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

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

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

Le récepteur nucléaire FXR (NR1H4) possède quatre isoformes exprimés principalement dans le foie (FXR[alpha]1 et FXR[alpha]2) et dans l'intestin (FXR[alpha]3 et FXR[alpha]4). Le rôle de FXR dans l'homéostasie des acides biliaires au sein du système digestif est bien documenté. Récemment, de nouvelles fonctions ont été attribuées à FXR dans l'intestin et une étude de ChIP-seq montre que les sites de liaison de FXR dans le génome diffèrent entre le foie et l'intestin. Notre hypothèse de recherche est que FXR contribue au maintien d'un épithélium intestinal intègre et fonctionnel en influençant des processus biologiques autres que la régulation de l'absorption des acides biliaires, et ce, par l'activation de la transcription de nouveaux gènes cibles dans l'intestin. Notre premier objectif consistait en l'identification de nouvelles cibles transcriptionnelles de FXR. Le modèle cellulaire Caco-2/15 est utilisé comme modèle d'entérocytes différenciés et l'expression de FXR augmente lors de la différenciation de ces cellules pour atteindre un niveau maximal vers 20 jours post-confluence. Dans ces cellules bien différenciées, une expérience de micro-puce à ADN révèle que l'activation de FXR par son agoniste synthétique le GW 4064 module significativement l'expression de gènes associés à différents processus biologiques tels l'organisation du cytosquelette et l'adhésion biologique. Nous avons confirmé que l'expression des gènes des protéines structurales MYO1A, MYO7A et DST est régulée positivement par l'activation de FXR, sans doute de manière indirecte puisque nous n'avons pas observé par ChIP que FXR se liait au promoteur de ces gènes. Pour identifier de nouvelles cibles directes de FXR, un criblage par qPCR selon divers critères a été réalisé. Ainsi, nous avons confirmé que le gène de SLC20A1, un transporteur de phosphore, est régulé positivement par l'activation de FXR. De plus, selon nos essais de ChIP, FXR se lie au promoteur de SLC20A1 suggérant une activation directe de la transcription. Ces résultats ouvrent la voie à un rôle auparavant insoupçonné de FXR dans des processus liés à l'absorption du phosphore. Notre deuxième objectif qui était d'étudier la régulation de l'expression différentielle des isoforme de FXR a été réalisé par des essais luciférase et nous amène à croire que le promoteur des isoformes intestinaux est régulé par la présence du facteur de transcription Cdx2. En effet, le promoteur FXR[alpha]3/[alpha]4 présente un site de liaison à Cdx2 contrairement au promoteur FXR[alpha]1/[alpha]2. De plus, en contexte où les facteurs hépatiques et intestinaux HNF1[alpha] et HNF4[alpha] sont présents, Cdx2 rétablit un fort niveau d'activité au promoteur FXR[alpha]3/[alpha]4 et non au promoteur FXR[alpha]1/[alpha]2. Pour conclure, ce projet de recherche montre bien que FXR dans un modèle mimant un contexte physiologique est capable d'activer des gènes cibles jusqu'ici inconnus et que l'expression des isoformes intestinaux est régulée de façon distincte par Cdx2 dans ce tissu.

Pas de résumé en français

La technologie des puces à ADN a rendu aujourd'hui possible de mesurer les niveaux d'expression de milliers de gènes durant des processus biologiques importants. Analyser des profils d'expression de multiples gènes offre la possibilité d'éclairer certains aspects de la génomique fonctionnelle. Ce travail porte sur l'analyse, la classification et l'interprétation de profils d'expressions de gènes durant le processus de division cellulaire. La division cellulaire est le processus biologique de prolifération des cellules qui devient drastiquement aberrant dans le cas de cellules cancéreuses. Tenant compte de la structure temporelle des données d'expression, nous avons étudié trois familles de mesures de proximités. La première famille définit des mesures limitées à la comparaison des valeurs des expressions en ignorant la contrainte de dépendance temporelle des données. La seconde famille se limite à la comparaison des formes des expressions. Enfin, la troisième famille de mesures couvre simultanément les aspects formes et valeurs. Une formalisation unifiée de ces mesures est proposée. Une classification adaptative de milliers de gènes est appliquée afin d'apprendre la mesure de proximité à considérer pour l'identification et la caractérisation de gènes impliqués dans les phases du cycle cellulaire.

La position des membres le long du corps est reproductible chez une même espèce mais est très variable entre différentes espèces. Comment les membres acquièrent leur position et quel mécanisme est à l'origine de ces variations est à ce jour non élucidé. De part leur rôle dans la mise en place des axes embryonnaires, les gènes Hox sont depuis longtemps suspectés de jouer un rôle dans ce processus. Cependant les différentes preuves disponibles à ce jour restent indirectes et corrélatives. Chez l'embryon de poulet, je montre que la position des membres est établit précocement au cours du développement, lors de la gastrulation. Je démontre que la formation de la lame latérale (i.e. le tissue d'origine des membres) est un processus graduel et que l'activation séquentielle des gènes Hox spécifie ce tissue en domaines du membre et du flanc. Dans un second temps, une combinaison d'actions activatrice et répressive des gènes Hox sur le programme d'initiation du membre, actions liées à leur organisation colinéaire, est critique pour l'organisation de la lame latérale en domaines du membre et du flanc. Enfin, en étudiant des embryons de différentes espèces d'oiseaux présentant des variations dans la longueur de leur cou et donc dans la position de leur ailes (le poulet, l'autruche et le diamant mandarin), je montre que des changements relatifs dans la séquence d'activation colinéaire des gènes Hox au cours de la gastrulation sous-tendent les variations naturelles de la position de l'aile. L'ensemble de ces résultats montre que les gènes Hox jouent un rôle direct et précoce dans le positionnement des membres et propose un model général de mise en place d'un organisme par ces gènes. / Limb position along the main body axis is highly consistent within one species but very variable among tetrapods. Despite major advances in our understanding of limb patterning in three dimensions, how limbs reproducibly form along the anteroposterior axis remains largely unknown. Hox genes have long been suspected to play a role in this process, however supporting evidences are mostly correlative and a direct role has yet to be demonstrated. Here, using bird embryos, I show that limb position is established very early during development, during the process of gastrulation. I find that the formation of the Lateral Plate Mesoderm (i.e. the embryonic compartment from which limbs will form) is a progressive process and that co-linear activation of Hox genes sequentially patterns it along the antero-posterior axis. Subsequent combinatorial activation and repression activities of Hox genes on limb initiation are particularly critical to pattern the LPM into limb- and non-limb-forming domains. Finally, by analyzing chicken, zebra finch and ostrich embryos which exhibit variation in their forelimb position, I show that relative changes in the timing of co-linear Hox gene activation during gastrulation underlie variation in limb position. Altogether these result shed light on the cellular and molecular mechanism that regulate limb position by showing a direct and early role for Hox genes in this process during gastrulation and provide a mechanism for variation in body plan organization observed in tetrapods.

L'épigénétique joue un rôle majeur dans le développement érythrocytaire de Plasmodium falciparum, tels que variation antigénique, pathogenèse, différenciation sexuée. Jusqu'à présent, ces éléments n'ont jamais été décrits chez les sporozoïtes. Pour caractériser la régulation épigénétique au niveau des sporozoïtes de P. falciparum, nous avons étudié les principaux régulateurs épigénétiques PfHP1 (P. falciparum hétérochromatine Protein 1) ainsi que PfSET6 et PfSET7 (méthyltransférases histone lysine). J'ai établi une cartographie génomique des marques épigénétiques répressives associées à l'hétérochromatine, et actives associées à l'euchromatine. J'ai identifié un nouveau mécanisme stade-spécifique de contrôle de l'expression génique, qui réprimés plusieurs gènes codant pour des protéines exportées. Ce mécanisme repose sur une expansion d'hétérochromatine. De plus, je démontre qu'un membre de la famille des gènes var, qui code pour le facteur de virulence PfEMP1 des stades sanguins, est exprimé à la surface des sporozoïtes. Cette localisation contraste avec les stades sanguins, où PfEMP1 est transporté à la surface des érythrocytes et participe à cytoadhérence. L'ensemble de ces résultats ouvre de nouvelles questions biologiques: quels sont les facteurs qui régulent la formation d'hétérochromatine chez les sporozoïtes? Quelle est la fonction de PfEMP1 sur la surface d'un sporozoïte? Mes conclusions indiquent un rôle putatif de PfEMP1 lors de la migration des sporozoïtes. En outre, l'expression, à la surface du sporozoïte, d'un antigène polymorphique et spécifique de souche pourrait expliquer la réponse immunitaire souche-spécifique, induite par les sporozoïtes atténués. / Epigenetic mechanisms control key processes during Plasmodium falciparum blood stage development such as antigenic variation, malaria pathogenesis and sexual commitment. However, the epigenetic landscape has not been reported for the sporozoites stage. To characterize epigenetic regulation in sporozoites, we tested the major epigenetic regulators P. falciparum Heterochromatin Protein 1 (PfHP1) and the histone lysine methyltransferases (PfSET6 and PfSET7) in P. falciparum sporozoites. I obtained a reliable genome-wide occupancy data for repressive heterochromatin and active euchromatin marks. Notably, I discovered an unprecedented stage specific mechanism of silencing, which represses several hundreds of genes, encoding parasite surface exported proteins. This is based on an expansion of facultative heterochromatin boundaries in sporozoites. Moreover, I demonstrate that a single member of the polymorphic var gene family, encoding the blood stage virulence factor PfEMP1, is expressed at the surface of sporozoites. This is in contrast to blood stages where PfEMP1 is transported to the erythrocyte surface participating in cytoadhesion. Overall, my findings rise new biological questions including what are the factors that regulate heterochromatin boundaries and what is the function of a virulence-associated surface antigen in sporozoites stage. My findings point to a putative function of this adhesion molecule in sporozoites migration. Moreover, the expression of a highly polymporphic and strain-specific antigen on the surface of sporozoites might provide a molecular explanation for the strain-specific protective immune response induced by attenuated sporozoites.

La voie de signalisation Notch joue un rôle essentiel dans le développement et l'homéostasie de l’épithélium intestinal et présente un potentiel oncogénique dans le cancer du côlon (CRC). L'un de ses gènes cibles, HES1, est un répresseur transcriptionnel de divers gènes, dont KLF4, facteur impliqué dans l'homéostasie intestinale et qui favorise la différenciation des cellules à mucus. De plus, afin d’éviter une activité aberrante de la voie Notch, HES1 exerce une boucle de rétrocontrôle négative sur son propre promoteur. Notre laboratoire s’intéresse à RIP140, un corégulateur transcriptionnel qui réprime l'activité de nombreux facteurs de transcription impliqués dans divers processus physiopathologiques. Dans l'épithélium intestinal, RIP140 inhibe la prolifération cellulaire et régule la différenciation en cellules de Paneth. L'objectif de ce travail a été d'étudier le dialogue entre RIP140 et la voie de signalisation Notch/HES1 ainsi que son impact sur différents paramètres cellulaires en utilisant différentes lignées cellulaires cancéreuses colorectales humaines ainsi que des modèles murins présentant une invalidation du gène Rip140. Pour cela, diverses expériences ont été mises en place en utilisant le gène HES1 comme principal marqueur d’activation de la voie Notch dans les lignées cellulaires de CRC SW620 et HT29. L’expression du gène HES1 a été analysée au niveau protéique, ARNm et transcriptionel en utilisant respectivement les techniques de Western-blot et d’immunofluorescence, de RT-QPCR et de gène rapporteur luciférase. L'activité de la voie Notch a été modulée par l'expression ectopique du domaine intracellulaire de récepteur Notch (NICD) ou en utilisant un inhibiteur de la γ-sécrétase. Le dialogue entre RIP140 et la voie de signalisation Notch est étroitement lié au niveau d'activation de la voie Notch et au niveau d’expression du facteur de transcription HES1. A de faibles niveaux d’activité de la voie Notch, RIP140 est une cible négative de NICD et exerce un effet positif sur la transcription du gène HES1 qui implique, au moins en partie, le complexe RBPJ/NICD. A de niveaux élevés d’activé de la voie Notch, RIP140 devient une cible positive de HES1 et exerce un effet négatif sur la transcription de ce gène en contribuant à la boucle de rétrocontrôle négative de HES1. De manière intéressante, comme le gène HES1, RIP140 a un impact important sur différents paramètres cellulaires. En effet, RIP140, est non seulement capable d’inhiber la prolifération des cellules intestinales, mais est également capable d’augmenter l'expression du gène KLF4 et de favoriser la différenciation en cellules à mucus. Conformément à ce dialogue entre RIP140 et la voie Notch/HES1, nous avons ensuite montré que HES1 et RIP140 inhibent mutuellement leurs effets sur la différenciation et la prolifération cellulaires. Nos données démontrent ainsi l'existence d'une boucle de rétrocontrôle impliquant RIP140 et la voie Notch/HES1 dans les lignées cellulaires de CRC. En effet, le gène RIP140 est à la fois une cible et un régulateur de la voie de signalisation Notch/HES1. Une activité aberrante de la voie Notch bascule la régulation de l'expression du gène HES1 par RIP140 d'un effet positif à un effet négatif via la boucle de rétrocontrôle négative de HES1. De plus, ce lien puissant entre RIP140 et HES1 a un impact sur la différenciation et la prolifération cellulaires. Il sera nécessaire d’analyser le recrutement de RIP140 et HES1 sur différents promoteurs cibles et de valider l'impact de ce dialogue in vivo, en utilisant un modèle de souris que j’ai développé au sein du laboratoire et qui présentent une invalidation conditionnelle du gène Rip140 dans l'épithélium intestinal. / The Notch signaling pathway plays an essential role in intestinal development and homeostasis and has an oncogenic potential in colon cancer (CRC). One of its target genes HES1 is a transcription repressor of a number of genes, including KLF4, which is implicated in intestinal homeostasis and promotes Goblet cell differentiation. In addition, to avoid aberrant activity of the Notch pathway, HES1 exerts a negative feedback loop on its own promoter. Our laboratory is studying RIP140, a transcriptional coregulator which represses the activity of many transcription factors involved in various pathophysiological processes. In the intestinal epithelium, RIP140 inhibits cell proliferation and regulates differentiation towards the Paneth cell lineage. The goal of this work was to investigate the crosstalk between RIP140 and the Notch/HES1 pathway and to study its cellular impacts in human CRC cells. Various experiments have been set up using the HES1 gene as the main output of the Notch pathway in two CRC cell lines (SW620 and HT29). HES1 gene expression has been assessed at the protein, mRNA and transcriptional levels using western-blot/immunofluorescence, RT-QPCR and luciferase reporter assays, respectively. The activity of the Notch pathway has been modulated through ectopic expression of the Notch intracellular domain (NICD) or using a γ-secretase inhibitor. RIP140 crosstalk with the Notch signaling pathway is tightly related to the level of activation of the Notch pathway and to the level of HES1 expression. At low Notch activity, RIP140 is a negative target of NICD and exerts a positive effect on HES1 gene transcription which involves, at least partly, the RBPJ/NICD complex. When the Notch pathway is fully activated, RIP140 becomes a positive target of HES1 and exerts a negative effect on HES1 gene transcription by contributing to the HES1 negative feedback loop. Interestingly, as it is the case for HES1, RIP140 has a strong impact on different cellular parameters. Indeed, we found that RIP140, not only decreases intestinal cell proliferation, but also increases KLF4 gene expression and Goblet cell differentiation. In line with the strong crosstalk between RIP140 and the Notch/HES1 pathway, we then showed that HES1 and RIP140 mutually inhibit their effects on cell differentiation and proliferation. Altogether, our data demonstrated the existence of a feed-back loop involving RIP140 and the Notch/HES1 pathway in CRC cells. Indeed, the RIP140 gene is both a target and a regulator of the Notch/HES1 signaling pathway. A high level of Notch/HES1 activity switches the regulation of HES1 gene expression by RIP140 from a positive to a negative effect through the HES1 negative feedback loop. Moreover, this strong link between RIP140 and HES1 has an impact on cell differentiation and proliferation. It would be however interesting to demonstrate the recruitment of each factor on target promoters and to validate the impact of this strong crosstalk, in vivo, using the newly mouse model that I developed with a conditional knock-out of the Rip140 gene in the intestinal epithelium.

Les tumeurs locales de la prostate sont associées à une évolution lente et une bonne survie, alors que les stades plus avancés révèlent dans 80% des cas des métastases osseuses incurables. La découverte de gènes de fusion issus de remaniements chromosomiques, tel que TMPRSS2:ERG dans plus de 50% des cas, a ouvert une nouvelle voie dans la compréhension du processus de cancérisation de la prostate. La présence de ce gène de fusion peut être associée à un mauvais pronostic dans de nombreuses études cliniques. Cependant, son rôle précis au cours de la cancérisation et de la progression du cancer de la prostate reste à déterminer. Le gène Erg (Ets related gene) code un facteur de transcription dont l’expression est notamment associée à la mise en place du cartilage, et plus largement du squelette. Ceci suggère un rôle potentiel du gène de fusion impliquant ce facteur, et de ses gènes cibles, dans la formation des métastases osseuses du cancer de la prostate.Pour notre étude, nous avons utilisé des lignées de cellules tumorales prostatiques PC3 et PC3c, exprimant stablement le gène de fusion TMPRSS2:ERG et précédemment établies au laboratoire. Dans un premier temps, en utilisant un modèle d’injections intratibiales chez les souris SCID, nous avons démontré que l’expression ectopique de la fusion améliore la capacité d’induction de lésions ostéocondensantes en inhibant l’ostéolyse dans le modèle PC3 ostéolytique, et en stimulant l’ostéoformation dans le modèle PC3c mixte (ostéolytique et ostéocondensant). Cette expression ectopique de la fusion augmente également l’ostéomimétisme dans les deux modèles cellulaires, c’est-à-dire l’acquisition d’un phénotype semblable aux cellules osseuses leur conférant des avantages de survie et de propagation dans la moelle osseuse. En outre, trois nouveaux gènes cibles de TMPRSS2:ERG ont été mis en évidence : ET-1 (Endothelin-1), stimulant la différenciation ostéoblastique et inhibant la résorption osseuse ostéoclastique, ALPL (Alkaline Phosphatase Liver/Bone/Kidney), marqueur de différenciation des ostéoblastes, et COL1A1 (Collagen Type 1 Alpha 1), composant de la matrice osseuse, témoignant d’un rôle du gène de fusion dans la formation de métastases ostéocondensantes du cancer de la prostate.Par ailleurs, deux autres gènes ont été étudiés, codant soit une protéine impliquée dans la stabilisation de structures particulières appelées invadopodes, soit une protéine impliquée dans le métabolisme des lipides. L’ensemble de ces résultats contribue à mieux comprendre les mécanismes de cancérisation et d’évolution métastatique du cancer de la prostate, en particulier l’influence de l’expression du gène de fusion TMPRSS2:ERG dans les métastases osseuses du cancer de la prostate. / Local prostate cancers are associated with slow progression and good survival, while advanced stages reveal incurable bone metastases in 80% of cases. The discovery of fusion genes resulting from chromosomal rearrangements, such as TMPRSS2:ERG in more than 50% of cases, opened a new way in understanding the process of prostate cancer. The presence of this fusion gene may be associated with poor prognosis in many clinical studies. However, its precise role during cancerization and progression of prostate cancer remains to be determined. The Erg gene (Ets related gene) encodes a transcription factor whose expression is associated in particular with embryonic skeleton development. This suggests a potential role of the fusion gene involving this factor, and its target genes, in the formation of prostate cancer bone metastases.In this study, we used prostate cancer cell lines PC3 and PC3c, stably expressing the TMPRSS2:ERG fusion gene and previously established in the laboratory. First, using a model of intratibial injections in SCID mice, we demonstrated that ectopic expression of the fusion enhances the ability to induce osteoblastic lesions by inhibiting osteolysis in the osteolytic PC3 model, and by stimulating osteoformation in the mixed PC3c model (osteolytic and osteoblastic). This ectopic expression of the fusion also increases osteomimicry in both cell models, meaning the acquisition of a bone-cell-like phenotype which gives them advantages of survival and spread in the bone marrow. In addition, three new TMPRSS2:ERG target genes have been described: ET-1 (Endothelin-1), stimulating osteoblastic differentiation and inhibiting osteoclastic bone resorption, ALPL (Alkaline Phosphatase Liver/Bone/Kidney), a marker of the osteoblasts differentiation, and COL1A1 (Collagen Type 1 Alpha 1), a component of the bone matrix, providing novel insights into the role of the fusion gene in the formation of osteoblastic metastases of prostate cancer.In addition, two other genes have been studied, encoding either a protein involved in the stabilization of particular structures called invadopodia, or a protein involved in lipid metabolism.All these results contribute to decipher the mechanisms of cancerization and metastatic progression of prostate cancer, in particular the influence of the expression of TMPRSS2:ERG fusion gene in prostate cancer bone metastases.