La population québécoise (~7 millions d’habitants) est constituée d'environ six millions d'individus descendant d'un bassin génétique estimé à 8500 fondateurs. Les caractéristiques uniques de cette population facilitent beaucoup les recherches en génétique. Cette thèse de doctorat traite de la génétique moléculaire du glaucome, une maladie oculaire insidieuse qui est l'une des principales causes de cécité à travers le monde. Dans le but d'investiguer les facteurs génétiques impliqués dans cette maladie, nous avons recruté des familles ségréguant le glaucome primaire à angle ouvert (GPAO) et des individus non reliés également atteints de glaucome ou d'hyperpression intraoculaire (HTO). Des mutations du « trabecular meshwork inducible glucocorticoid response gene » (TIGR), ou myociline (MYOC), ont été recherchées parmi 18 familles, représentant 180 individus atteints, et 422 cas sporadiques. La prévalence de mutation de ce gène a été établie à 22,2 et 3,8%, respectivement chez les familles et patients non reliés. Des corrélations génotype/phénotype des mutations identifiées ont été établies. Grâce à la détermination de signatures alléliques entourant le gène TIGR/MYOC, il a été possible d'estimer le nombre de fondateurs ayant contribué à la présence des mutations disséminées dans l'échantillon de la population québécoise testée. Huit familles comportant un nombre suffisant d'individus pour la réalisation d'une étude préliminaire de liaison (linkage) ont été génotypées sur six régions de susceptibilité au glaucome déjà rapportées. Le génotypage de ces familles visait la réduction d’intervalles génétiques associés au glaucome dans le but de découvrir d’autres gène responsables de la maladie. Une famille, représentant un potentiel de liaison intéressant au locus GLC1B, a été élargie dans le but d'augmenter le nombre d'individus atteints possédant un haplotype lié à cette région située sur le chromosome 2cen-q13. Malgré l'identification de gènes candidats intéressants dans ce locus, la saturation de la région chromosomique en marqueurs génotypés chez cette famille a révélé l'absence d'un haplotype commun parmi tous les individus affectés. Le recrutement additionnel de larges familles ségréguant le GPAO et l'élargissement de certains pedigrees déjà prélevés seront nécessaires à l'identification de nouveaux facteurs génétiques jouant un rôle important dans cette pathologie oculaire commune. / The Québec population (~7 million residents) is constituted of approximately six million individuals that descended from an estimated genetic pool of 8500 founders. Utilizing the unique features of this population, this thesis is about the molecular genetics glaucoma, an insidious ocular disease that is a worldwide leading cause of blindness. To study the genetic factors involved in this disorder, we recruited families segregating primary open-angle glaucoma (POAG), and unrelated individuals also affected by glaucoma or ocular hypertension (OHT). Mutations of the TIGR/myocilin (MYOC) gene, until recently the only known genetic cause for juvenile and adult-onset POAG, have been screened in 18 families, representing 180 affected individuals, and 422 sporadic cases. Mutational analysis of this gene showed mutation prevalences of 22,2 and 3,8%, respectively, in families and unrelated patients. Genotype/phenotype correlations of some of the mutations found were established, revealing that the Gly367Arg and Lys423Glu mutations were the most severe. Characterization of allelic signatures surrounding the TIGR/MYOC gene allowed an estimation of the number of founders that may have disseminated the mutations found in the Québec population sample and an evaluation of the possible application of this technique to similar disorders. Eight families with enough individuals to undertake a preliminary linkage study were genotyped on six known glaucoma susceptibility regions. The genotyping of these families aimed the reduction of the genetic intervals of one or more of these known regions to eventually find a new glaucoma-causing gene. One family, representing a strong linkage potential to the GLC1B locus, was extended to have a higher number of affected individuals harboring the candidate disease haplotype linked to this region positioned at chromosome 2cen-q13. Although some interesting candidate genes were identified in this locus, the saturation of the chromosomal region with polymorphic markers revealed the absence of a common haplotype between all the affected individuals of this family. Additional recruiting of large families segregating POAG and the extension of some pedigrees already investigated will be necessary to the identification of new genetic factors closely involved in this common ocular pathology.

L’immunoprécipitation de la chromatine suivie du séquençage haut débit (ChIP-seq) est une technique permettant de visualiser les interactions entre l’ADN et les protéines. Toutefois, en pratique, la résolution de cette technique laisse à désirer. En étudiant les gènes de l’ARN ribosomique (ADNr), nous avons observé que le facteur majeur limitant la résolution découle du recouvrement inégal des séquences de chaque locus. Cette inégalité est superposée à la distribution réelle de la séquence d’ADN immunoprécipitée entrainant un profil de liaison protéique aberrant. Un logiciel de déconvolution a été développé afin de corriger la couverture inégale des données ChIP-seq en les normalisant par rapport aux données de l’input (Whole Cell Extract). Lorsqu’appliqué sur les données de l’ADNr, cet outil s’est avéré très utile en fournissant un profil de liaison détaillé de la chromatine et des facteurs de transcription le long de ce gène. D’autre part, des études de localisation des sites d’interactions protéiques d’UBF, un facteur de transcription associé à l’ADNr, à la grandeur du génome couplé à des expériences de DNase-seq et de microarray ont permis de mettre en lumière les rôles potentiels d’UBF dans les régions non ribosomiques. En conclusion, nous avons développé un outil permettant la normalisation par déconvolution de données de séquençage haut-débit qui permet d’augmenter la résolution du profil de liaison protéique sur l’ADNr en plus d’identifier les rôles potentiels d’UBF à l’échelle du génome. / Chromatin immunoprecipitation followed by massively parallel sequencing (ChIP-seq) is a technique that allows to visualize interactions between DNA and proteins. However in practice, the resolution of this technique leaves much to be desired. During our studies of the ribosomal RNA genes (rDNA), we observed that one major factor limiting resolution results from the unequal recovery of sequence data across any given locus. This inequality is superimposed on the actual distribution of immunoprecipitated DNA sequences resulting in aberrant protein binding profiles. A software was developed to correct the unequal coverage of ChIP-seq data by normalizing to the input (Whole Cell Extract) with a deconvolution protocol. When applied on the rDNA, this approach has been especially useful in providing a detailed map of chromatin and transcription factor distribution across the gene. On the other hand, genome-wide localization of protein interaction sites for UBF, a transcription factor associated to rDNA, coupled with DNase-seq and microarray experiments shed light on the potential roles of UBF in non-ribosomal regions. In conclusion, we developed a tool allowing the normalization by deconvolution of high-throughput sequencing data that allows to increase the resolution of protein binding profiles on the rDNA. In addition we identified the potential roles of UBF at genome scale.

Insulin-like factor 3 (INSL3) est une hormone qui est exprimée spécifiquement dans les cellules de Leydig chez le mâle et les cellules de la thèque chez la femelle. INSL3 joue un rôle essentiel dans le développement et la fonction de l'appareil reproducteur mâle. En effet, LNSL3 contrôle la 1ère phase de la descente testiculaire pendant la vie foetale et agit comme facteur de survie des cellules germinales chez l'adulte. Malgré son rôle crucial chez le mâle, on sait peu de choses quant à sa régulation transcriptionnelle dans les cellules de Leydig. Jusqu'à présent seulement 2 facteurs de transcription ont été identifiés comme régulateur de la transcription d'Insl3 : les récepteurs nucléaires SF-1 et NUR77. Toutefois, ces récepteurs sont exprimés dans de nombreux autres tissus qui n'expriment pas Insl3, indiquant que d'autres facteurs de transcription sont requis pour l'expression spécifique d'Insl3 dans les cellules de Leydig. Afin d'identifier ces facteurs de transcription, nous avons isolé et analysé un fragment de 1.1 kb du promoteur souris d'Insl3. Grâce à des deletions 5' progressives, j'ai identifié une région de 27 pb responsable de 70% de l'activité transcriptionnelle d'Insl3.

Plusieurs études ont démontré l’existence d’une corrélation directe entre l’exposition fœtale à des contaminants environnementaux (comme le DEHP ou les estrogènes) et la perturbation de la différenciation sexuelle chez les fœtus mâles. Ces études ont notamment mis en évidence l’existence d’une fenêtre de susceptibilité; une période pendant laquelle l’exposition des cellules de Leydig aux contaminants perturbe leurs activités et entraine une diminution de leurs sécrétions des hormones testostérone (T) et Insulin-like 3 (INSL3). Ces hormones sécrétées par les cellules de Leydig sont requises pour la différenciation sexuelle du fœtus mâle, l’adoption des caractéristiques masculines primaires et secondaires (revue de Robert Courrier, 1962). Ces hormones influencent aussi la formation des spermatozoïdes et le comportement sexuel. Les études démontrent qu’une production insuffisante de ces hormones est corrélée avec une fertilité réduite (de modérée à très grave), une sous-masculinisation, la non-descente des testicules dans le scrotum (cryptorchidie) et parfois même une féminisation des organes sexuels primaires. Selon plusieurs spécialistes, ces symptômes seraient le résultat d’une perturbation de l’ontogenèse des testicules durant le développement fœtal. Syndrome de dysgénésie testiculaire est le nom qui a été donné à cette théorie. La cryptorchidie congénitale découlerait donc d’une insuffisance d’activités hormonales et révélerait par le fait même un problème de dysgénésie testiculaire. Bien que la prévalence varie à travers le monde, il semblerait, qu’en moyenne, au moins 4 % des nouveau-nés naissent avec cette condition. La localisation des testicules cryptorchides peut être corrigée chirurgicalement par orchiopexie (orchidopexie). Néanmoins, la correction chirurgicale ne semble pas être suffisante puisque les individus cryptorchides à la naissance demeurent plus à risque de développer un cancer du testicule et de souffrir de problèmes reliés à la fertilité, et ce, même après correction chirurgicale. Bien que les preuves provenant des études épidémiologiques et animales soient de plus en plus explicites, les preuves moléculaires demeurent partielles ou peu concluantes. Des preuves de nature moléculaire pourraient permettre de mieux définir le risque réel que représente le DEHP pour la santé humaine et la fertilité masculine. Le principal objectif des recherches effectuées était d’identifier et de valider un modèle in vitro permettant l’étude de composés potentiellement toxiques en minimisant le sacrifice d’animaux. À travers ces travaux, nous démontrons que la testostérone (T) augmente les niveaux d’ARNm d’Insl3 dans une lignée de cellules de Leydig et dans des cellules de Leydig primaires. Nous démontrons aussi que la testostérone induit l’activité des promoteurs d’Insl3 de différentes espèces. De plus, nous mettons en évidence que l’effet inducteur de la T sur l’activité transcriptionnelle et l’ARNm d’Insl3 nécessite le récepteur aux androgènes (AR). Nous avons localisé l’élément de réponse à la T sur le promoteur proximal d’INSL3. Cette région est toutefois dépourvue d’un élément de réponse aux androgènes consensus, ce qui suggère un mécanisme d’action indirect. Enfin, nous démontrons que le mono-(2-éthylhexyl) phtalate, le métabolite actif du perturbateur endocrinien DEHP, réprime aussi la transcription d’Insl3 dans les cellules de Leydig en antagonisant l’action de la dyade T/AR. Nous démontrons que l’estradiol (E2) réduit le niveau d’ARNm d’Insl3 dans les cellules de Leydig MA-10. Nos résultats démontrent qu’E2 réduit l’activité des promoteurs humain et murin d’Insl3/INSL3. Nous avons circonscrit la région répondant à l’E2 sur le promoteur proximal du promoteur humain d’INSL3. Cette région ne contient pas d’élément consensus de réponse aux estrogènes. Ceci indique que le mécanisme de répression est indirect. Conformément à cela, nous avons noté que la réponse à l’E2 est perdue lorsqu’une mutation est introduite au niveau des sites de liaisons des récepteurs nucléaires NUR77 et SF1. Enfin, nous démontrons que l’effet de l’exposition à l’E2 peut être renversé par un traitement conjoint avec de la testostérone, un activateur de la transcription d’Insl3. Malheureusement, les travaux n’ont pu être complétés dans le cadre de la présente thèse puisque la lignée cellulaire utilisée comme modèle, la lignée MA-10, a cessé de répondre aux divers stimuli. Néanmoins, les données présentées procurent d’importantes nouvelles perspectives sur la régulation de la transcription d’Insl3/INSL3 dans les cellules de Leydig, sur le mode d’action des phtalates et suggèrent des pistes de recherche à venir. La présente thèse contribue ainsi à la somme des savoirs qui permettra de comprendre comment le DEHP vient inhiber la sécrétion de T et d’INSL3.

La programmation génétique (GP) est une hyperheuristique d’optimisation ayant été appliquée avec succès à un large éventail de problèmes. Cependant, son intérêt est souvent considérablement diminué du fait de son utilisation élevée en ressources de calcul et de sa convergence laborieuse. Ces problèmes sont causés par une croissance immodérée de la taille des solutions et par l’apparition de structures inutiles dans celles-ci. Dans ce mémoire, nous présentons HARM-GP, une nouvelle approche résolvant en grande partie ces problèmes en permettant une adaptation dynamique de la distribution des tailles des solutions, tout en minimisant l’effort de calcul requis. Les performances de HARM-GP ont été testées sur un ensemble de douze problèmes et comparées avec celles de neuf techniques issues de la littérature. Les résultats montrent que HARM-GP excelle au contrôle de la croissance des arbres et du surapprentissage, tout en maintenant de bonnes performances sur les autres aspects. / Genetic programming is a hyperheuristic optimization approach that has been applied to a wide range of problems involving symbolic representations or complex data structures. However, the method can be severely hindered by the increased computational resources required and premature convergence caused by uncontrolled code growth. We introduce HARM-GP, a novel operator equalization approach that adaptively shapes the genotype size distribution of individuals in order to effectively control code growth. Its probabilistic nature minimizes the overhead on the evolutionary process while its generic formulation allows this approach to remain independent of the problem and genetic operators used. Comparative results are provided over twelve problems with different dynamics, and over nine other algorithms taken from the literature. They show that HARM-GP is excellent at controlling code growth while maintaining good overall performances. Results also demonstrate the effectiveness of HARM-GP at limiting overtraining and overfitting in real-world supervised learning problems.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2022-2023 / La sélection génétique est à l'origine de progrès spectaculaires en production animale chez de nombreuses espèces domestiques. Cependant, elle est encore peu exploitée pour l'abeille domestique (*Apis mellifera*) compte tenu de ses particularités génétiques et reproductives complexes (p. ex. haplo-diploïdie) qui sont un défi à modéliser en statistique. Les avancées en informatique permettent aujourd'hui la création d'un modèle statistique cohérent avec la génétique de l'abeille et donc d'accéder à la sélection génétique pour cette espèce. Le but de ce projet doctoral est de créer une procédure de sélection génétique de l'abeille, en appliquant les principes de la génétique quantitative, et de l'employer sur le cheptel du programme d'élevage apicole de l'Université Laval (UL) et du Centre de Recherche en Science Animal de Deschambault (CRSAD) et mis en place en 2010. Ce projet a pour objectifs: 1) de mesurer les paramètres génétiques de plusieurs caractères de performance d'intérêt pour l'industrie apicole (développement printanier, production de miel, comportement hygiénique, consommation hivernale et taux de croissance de la population de *Varroa destructor); 2) d'introduire la méthode statistique Best Linear Unbiased Predictor-animal (BLUP-animal) de façon à choisir les colonies pour la reproduction à partir de leurs valeurs d'élevage des caractères d'intérêt pour l'industrie et d'estimer le progrès génétique réalisé au cours des 10 dernières années ; et 3) de comparer les gains génétiques de plusieurs caractères de performances en fonction de la pression de sélection appliquée sur les mâles dans le contrôle de la reproduction (fécondation dirigée vs insémination instrumentale). Nos résultats démontrent que les cinq caractères de performance mesurés sont héritables. Ainsi, le taux d'infestation par *V. destructor* a une forte héritabilité (h² = 0,44 ± 0,56), le développement printanier et la production de miel ont une héritabilité moyenne (respectivement, h² = 0,30 ± 0,14 et h² = 0,20 ± 0,13), et la consommation hivernale et le comportement hygiénique ont une faible héritabilité (respectivement, h² = 0,11 ± 0,09 et h² = 0,18 ± 0,13). De plus, les corrélations génétiques entre ces traits sont toutes positives ou nulles, sauf entre le comportement hygiénique et le niveau d'infestation par *V. destructor*. À la suite de ces résultats qui démontrent que la sélection appliquée à ces caractères sera efficace pour l'amélioration de ces caractères, trois de ces caractères ont été sélectionnés (comportement hygiénique, production de miel et développement printanier) pour débuter le programme de sélection génétique UL-CRSAD basé sur le modèle statistique BLUP-animal. Nos résultats concernant l'instauration du programme de sélection génétique montrent une amélioration de 0.30 % par an pour le comportement hygiénique, de 0.63 kg par année pour la production de miel et de 164 cellules de couvain par an pour le développement printanier. De plus, nous avons constaté que l'utilisation du modèle BLUP-animal en sélection permet de multiplier les gains génétiques par deux pour la production de miel et par quatre pour le développement printanier en comparaison à une sélection basée uniquement sur le phénotype. Enfin, l'utilisation de l'insémination instrumentale dans le cadre du programme de sélection génétique apicole UL-CRSAD a révélé que les gains génétiques étaient significativement similaires entre des colonies dont les reines sont fécondées naturellement et les colonies dont les reines sont inséminées pour le comportement hygiénique. De plus, nous avons mesurés des gains génétiques similaires ou plus faibles pour les colonies avec des reines inséminées concernant la production de miel et le développement printanier. En conclusion, les travaux de ce projet doctoral ont permis de référencer dans la littérature des informations capitales sur la génétique quantitative des abeilles du Québec et d'améliorer les performances des caractères de l'abeille qui présentent de l'intérêt auprès de l'industrie apicole afin qu'elle soit plus adaptée aux conditions nordiques du Canada. Ce projet en sélection génétique de l'abeille est une solution durable qui va permettre de maintenir une sécurité alimentaire, d'assurer la pérennité des entreprises apicoles et d'atteindre une autosuffisance en abeilles au Canada. / Genetic selection has led to spectacular progress in animal production in many domestic species. However, it is still little exploited to honeybees (*Apis mellifera*) whose complex genetic and reproductive characteristics (e.g., haplo-diploidy) are a challenge to model statistically. Advances in informatics now enable creation of a statistical model consistent with honeybee genetics, and thus access to genetic selection for this species. The aim of this doctoral project is to create a procedure for the genetic selection of the honeybee by applying the principles of quantitative genetics using the livestock from the honeybee breeding program of Université Laval (UL) and the Centre de Recherche en Science Animal de Deschambault (CRSAD) established in 2010. The objectives of this project are to: 1) to measure the genetic parameters of several performance traits of interest to the beekeeping industry (spring development, honey production, hygienic behavior, winter consumption and *Varroa destructor* infestation level); 2) to introduce the statistical method Best Linear Unbiased Predictor-animal (BLUP-animal) in order to select breeder colonies based on their breeding values for the chosen performance traits and to estimate the genetic progress achieved during the last 10 years; and 3) to compare the genetic gains of several performance traits as according to the selection pressure applied on drones in the control of reproduction (directed fertilization vs. instrumental insemination). Our results show that the five performance traits measured are heritable. Thus, *V. destructor* infestation rate has a high heritability (h² = 0.44 ± 0.56), spring development and honey production have a medium heritability (respectively, h² = 0.30 ± 0.14 and h² = 0.20 ± 0.13), and winter consumption and hygienic behavior have a low heritability (respectively, h² = 0.11 ± 0.09 and h² = 0.18 ± 0.13). In addition, the genetic correlations between these traits are all positive or null, except between hygienic behavior and *V. destructor* infestation level. Because of these results demonstrating that selection applied to these traits is effective, three amongst these were selected (hygienic behavior, honey production and spring development) to begin the UL-CRSAD breeding program based on the BLUP-animal statistical model. Our results with BLUP-animal model show an improvement of 0.30 % per year for hygienic behavior, of 0.63 kg per year for honey production and of 164 brood cells per year for spring development. Additionally, we noted that the BLUP-animal model results show a two-fold increase of the genetic gains for honey production and a fourfold increase for spring development compared to a selection based only on the phenotype. Finally, the use of instrumental insemination in the UL-CRSAD breeding program for the third objective revealed that genetic gains were similar between colonies with naturally fertilized queens and colonies with inseminated queens for hygienic behavior. Furthermore, genetic gains were similar or lower for honey production and spring development in colonies with inseminated queens. In conclusion, the research conducted during this doctoral project has contributed essential knowledge in the scientific literature on the quantitative genetics of Québec honeybee stock and to improve the performance traits of honeybees in order to improve their adaptation to Canada's northern beekeeping conditions. This honeybee breeding program project is a sustainable solution that will help maintain food security, ensure the sustainability of beekeeping businesses, and increase Canada's self-sufficiency toward honeybee's importations.

Le glaucome est un groupe hétérogène de maladies qui sont caractérisées par l'apoptose des cellules ganglionnaires de la rétine et la dégénérescence progressive du nerf optique. Il s’agit de la première cause de cécité irréversible, qui touche environ 60 millions de personnes dans le monde. Sa forme la plus commune est le glaucome à angle ouvert (GAO), un trouble polygénique causé principalement par une prédisposition génétique, en interaction avec d'autres facteurs de risque tels que l'âge et la pression intraoculaire élevée (PIO). Le GAO est une maladie génétique complexe, bien que certaines formes sévères sont autosomiques dominantes. Dix-sept loci ont été liés à la maladie et acceptés par la « Human Genome Organisation » (HUGO) et cinq gènes ont été identifiés à ces loci (MYOC, OPTN, WDR36, NTF4, ASB10). Récemment, des études d’association sur l’ensemble du génome ont identifié plus de 20 facteurs de risque fréquents, avec des effets relativement faibles. Depuis plus de 50 ans, notre équipe étudie 749 membres de la grande famille canadienne-française CA où la mutation MYOCK423E cause une forme autosomale dominante de GAO dont l’âge de début est fortement variable. Premièrement, il a été montré que cette variabilité de l’âge de début de l'hypertension intraoculaire possède une importante composante génétique causée par au moins un gène modificateur. Ce modificateur interagit avec la mutation primaire et altère la sévérité du glaucome chez les porteurs de MYOCK423E. Un gène modificateur candidat WDR36 a été génotypé dans 2 grandes familles CA et BV. Les porteurs de variations non-synonymes de WDR36 ainsi que de MYOCK423E de la famille CA ont montré une tendance à développer la maladie plus jeune. Un outil de forage de données a été développé pour représenter des informations connues relatives à la maladie et faciliter la priorisation des gènes candidats. Cet outil a été appliqué avec succès à la dépression bipolaire et au glaucome. La suite du projet consiste à finaliser un balayage de génome sur la famille CA et à séquencer les loci afin d’identifier les variations modificatrices du glaucome. Éventuellement, ces variations permettront d’identifier les individus dont le glaucome risque d’être plus agressif. / Glaucoma, which is a group of ocular disorders, is characterized by optic nerve atrophy following progressive loss of retinal ganglion cells. It is the leading cause of blindness worldwide which is affecting an estimated 60 million people worldwide. Open angle glaucoma (OAG), the common form of glaucoma, is a polygenic disorder caused mainly by genetic predisposition, in interaction with other risk factors such as age and elevated intraocular pressure (IOP). OAG is a complex genetic disease, although some severe forms are simply autosomal dominant. Seventeen loci were shown to be associated with the disease and are reported by the «Human Genome Organisation» HUGO and five genes have been identified in those loci (MYOC, OPTN, WDR36, NTF4, ASB10). Recently, genome-wide association studies have found more than 20 frequent risk factors with relatively small effects. For more than 50 years, our team have been studying the CA family, a large French-Canadian pedigree (749 people), in which autosomal OAG is caused by the MYOCK423E mutation which is characterised by variable age at onset. It has been demonstrated that the variability of the age at beginning of ocular hypertension has an important genetic component caused by at least one modifier gene. A potential modifier gene, WDR36, has been genotyped in families CA and BV. In the CA family, carriers of non-synonymous WDR36 variations which are also carriers of MYOCK423E, have shown a tendency to develop the disease younger. This modifier interacts with the primary mutation and alters the severity of glaucoma for MYOCK423E mutation carriers. A data-mining tool has been developed to generate graphical diagram of a disease causal model and facilitate the prioritization of the candidate genes. It has been successfully used for bipolar disorder and glaucoma. The next step for this project is to finalize a genome scan of the CA family and to sequence loci with the goal of identifying glaucoma modifier variations. Those variations could potentially allow identification of the individuals for whom glaucoma could be far more aggressive.

Au Canada, en 2015, il était estimé que 78 000 personnes allaient mourir d’un cancer, représentant 30 % de tous les décès et faisant de celui-ci la première cause de mortalité. De plus, 196 900 nouveaux cas de cancers seraient découverts au cours de cette même année (Canadian Cancer Society’s Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON : Canadian Cancer Society; 2015). L’intégrité du génome est chaque jour menacée par des conditions environnementales qui endommagent l’ADN (ultraviolets, produits chimiques divers, etc.). Parmi les différents types de lésions, l’un des plus délétères et pouvant mener au cancer est la cassure double-brin (CDB). Celle-ci peut être réparée suivant deux mécanismes majeurs : la jonction des extrémités non homologues (Non-Homologous End-Joining ou NHEJ) ou la Recombinaison Homologue (RH). Cette dernière, prépondérante pendant les phases S/G2, consiste en la réparation d’une CDB grâce à l’utilisation d’une chromatide soeur comme modèle, permettant une réparation fidèle du dommage. La RH est sous la dépendance de diverses protéines, dont RAD51, PALB2 et BRCA2. Ces deux dernières sont connues pour être mutées dans les cancers du sein et des ovaires. Ainsi, la compréhension de l’implication de chaque acteur dans la RH est un objectif fondamental dans la lutte contre le cancer et constitue l’objectif général de cette thèse. En 2012, une étude a montré qu’une nouvelle protéine, APRIN (Androgen-induced PRoliferation INhibitor), appartenant au complexe cohésine, interagissait avec BRCA2 et jouait un rôle dans la RH. Les rôles précis d’APRIN dans ce mécanisme restaient toutefois à être définis. Le projet principal de cette thèse repose sur la caractérisation fonctionnelle d’APRIN dans la réparation par RH. Nous révélons qu’APRIN aurait un rôle spécifique et indépendant de celui de la cohésine dans la RH, et pourrait agir à diverses étapes cruciales de ce mécanisme. De plus, nos données montrent que le niveau d’expression d’APRIN pourrait être un marqueur de prédiction dans le cancer ovarien. Étant donné qu’APRIN interagit aussi avec PALB2, autre partenaire essentiel de BRCA2, nous avons également étudié et caractérisé les fonctions de divers mutants de PALB2. Nous faisons ainsi la découverte inattendue d’un nouveau phénotype induit par une troncation de cette protéine associée à certains cancers agressifs. Ainsi, cette thèse apporte des informations supplémentaires et indispensables à la compréhension de la réparation de l’ADN par RH et de la survenue de certains cancers. / Cancer is the leading cause of death in Canada (30% of all deaths). By 2015, it was estimated that 78,000 Canadians would die of cancer. Moreover, 196,900 new cases of cancer were discovered in that same year (Canadian Cancer Society’s Advisory Committee on Cancer Statistics. Canadian Cancer Statistics 2015. Toronto, ON: Canadian Cancer Society; 2015). Each day, genome integrity is threatened by environmental conditions that can induce DNA damages (UV, chemicals, etc.). Amongst different types of lesions, double-strand breaks (DSB) are one of the most deleterious and can lead to cancer development. DSB can be repaired following two different and major pathways: Non-Homologous End-Joining (NHEJ) and Homologous Recombination (HR). HR mainly takes place during S/G2 phases and uses the intact sister chromatid as a template for repair. This renders HR to be a faithful mechanism, which depends on three important proteins: RAD51, PALB2 and BRCA2. The last two proteins are frequently found mutated in both breast and ovarian cancers. Understanding how each HR actor is specifically implicated in this pathway is important to develop strategies to fight cancer and constitutes the general aim of this thesis. In 2012, APRIN (Androgen-induced PRoliferation INhibitor), known as a regulator of the cohesin complex, was described as a new interacting partner of BRCA2 and an actor of HR. Nevertheless, how APRIN was specifically implicated in HR remained unclear. Hence, the major objective of this thesis was to functionally characterize APRIN in HR. We show that APRIN possesses a specific and independent role from the cohesin complex in HR and could be implicated in different steps during this repair pathway. Interestingly, APRIN expression levels in ovarian cancer tumours may be used as a prognostic marker. Moreover, to achieve the general objective of this thesis, we focused on another BRCA2 partner : PALB2. We studied the impact of different truncating mutations found in cancers on PALB2 functions. Surprisingly, we discovered that the consequence of an aggressive cancer-causing mutation could stem from an aberrant localization of PALB2. Consequently, this thesis provides important new information on the repair of DSB by HR and on the occurrence of cancers.

Les voies de régulation dépendant des courts ARN non-codants contrôlent plusieurs processus biologiques. Ces courts ARNs sont important dans le développement des cellules germinales de plusieurs espèces ainsi que dans la régulation génique et la résistance virale. Néanmoins, la contribution de la voie de régulation dépendant des microARNs dans la biogénèse des cellules germinales demeure peu comprise. Étant donné que les protéines Argonautes ALG-1 et ALG-2 sont exclusivement impliquées et indispensables à la voie des microARNs, nous avons décidé de manipuler génétiquement ces gènes afin de déterminer si la voie des microARNs est importante dans la prolifération et différentiation des cellules germinales des animaux en utilisant le nématode Caenorhabditis elegans comme modèle d’étude. La perte de fonction des gènes alg-1 et alg-2 rend les animaux stériles, ce qui est similaire aux phénotypes observés chez les nématodes mutant pour Drosha et Dicer (deux enzymes essentielles à la production des microARNs). Ainsi, ceci supporte que la voie de régulation des microARNs joue un rôle essentiel pour le maintien des cellules germinales. Pour définir le rôle précis de ALG-1 et ALG-2 dans les processus complexes de régulation des cellules germinales, nous avons tout d’abord établi la descendance des souches mutantes alg-1(gk214) et alg-2(ok304). Ces deux souches de nématodes ont un faible nombre de descendant qui peut s’expliquer par un problème dans la prolifération des cellules germinales, de méiose ou dans la formation de gamètes. Une analyse précise des gonades de ces animaux indique une plus petite région mitotique avec un nombre de cellules germinales en prolifération inférieur à celui retrouvé chez les animaux de type sauvage. Nous avons aussi observé que les cellules entrent en méiose de manière plus précoce dans les animaux alg-1 et alg-2 mutants, que ces mutants ont des défaut dans la formation de gamètes et qu’ils ont un nombre plus élevé de cellules germinales apoptotiques. En utilisant l’immunofluorescence et des rapporteurs d’expression, nous avons confirmé que ALG-1 et ALG-2 sont exprimées dans la DTC, une cellule spécialisée situé à l’extrémité distale des gonades de C. elegans qui est au cœur de la régulation de la transition mitose-méiose des cellules germinales. En utilisant une lignée transgénique qui exprime ALG-1 exclusivement dans la DTC, nous pouvons partiellement rétablir le nombre de descendants ainsi que rétablir totalement le nombre de cellules retrouvé dans la région mitotique. De façon intéressante, nous observons que la perte de cinq microARNs exprimés dans la DTC mène à des phénotypes similaires à ceux observés dans les mutants alg-1 et alg-2. Finalement, l’analyse de l’expression génique par micropuces des gonades de vers alg-1 mutant indique que la voie des microARNs contribue à la régulation de différentes voies moléculaires importantes pour la prolifération et la différentiation des cellules germinales. L’ensemble de ces études supporte l’implication de la voie des microARNs dans le contrôle de la biogénèse des cellules germinales chez C. elegans. / Small non-coding RNA pathways assume pleiotropic roles in the regulation of multitude of biological processes. These non-coding RNAs have been shown to be involved in germline development in diverse species, in addition to their well-known participation in gene regulation and viral resistance pathways. However, the contribution of the miRNA, one of the small non-coding RNA pathways in germline biogenesis has remained elusive. Since ALG-1 and ALG-2 are exclusively involved in the miRNA pathway and indispensible for miRNA mediated gene silencing, we decided to genetically manipulate these genes to address whether miRNA pathway plays an important role in germline proliferation and differentiation using C. elegans as animal model. As double knockout of alg-1 and alg-2 leads to sterility, which mirrors the phenotypes of Drosha and Dicer mutants, we reasoned that the miRNA pathway proteins are crucial in germline maintenance. To delineate the role of ALG-1 and ALG-2 in the complex processes of germline regulation, we first investigated the brood size of alg-1(gk214) and alg-2(ok304) animals. Both mutants had significantly decreased brood size, which could result from defects in germline proliferation, meiosis or gamete formation. An extensive analysis of the germline of these mutants revealed a smaller mitotic region with less number of proliferating germ cells compared to the wild type. We also observed early entry into meiosis in alg-1(gk214) and alg-2(ok304). Using immunofluorescence and transgenic reporters, we confirmed ALG-1 and ALG-2 expression in DTC, a specialized cell located at the tip of both C. elegans gonadal arms that regulates mitosis-meiosis transition. Using transgenic line with alg-1 expressed exclusively in the DTC, we were able to partially rescue the brood size defect and completely restored the number of cells in the mitotic region. These mutants also presented defects in gamete formation and an increase in germ cell apoptosis. Interestingly, we observed that the disruption of five miRNAs expressed in the DTC display similar phenotypes as observed in alg-1 and alg-2 mutants. Finally, gene expression analysis by microarray of alg-1 mutant gonads indicates that the miRNA pathway is involved in the regulation of different pathways important for germline proliferation and differentiation. Together, our data supports the role of miRNA pathway in controlling germline biogenesis in C. elegans.

Le tremblement essentiel (TE) est le trouble du mouvement le plus commun chez l'adulte. Il est défini principalement par la présence d'un tremblement d'action bilatéral (symétrique) qui affecte les bras, la tête, le cou et/ou la voix, ainsi qu'occasionnellement les jambes, le menton ou le tronc. Les symptômes qui y sont associés sont très hétérogènes. Ils sont aussi chroniques, progressifs et mènent à plusieurs incapacités voire invalidités. Malgré la présence importante de ce trouble dans la société, à ce jour, peu d'étude sur l'étiologie du TE ont été effectuées. C'est d'ailleurs pourquoi nous nous sommes penchés sur la possibilité de la présence d'une protéinopathie chez les patients atteints de TE. Nous avons pu utiliser, lors de nos recherches, des tissus de cerveaux humains post-mortem provenant de patients atteints de TE, suivis de manière longitudinale, par les Dr Ali et Alex Rajput, en Saskatchewan. J'ai effectué principalement plusieurs expériences d'immunobuvardages de type Western ainsi que des hybridations in situ. Les résultats obtenus sur l'étude des protéinopathies dans le TE suggèrent qu'une protéinopathie classique ne soit pas présente, au niveau du cortex cérébelleux, chez les patients atteints de TE. Une dernière étude voulait démontrer le rôle possible de Lingo-1 dans le TE. Tout récemment, selon certains auteurs, ce gène a été associé positivement au risque d'atteinte du TE. En effet, on remarque une augmentation significative de la quantification de la protéine LINGO-1 chez les individus atteints. Finalement, aucune protéinopathie classique n'a été découverte mais, nous avons pu démontrer que la protéine LINGO-1 est associée au risque d'atteinte du TE et ce, de manière quantitative.