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.

Compte tenu de la faible disponibilité de l’oxygène (hypoxie) en haute altitude, l’adaptation à ce milieu constitue un vrai défi pour les espèces adaptées au niveau de la mer. Aussi, le rat et la souris constituent un modèle pertinent pour la compréhension des facteurs qui contribuent à une bonne adaptation en haute altitude. En effet, les rats et les souris de laboratoire élevées à haute altitude durant plusieurs générations possèdent un phénotype différent: les souris présentent une plus importante ventilation, des valeurs d’hématocrite/ hémoglobine diminuées et une hypertension pulmonaire réduite. Ces différences indiquent une mauvaise adaptation des rats qui montrent également une importante mortalité en haute altitude. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans cette différence entre ces deux espèces ne sont pas connus. Nous avons donc recherché dans un premier temps si les différences observées entre rats et souris sont également présentent au niveau de la mer, puis dans un second temps si cela avait un lien avec l'expression du senseur moléculaire d'oxygène HIF (Hypoxia Inducible Factor). Nous avons mené une étude au niveau de la mer (Québec, Canada - 98m) pour comparer les réponses ventilatoire et moléculaire entre les rats et les souris. Pour se faire, les animaux sont exposés pendant 6 heures à différents gradients d’oxygène : 21%, 15%, et 12% O2. La ventilation est mesurée par pléthysmographie à corps entier. La consommation d’oxygène (VO2) et la production de CO2 (VCO2) sont évaluées durant la même période d’exposition. Après 6 heures d’exposition, les animaux sont anesthésiés et le tronc cérébral rapidement prélevé pour effectuer une mesure de l’expression de HIF-1α à l’aide de la technique ELISA (Enzyme LinkImmunosorbent Assay). Comparé aux rats, les souris présentent une élévation du débit ventilatoire, une diminution de la VO2 et de la VCO2 et une augmentation de l’équivalant ventilatoire à l’O2 (Ve/VO2) et au CO2 (Ve/VCO2) durant l’exposition à 15 et 12% d’O2. De plus, l’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral est plus élevée chez les souris en comparaison à celui des rats. En conclusion, la différence de la réponse ventilatoire à l’hypoxie peut être liée à la différence d’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral. Ces resultantssuggèrent que les souris possèdent une prédisposition génétique permettant une réponse adaptée en milieu hypoxique et pouvant aisément expliquer la facilité que possède cette espèce à survivre et à établir sa colonie en haute altitude. Mot clés : Hypoxie, haute altitude, réponse ventilatoire à l’hypoxie, tronc cérébral, HIF. / Successful adaptation at high altitude is very challenging for sea level natives due to the low level of available oxygen (hypoxia). Rats and mice offer an interesting model to understand the factors that contribute to efficient adaptation to high altitude. Indeed, laboratory rats and mice that have been raised at high altitude for several generations have a different phenotype with mice showing higher ventilation, lower hematocrit/hemoglobin values, and lower pulmonary hypertension. These differences are clearly a failure of adaptation to high altitude in rats, as underlined by data showing high mortality in the colony of high altitude rats. However the underlying mechanisms behind these differences are poorly understood. We sought to address whether these differences are also apparent in mice and rats living at Sea level, and if they are related to different responses of the O2 molecular sensor HIF (Hypoxia Inducible Factor). To test these hypotheses, we chose to perform the study at sea level i.e. at Quebec City, Canada (98m) to compare the ventilatory and molecular responses in male rats and mice. The animals were exposed to different oxygen gradients 21%O2, 15 % O2 and 12% O2 for 6 hours. Ventilation was measured by whole bodyplethysmography, oxygen consumption (VO2) and CO2 production rate (VCO2) were also measured during the exposure. After the 6 hour’s exposure, the animals were anesthetised, and the brainstem quickly dissected, Brainstem HIF-1α expression was measured by Enzyme Link Immunosorbent Assay (ELISA). Compared to rats, mice had higher minute ventilation, lower VO2, VCO2, and higher ventilatory equivalent to oxygen and carbon dioxide, (Ve/VO2, Ve/VCO2) at 15% and 12% O2. In addition, mice also had higher brainstem HIF-1α expression compared to rats. We conclude that the differences in ventilatory responses to hypoxia at sea level might be due to differences in expression of HIF-1α in the brainstem. This suggests that mice have a genetic pre-disposition that ensure adequate response to hypoxia. This trait helps to explain that mice are able to survive and successfully establish natural colonies at high altitude. Key Words: Hypoxia, high altitude, hypoxic ventilatory response, Brainstem, HIF.

Le xylème secondaire (appelé bois chez les arbres), est un tissu vasculaire caractérisé par la présence d'un composé phénolique caractéristique, la lignine qui confère hydrophobicité et résistance mécanique aux parois. La différenciation du xylème est un processus complexe qui fait intervenir plusieurs centaines de gènes dont l'expression doit être strictement régulée dans l'espace et dans le temps. Cette coordination spatiotemporelle très fine est assurée au niveau transcriptionnel par, des facteurs de transcription. Certains membres de la famille MYB sont par exemple connus pour réguler l' èxpression des gènes de la voie de biosynthèse des phénylpropanoides, incluant la lignine. Le but de mes travaux était de caractériser fonctionnellement deux facteurs de transcription MYB, EgMYBl et EgMYB2, isolés à partir d'une banque d'ADNe de xylème d'Eucalyptus gunnii. La majeure partie de mes résultats concerne la caractérisation d'EgMYBl qui phyl 0 génétiquement, fait partie du sous-groupe 4 des MYB R2R3. Ce sous-groupe comprend plusieurs répresseurs des gènes du métabolisme phénolique. Des expériences de co-expression in vivo dans le tabac appuient l'hypothèse qu'EgMYBl pourrait agir en tant que régulateur négatif de l'expression des gènes de la voie de biosynthèse de la lignine. Ce rôle potentiel en accord avec l'expression préférentielle d' EgMYB 1 dans le xylème de racines et de tiges d'Eucalyptus a été vérifié in planta chez des peupliers transgéniques. En réponse à la surexpression d'EgMYB1, le contenu en lignine du xylème secondaire des tiges est réduit. On note également une diminution ~u nombre de fibres de phloème, et des taux de ' transcrits des gènes de la biosynthèse de la lignine. De plus, des analyses transcriptomiques réalisées à partir d'ARNs de xylème et d'écorce de tiges de peupliers surexprimant EgMYBl met en évidence des classes de gènes sous-exprimés ou surexprimés. De nombreuses similitudes sont retrouvées avec les classes de gènes dérégulées chez les mutants affectés dans une des étapes de la voie de biosynthèse de la lignine, renforçant le rôle initialement proposé pour EgMYB1. Les peupliers surexprimant EgMYBl montrent également d'intéressants phénotypes foliaires qui ont été étudiés. La caractérisation fonctionnelle d'EgMYB2 réalisée chez des tabacs transgéniques surexpresseurs, nous a amenés à proposer un rôle d'activateur transcriptionnel de la voie de biosynthèse des lignines. Les résultats- 1 - présentés dans cette thèse, apportent des indications claires quant aux rôles opposés des facteurs de transcription EgMYBl et EgMYB2 dans la lignification lors de la fonnation du bois.- 11

Chez les arbres, la formation du bois dépend de la différenciation d'un tissu vasculaire appelé xylème secondaire. Les parois cellulaires du xylème sont riches en lignines, ce qui leur confère rigidité et imperméabilité indispensables au transport de la sève brute et au maintien du port dressé. La xylogénèse requiert la coordination de l'expression de plusieurs centaines de gènes dans le temps et dans l'espace. Cette coordination est assurée au niveau transcriptionnel par différents médiateurs protéiques, parmi lesquels il y a des facteurs de transcription de la famille MYB-R2R3. Peu de gènes de cette sous famille ont été préalablement caractérisés chez les conifères. Mon travail de thèse a consisté dans un premier temps à identifier plusieurs gènes MYBR2R3 potentiellement impliqués dans la formation du xylème chez les conifères, en particulier chez le pin loblolly (Pinus taeda) et l'épinette blanche (Picea glauca), et à réaliser leur caractérisation moléculaire. Différentes analyses phylogénétiques ont permis de mettre en évidence des similarités et des différences significatives dans la structure de cette famille entre les gymnospermes et les angiospermes. L'expression de ces mêmes gènes a été quantifiée par RT-QPCR, ce qui a révélé que PgMYB2, 4 et 8 sont préférentiellement exprimés dans le xylème secondaire de l'épinette et que leurs transcrits s'accumulent dans le bois de compression. La deuxième partie de mon travail a visé la caractérisation fonctionnelle de deux MYB-R2R3 de pin (PtMYBl et 8) réalisée via leur surexpression constitutive chez des transformants stables d'épinette. Ces deux facteurs MYB induisent une lignification ectopique cependant plus intense avec PfMYB8, qui bloque le développement normal des racines et conduit à la mort des plantules in vitro. L'analyse du transcriptome des plantules transgéniques par biopuces à ADN a dévoilé entre autres, l'augmentation de l'expression des gènes de la synthèse des lignines. La dernière partie de ma thèse est consacrée à la caractérisation fonctionnelle de PtMYBM placé en parallèle sous le contrôle d'un promoteur constitutif et d'un promoteur préférentiel du xylème (gène codant l'alcool cinnamylique deshydrogénase). Les plantules transgéniques ont une synthèse accrue de plusieurs terpènes et produisent de nombreux transcrits potentiellement associés aux mécanismes de défense. / In trees, wood formation depends on the differentiation of a vascular tissue refered to as secondary xylem. Xylem cell walls are rich in lignins, which confer stiffness and impermeability, properties essential for the mechanical support of the tree and for the transport of water and minerals. Xylogenesis requires the coordinated expression of several hundred genes in time and space. The regulation of gene expression is controled at the transcriptional level by different protein mediators, including transcription factors of the R2R3-MYB family. Hitherto, very few genes of this sub-family have been characterized, specially in conifers. The first part of my thesis consists in the identification and molecular characterization of several genes belonging to this family and potentially involved in xylem formation in conifers, particularly in loblolly pine (Pinus taeda) and white spruce (Picea glauca). Phylogenetic analyses highlight the major similarities as well as significant differences in the MYB family structure between gymnosperms (trees) and angiosperms (herbaceous plants and trees). I used qRT-PCR to determine transcript levels of these genes and assess their expression profiles in spruce. The data showed that the spruce transcripts for PgMYB2, 4 and 8 accumulate preferentially in secondary xylem and are upregulated in compression wood. The second part of my work aimed the functional characterization of two pine R2R3-MYB (PtMYBl and 8) via their constitutive overexpression in stable spruce transformants. The overexpression of both of these MYB transcription factors led to ectopic lignification. However, the overexpression of PtMYB8 led to a more intense lignification; it also prevented normal root development leading to the death of the in vitro plantlets. Microarrays analyses of the transgenic plantlets showed that there was a significant upregulation of many lignin biosynthesis genes, among others. The final section of my thesis describes the functional characterization of PtMYB14 based on its overexpression with either a constitutive promoter or a xylem-preferential promoter (gene coding for the cinnanyl alcohol dehydrogenase). Both types of transgenics plantlets accumulated several terpenes compounds and produced numerous transcripts potentially involved in defence mechanisms.

Les gènes Hox sont essentiels au développement des organismes, étant impliqués, entre autres, dans l'identité cellulaire le long de l'axe antéropostérieur de l'embryon, la spécification des squelettes axial et appendiculaire, la formation du système nerveux et l'organogenèse. Le gène Hoxa5 est indispensable au développement du système respiratoire, puisque les souris mutantes présentent un taux important de mortalité liée à une détresse respiratoire à la naissance. La détection de la protéine HOXA5 dans le mésenchyme du tractus respiratoire ainsi que dans les motoneurones de la région phrénique du système nerveux central nous a mené à étudier la contribution spécifique du gène Hoxa5 dans chaque composante susceptible d'influencer le développement pulmonaire. À l'aide d'une approche d'inactivation conditionnelle, nous avons démontré que la perte de fonction de Hoxa5 dans le mésenchyme affecte le développement trachéal, ainsi que la différenciation épithéliale et la croissance pulmonaire. Aussi, la mutation dans les motoneurones résulte en une hypoplasie pulmonaire ainsi qu'en une innervation et une musculature anormales du diaphragme, des défauts permettant de reproduire la mortalité néonatale obsevée chez les souris Hoxa5-/-. L'expression du gène Hoxa5 est contrôlée par plusieurs séquences régulatrices, dont un responsable l'expression dans les systèmes respiratoire et digestif. Le facteur de transcription Yin Yang 1 (YY1) lie cette séquence et il est impliqué directement dans la régulation de l'expression du gène Hoxa5 dans le poumon. YY1 est exprimé de manière ubiquitaire et peut agir en tant qu'activateur ou répresseur transcriptionnel dépendamment du contexte en recrutant différents coactivateurs ou corépresseurs transcriptionnels. La perte d'expression mésenchymale de Yy1 mène à un phénotype pulmonaire similaire à celui des souris Hoxa5-/- causant la mort à la naissance. Nous avons étudié comment l'inactivation spécifique de Yy1 dans l'épithélium pulmonaire, à l'aide de l'approche d'inactivation conditionnelle, influence le développement pulmonaire. La mutation épithéliale de Yy1 résulte en une mortalité à la naissance causée par une détresse respiratoire, des anneaux de cartilage désorganisés, une différenciation altérée ainsi qu'une absence de formation de l'arbre bronchial menant à une dilatation des voies respiratoires similaire à ce qui est observé chez les patients souffrant de malformations congénitales cystiques du poumon, telle que le blastome pleuropulmonaire (PPB). Nos résultats démontrent le rôle crucial de YY1 dans la morphogenèse pulmonaire et identifie les souris mutantes pour le gène Yy1 comme un modèle potentiel permettant d'étudier les méchanismes génétiques du PPB. / Hox genes encode transcription factors governing complex developmental processes including the anteroposterior patterning of the embryo axis, the specification of the axial and appendicular skeletons as well as the formation of the nervous system and several organs. In the respiratory system, the role of Hoxa5 is critical since the loss of Hoxa5 function causes death at birth of a high proportion of mutant pups due to respiratory distress. HOXA5 protein expression in the mesenchyme of the respiratory tract and in the phrenic motor neurons of the central nervous system led us to address the specific contribution of Hoxa5 in each component to lung development. Using a conditional gene targeting approach, we demonstrated that the genetic ablation of Hoxa5 function in the mesenchyme established the importance of Hoxa5 in trachea development, lung epithelial cell differentiation and lung growth. In parallel, the specific deletion of Hoxa5 in motor neurons resulted in abnormal innervation of the diaphragm, altered diaphragm musculature and lung hypoplasia which are responsible for the neonatal lethality observed in null mutants. Thus, this confirms that a defective diaphragm mainly contributes to impair survival at birth. Hoxa5 expression is under the control of many regulatory elements, one of which is responsible for Hoxa5 expression in the respiratory and digestive tracts. Yin Yang 1 (YY1) is a multifunctional zinc-finger-containing transcription factor that plays crucial roles in numerous biological processes by selectively activating or repressing transcription, depending upon promoter contextual differences and specific protein interactions. We have shown that YY1 regulates Hoxa5 expression in the lung by binding to the lung-specific regulating sequence. However, the mesenchymal loss of Yy1 function causes a lung phenotype similar to the one observed in Hoxa5-/- mutants including neonatal mortality. We then studied how the epithelial-specific inactivation of Yy1 impacts on lung development. The Yy1 epithelial mutation resulted in neonatal death due to respiratory failure. It impaired tracheal cartilage formation, altered cell differentiation, abrogated lung branching and caused airway dilation similar to that seen in human congenital cystic lung diseases, such as the pleuropulmonary blastoma (PPB). Together, our data demonstrate the crucial requirement for YY1 in lung morphogenesis and identify Yy1 mutant mice as a potential model for studying the genetic basis of PPB.

Il existe chez les différentes espèces de rongeurs une importante variabilité dans les capacités à établir des colonies stables en haute altitude (HA). Par exemple, on trouve des souris (Mus) jusqu'à 4000m alors qu’il n’y a pas de rats (Rattus). La capacité des animaux à survivre et réaliser des activités physiques en HA dépend d’adaptations biologiques physiologiques (plasticité phénotypique) et génétiques ou épigénétiques. Des rats Sprague Dawley (SD) maintenus en HA dans des conditions de laboratoire survivent pendant plusieurs générations (La Paz, Bolivia – 3600m) mais présentent des signes de maladaptations physiologiques (érythrocytose excessive, hypertrophie ventriculaire droite – signe d’hypertension artérielle pulmonaire – et altération des structures alvéolaires avec élargissements des espaces pulmonaires). Ces réponses sont principalement liées à une hypersensibilité au niveau d’oxygène (O2) ambient au cours de la période postnatale et élever les rats de HA à une pression d’O2 reproduisant celle du niveau de la mer (NM) au cours de cette période améliore significativement leur adaptation physiologique1,2. Actuellement, aucune adaptation génétique n’a été mise en évidence chez des souris (Mus musculus) sauvages capturées en HA. Notre hypothèse générale est que les souris possèdent des caractéristiques physiologiques spécifiques qui assurent leur survie en HA. Pour répondre à cette hypothèse, nous avons réalisé 4 études comparant les réponses physiologiques (ventilation, métabolisme, hématologie, saturation artérielle en O2 et rythme cardiaque) entre des souris FVB et des rats SD élevés au NM (Québec, Canada) ou en HA (La Paz, Bolivie – 3600m). Nos principaux résultats démontrent que, par rapport aux rats, les souris adultes de HA présentent une surface alvéolaire augmentée associée avec une meilleure extraction d’O2 sans augmentation excessive de l’érythrocytose ni hypertrophie ventriculaire. Au NM, en conditions ambiantes, les deux espèces présentent des réponses physiologiques similaires. Par contre, après 6h d’exposition en hypoxie (12% d’O2), par rapport aux rats, les souris augmentent leur ventilation minute et diminuent leur métabolisme. Les souris augmentent également l’expression de l’hypoxia inducible factor 1 (HIF-1 – molécule principale de régulation des réponses cellulaires en hypoxie) dans le tronc cérébral après 6h d’hypoxie (15% d’O2) ; cet effet n’est pas présent chez les rats. Au NM, l’hypoxie postnatale induit une augmentation du volume pulmonaire et de la réponse ventilatoire à l’hypoxie chez les souris mais pas chez les rats. Cependant, chez les jeunes rats de HA, l’architecture pulmonaire est préservée comparée aux rats exposés en hypoxie postnatale au NM. En conclusion, les rats vivant en HA depuis plusieurs générations présentent des stratégies physiologiques pour faire face au manque d’O2 ambient leur permettant de survivre dans des conditions de laboratoire mais qui ne sont pas suffisantes pour assurer leur survie en milieu sauvage. Nos résultats confirment également que les souris possèdent des prédispositions physiologiques permettant la survie en altitude. / Different rodent species present divergent abilities to colonize and establish stable colonies at high altitude (HA). Ecological studies show that mice (Mus) can be found at HA (up to 4000m) while rats (Rattus) are absent. The ability of an animal to survive and do physical activities at HA depends upon biological adaptations that can include physiological (phenotypical plasticity) and genetic, or epigenetic modifications. Adult Sprague Dawley (SD) rats can live under laboratory conditions at HA for several generations (La Paz, Bolivia – 3600m), but they display signs of physiological maladaptation such as excessive erythrocytosis, right ventricular hypertrophy (a sign of pulmonary hypertension) and altered alveolar structure with enlarged airspace in the lungs. These responses are mainly linked to an excessive sensibility to the oxygen (O2) ambient level during postnatal life. Indeed, raising the HA rats under sea level (SL) O2 pressure during early postnatal life significantly improved the physiological adaptation1,2. Furthermore, in HA wild mice (Mus musculus) living at HA, there is no signs of genetic adaptation to this environment. Accordingly, our general hypothesis is that mice possess specific physiological traits ensuring survival at HA. To assess this hypothesis, we conducted 4 studies to compare physiological responses (including ventilation, metabolic rate, hematology, lung morphology, arterial O2 saturation and heart rate) between FVB mice and SD rats raised at SL (Quebec, Canada) or HA (La Paz, Bolivia – 3600m). Our main results show that compared with rats, HA adult mice display enhanced alveolar surface area associated with increased O2 extraction, and avoid excessive erythrocytosis and right ventricular hypertrophy. At SL, under ambient conditions, mice and rats display similar physiological variables. However, after 6 hours of sustained hypoxia (12% O2), mice have higher minute ventilation and lower metabolic rate than rats. Mice also had an increased expression of the hypoxia inducible factor 1 (HIF-1 – the principal mediator of the cellular responses in hypoxia) in the brainstem after 6 hours of hypoxia (15% O2), while this response was not observed in rats. Hypoxic exposure during postnatal life at SL increased the lung volume and the hypoxic ventilatory response in mice but not rats. However, young HA rats preserve their lung architecture compared with young SL rats exposed to postnatal hypoxia. We conclude that rats living at HA for several generations display physiological strategies to cope with the ambient hypoxia that allow them to survive in laboratory conditions but are not sufficient to establish stables colonies in the wild. Also, our results confirm that mice are predisposed to withstand hypoxic environment.

Chez les mammifères euthériens, la détermination du sexe est étroitement contrôlée par l'expression d'un gène clé, appelé SRY, présent sur le chromosome Y. Une étude d'inactivation génique chez la souris a démontré que la protéine Gata-4, un membre de la famille de facteurs de transcription GATA, est essentielle pour la différentiation testiculaire ainsi qu'à l'expression de Sry. Ceci suggère que GATA-4 régule le développement testiculaire via l'activation de SRY. En accord avec cette hypothèse, les promoteurs SRY de porc, de souris et d'humain arborent tous plusieurs sites de liaison pour les facteurs GATA. Le but de mon étude est de vérifier le rôle de GATA-4 dans la régulation transcriptionnelle de SRY du porc et de l'humain par transfections transitoires de différentes constructions promotrices SRY délétées ou mutées dans les sites GATA. Mes résultats démontrent que GATA-4 active le promoteur SRY porcin mais pas celui de l'humain. Donc, malgré la conservation de fonction de SRY entre les espèces, sa régulation génique diffère.

Chez le nématode Caenorhabditis elegans (C. elegans), le cofacteur mdt-15, orthologue à Med15 chez le mammifère, est essentiel à l’homéostasie des lipides. Aussi, l’inhibition pharmacologique de l’interaction entre Med15 et le facteur de transcription SREBP améliore le profil lipidique chez des souris obèses. Le foie, organe important du métabolisme énergétique, peut subir des dérèglements lors du vieillissement et dans l’obésité. La modulation des niveaux hépatiques de Med15 dans ces conditions pathologiques est toutefois inconnue. Cette étude visait donc à évaluer l’expression de Med15 au foie dans le vieillissement et l’obésité. Les modèles de vieillissement étaient des souris C57Black/6J (B6), des rats Sprague-Dawley (SD) et des rats Lou (modèle de vieillissement réussi) de différents groupes d’âges et sous diète faible en gras (LFD). MED15 a également été mesuré dans du foie humain provenant de 3 groupes de patients obèses jeunes, d’âge intermédiaire et vieux. Afin de dissocier les effets du vieillissement de ceux de l’obésité, Med15 a été mesuré dans des souris ob/ob ou db/db sous LFD et des souris B6 sous diète riche en gras (HFD) âgées de 4 mois. L’expression de Med15 était diminuée chez les souris B6 et les rats SD âgés mais demeurait stable chez les rats Lou vieux et les patients âgés. Les niveaux de Med15 étaient diminués chez les souris ob/ob et db/db. En revanche, ses niveaux protéiques hépatiques étaient augmentés chez les souris sous HFD. La conclusion générale, tirée des liens établis entre les résultats présentés ici et la littérature, est que l’expression de Med15 serait bénéfique chez un organisme sain mais que sa diminution permettrait de freiner les troubles métaboliques associés au vieillissement et à l’obésité. Des études in vitro et in vivo sur les impacts des variations observées dans cette étude permettraient de caractériser Med15 comme modulateur métabolique chez le mammifère. / In the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans), the mdt-15 cofactor, orthologous to the mammalian Med15, is essential for lipid homeostasis. Furthermore, pharmacological inhibition of the interaction between Med15 and Sterol Regulatory Element Binding Protein (SREBP) transcription factor improves the lipid profile in obese mice. The liver, important organ of energy metabolism, may undergo disorders during aging and in obesity. Modulation of Med15 hepatic levels under these two conditions is however unknown. This study aimed therefore to evaluate hepatic Med15 expression in several aging and obesity models. The aging models were C57Black/6 Jackson (B6) mice, Sprague-Dawley (SD) rats and Lou rats (a successful aging model) in different age groups and under low-fat diet (LFD). MED15 was also measured in human liver from 3 groups of obese young, middle-aged and old patients. In order to dissociate the effects of aging from those of obesity, Med15 expression was measured in 4 months old ob/ob or db/db mice under LFD and B6 mice under high-fat diet (HFD). Med15 expression was decreased in old B6 mice and SD rats but remained stable in old Lou rats and elderly patients. Med15 levels were diminished in ob/ob and db/db mice. However, Med15 protein levels were increased in mice under HFD. The general conclusion, drawn from links established between the results presented here and the literature, is that Med15 expression would be beneficial in a healthy organism but its decrease would curb the metabolic disorders associated with aging and obesity. In vitro and in vivo studies on the impacts of the variations observed in this study would allow for the Med15 characterization as a key metabolic modulator in mammals. / Résumé en espagnol

Ce travail porte sur l’identification, la fonction et la régulation des molécules maternelles d’ARNm qui dirigent la compétence développementale juste après la fécondation chez les bovins. Tout d’abord, en utilisant le modèle du temps écoulé jusqu’au premier clivage zygotique et à travers l’évaluation du transcriptome des embryons à 2-cellules, il fut possible de déterminer la signature moléculaire des niveaux extrêmes de compétence au développement et sélectionner des molécules candidates pour des études postérieures. Les résultats ont montré que les embryons de capacité développementale variable diffèrent dans certaines fonctions comme la réparation de l’ADN, le traitement de l’ARN, la synthèse de protéines et l'expression génique définies par des ARNm synthétisés par l’ovocyte. Pour obtenir une confirmation fonctionnelle, une paire de transcrits maternels (l’un détecté dans notre sondage précédent et l’autre étant une molécule reliée) ont été inhibés par « knock-down » dans des ovocytes. Les effets du knock-down de ces facteurs de transcription sont apparus avant la formation des blastocystes dû à une diminution de la capacité au clivage et celle à progresser après le stage de 8-cellules. L’analyse moléculaire des embryons knock-down survivants suggère qu’un de ces facteurs de transcription est un contrôleur crucial de l’activation du génome embryonnaire, qui représente une fenêtre développementale dans l’embryogenèse précoce. Dans la dernièr étude, nous avons testé si les facteurs de transcription d'intérêt sont modulés au niveau traductionnel. Des ARNm rapporteurs couplés à la GFP (Protéine fluorescente) contenant soit la version courte ou la version longue de la séquence 3’-UTR des deux molécules furent injectées dans des zygotes pour évaluer leur dynamique traductionnelle. Les résultats ont montré que les éléments cis-régulateurs localisés dans les 3’-UTRs contrôlent leur synchronisation traductionnelle et suggèrent une association entre la compétence développementale et la capacité de synthèse de ces protéines. Ceci conduit à l’idée que ces facteurs de transcription cruciaux sont aussi contrôlés au niveau traductionnel chez les embryons précoces. Les connaissances acquises ont joué un rôle essentiel pour définir le contrôle potentiel des molécules maternelles sur les embryons au début de leur développement. Cette étude nous montre aussi une utilisation potentielle de cette information ainsi que les nouveaux défis présents dans le secteur des technologies reproductives. / This work explores the identity, the function, and the regulation of maternal mRNA molecules that drive developmental competence shortly after fertilization in cattle. First of all, by using the model of the time of first zygotic cleavage and assessing the transcriptome of 2-cell embryos, it was possible to determine the molecular fingerprint of extreme levels of developmental competence and select candidate molecules for further monitoring. Data implied that early embryos of variable developmental capacity differ in functions including DNA repair, RNA processing, protein synthesis, and gene expression that are dictated by oocyte-synthesized mRNA. To obtain a functional confirmation, a pair of maternal transcripts (one detected in our previous survey and other related molecule) were knocked-down in oocytes that were further cultured. The effects of ablating these transcription factors were evident before blastocyst formation due to a decrease in cleavage capacity, as well as progression past the 8-cell stage. The molecular analysis of surviving knocked-down embryos suggested that one of these transcription factors is a pivotal orchestrator of the activation of the embryonic genome, a critical developmental window in early embryogenesis. In the last survey, we asked whether the transcription factors of interest are modulated at the translational level. Reporter mRNAs containing either short or long versions of the 3’-UTR sequences of both molecules were injected in zygotes to look at their translational dynamics. Results showed that cis-acting elements located in the 3’-UTRs govern their timely translation and suggested an association between developmental competence and protein synthesis capacity. This led to the notion that these crucial transcription factors are also controlled at the translational level in early embryos. The acquired knowledge was instrumental to define the possible control operated by maternal molecules on embryos at the onset of their development, as well as some of the challenges and potential use of this information in the field of reproductive technologies.