Grâce aux progrès de la génétique moléculaire qui ont permis d’identifier de nouveaux gènes de déficience intellectuelle liée à l’X, il nous a été possible de travailler sur des groupes homogènes de malades présentant une mutation dans le même gène. Nous avons d’une part, pu mettre en évidence un dysfonctionnement du circuit cérébello-thalamo-préfrontal grâce à une étude en IRM morphométrique réalisée chez des patients ayant une mutation dans le gène Rab-GDI. D’autre part, nous avons identifié un phénotype tout à fait spécifique lié aux mutations du gène ARX, tant clinique que neuropsychologique, et cinématique, associant une atteinte très particulière de la motricité distale des membres supérieurs et du langage. La préhension des patients est pathognomonique, avec une préférence pour la pince pouce-majeur, une difficulté accrue pour l’utilisation du bord cubital de la main, et un trouble de la pronosupination. Sur le plan neuroanatomique, il existe une diminution de volume des noyaux gris centraux et des épaisseurs corticales des régions contrôlant la motricité, bien corrélées au paramètres de cinématique. Enfin, nous avons exploré les stratégies de raisonnement des patients déficients intellectuels atteints du syndrome de l’X fragile, d’une mutation du gène ARX ou de trisomie 21 en élaborant un paradigme de raisonnement visuel analogique issu des matrices de Raven. Nous en avons établi la trajectoire développementale. Les stratégies utilisées par les patients (étude en eyetracking) sont différentes de celles des contrôles y compris de même âge mental, avec un défaut d’inhibition majeur, encore plus franc chez les patients X fragiles que ceux porteurs de trisomie 21 / Thanks to progress in molecular genetics, that allowed identification of new genes responsible for X linked intellectual disability, we studied on homogeneous groups of patients presenting with a mutation in one or the other gene. In the first section, we showed dysfunction of cerebello-thalamo-prefrontal networks, thanks to morphological MRI study performed on patients with a mutation in the Rab-GDI gene. In the second section, we highlighted a very specific phenotype related to ARX gene mutations, clinically, neuropsychologically, and kinematically, with a very peculiar impairment of upper limbs distal motricity, and language disorder. Patients hand-grip is pathognomonic, with a preference for the middle finger instead of the index for the grip of object, major impairment of fourth finger use, and lack of pronation movements. Neuroimaging study showed decreased volume of basal ganglia, and cortical thickness of motor regions, well correlated to kinematic parameters. In the third section, we explored reasoning strategies in three groups of patients with intellectual deficiency: fragile X, ARX mutated and Down syndrome patients and controls (both chronological and mental age-matched subjects). We notably elaborated a visual analogical reasoning paradigm, inspired from Raven’s matrices. We established a developmental trajectory of this paradigm. The strategy used by patients (eyetracking study) was different from the one used by controls, with a huge lack of inhibition, even greater for fragile X patients than for Down syndrome patients

Une réconciliation entre un arbre de gènes et un arbre d’espèces décrit une histoire d’évolution des gènes homologues en termes de duplications et pertes de gènes. Pour inférer une réconciliation pour un arbre de gènes et un arbre d’espèces, la parcimonie est généralement utilisée selon le nombre de duplications et/ou de pertes. Les modèles de réconciliation sont basés sur des critères probabilistes ou combinatoires. Le premier article définit un modèle combinatoire simple et général où les duplications et les pertes sont clairement identifiées et la réconciliation parcimonieuse n’est pas la seule considérée. Une architecture de toutes les réconciliations est définie et des algorithmes efficaces (soit de dénombrement, de génération aléatoire et d’exploration) sont développés pour étudier les propriétés combinatoires de l’espace de toutes les réconciliations ou seulement les plus parcimonieuses. Basée sur le processus classique nommé naissance-et-mort, un algorithme qui calcule la vraisemblance d’une réconciliation a récemment été proposé. Le deuxième article utilise cet algorithme avec les outils combinatoires décrits ci-haut pour calculer efficacement (soit approximativement ou exactement) les probabilités postérieures des réconciliations localisées dans le sous-espace considéré. Basé sur des taux réalistes (selon un modèle probabiliste) de duplication et de perte et sur des données réelles/simulées de familles de champignons, nos résultats suggèrent que la masse probabiliste de toute l’espace des réconciliations est principalement localisée autour des réconciliations parcimonieuses. Dans un contexte d’approximation de la probabilité d’une réconciliation, notre approche est une alternative intéressante face aux méthodes MCMC et peut être meilleure qu’une approche sophistiquée, efficace et exacte pour calculer la probabilité d’une réconciliation donnée. Le problème nommé Gene Tree Parsimony (GTP) est d’inférer un arbre d’espèces qui minimise le nombre de duplications et/ou de pertes pour un ensemble d’arbres de gènes. Basé sur une approche qui explore tout l’espace des arbres d’espèces pour les génomes considérés et un calcul efficace des coûts de réconciliation, le troisième article décrit un algorithme de Branch-and-Bound pour résoudre de façon exacte le problème GTP. Lorsque le nombre de taxa est trop grand, notre algorithme peut facilement considérer des relations prédéfinies entre ensembles de taxa. Nous avons testé notre algorithme sur des familles de gènes de 29 eucaryotes. / A reconciliation between a gene tree and a species tree depicts an evolutionary scenario of the homologous genes in terms of gene duplications and gene losses. To infer such a reconciliation given a gene tree and a species tree, parsimony is generally used according to the number of gene duplications and/or losses. The combinatorial models of reconciliation are based on probabilistic or combinatorial criteria. The first paper defines a simple and more general combinatorial model of reconciliation which clearly identifies duplication and loss events and does not only induce the most parsimonious reconciliation. An architecture of all possible reconciliations is developed together with efficient algorithms (that is counting, randomization, and exploration) to study combinatorial properties of the space of all reconciliations or only the most parsimonious ones. Based on the classical birth-death process, an algorithm that computes the likelihood of a reconciliation has recently been proposed. The second paper uses this algorithm together with the combinatorial tools described above to compute efficiently, either exactly or approximately, the posterior probability of the reconciliations located in the considered subspace. Based on realistic gene duplication and loss rates and on real/simulated datasets of fungal gene families, our results suggest that the probability mass of the whole space of reconciliations is mostly located around the most parsimonious ones. In the context of posterior probability approximation, our approach is a valuable alternative to a MCMC method and can competes against a sophisticated, efficient, and exact computation of the probability of a given reconciliation. The Gene Tree Parsimony (GTP) problem is to infer a species tree that minimizes the number of duplications and/or losses over a set of gene family trees. Based on a new approch that explores the whole species tree space for the considered taxa and an efficient computation of the reconciliation cost, the third paper describes a Branch-and- Bound algorithm that solves exactly the GTP problem. When the considered number of taxa is too large, our algorithm can naturally take into account predefined relationships between sets of taxa. We test our algorithm on a dataset of eukaryotic gene families spanning 29 taxa.

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant. / Childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a complex and heterogeneous genetic disease. Although it is the most common pediatric cancer, its etiology remains poorly understood. Previous studies provided evidence that childhood ALL might originate through the collective contribution of different genes controlling the efficiency of carcinogen metabolism, the capacity of maintaining DNA integrity and the response to oxidative stress, as well as environmental factors. In my doctoral research project I attempted to further dissect the genetic intricacies underlying childhood ALL. I postulated that a child’s susceptibility to ALL may be influenced, in part, by functional sequence variation in genes encoding components of two core biologic pathways: G1/S cell cycle control and DNA double-strand break repair. Using a unique two-tiered study design consisting of both unrelated ALL cases and healthy controls, as well as case-parent trios, I performed a pathway-based candidate-gene association study to investigate the role of sequence variants in the promoter regions of 12 candidate cell cycle genes and 7 DNA repair genes, in modulating ALL risk among children. Polymorphisms in promoter regions (pSNPs) could perturb transcription factor binding and lead to differences in gene expression levels that in turn could modify the risk of disease. To better depict the complex genetic architecture of childhood ALL, I used multiple analytical approaches. First, individual genes/variants were tested for association with disease, while functional in vitro validation was performed to evaluate the impact of the pSNPs on differential transcription factor binding and allele-specific promoter activity. These analyses led to four published articles. Given that these genes are not likely to act alone to confer disease risk I used an integrative approach to explore the possibility that combinations of functionally relevant pSNPs among several components of the same or of interconnected pathways, could contribute to modified childhood ALL risk either through pathway-specific or epistatic effects; this work was recently submitted for publication. Finally, childhood ALL is thought to arise in utero suggesting that the parents, and in particular the mother, may play an important role in shaping disease susceptibility in their offspring. Using simulations, I investigated the performance of existing methods to test for maternal genotype associations using a case-parent trio/case-control hybrid design, and then assessed the impact of maternally-mediated genetic effects on ALL susceptibility among children. This published work was the first to show that the mother’s genotype can indeed influence the risk of leukemia in children, further corroborating the importance of considering parentally-mediated effects in the study of early-onset diseases. In conclusion, my doctoral work lead to the identification of novel genetic susceptibility loci for childhood ALL and provided evidence for the implication of the cell cycle control and DNA repair pathways in leukemogenesis. Better elucidation of the genetic mechanisms underlying the pathogenesis of ALL in children could be of great diagnostic value and provide data to help guide risk-directed therapy and improve disease management and outcome. Ultimately, this study brings us one step closer to unraveling the genetic architecture of childhood ALL and provides a stepping-stone towards disease prevention.

Plusieurs recherches sont effectuées sur la laitue commercialisée (Lactuca sativa L.), afin d’améliorer sa résistance aux ravageurs. L’objectif de cette étude est d’examiner les impacts de la résistance de la laitue sur le puceron de la laitue, Nasonovia ribisnigri (Mosley) (Hemiptera : Aphididae) et son parasitoïde, Aphidius ervi Haliday (Hymenoptera: Braconidae). La résistance de la laitue affecte négativement la valeur adaptative du puceron en augmentant sa mortalité et son temps de développement et en diminuant sa fécondité, sa taille et son poids. Cet impact sur la valeur adaptative du puceron affecte aussi négativement le parasitoïde qui s'y développe en diminuant le pourcentage d’émergence, la taille et le poids des adultes, et en diminuant la fécondité des femelles. La femelle parasitoïde estime de manière absolue la qualité de ses hôtes puisqu’elle peut discriminer entre des hôtes de bonne et de faible qualité, sans expérience préalable. L’acceptation des hôtes de bonne qualité est similaire lorsqu’ils sont présentés successivement à la femelle; l’estimation de la valeur des hôtes est donc adéquate dès la première rencontre. Cependant, cet estimé absolu est modifié par l'expérience, puisque la femelle peut changer son exploitation selon la qualité des agrégats rencontrés. Lorsque des hôtes de basse qualité sont présentés successivement, l’acceptation de la femelle augmente. Accepter des hôtes de mauvaise qualité pour l’oviposition peut être préférable que de risquer de ne pas pondre tous ses œufs. L’utilisation d’une estimation absolue et relative par A. ervi peut mener à une exploitation optimale des agrégats. / New cultivars of commercialized lettuce (Lactuca sativa L.) with an improved resistance to pests are now available. The objective of this study was to examine the impacts of lettuce resistance on the lettuce aphid, Nasonovia ribisnigri (Mosley) (Hemiptera: Aphididae) and one of its parasitoids, Aphidius ervi Haliday (Hymenoptera: Braconidae). Lettuce resistance negatively affects aphid fitness by: increasing its mortality and developmental time and decreasing its fecundity, size and mass. This impact on aphid fitness also negatively impacts the parasitoid by decreasing its proportion of emergence, the size and mass of adults and decreasing fecundity of females. Female parasitoids estimate hosts quality in an absolute way as they can discriminate between high and low quality hosts, without previous experience. High quality host acceptation remains constant when hosts are successively offered to a female, indicating that the female can adequately estimate host value without experience. However, this absolute estimate of host quality is modified through experience as the female changes her patch exploitation according to the quality of the patches she encounters. When low quality hosts are successively offered, female acceptation increases. Accepting low quality hosts for oviposition can be preferable to the risk of not using all her eggs. The two strategies combined, using an absolute and a relative estimation, could lead to optimal patch exploitation by A. ervi.

Les levures Candida sont des pathogènes opportunistes responsables d’infections graves chez les patients immunodéprimés. Au cours de ce travail, nous avons développé un modèle cellulaire in vitro pour la caractérisation multiparamétrique des phénotypes d’interaction entre les levures Candida et les macrophages et les neutrophiles, principaux effecteurs de la défense anti-Candida. Il repose sur l’utilisation de marqueurs fluorescents pour le suivi quantitatif de l’interaction en cytométrie en flux et en fluorimétrie. Ce modèle a été validé par la comparaison de l’interaction de trois espèces de levures, C. albicans, C. glabrata et C. lusitaniae, avec des macrophages murins et des neutrophiles humains. Deux stratégies principales de survie des levures à la phagocytose ont été mises en évidence : par la résistance à la phagolyse et la multiplication des levures à l’intérieur des phagocytes jusqu’à leur éclatement, ou par l’évitement de la phagocytose et la multiplication des levures à l’extérieur des phagocytes. L’interprétation des données quantitatives a été confirmée par microscopie à fluorescence et vidéo-microscopie. Afin de mieux comprendre les interactions Candida-phagocytes, nous avons mis au point des outils pour l’analyse fonctionnelle de gènes chez C. lusitaniae. Une stratégie de PCR chevauchante a été développée pour l’obtention de mutants nuls de C. lusitaniae, sans étape de clonage. C’est ainsi que le gène OLE2, codant une Δ9 désaturase d’acides gras potentiellement impliquée dans la biosynthèse de la prostaglandine PGE2, a été invalidé. Le mutant ole2Δ présentait de très nets défauts de filamentation et de reproduction sexuée. Par rapport à une souche sauvage, le mutant ole2∆ était massivement phagocyté par les macrophages, et la survie des phagocytes était plus importante, ce qui suggère un rôle important des lipides insaturés et des oxylipides dans la signalisation cellulaire au cours de l’interaction Candida-phagocytes. Dans la dernière partie de notre travail, nous avons construit une banque de 10 000 mutants de C. lusitaniae par l’intégration aléatoire d’un marqueur dans le génome. Le criblage de cette banque à travers notre modèle cellulaire d’interaction permettra d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans l’interaction avec les phagocytes afin de mieux comprendre la physiopathologie des candidoses et de trouver de nouvelles pistes thérapeutiques. / Candida species are opportunistic pathogens causing severe infectious diseases in immunocompromised patients. In this work, we developed a tool for a multi-parameter characterization of the cell interactions between the yeasts Candida and both macrophages and neutrophils, which constitute the main defense against candidiasis. It relies on the labelling of each population with specific fluorescent markers, and on the use of fluorimetry and flow cytometry to assess interactions. The tool has been validated by comparing the interactions of three yeast species C. albicans, C. glabrata and C. lusitaniae, with murine macrophages and human neutrophils. We found that yeasts use two main ways for escaping phagocytosis, which has been confirmed using video-microscopy: either (1) by surviving to phagolysis and dividing into the phagosome until phagocytes burst, or (2) by avoiding phagocytosis and dividing outside phagocytes. In order to better understand the cellular and molecular mechanisms involved in Candida-phagocytes interactions, we developed new molecular tools for the functional analysis of genes in C. lusitaniae, notably a two-step cloning-free PCR-based method for the deletion of genes. This method was successfully used for the deletion of OLE2, a gene encoding a Δ9-desaturase of fatty acids, possibly implicated in prostaglandin PGE2 biosynthesis. The ole2Δ mutant exhibited strong defects in both pseudofilamention and sexual mating. During macrophages infection, ole2Δ yeast cells were massively internalized and triggered less phagocytes cell death than the wild type strain, suggesting that unsaturated fatty acids and/or oxylipids could play a role during interaction with phagocytes. Lastly, a bank of 10,000 mutants was constructed in C. lusitaniae by the random integration of a genetic marker in the genome. The screening of this bank through our tool to analyse cellular interactions will be undertaken to gain insights into understanding of the early stages of the infectious process.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are classified in the phylum Glomeromycota. This fungal group cannot be easily identified using morphology of their spores and hyphae inside or outside plant-roots. This fundamental problem renders the study of their diversity extremely difficult, particularly in their natural habitat (soil and roots). The ribosomal genes have been widely used to develop specific primers and to infer phylogenetic trees. However, these genes are highly polymorphic and exist in multiple copies in the genome of the AMF. This leads misinterpretation of the results. In our study, we analysed the intra- and inter specific polymorphism of the β-tubulin gene, which is present in low copy number in AMF genome, to obtain further nucleotide sequences to develop molecular markers. β-tubulin genes were sequenced from genomic DNA of five Glomus species. PCR amplified β-tubulin genes were cloned and sequenced. Intra- and inter-specific polymorphism analyses indicate the polymorphic nature of β-tubulin gene in three AMF species. Two highly variable β-tubulin paralogs were newly identified in G. aggregatum, G. fasciculatum and G. cerebriforme. No evidence for the presence of paralogs was found in G. clarum and G. etunicatum. All AMF sequences show the presence of two introns, which are highly variable. The majority of substitutions are located in the exons and 90% are synonymous. The conservation of amino-acids level suggests a high level of negative selection acting on the β-tubulin gene and allows us to consider that the AMF represent an ancient fungal group (400 million years). A phylogenetic analysis, carried out with twentyone β-tubulin nucleotidic sequences, revealed that the sequences of Glomeraceae form a highly supported monophyletic group with Acaulosporaceae and Gigasporaceae as sistergroup. The newly identified paralogs from G. aggregatum and G. fasciculatum were not found to be monophyletic within each species. Oligonucleotides were designed in the conserved and variable regions. PCR amplification test of β-Tub.cerb.F / β-Tub.cerb.R revealed specific bands of 401 bp for the G. cerebriforme paralogs. Two pairs of primers were developed to identify sequences of the group named Tub.1. PCR tests have allowed us to identify certain sequences of Tub.1 group. A primer pair of β-Tub.2.F / β-Tub.2.R we identified some sequences paralogous group named Tub.2. Analysis of other genes combined with that of β-tubulin gene enable the development of more specific molecular markers for AMF identification.

[Français] Une fraction importante des génomes eucaryotes est constituée de Gènes Répétés en Tandem (GRT). Un mécanisme fondamental dans l’évolution des GRT est la recombinaison inégale durant la méiose, entrainant la duplication locale (en tandem) de segments chromosomiques contenant un ou plusieurs gènes adjacents. Différents algorithmes ont été proposés pour inférer une histoire de duplication en tandem pour un cluster de GRT. Cependant, leur utilisation est limitée dans la pratique, car ils ne tiennent pas compte d’autres événements évolutifs pourtant fréquents, comme les inversions, les duplications inversées et les délétions. Cette thèse propose différentes approches algorithmiques permettant d’intégrer ces événements dans le modèle de duplication en tandem classique. Nos contributions sont les suivantes: • Intégrer les inversions dans un modèle de duplication en tandem simple (duplication d’un gène à la fois) et proposer un algorithme exact permettant de calculer le nombre minimal d’inversions s’étant produites dans l’évolution d’un cluster de GRT. • Généraliser ce modèle pour l’étude d’un ensemble de clusters orthologues dans plusieurs espèces. • Proposer un algorithme permettant d’inférer l’histoire évolutive d’un cluster de GRT en tenant compte des duplications en tandem, duplications inversées, inversions et délétions de segments chromosomiques contenant un ou plusieurs gènes adjacents. / [English] Tandemly arrayed genes (TAGs) represent an important fraction of most genomes. A fundamental mechanism at the origin of TAG clusters is unequal crossing-over during meiosis, leading to the duplication of chromosomal segments containing one or many adjacent genes. Such duplications are called tandem duplications, as the duplicated segment is placed next to the original one on the chromosome. Different algorithms have been proposed to infer the tandem duplication history of a TAG cluster. However, their applicability is limited in practice since they do not take into account other frequent evolutionary events such as inversion, inverted duplication and deletion. In this thesis, we propose different algorithmic approaches allowing to integrate these evolutionary events in the original tandem duplication model of evolution. Our contributions are summarized as follows: • We integrate inversion events in a tandem duplication model restricted to single gene duplications, and we propose an exact algorithm allowing to compute the minimum number of inversions explaining the evolution of a TAG cluster. • We generalize this model to the study of orthologous TAG clusters in different species. • We propose an algorithm allowing to infer the evolutionary history of a TAG cluster through tandem duplication, inverted duplication, inversion and deletion of chromosomal segments containing one or many adjacent genes.

Des études présentées dans cette thèse ont permis de démontrer que le gène du groupe Polycomb (PcG) Bmi1 est essentiel à l’auto-renouvellement des progéniteurs rétiniens immatures et pour le développement rétinien après la naissance. Ce travail illustre chez l’embryon que Bmi1 est hautement enrichie dans une sous-population de progéniteurs rétiniens exprimant le marqueur de surface SSEA-1 et différents marqueurs de cellules souches. À tous les stades de développement analysés, l’absence de Bmi1 résulte en une diminution de la prolifération et de l’auto-renouvellement des progéniteurs immatures. Pour mieux comprendre la cascade moléculaire en absence de Bmi1, nous avons inactivé p53 dans les colonies Bmi1-/-. Cette inactivation a permis une restauration partielle du potentiel d’auto-renouvellement. De plus, en absence de Bmi1, la prolifération et la maintenance de la population de progéniteurs rétiniens immatures localisés dans le corps ciliaire sont aussi affectées après la naissance. Bmi1 permet donc de distinguer les progéniteurs immatures de la population principale de progéniteurs, et est requis pour le développement normal de la rétine. Nous avons également démontré que l’oncogène Bmi1 est requis dans les neurones pour empêcher l’apoptose et l’induction d’un programme de vieillissement prématuré, causé par une baisse des défenses anti-oxydantes. Nous avons observé dans les neurones Bmi1-/- une augmentation des niveaux de p53, de la concentration des ROS et de la sensibilité aux agents neurotoxiques. Nous avons démontré ainsi que Bmi1 contrôle les défenses anti-oxydantes dans les neurones en réprimant l’activité pro-oxydante de p53. Dans les neurones Bmi1-/-, p53 provoque la répression des gènes anti-oxydants, induisant une augmentation des niveaux de ROS. Ces résultats démontrent pour la première fois que Bmi1 joue un rôle critique dans la survie et le processus de vieillissement neuronal. / The studies presented in this thesis establish that the Polycomb Group (PcG) gene Bmi1 is required for the self-renewal of immature retinal progenitor cells (RPCs) and for postnatal retinal development. Work performed in mouse embryos reveals that Bmi1 is highly enriched in a RPC subpopulation expressing the cell surface antigen SSEA-1 and different stem cell markers. Furthermore, at all developmental stages analysed, Bmi1 deficiency resulted in reduced proliferation and self-renewal of immature RPCs. To better understand the molecular cascade leading to this phenotype, we inactivated p53 in Bmi1-deficient colonies. p53 inactivation partially restored RPCs self-renewal potential. Moreover, the proliferation and the postnatal maintenance of an immature RPC population located in the ciliary body was also impaired in absence of Bmi1. Thus, Bmi1 distinguishes immature RPCs from the main RPC population and is required for normal retinal development. We have also shown that the oncogene Bmi1 is required in neurons to prevent apoptosis and the induction of a premature aging-like program characterized by reduced antioxidant defenses. We observed in Bmi1-deficient neurons an increased p53 and ROS levels, and a hypersensitivity to neurotoxic agents. We demonstrated that Bmi1 regulate antioxidant defenses in neurons by suppressing p53 pro-oxidant activity. In Bmi1-/- neurons, p53 induces antioxidant genes repression, resulting in increased ROS levels. These findings reveal for the first time the major role of Bmi1 on neuronal survival and aging.

L‟infection par le VIH-1, chez les patients, affecte principalement le système immunitaire et conduit à une destruction graduelle des lymphocytes T CD4 et, par conséquent, entraîne un état d‟immunodéficience. Cette immunodéficience permet l'établissement d‟infections opportunistes qui sont responsables de manifestations cliniques associées au Sida. Ces patients peuvent aussi développer des lymphomes, lésions du système nerveux central et une atteinte rénale. L'ampleur et la sévérité des conditions associées observées chez les patients infectés par le VIH-1 ne peuvent être imputées seulement au processus infectieux et à la déplétion des cellules T CD4+. Ceci suggère que les produits des gènes de régulation pourraient avoir des effets cytopathogènes. Cependant, les études sur la physiopathogenèse induite par le VIH ou ses différents gènes ont été difficiles à mener en raison de l'absence d'animaux de laboratoire infectés par ce virus. Ceux-ci auraient pu aider à disséquer le rôle des différents composants du génome viral et les mécanismes pathogénétiques impliqués. Pour pallier cette contrainte, nous avons produit le premier modèle de souris transgéniques pour le gène vpu. Vpu code pour une phosphoprotéine membranaire avec plusieurs fonctions connues. Elle participe au relargage des virions à la surface cellulaire, induit la dégradation des CD4, induit la régulation négative des CMH-1, augmente la susceptibilité à la mort cellulaire des lymphocytes T infectés par le VIH et favorise la réplication virale en empêchant les mécanismes antiviraux cellulaires. Dans ce travail, nous avons caractérisé pathologiquement un modèle de souris transgéniques porteuses du gène vpu du VIH-1. Nos résultats démontrent que l‟expression de vpu chez les souris transgéniques induit le développement spontané d‟une hyperplasie lymphoïde pansystémique, une splénomégalie avec une hyperplasie lymphoïde folliculaire évoluant en lésions prémalignes et malignes qui présentent certaines similarités avec la maladie de Castleman et une iv glomérulonéphrite mesangioproliférative qui rappelle certaines altérations de néphropathie associée au VIH chez les patients infectés. L‟ensemble des altérations démontre que les souris Tg/vpu développent une activation chronique et non spécifique du système immunitaire. Dans cette activation immunitaire, une dérégulation de l‟IL-6 et une hyperplasie du réseau de cellules métallophiliques pourraient être impliquées. D‟autres résultats obtenus sur les évaluations du fonctionnement du système immunitaire de la rate et du thymus mettent en évidence une susceptibilité augmentée des lymphocytes des tissus lymphoïdes aux effets apoptotiques de la dexaméthasone et des lipopolysaccharides et un retard dans le repeuplement par les cellules d‟organes lymphoïdes ainsi qu‟une réaction inflammatoire (Schwartzman) exacerbée et des anomalies dans la réaction d‟hypersensibilité retardée expérimentale. Ce modèle transgénique reproduit plusieurs anomalies rencontrées chez les patients infectés par le VIH et ouvre de nouvelles hypothèses sur la pathogenèse de l‟infection par le VIH. / The HIV-1 infection results in a severe immunodepression due to an increasing depletion of the CD4+T lymphocytes and in a neurodegeneration that leads to a motor/cognitive complex dysfunction. In addition to these pathological alterations, patients with AIDS may also develop additional complications including neoplasms, nephropathy, hematological abnormalities and opportunistic infections. None of these complications can be accounted for solely by the loss of CD4+T lymphocytes and several investigators have started to suspect the regulatory and accessory genes of possibly playing a role in the AIDS physiopathogenesis. However, studies on the pathological effects contributed by these genes have been hampered by the lack of laboratory animals susceptible to HIV-1 infection. These could have helped to dissect out the role of the different components of the viral genome and their pathogenetic mechanisms. To overcome this obstacle, several investigators have developed transgenic mice carrying either HIV-1 individual genes or partially deleted genome. The vpu gene, which is unique to HIV-1, encodes a membrane phosphoprotein with several known functions as determined by in vitro studies. It participates in virions release at the cell surface, induces CD4 degradation, MHC-1 downregulation, increases apoptosis susceptibility of infected T cells and promotes viral replication by inhibiting cellular antiviral mechanisms. In order to investigate the contribution of vpu to the complex pathogenesis associated with HIV-1 infection, our laboratory developed a transgenic mouse model carrying vpu under the RSV LTR promoter. Here, we described our results of the clinical and pathological investigation of this unique animal model. Our results demonstrate that the expression of vpu in the transgenic mice induces a pansystemic lymphoid hyperplasia, splenomegaly with follicular lymphoid hyperplasia that progress to premalignant and malignant lesions, with striking characteristics of Castelman like-disease, and a mesangial vi hyperplasia variant of HIVAN frequently observed in adult and pediatric AIDS. All lesions observed in this mouse model suggest that the vpu carrying mice develop a nonspecific chronic activation of the immune system with hyperplasia of perivascular metallophillic cells and deregulation of the IL-6 expression within the hyperplastic follicles. Following treatment with dexamethazone and LPS, we observed an increased apoptosis susceptibility of the lymphocytes of the spleen and thymus with slow lymphocyte repopulation of these lymphoid organs. In addition, the transgenic mice developed an exacerbated reaction to the induced Schwartzman reaction and demonstrated a more delayed experimental DTH reaction. Thus, this transgenic model reproduces several abnormalities present in HIV patients. It represents a very interesting and valuable model for studies on the pathology contributed by the vpu gene in the absence of the cumulative effects of the other HIV-1 genes and might help define new possible functions and mechanisms of vpu in the HIV-1 pathogenesis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.