérienne. Selon les conditions observées, le ferment mixte composé par trois souches de Lactococcus lactis ssp. cremoris (LL074, LL225 et LL390) est formé d'une association stable de deux souches : LL225 avec LL390 alors que la souche LL074 est éliminée. La souche LL225 apparait la plus réactive en réagissant identiquement par la modulation de certains gènes en présence des souches LL074 ou LL390. Une modulation de la transcription de certains gène de la souche de LL390 apparait en présence de la souche LL225 mais aucune en présence de LL074, LL390 ne faisant que dominer cette souche. L'association des souches LL225 avec LL390 se fait en rapport égal et induit une modulation de leurs gènes aussitôt que les souches sont en présence. Les données ont été validées en analysant la transcription de gènes par RT-PCR en temps réel et par di-sondes FRET adjacentes et sont en adéquation avec les incompatibilités entre souches dues aux types de proteinases de membrane. L'activité d'un ferment mixte lors d'une fabrication de type Cheddar est donc influencée par le type de lait utilisé et par une dynamique d'association entre les souches.

Élément essentiel du système dioptrique de l'œil, la cornée joue aussi un rôle important de protection du globe oculaire. Toutefois, sa localisation la prédispose à plusieurs blessures de diverses origines. 11 peut alors en résulter une lésion importante nécessitant son remplacement. Le but ultime du programme de recherche est donc de reconstruire, selon la méthode d'auto-assemblage, une cornée humaine afin de l'utiliser comme modèle expérimental et éventuellement comme greffon pour des patients. Cependant, plusieurs aspects importants devaient faire l'objet d'études approfondies avant l'utilisation clinique afin d'évaluer le potentiel de réussite à long terme des greffes sur les patients. Le premier objectif spécifique de cette thèse consistait à étudier la grande hétérogénéité dans les capacités prolifératives des cellules épithéliales de cornées humaines (CECH) obtenues de différents donneurs. Cette étude démontre que ces variations sont liées à des altérations dans les niveaux d'expression des facteurs de transcription appartenant à la famille Sp. De plus, ces fluctuations semblent liées à la progression des CECH vers leur différenciation terminale. Finalement, une stratification adéquate des cellules épithéliales sur les équivalents cornéens coïncide avec un retard dans le pic d'expression des protéines Spl et Sp3. Nous disposons ainsi d'un moyen permettant d'identifier rapidement les populations cellulaires les plus appropriées pour la production des tissus reconstruits. Le deuxième objectif spécifique était de s'assurer que l'épithélium de nos cornées reconstruites puisse réépithélialiser des plaies éventuelles après la greffe. Pour ce faire, un modèle de guérison de plaies cornéennes in vitro a été développé à partir des cornées reconstruites. En plus de s'être assuré de la régénération des substituts cornéens à la suite d'une blessure, ce modèle a également permis de montrer que durant la réépithélialisation, la migration des cellules épithéliales suit un patron qui est semblable à celui rapporté lors de la guérison de blessures cornéennes humaines in vivo. Ce modèle présente aussi des aspects histologiques semblables au tissu d'origine ainsi que l'expression des constituants de la matrice extracellulaire et des sous-unités d'intégrines. Il permet également de quantifier le taux de réépithélialisation, qui est significativement accéléré en présence de la fibrine ou de l'EGF. Enfin, pour ce qui est du troisième objectif spécifique, il était important d'évaluer si l'origine des cellules utilisées lors de la fabrication des cornées in vitro influençait l'épaisseur de l'épithélium obtenu, caractéristique essentielle à une bonne acuité visuelle. Les observations recueillies nous ont permis de démontrer que l'origine des cellules du mésenchyme et des cellules épithéliales influence grandement, en plus de l'aspect macroscopique, l'histologie des tissus reconstruits et que ces changements dans la différenciation et la stratification des cellules épithéliales sont contrôlés par des facteurs solubles. Une différence significative dans l'expression d'IL-6 a été détectée entre les fibroblastes cornéens et dermiques. Les résultats montrent également que la cornée reconstruite est en mesure d'absorber les rayons ultraviolets de façon similaire à la cornée in situ. Tous ces travaux ouvrent la voie à de nombreuses autres recherches et laissent entrevoir une application clinique des cornées reconstruites à moyen terme. / The cornea is an essential part of the dioptric System of the eye. Furthermore, it also has a significant role in the protection of the eyeball. However, its location predisposes it to several wounds of various origins. In such cases, serious injuries may ensue requiring the replacement of the cornea. The main objective of the research program is base on the reconstruction, with the self-assembly method, of a human cornea in order to perform experimental studies and eventually graft it on patients. However, several aspects of this subject had to be carefully examined before any clinical use, in order to evaluate the success of long-term corneal graft on patients. The first specific objective of this thesis was to study the heterogeneousness in the proliferative capacities of the human corneal epithelial cells (HCECs), obtained from various donors, was initially studied. This work shows that these variations were related to changes in the levels of expression of transcription factors belonging to the Sp family. In fact, these factors were highly expressed during one passage and then totally disappeared as cells terminally differentiated. Proper stratification of HCECs on reconstructed tissue substitutes could be obtained only with cells that also had a delayed peak of Spl/Sp3 expression when cultured in vitro. We thus have a mean to identify quickly the cell lines most adapted for the production of reconstructed tissues. The second specific objective was to make sure that the epithelium of the reconstructed corneas could reepithelialize following a wound, after grafting. For this purpose, an in vitro corneal wound healing model was developed from the reconstructed corneas. We show that corneal substitutes regenerate after wounding. During reepithelialization, epithelial cell migration followed a consistent wave-like pattern similar to that reported for human corneal wound healing in vivo. This model showed an histological appearance similar to the native tissue as well as expression of basement membrane components and the integrin subunits known to be main actors during the wound healing process. It also allowed us to quantify the reepithelialization rate, which was significantly accelerated in the presence of fibrin or EGF. Finally, for the third specific objective, we determined whether the origin of the cells used during the production of in vitro corneas had any effect on the thickness of the epithelium obtained, an essential characteristic of a good vision. The results indicated that the origin of fibroblasts and epithelial cells influences largely the macroscopic aspect as well as the histology of reconstructed tissues, and that these changes in the differentiation and stratification of epithelial cells are controlled by soluble factors. A significant difference in the expression of IL-6 was detected between corneal and skin fibroblasts. Our results also unravel that the reconstructed cornea has similar UV-absorption characteristics to that of the normal human cornea. Our research will lead to other experimental studies on human cornea. Moreover, clinical application of reconstructed corneas are anticipated in the future.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Comme dans le cancer, les maladies vasculaires à remodelage (MVR) sont caractérisées par un déséquilibre métabolique appelé paradoxe de Warburg (glycolyse augmentée par rapport à l'oxydation du glucose), une augmentation de cytokines circulantes et de facteurs de croissance comme TNF "tumor necrosis facton" et PDGF "platelet derived growth factor" favorisant la prolifération et la résistance à l'apoptose des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Les mécanismes permettant la durabilité de ce phénotype demeurent inconnus. Dans le cancer, ces anomalies résultent en partie de l'activation inappropriée du facteur de transcription HIF-1 "hypoxia inducible factor 1". Comme TNF et PDGF sont acceptés comme activateurs de HIF-1, nous avons émis l'hypothèse que l'activation de HIF-1 joue un rôle critique dans le mécanisme pathophysiologique des MVR. En utilisant des approches multidisciplinaires et translationnelles, nous avons démontré chez des CMLV d'artère carotide humaine que PDGF et TNF favorisent le paradoxe de Warburg, leur prolifération et leur résistance à l'apoptose. In vivo, nous avons démontré dans les artères carotides de rat que l'inhibition de HIF-1 par la transfection d'un ARN interférence localisé ou par l'injection d'un inhibiteur de TNF prévenaient le remodelage post-angioplastie de l'artère carotide. Nos découvertes démontrent pour la première fois l'implication de HIF-1 dans le processus de remodelage et nous proposons HIF-1 comme une nouvelle cible thérapeutique des MVR. Finalement, comme les MVR et le cancer possèdent plusieurs similarités, nos découvertes ne sont pas restreintes aux maladies vasculaires et ouvrent de nouvelles avenues dans la recherche du cancer.

Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription orchestrant l'identité antéro-postérieure du plan corporel des animaux à symétrie bilatérale. La souris Hoxa5-/- a permis de démontrer que ce gène joue un rôle primordial dans la spécification des squelettes axial et appendiculaire, ainsi que dans l'ontogénie de plusieurs organes. À l'aide d'une approche de transgenèse et de délétions successives de la séquence intergénique Hoxa4-Hoxa5, j'ai identifié deux éléments régulateurs responsables de l'expression du gène Hoxa5 dans les systèmes respiratoire et digestif: un fragment d'ADN NcoI-SacI de 163-pb possédant une activité de type activatrice et dirigeant l'expression au niveau du poumon, de l'estomac et de l'intestin, de même qu'un fragment XbaI- BssHII de 259-pb, nécessaire à une expression complète du gène Hoxa5 au niveau du système digestif. Des expériences de retard sur gel (EMSA) et d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) m'ont permis de démontrer la liaison du facteur de transcription YY1 à ces deux séquences d'ADN. En mutant ses sites de liaison dans un contexte de transgenèse, j'ai mis en évidence le rôle de YY1 comme activateur transcriptionnel du gène Hoxa5 dans les organes. Il s'agit d'ailleurs d'un des rares exemples où la protéine YY1 ne réprime pas l'expression des gènes Hox. J'ai également appliqué la technique de ChIP pour confirmer que les facteurs de transcription à boîte homéo CDX4 et HOXB9 se lient tous les deux au fragment d'ADN AvrII-Eco47III de 164-pb situé à l'intérieur de l'élément MES. J'ai donc montré que la protéine HOXB9 participe à restreindre caudalement l'expression du gène Hoxa5 au niveau de la prévertèbre 10, supportant ainsi le concept de prévalence postérieure. De plus, j'ai généré deux lignées de souris transgéniques exprimant la recombinase Cre sous le contrôle de deux combinaisons de séquences régulatrices identifiées du gène Hoxa5. Ces lignées ont été caractérisées et fournissent de nouveaux outils utiles pour étudier la fonction de différents gènes dans certains tissus le long de l'axe antéro-postérieur. Enfin, le locus Hoxa5 produit 4 trasncrits de 1.8, 5.0, 9.5 et 11-kb de longueur se chevauchant et pouvant produire une protéine in vitro. Cependant, j'ai démontré que seul le court transcrit de 1.8-kb, correspondant aux deux exons connus du gène Hoxa5, génère une protéine associée à la fonction du gène in vivo. Les différents résultats obtenus seront présentés et discutés. / Hox genes encode transcription factors, which orchestrate bilaterian anteroposterior patterning. Using Hoxa5-/- mice as model, we have demonstrated that this gene plays a key role in axial and appendicular skeletal patterning as well as in the formation of several organs such as the respiratory and digestive tracts. Using a transgenesis approach and successive deletions in the Hoxa4-Hoxa5 intergenic region, I have identified two distinct regulatory elements responsible for Hoxa5 expression in respiratory and digestive tracts: a 163-bp NcoI-SacI DNA fragment having enhancer activity that drives expression in lung, stomach and intestine, and a 259-bp XbaI-BssHII fragment necessary for a complete Hoxa5 digestive tract expression. Electrophoretic mobility shift (EMSA) and chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays have demonstrated the capacity of the YY1 transcription factor to bind these two DNA sequences. By mutating its binding sites in a transgenesis context, I have highlighted the transcriptional activator role of the YY1 protein in Hoxa5 organ expression, which is very interesting since few examples of Hox gene activation by YY1 are reported in the literature. I have also generated two transgenic mice lines expressing the Cre recombinase under the control of two combinations of identified regulatory sequences. These lines have been charaterized and provide useful genetic tools to study gene function in specific tissues along the anteroposterior axis. I have also applicate ChIP technology to demonstrate the in vivo binding of CDX4 and HOXB9 homeobox transcription factors to the 164-bp AvrII-Eco47III DNA fragment included in the MES regulatory element. Consequently, I have shown that the HOXB9 protein caudally participates to restrict the Hoxa5 gene expression at the level of prevertebra 10, which supports the posterior prevalence concept. Finaly, the Hoxa5 locus encompasses 4 overlapping transcripts of 1.8, 5.0, 9.5 and 11.0-kb that can produce a HOXA5 protein in an in vitro context. However, I have demonstrated that only the short transcript of 1.8-kb corresponding to the two known Hoxa5 gene exons is transcribed into an in vivo HOXA5 protein associated to the gene function. Data will be presented and discussed.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Chez les mammifères, rétablissement de la circulation est critique pour la formation des différents organes et la programmation du développement embryonnaire. Ceci implique la formation du cœur et des vaisseaux et la différenciation des cellules hématopoïétiques. Malgré leur importance pour la formation des vaisseaux, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent la différenciation et la fonction des cellules endothéliales demeurent peu compris. L'identification de facteurs de transcription impliqués dans la régulation du programme génétique et ou de la différenciation endothéliale pourrait aider à élucider les diverse étapes du développement vasculaire. Au cours de cette étude, nous avons cherché à identifier de nouveaux gènes, potentiellement des facteurs de transcription qui seraient régulés durant les étapes précoces de la différenciation endothéliale. A cette fin, nous avons utilisé un modèle in vitro de différenciation endothéliale pour isoler des gènes dont l'expression est induite tôt durant ce processus. Ceci a permis le clonage et la caractérisation d'un nouveau gène qui code pour END01, une nouvelle protéine à domaine PHD finger régulée durant la différenciation précoce des cellules endothéliales. END01 est une protéine de 26.6 kd exprimée dans le cytoplasme et dans les corps nucléaires. Les analyses fonctionnelles indiquent qu'ENDOl est un activateur transcriptionel d'au moins un promoteur endothélial, l'endothélinel. L'expression d'ENDOl dans les cellules endothéliales des vaisseaux, dans l'endocarde, dans les cellules sanguines, dans différentes lignées hématopoïétiques et dans le foie fetal suggère un rôle d'ENDOl au cours du développement des cellules endothéliales et hématopoïétiques. L'expression d'ENDOl dans ces deux types cellulaires suggère qu'il s'agit d'un marqueur des hémangioblastes précurseurs communs des cellules endothéliales et hématopoïétiques. L'analyse de ce marqueur aidera à mieux comprendre le développement et la différenciation endothéliale dans le contexte du développement vasculaire normal et de l'angiogénèse.

Le cortex cérébral est composé d’un grand nombre de types de neurones organisés radialement en couches cellulaires et tangentiellement en aires corticales fonctionnellement distinctes. Son développement est régulé par des signaux fonctionnant comme morphogènes sécrétés par des centres organisateurs situés à la périphérie du télencéphale dorsal. Ces morphogènes contrôlent l’expression dans les progéniteurs corticaux de gènes codant pour des facteurs de transcription qui régulent la prolifération, la différenciation et la spécification des progéniteurs corticaux. Les cascades de gènes impliquées dans la mise en place du cortex cérébral dans lesquelles ces signaux et facteurs de transcription interviennent restent cependant actuellement mal connues.<p>Les gènes Dmrt3 et Dmrt5 appartiennent à une famille de gènes fortement conservée évolutivement codant pour des facteurs de transcription à doigt de zinc connus pour leur rôle dans le développement sexuel. Des résultats obtenus dans le laboratoire ayant montré que Dmrt5 joue un rôle crucial dans la neurogenèse au niveau du système olfactif chez le xénope, j’ai voulu savoir, dans un premier temps, si la fonction de Dmrt5 dans la neurogenèse était une fonction ancestrale. Pour répondre à cette question, j’ai recherché des gènes Dmrts chez une espèce de Cnidaire, Nematostella vectensis, et ai étudié leur expression au cours du développement. L’un d’entre-eux, NvDmrtB, est fortement exprimé dans le système nerveux et s’est avéré être requis pour la différenciation des cellules nerveuses chez N. vectensis, suggérant que les gènes Dmrts avaient déjà un rôle dans la neurogenèse dans l’ancêtre commun des Bilatériens et des Cnidaires.<p>Par ailleurs, d’autres travaux ont montré que chez la souris les gènes Dmrt5 et Dmrt3 sont exprimés dans le cerveau en développement au niveau du télencéphale dorsal. Afin d’approcher leur fonction dans le développement cortical, j’ai analysé leur expression au cours du développement embryonnaire, caractérisé les anomalies de développement du cortex cérébral des souris knockout Dmrt5-/- et Dmrt3-/- ainsi que des souris double knockout Dmrt3-/-;Dmrt5-/- et étudié leur régulation. Mes résultats ont montré que Dmrt3 et Dmrt5 sont coexprimés dans les progéniteurs corticaux en gradient avec un maximum d’expression du côté caudo-médian. J’ai également observé que l’absence de Dmrt5 induit une réduction de la taille des vésicules télencéphaliques et que les structures de la partie caudo-médiane du cortex telles que le plexus choroïde et l’hippocampe sont altérées ainsi que les aires visuelle et somato-sensorielle. Au niveau moléculaire, mes résultats ont montré que Dmrt5 est requis pour l’expression de différents gènes codant pour les signaux Wnt et Bmp sécrétés au niveau de la région caudo-médiane des vésicules télencéphaliques, et qu’il contrôle négativement Pax6 et positivement Emx2, des déterminants respectivement de l’identité rostro-latérale et caudo-médiane du cortex cérébral. Bien que la taille des vésicules télencéphaliques n’apparaisse pas affectée chez les souris Dmrt3-/-, l’expression de différents composants de la voie Wnt et celle d'Emx2 et Pax6 est légèrement altérée, comme chez les souris Dmrt5-/-. Chez les souris double knock-out Dmrt3-/-;Dmrt5-/-, une réduction de la taille du cortex et des altérations de l’expression des gènes similaires et plus sévères que celle des souris Dmrt5-/- ont été observées. Nous avons également mis en évidence que l’expression de Dmrt3 est réduite chez les souris Dmrt5-/- et que inversement celle de Dmrt5 est légèrement augmentée chez les souris Dmrt3-/-. Enfin, nous avons observé que l’expression de ces deux gènes est dépendante du facteur de transcription Gli3 et que seul l’expression de Dmrt3 requiert les facteurs de transcription Pax6 et Emx2.<p>Ensemble, nos résultats indiquent que les facteurs de transcription Dmrt5 et Dmrt3 contrôlent le développement de la partie caudo-médiane du cortex, Dmrt5 agissant en amont de Dmrt3. Ils suggèrent également que ces facteurs y joueraient des rôles partiellement redondants en régulant l’expression de cibles communes tels les gènes Wnt3a et Pax6.! / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les neurones exprimant l'hormone de mélano-concentration (MCH) sont observés dans l'hypothalamus postérieur de tous les vertébrés, de la lamproie à l'Homme. Ces neurones sont impliqués dans diverses fonctions comme le cycle veille/sommeil ou la prise alimentaire. Ils forment une population non homogène et au moins deux sous-populations sont reconnues, chez le rat. La première sous-population est composée de neurones nés au 11ème jour de vie embryonnaire (E11) qui projettent massivement sur les régions les plus postérieures du système nerveux central. La seconde est générée à E12/E13 et les neurones la caractérisant projettent sur les régions les plus antérieures du cerveau et expriment le peptide CART (cocaine and amphetamine regulated transcript) et le récepteur NK3 (neurokinine). L'objectif de notre travail était de comprendre l'origine de ces deux sous-populations. Pour cela, nous avons utilisé des approches histologiques, moléculaires et in vitro. Les neurones à MCH sont parmi les premiers neurones à naître et à différencier leur phénotype chimique le long d'une région longitudinale définie par une prolifération intense, appelée " cell cords " par Keyser en 1972. Cette bande longitudinale est caractérisée par l'expression de gènes comme Sonic Hedgehog (Shh), Nkx2.1, Nkx2.2 et a été récemment renommée " diagonale intrahypothalamica " ou ID. La différenciation des neurones à MCH dépend de l'expression du facteur morphogène Shh et ces neurones expriment Nkx2.1 et Nkx2.2, facteurs de transcription régulés positivement par Shh. Les neurones de la première sous-population envoient des projections le long du premier tractus longitudinal à se mettre en place, le tractus postopticus (tpoc). Ceux issus de la deuxième sous-population se différencient concomitamment au développement des régions télencéphaliques et leurs projections changent de direction pour innerver les régions antérieures du cerveau sous la dépendance de protéines de guidage axonal, Nétrine1 et Slit2. Nétrine1 permet d'attirer les axones MCH exprimant le récepteur DCC précocement vers la moelle épinière et plus tardivement vers le télencéphale alors que Slit2 contraint les axones MCH exprimant Robo2 à sortir de l'hypothalamus. L'étude du modèle " MCH " permet de mettre en lumière un changement d'organisation précocement au cours du développement dans l'axe longitudinal du prosencéphale. La bande longitudinale d'expression des facteurs de transcription Shh, Nkx2.2 peut être perçue comme une extension rostrale de la colonne neurogénique médiane déjà décrite chez des espèces d'invertébrés possédant une symétrie bilatérale. Les neurones générés le long de cette colonne le sont très tôt au cours du développement. / Neurons expressing melanin-concentrating hormone (MCH) are observed in the vertebrate posterior hypothalamus, from lampreys to humans. These neurons are involved in various functions such as sleep/wake cycle or food intake. They form a non-homogeneous population and at least two sub-populations are indentified in the rat. The first sub-population is composed of neurons born on the 11th embryonic day (E11) that project heavily on posterior regions of the central nervous system. The second is characterized by neurons born at E12/E13, projecting in anterior regions of the brain and expressing the peptide CART (cocaine and amphetamine Regulated Transcript) and the NK 3 receptor (neurokinin). The aim of this study was to understand the origin of these two sub-populations. For this, we used histological, molecular and in vitro approaches. MCH neurons are among the first neurons to be born and to differentiate their chemical phenotype along a longitudinal region defined by intense proliferation and called " cell cord " by Keyser in 1972. This longitudinal band is characterized by the expression of genes such as Sonic Hedgehog (Shh), Nkx2.1, Nkx2.2 and was recently named " diagonal intrahypothalamica " or ID. Differenciation of MCH neurons depends on expression of the morphogenetic factor Shh and these neurons express Nkx2.1 and Nkx2.2, transcription factors upregulated by Shh. The neurons of the first sub-population send projections along the tractus postopticus (tpoc), which is the first longitudinal tract to develop. Neurons of the second sub-population differentiate concomitantly to the development of the basal forebrain and their projections innervate anterior brain regions. Our results obtained in vitro showed that Netrin1 attracts MCH axons and that this reponse is mediated by DCC. Slit2 repulses MCH axons and this reponse is mediated by the Robo2 receptor. Overall, our study of the development of the MCH system shed light on an organizational change in the longitudinal axis of the forebrain during early development : a primary longitudinal organization characterized by the longitudinal expression of Shh and Nkx2.2 and the path of the tractus postopticus in the diencephalon and mesencephalon. MCH neurons of the first sub-population develop during this stage. Then, as the basal telencephalon extends and expresses Netrin1, the medial forebrain bundle differentiates, inducing a change in the main axis of the forebrain ; meanwhile MCH neurons of the second sub-population appear. MCH sub-populations reflect distinct developmental stages of the forebrain.

Comment le plan d’organisation d’un organisme est-il mis en place est une question centrale de la biologie du développement. Les séquençages complets de plusieurs génomes de métazoaires ont montré qu’un nombre restreint de molécules régulatrices soutiennent la diversité des plans d’organisation des animaux, suggérant que ces molécules sont utilisées de manière répétée dans des contextes différents. Cela soulève la question de la diversité d’action : comment ces molécules acquièrent-elle une diversité fonctionnelle ? De plus, la plupart des molécules régulatrices partagent des motifs (fonctionnels/structuraux) communs, soulevant la question de la spécificité : comment des molécules partageant des propriétés biochimiques similaires contrôlent-elles des programmes développementaux spécifiques ?Mon équipe d’accueil s’intéresse à ces questions en utilisant les facteurs de transcription Hox de la Drosophile comme paradigme d’étude.Durant ma thèse, j’ai développé trois lignes de recherches : (1) J’ai adapté la technique de complémentation bi-moléculaire de fluorescence (BiFC) de visualisation des interactions protéines-protéines à l’embryon de drosophile en développement.(2) J’ai employé la BiFC pour disséquer la formation des complexes Hox-protéines PBC. Mes résultats remettent en question le paradigme établit : (a) en soulignant la multiplicité des modes d’interaction Hox-PBC existants, (b) en démontrant que cette diversité peut être source de spécificité d’action.(3) La BiFC a ensuite été exploitée dans un crible par approche gènes candidats pour identifier de nouveaux partenaires des protéines Hox. / My current laboratory aims to tackle the issue of specificity and diversity of regulatory molecules, taking the Drosophila Hox transcription factors as a paradigm for the analysis. During my PhD, I developed three connected research lines.Project 1: Visualization of protein interactions in living Drosophila embryos by the BiFC assayOur results establish the general suitability of BiFC for revealing and studying protein interactions in their physiological context during the rapid course of Drosophila embryonic development.Project 2: Investigation of Hox/PBC complex formation in vivo using BiFC Our findings challenge the current paradigm of Hox/Pbx complex assembly: (a) highlighting the existence of alternative modes of Pbx recruitment, (b) demonstrating that unique Hox-PBC interaction modes can provide specific regulatory function in absence of DNA-binding selectivity.To achieve this project BiFC was also performed with vertebrate Hox proteins in chicken embryos.Project 3: Realization of a candidate interaction screen based on BiFC to identify novel Hox protein partners in vivo(a) We have revealed that Hox proteins establish specific interactions with different subunits of the general mediator complex. These results constituted one of the rare studies making a direct link between the Hox regulators and components of the basal transcriptional machinery, in a physiological context.(b) We have discovered that Hox proteins can interact with importin proteins. This result allows us to assess the importance of controlling the nuclear localization of Hox proteins for controlling their regulatory activities during embryogenesis.

Les facteurs de transcription FLI-1 et SPI-1/PU.1 appartiennent à la famille ETS et reconnaissent le même motif sur l’ADN GGAA. Leur activation est observée de manière récurrente dans les érythroleucémies murines induites par le virus de Friend. Ces observations suggèrent un rôle crucial de ces deux facteurs dans la transformation de la lignée érythrocytaire potentiellement par la dérégulation de gènes cibles communs. Mon travail de thèse a consisté à tester la contribution de ces deux facteurs au phénotype des cellules érythroleucémiques et à rechercher les gènes cibles directs communs.Nous avons pu montrer que FLI-1 et SPI-1/PU.1 ont des contributions additives au phénotype des cellules érythroleucémiques surexprimant les deux facteurs. Par une approche transcriptomique, nous avons identifié une grande proportion de gènes cibles directs communs à FLI-1 et à SPI-1/PU.1 impliqués dans différentes étapes de la biogenèse des ribosomes. La déplétion de ces facteurs induit une réduction de la biogenèse des ribosomes qui n’induit pas de stress ribosomique stabilisant p53. Néanmoins, nous avons mis en évidence une contribution spécifique de RPL11, un médiateur essentiel du stress ribosomique, à la différenciation des cellules érythroleucémiques induites par l’absence de ces facteurs.Nous avons mené en parallèle l’inventaire par ChIP-Seq des sites de recrutement de FLI-1 et de SPI-1/PU.1 sur le génome entier de 3 lignées érythroleucémiques indépendantes. Cette stratégie nous a permis de montrer que les régions de recrutement communes sont la conséquence de la proximité de consensus spécifiques et distincts et du recrutement de FLI-1 et de SPI-1/PU.1 sur leur propre consensus. / The transcription factors FLI-1 and SPI-1/PU.1 belong to the ETS family and recognize the same DNA motif GGAA. Their activation is recurrently observed in murine erythroleukemia induced by Friend virus. These observations suggest a crucial role of these two factors in erythroid lineage transformation potentielly by deregulating common target genes. My thesis work consisted of testing both factors contribution to the phenotype of erythroleukemia cells and of searching for common direct target genes.We showed that FLI-1 and SPI-1/PU.1 have additive contributions to the phenotype of erythroleukemia cells overexpressing both factors. By a transcriptomic approach, we identified a high proportion of common direct target genes of FLI-1 and SPI-1/PU.1 involved in ribosome biogenesis at different levels. The déplétion of these factors induced a decrease of ribosome number which doesn’t induce a ribosomal stress leading to the p53 stabilization. However, we highlighted a specific contribution of RPL11, an essential ribosomal stress médiator, in erythroleukemia cell differentiation induced by depletion of both factors. In parallel, we mapped at whole génome scale by ChIP-Seq the recruitment site of FLI-1 and SPI-1/PU.1 in 3 independent erythroleukemia cell lines. This strategy allowed us to show that the common recruitment régions are the conséquence of a very close association of clearly distinct and specific consensus binding sites for FLI-1 and SPI-1/PU.1 and that each of those factor sis recruited to its own consensus.