En premier lieu, en utilisant des inhibiteurs pharmacologiques du NF-[kappa]B, nous avons constaté que l'inhibition du facteur de transcription NF-[kappa]B chez ces cellules diminue de beaucoup l'expression génique et la sécrétion de diverses cytokines et chimiokines (TNF-[alpha], IL-8 ou CXCL8, Mip-1[alpha]/[bêta] induites par des stimuli tels que TNF-[alpha] ou LPS. Nous montrons ensuite que le complexe IKK (IKK[alpha], IKK[bêta], et IKK[gamma]) est aussi partiellement localisé dans le noyau, alors que les kinases reliées à IKK (IKK[epsilon] et TBK-1) sont cytoplasmiques; la kinase NIK, quant à elle, est strictement nucléaire. Suite à une activation des neutrophiles, IKK[bêta] et IKK[gamma] deviennent transitoirement phosphorylées dans le cytoplasme et le noyau, alors qu'IKK[alpha] disparaît temporairement de ces deux compartiments cellulaires d'une manière qui semble dépendante de IKK[bêta]. Ces réponses s'accompagnent, dans les deux compartiments, de la dégradation d'I[kappa]B[alpha] et de la phosphorylation du RelA sur la sérine 536. Bien que les deux protéines puissent être des substrats de IKK, l'inhibition de ce dernier empêche la dégradation d'I[kappa]B[alpha], tandis que le niveau de phosphorylation du RelA est essentiellement inchangé. Nous apportons enfin une preuve que des isoformes de IKK nucléaires s'associent à la chromatine suivant l'activation des neutrophiles, ce qui suggère un rôle potentiel dans la régulation de gènes. Deuxièmement, nous rapportons que les neutrophiles expriment la MAP3K, TAK1, ainsi que ses partenaires associés, TAB1/2, dans le cytoplasme et le noyau. La kinase TAK1 est associée de façon constitutive aux protéines TAB1 et TAB2, ainsi qu'au complexe IKK[alpha]/[bêta] dans les neutrophiles au repos. Le niveau d'interaction de ces complexes demeure inchangé suite au traitement des neutrophiles avec le TNF-[alpha] ou le LPS. La kinase TAK1 devient rapidement et transitoirement activée suite à une stimulation des cellules avec le TNF-[alpha] ou le LPS. L'inhibition de l'activité kinase de TAK1 avec un inhibiteur hautement sélectif (5z-7-oxozeaenol) a empêché la phosphorylation d'IKK[alpha]/[bêta], de RelA, et la dégradation de I[kappa]B[alpha] dans les fractions cytoplasmiques et nucléaires, ainsi que la liaison à l'ADN du NF-[kappa]B dans des neutrophiles activés.En conséquence, l'expression et la sécrétion de cytokines inflammatoires induites par le TNF-[alpha] ou le LPS ont été profondément altérées suivant une inhibition de TAK1.En revanche, la phosphorylation de IKK[gamma] induite par le LPS n'a pas été affectée par l'inhibition de TAK1. Finalement, nos résultats indiquent que l'activation du NF-[kappa]B et les réponses cellulaires dépendantes du NF-[kappa]B sont indépendantes des ROS endogènes dans les neutrophiles humains primaires ou dans la lignée promyélocytaire PLB-985, qui peut être différenciée en granulocytes et se comporte comme les neutrophiles. Parallèlement, nous avons optimisé les conditions de transfection des PLB-985 différenciées, ce qui nous a permis de montrer pour la première fois l'activation de promoteurs [kappa]B-dépendants chez des granulocytes humains. Ces travaux rendent par ailleurs possibles les études portant sur l'activation des promoteurs chez les granulocytes. Dans leur ensemble, ces observations démontrent l'importance du NF-[kappa]B dans la génération inductible de cytokines et chimiokines par les neutrophiles. Il s'agit de la première étude qui montre la présence et l'activation (phosphorylation) du complexe IKK et la phosphorylation des protéines NF-[kappa]B/Rel dans les neutrophiles humains. Plus important encore, nos résultats dévoilent un mode d'activation de la cascade de signalisation IKK/I[kappa]B/NF-[kappa]B dans le noyau de cellules primaires. Nos données établissent également le rôle central de TAK1 dans le contrôle de la cascade de signalisation IKK/I[kappa]B/NF-[kappa]B cytoplasmique et nucléaire dans les neutrophiles primaires humains, ce qui pourrait représenter une cible prometteuse pour une intervention thérapeutique considérant le rôle critique des neutrophiles dans plusieurs conditions inflammatoires.

L’hypopituitarisme se définit par le déficit d’une ou plusieurs hormones hypophysaires.L’hypopituitarisme congénital est lié à des mutations de facteurs de transcriptionimpliqués dans le développement hypophysaire. Identifier les mécanismes et étiologiesd’hypopituitarisme congénital doit permettre d’améliorer les traitements des patients.Dans cette optique, ce travail a porté sur 3 aspects :Clarifier les mécanismes permettant la différenciation des lignées hypophysaires. Aucours du développement hypophysaire chez la souris, il existe un phénomène complexed’interaction entre 2 facteurs de transcription à homéodomaine paired (Prop1 et Hesx1),la voie Wnt-ßcaténine et les co-répresseurs de la famille Groucho/TLE. Ces interactionssont nécessaires à l’expression d’un autre facteur de transcription hypophysaire, Pit-1(Pou1f1), impliqué dans la différentiation des lignées hypophysaires somato-lactotropeset thyréotropes. Nous avons démontré in vitro, que les co-répresseurs de la famille TLEjouaient un rôle inhibiteur direct sur l’activation de l’early enhancer de POU1F1 à e12-e13, indépendamment de l’action de HESX1. Nos modèles de souris transgéniquesavec expression permanente de HESX1 et TLE3 permettent de mettre en évidence lerôle inhibiteur majeur de HESX1, et le rôle accessoire de TLE3. Les mutations dePROP1 étant à l’origine d’une expression persistante de HESX1 et TLE3, il est probablequ’ils jouent un rôle dans le déficit en sous-unité alpha observé chez les patientsdéficitaires en PROP1.Identifier et analyser la signification fonctionnelle de nouveaux variants alléliques dugène d’un facteur de transcription à homéodomaine LIM, LHX4. La mutation T99fs deLHX4 est à l’origine d’un phénotype hypophysaire très variable au sein d’une mêmefamille, en termes de déficits et de morphologie hypophysaires, et d’anomalies extrahypophysairesassociées. Les études fonctionnelles ont montré que cette mutation étaitresponsable d’un phénomène d’haplo-insuffisance. Cette nouvelle mutation permetd’enrichir le spectre phénotypique des patients chez lesquels doit être effectué unséquençage du gène LHX4 à la recherche d’étiologie de déficit hypophysaire combinémultiple.Identifier des mécanismes nécessaires au développement de l’axe thyréotrope. Dessouris exprimant une nouvelle recombinase Cre sous contrôle du promoteur de la Tshßont été croisées avec des souris transgéniques pour lesquelles les gènes de Pitx2 oud’Isl1 (2 facteurs de transcription impliqués dans le développement hypophysaire)étaient encadrés de séquences flox. Les modèles permettaient ainsi l’inactivation dePitx2 et Isl1 au sein des cellules thyréotropes au cours de l’embryogenèse. L’étudephénotypique retrouve un déficit de croissance compatible avec un déficit thyréotropepartiel en cas d’inactivation de Pitx2 : ce phénotype est probablement lié à unmécanisme compensateur assuré par PITX1, un facteur de transcription àhoméodomaine bicoïde possédant le même homéodomaine et domaine C terminal quePITX2. A l’inverse, l’inactivation de Isl& se traduit par un déficit thyréotrope complet. Lefait que les transcrits de l’ensemble des facteurs de transcription nécessaires audéveloppement de l’axe thyréotrope soient diminués dans ce modèle souligne le rôlemajeur de ISL1 dans la fonction et la maintenance de l’axe thyréotrope.Nos résultats permettent de mieux appréhender certains des nombreux mécanismes etfacteurs impliqués dans le développement hypophysaire chez la souris, et dans lapathologie hypophysaire chez l’homme. / Hypopituitarism is defined by one or several pituitary deficiencies. Congenital hypopituitarism is mostly due to transcription factors mutations. Our aims were to try to better identify some of the mechanisms involved in pituitary ontogenesis and pituitary diseases, mainly pituitary deficiencies: new pathways, new transcription factors, new mutations. - First we identified novel mechanisms necessary for the differenciation of the Pou1f1 lineages (ie somatolactotroph and thyrotroph cells). The role of TLE co-repressors is crucial, as they are able by themselves to inhibit the stimulatory actions of PROP1 on POU1F1 promoter. This is necessary to obtain a correct timing of differentiation during pituitary development (Carvalho, Brinkmeier, castinetti et al., Molecular Endocrinology, 2010). - Second, we showed the roles of 2 transcription factors, PITX2 and ISL1, in thyrotrophs maintenance and function. By using a new cre recombinase driven by the TSHb promoter, we managed to inactivate each of these transcription factors in the thyrotrophs. Inactivation of PITX2 led to a partial thyrotroph deficiency, counterbalanced by an overexpression of PITX1 (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, submitted). Inactivation of ISL1 led to a complete thyrotroph deficiency (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, in preparation). - Finally, we reported 1 new mutation of the LIM transcription factor LHX4, responsible for combined pituitary hormone deficiencies in a family. New phenotypic traits will help the physician improve the way to select which patients to screen for LHX4 mutations (Castinetti, Saveanu et al., JCEM, 2008).

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux. / microRNAs (miRNAs) are small non coding RNAs that repress the translation of their target genes by pairing to their messenger RNA (mRNA). The identification of miRNAs' biologically active targets is a difficult problem because their binding sites are defined by only seven nucleotides. In this thesis, I show that it is possible to model specific aspects of miRNAs to identify their biologically active targets through two modeling of each one aspect of miRNAs. The first modeling considers the miRNAs regulations through the identification of regulatory loops between miRNAs and transcription factors (TFs). Through this modeling, we identified over 700 miRNA/TF regulatory loops conserved between human and mouse. With the results of this modeling, we were able to identify, in particular, two regulatory loops between LMO2 and the miRNAs miR-223 and miR-363. Using hematopoietic stem cells and progenitor cells transplantation experiment we showed that miR-223 and miR-363 are involved in hematopoietic cell fate determination. The second modeling focuses directly on the interaction between miARN and messenger RNA (mRNA) to determine the miRNA targets. With this work, we developed a simple method for predicting miRNA targets that outperforms the current state of the art tool. This modeling also highlighted some unsuspected consequences of miRNA effects such as the cell context specificity and the saturation of mRNA targets by miRNA. This method can also be used to identify mRNAs whose overexpression increases the expression level of another mRNA through their shared miRNA and whose global effects on other genes are minimal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Chez les métazoaires, les cellules spécialisées se caractérisent par la sortie du cycle cellulaire alors que les cellules souches et progénitrices se caractérisent par un intense potentiel d'auto-renouvellement, lequel est perdu durant la différenciation. L'auto-renouvellement est contrôlé par une combinaison de facteurs intrinsèques et extrinsèques qui déclenchent une prolifération cellulaire équilibrée. Dans ce contexte, nous avons montré que le knock-out des facteurs de transcription MafB et c-Maf dans les monocytes, résulte en une expansion prolongée des monocytes et macrophages matures en culture, sans aucun signe de perte du phénotype différencié ou de la fonction. Etant donné que les macrophages sont impliqués dans la majorité des maladies dégénératives, les maladies inflammatoires ainsi que la biologie du cancer, l'amplification de macrophages consisterait en un atout considérable pour les applications thérapeutiques. Dans cette optique, et comme les macrophages sont également connus pour promouvoir le développement tumoral, nous avons étudié le comportement des macrophages Maf-DKO dans le contexte tumoral. Initialement, nous avons montré que les macrophages Maf-DKO sont capables d'empêcher l'installation de la tumeur ainsi que de réduire une masse tumorale établie, et ce indépendamment du model tumoral étudié. Ceci consiste en une nouvelle approche thérapeutique contre le cancer. Nous nous sommes ensuite intéressés à fournir une « preuve de principe » quant à la prolifération des monocytes humains après inhibition de l'expression des gènes MafB et c-Maf humains et à étudier leur potentiel dans des applications thérapeutiques. / In metazoans, specialized cells are typically withdrawn from the cell cycle, whereas stem cells and progenitor cells have extensive self-renewal potential that is usually lost on differentiation. Self-renewal is controlled by a combination of cell-intrinsic and extrinsic signals that trigger balanced cellular proliferation. In this context, we previously reported that the knock-out of two monocytic transcription factors, MafB and c-Maf, enables extended expansion of mature monocytes and macrophages in culture without loss of differentiated phenotype and function. As macrophages are involved in degenerative diseases, inflammatory diseases and cancer biology, amplified macrophages may provide potential therapeutic applications. In this context and since macrophages are also known to enhance tumor development, we aim to investigate Maf-DKO macrophages behavior in a tumor context Initially, we have shown that regardless of tumor model (ID8 ovarian carcinoma or B16 melanoma), Maf-DKO macrophages have the ability to prevent tumor growth and reduce established tumor mass in tumor bearing mice. The potential provides a novel therapeutic approach for cancer cell therapies. Next we aimed to provide a proof of principle for the amplification of human monocytes by the inhibition of MafB/c-Maf genes and to investigate their potential in therapeutic applications. So far, we have shown that the down-regulation of MafB and c-Maf in human monocytes results in a colony formation in semi-solid medium, reflecting that the knock down of MafB and c-Maf results in proliferative advantage.

La région promotrice proximale du gène Glu-1D1 de gluténine de haut poids moléculaire de blé (PrHMWG-Dx5) porte une boîte albumen bifactorielle atypique qui comprend un motif G " like " (5'-TTACGTGG-3') situé en amont d'une boîte prolamine (Pb1, 5'-TGCAAAG-3'). Les tests d'expression transitoire dans l'albumen de maïs indiquent que le fragment promoteur minimal contenant au moins la boîte G " like " est nécessaire et suffisant pour une activité maximale de PrHMWG-Dx5. Dans le maïs transgénique, nous avons montré que la séquence de 89 pb qui contient la boîte albumen bifactorielle se comporte comme une unité cis-activatrice fonctionnelle. Sa répétition en tandem direct confère un effet activateur additif puissant spécifique de l'albumen. En contraste, l'association des séquences activatrices as-1 et as-2 du promoteur 35S du CaMV avec des séquences promotrices dérivées de PrHMWG-Dx5 dérégule son activité dans les plants de maïs et de tabac. Par la technique de retard de migration, nous avons démontré que la boîte G " like " peut fixer deux groupes de protéines qui ont respectivement la même affinité de liaison à l'ADN que les facteurs de transcription de la famille Opaque-2 et de la famille ASF-1. Nos résultats nous conduisent à proposer un modèle hypothétique qui repose sur une dualité fonctionnelle de la boîte G " like " dans l'albumen des céréales, et suggère son implication potentielle alternativement dans la synthèse des protéines de réserve et dans la réponse de défense de la plante.

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques. / Gene transcriptional regulation is crucial for appropriate cell functioning. Genes must be properly expressed in the right cell type as well as at the right developmental and differenciation stage in order to allow the cells to accomplish their functions. Abnormal expression of one or many genes can dramatically influence cell fate. Diverse cis (ex : promoters and enhancers) and trans (transcriptional machinery and transcription factors) elements are involved in transcriptional regulation. Genes of the human beta-globin (hub) locus are expressed in erythroid cells and are thightly regulated during development and differentiation. Mutations in several regions of the locus are involved in beta-thalassemia. We used this well characterized model in order to study different regulation mechanisms that are mediated by transcription factors expressed in erythroid cells. We were interested in the important role of the cis element HS2 from the Locus control region. This region contains several binding sites for transcription factors that are involved in hub locus gene regulation. Our results show that HS2 has a role in chromatin organization of the locus which is distinct from its enhancer function. Moreover, HS2 is not essential for high level beta gene expression while it is important for gamma gene expression. This suggest that the influence of transcription factors recruited to HS2 varies during development. Secondly, we investigated HS2 importance during erythroid differentiation. It was reported the HS2 deletion strongly influences chromatin potentiation of beta gene. Potentiation in progenitor cells favors gene transcriptional activation in mature cells. We characterized transcription factor recruitment to HS2 and b promoter in hematopoietic progenitor cells (HPC). Our results show that EKLF is involved in chromatin potentiation and favors the recruitment of BRG1, p45 and CBP in HPC. GATA-1 expression in mature erythroid cells allows GATA-1 recruitment to hub locus in these cells. These data suggest that EKLF and GATA-1 combination is required to allow maximal beta gene activation in mature erythroid cells. Another factor involved in hub locus regulation is Ikaros. We studied its recruitment to hub locus and found that Ikaros is involved in gamma gene repression. Our data also shows that GATA-1 is involved in the repression of these genes and that it interacts with Ikaros. Together, Ikaros and GATA-1 favors the formation of a repressive complex to gamma promoters. In this study, we also observed that Ikaros and GATA-1 are involved in Gata2 gene repression. Interestingly, we have also characterized the repression mechanism of Hes1 gene (a Notch target gene) during erythroid differentiation. Similar to what is observed for gamma genes, Hes1 is also repressed by Ikaros and GATA-1. Collectivelly, our data suggest that Ikaros and GATA-1 combination is associated with the repression of several genes in erythroid cells. Globally, this thesis reports new mechanisms of action for different transcription factors in erythroid cells. Particularly, our work allows us to propose a model for hub locus gene regulation during development and differentiation. Moreover, we show for the first time that the combination of Ikaros and GATA-1 is relevant for gene regulation in erythroid cells. Several mutations in the transcription factors that we studied were associated with beta-thalassemia or leukemia. Our work will thus help to better understand mechanisms of action of these transcription factors in order to potentially use them as therapeutical targets.

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux. / microRNAs (miRNAs) are small non coding RNAs that repress the translation of their target genes by pairing to their messenger RNA (mRNA). The identification of miRNAs' biologically active targets is a difficult problem because their binding sites are defined by only seven nucleotides. In this thesis, I show that it is possible to model specific aspects of miRNAs to identify their biologically active targets through two modeling of each one aspect of miRNAs. The first modeling considers the miRNAs regulations through the identification of regulatory loops between miRNAs and transcription factors (TFs). Through this modeling, we identified over 700 miRNA/TF regulatory loops conserved between human and mouse. With the results of this modeling, we were able to identify, in particular, two regulatory loops between LMO2 and the miRNAs miR-223 and miR-363. Using hematopoietic stem cells and progenitor cells transplantation experiment we showed that miR-223 and miR-363 are involved in hematopoietic cell fate determination. The second modeling focuses directly on the interaction between miARN and messenger RNA (mRNA) to determine the miRNA targets. With this work, we developed a simple method for predicting miRNA targets that outperforms the current state of the art tool. This modeling also highlighted some unsuspected consequences of miRNA effects such as the cell context specificity and the saturation of mRNA targets by miRNA. This method can also be used to identify mRNAs whose overexpression increases the expression level of another mRNA through their shared miRNA and whose global effects on other genes are minimal.

FACT est une protéine clé, qui joue de multiples rôles, y compris dans la transcription et la réparation de l'ADN endommagé. Néanmoins, comment FACT participe à la réparation et à la transcription de la chromatine n'est pas élucidé. Dans ce travail nous avons tout d'abord étudié le rôle de FACT dans le processus de réparation par excision de base (BER). Nous avons utilisé des nucléosomes reconstitués avec de l'ADN à uracile incorporé au hasard. Nous avons trouvé que l'enzyme UDG est capable d'enlever les uraciles localisés du côté de la solution et pas les uraciles se trouvant en face de l'octamère d'histone. La présence simultanée de FACT et de RSC (facteur de remodelage de la chromatine, impliqué dans la réparation) permet un enlèvement efficace des uraciles localisés du côté de l'octamère d'histone par l'UDG. De plus, l'action concertée de FACT et RSC contribue à l'enlèvement de la lésion oxidative 8-oxoG, autrement inaccessible, de la matrice nucléosomale par l'enzyme OGG1. Ce résultat est obtenu grâce à une activité " co-remodelatrice " de la protéine FACT. Dans ce travail nous décrivons pour la première fois cette nouvelle propriété de FACT et nous montrons par une série d'expériences biochimiques que FACT est capable de stimuler l'activité de remodelage du RSC. Nos expériences montrent que la présence de FACT augmente l'efficacité de RSC à transformer l'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP en travail " mécanique ". Les données obtenues suggèrent une nature stochastique du BER in vivo, FACT étant un facteur clé dans le processus de réparation. Nous avons également investigué l'implication de l'activité co-remodelatrice de FACT dans la fixation de NF-kB aux matrices nucléosomales. La production de nucléosomes remodelés, mais non - mobilisés (remosomes) n'est pas suffisante pour promouvoir la fixation de NF-kB. Pourtant, la mobilisation des nucléosomes par l'intermédiaire de RSC permet une interaction efficace entre NF-kB et l'ADN nucléosomal. Toutes ces données sont essentielles pour le décryptage du mécanisme moléculaire par lequel FACT agit dans le BER et dans la transcription médiée par NF-kB.

La génération de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) est très prometteuse en médecine régénérative, pour la modélisation physiopathologique et le criblage de nouveaux médicaments. A l’origine, des cellules somatiques ont été reprogrammées en iPSC par l'expression forcée de facteurs de transcription (FT) impliqués dans les cellules souches embryonnaires. Depuis, de nombreuses lignées d’iPSC ont été générées mais les vecteurs actuels les plus représentés et efficaces pour exprimer les FT sont les virus intégratifs. Ils comportent du matériel génétique. Des stratégies alternatives ont été développées dans un contexte de sécurisation et de transfert clinique mais sont ont encore besoin d’être acceptées par les comités d’éthique. La méthode la plus sûre et rationnelle serait alors d’apporter ces FT directement sous forme protéique mais le défi est de traverser les membranes. Dans ce contexte, notre laboratoire a développé un peptide de pénétration cellulaire (CPP) basé sur le FT ZEBRA du virus d’Epstein-Barr. La séquence impliquée dans la prise en charge cellulaire a été caractérisée au laboratoire et se nomme MD (Minimal Domain). Elle est capable de vectoriser des protéines et des biomolécules de haut poids moléculaire via un mécanisme indépendant de l'endocytose, permettant leur internalisation sous une forme biologiquement active. Dans ce projet, nous avons produit et purifié les protéines Oct4, Sox2, Nanog, Lin28, Klf4 et c-Myc chacune fusionnée au CPP MD. Ce domaine n'interfère pas avec la capacité d'Oct4 à lier sa séquence cible d’ADN. Le traitement in vitro de cellules primaires conduit à l’internalisation des protéines MD en 30 minutes à 1 heure. MD-Oct4 et MD-Nanog peuvent être localisés au noyau en 3 heures. Dans un contexte de reprogrammation, la combinaison de MD-Oct4, MD-Sox2, MD-Nanog et MD-Lin28 lors de traitements répétés conduit à l'activation transcriptionnelle de gènes cibles composant le réseau de pluripotence. / The generation of induced Pluripotent Stem Cell (iPSC) holds great promise for regenerative medicine, disease modelling and drug screening. Leading the original cell to an iPSC has been originally made by the forced expression of Transcription Factors (TF) involved in embryonic stem cells. Since the discovery of those mechanisms, many teams have engineered iPSC by well-defined cell culture tools such as the use of retroviruses in order to express TF. Those techniques use genetic material. Delivery techniques have evolved but most of reprogramming experiments still need TF. Development of alternative strategies has been conducted in a context of clinical application but still needs to be accepted by ethics comities. Thus, the use of recombinant proteins instead of genetic material is safe and rational but the challenge is to access the intracellular medium. In this context, our laboratory has developed a cell-penetrating peptide (CPP) based on the Epstein-Barr virus ZEBRA TF. The sequence implicated in cellular uptake has been characterized and is named MD (Minimal Domain). It is able to translocate high molecular weight proteins in an endocytosis-independent mechanism, allowing the internalization of cargos in fully biologically active form. Here we develop 6 MD fusions at the N-terminus of the following TF: Oct4, Sox2, Klf4, cMyc, Nanog & Lin28. This domain does not interfere with Oct4 capacity to associate with its own DNA sequence. Moreover, MD fused proteins transduce in vitro treated cells in 30 minutes to 1 hour ; MD-Oct4 & MD-Nanog can be localized in the nucleus after 3 hours only. In a context of reprogramming experiences, the combination of MD-Oct4, MD-Sox2, MD-Nanog and MD-Lin28 in repeated treatment leads to the activation of target genes transcription such as those constituting the pluripotency network.