Le développement folliculaire est un processus finement régulé au cours duquel d'innombrables interactions se produisent. Cette régulation fine permet la production d'un ovocyte de qualité, précurseur d'un embryon apte à poursuivre les différentes étapes du développement embryonnaire. La production de cet ovocyte est dépendante des interactions avec son environnement, avec les cellules du cumulus, les cellules de la granulosa et de la thèque qui constituent le follicule ovarien. Ces cellules somatiques agissent comme régulateurs du développement ovocytaire et comme médiateurs de l'environnement maternel. Parmi les facteurs qui influencent la folliculogenèse, l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH), deux principales hormones clés agissent de manière synergique et complémentaire pour assurer la croissance et l'ovulation. En plus de ces signaux hormonaux, le follicule est également sensible au métabolisme maternel qui, via différents métabolites et leurs précurseurs, influence le développement folliculaire. Dans un premier temps cette thèse s'intéresse à la caractérisation des principaux réseaux de signalisation qui sont impliqués dans la stimulation des cellules de la granulosa humaine en culture par les deux principales hormones ; la FSH et la LH. L'objectif étant d'utiliser des outils de génomique tels le séquençage à haut débit pour produire une image globale des différentes voies géniques qui répondent à l'activation des réseaux de signalisation de la protéine kinase A, de la protéine kinase C et de la protéine kinase B, trois voies de signalisation importantes dans la médiation des effets de la FSH et de la LH dans la granulosa. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse également à un autre aspect de l'environnement maternel qui, tout comme les signaux hormonaux, influence le développement folliculaire ; le métabolisme. Le deuxième volet de la thèse a donc comme objectif de décrire à l'aide des mêmes outils de génomique, l'impact des acides gras libres et de l'insuline sur les réseaux de signalisation des cellules de la granulosa humaine. L'utilisation d'un modèle cellulaire in vitro unique nous permettant l'étude des réseaux de signalisation dans un système stable et à un stade folliculaire autrement inaccessible chez la femme, a permis de mettre en évidence un rôle clair de la protéine kinase C dans la médiation des effets de la LH sur les cellules de la granulosa lors de la différenciation et maturation finale du follicule. L'étude plus en profondeur de ces réseaux de signalisation, incluant celui de la protéine kinase B au troisième chapitre, suggère que la protéine kinase A dirigerait majoritairement la différenciation folliculaire précoce alors que la protéine kinase C entrainerait une différenciation terminale impliquant des changements reliés aux processus inflammatoires et à l'ovulation. La protéine kinase B serait quant à elle une voie à caractère permissif agissant sur la survie cellulaire et qui supporterait les deux premières dans leurs actions. La thèse révèle également une certaine sensibilité des cellules de la granulosa au métabolisme maternel. Ainsi dans un contexte de maladie métabolique maternelle et d'exposition à de plus grandes quantités d'acides gras libres et d'insuline, plusieurs voies géniques reliées entre autres à la stéroïdogenèse, au métabolisme, à l'inflammation et au stress seraient perturbées dans la granulosa affectant ainsi le cours du développement folliculaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un aperçu global de l'action de certains des principaux réseaux signalétiques en action au cours de la folliculogenèse au niveau de la granulosa. Les données présentées dans cette thèse révèlent également un premier aperçu de la réponse génomique de ce tissu à certains défis métaboliques dont la prévalence est en augmentation dans la population. En plus de suggérer de nouveaux marqueurs potentiels et de générer de nouvelles hypothèses, les différentes études présentées dans cette thèse permettent l'amélioration de notre connaissance de la signature transcriptomique des cellules de la granulosa humaine en réponse aux gonadotrophines et à l'environnement métabolique maternel contribuant ainsi indirectement à l'amélioration des techniques de procréation assistée. / Folliculogenesis is a finely coordinated process that involves countless interactions which will influence the oocyte's quality and its ability to produce an embryo that will be capable of resuming the different steps of further embryonic development. Production of a good quality oocyte depends intrinsically on the interactions between the different cell types of the follicle and the exchanges with its direct environment. Granulosa cells act as the main coordinator for the follicular development and act as one of the principal mediators between the maternal environment and the oocyte. Among the many factors and hormones that influence folliculogenesis processes, the follicle-stimulating hormone (FSH) and the luteinizing hormone (LH) are both key hormones that regulate growth and ovulation in a complementary fashion. Besides these two hormones, the follicle is also sensitive to several components of the maternal metabolism such as hormones and metabolites that impact follicular development. First, the objective of this thesis was to characterize important signaling pathways involved in human granulosa cells stimulation by both FSH and LH. Using genomic technologies such as high-throughput sequencing, we were able to provide a global picture and a first insight of the three main signaling pathways activated in response to both hormones, namely the protein kinase A, the protein kinase B and the protein kinase C signaling pathways. Then, the thesis work also aims to describe, using the same technologies and the same in vitro model, the impact of maternal metabolism, more precisely of fatty acids and insulin on genomic answer in human granulosa cells. Using an in vitro cellular model allowing the study of the different signaling pathways in a very stable context and the study of a follicular stage otherwise not accessible in women, the work completed in this thesis allowed us to highlight and to specify the role of the protein kinase C as a major mediator of the LH signaling action on granulosa cells differentiation and final follicular maturation. In depth study of the main signaling pathways involved in FSH and LH signaling, including the protein kinase B, suggested that PKA signaling may drive the early differentiation of granulosa cells while PKC is thought to potentially control the "advanced" granulosa cell differentiation, mediating pathways related to inflammation and ovulatory processes. The PKB pathway should be looked at as a permissive signaling pathway that supports cell survival as well as PKA and PKC signaling but that is certainly of no less importance. The results of chapter 4 also revealed the direct sensitivity of granulosa cells to the metabolic context of the female during late folliculogenesis. Globally, when exposed to metabolic challenges such as high concentrations of fat and insulin, human granulosa cells seemed to respond through the modulation of numerous genes and pathways related to mitochondrial biofunctions, energy metabolism, and steroidogenesis and to activate as well a gene expression program linked to the immune response and to inflammatory processes. Ultimately, this thesis presents a first insight of the action of the main kinases involved in the response to gonadotrophin stimulation in human granulosa cells and an overview of the genomic reorganization in these cells triggered by metabolic challenges that are increasing in prevalence in the current population. Providing a great amount of data to potentially target new developmental or quality makers, this work also generates lots of new hypotheses on mechanisms involved in human folliculogenesis contributing to the improvement of our knowledge of human granulosa cells transcriptomic signatures and indirectly to the improvement of medically assisted reproduction techniques.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive des neurones moteurs et par de l’atrophie musculaire menant à de la paralysie. Bien que plusieurs mécanismes pathologiques aient été élucidés, la SLA reste un mystère médical puisqu’il n’existe toujours pas de traitement efficace. Nous avons développé deux stratégies dans le but de traiter la SLA. La première stratégie fut de cibler la protéine SOD1 mal repliée (chapitre 2) et la deuxième consistait à traiter la neuroinflammation présente dans la maladie (chapitre 3). Dans le chapitre 2, nous avons tenté de diminuer le niveau de la protéine SOD1 mal repliée présent dans le système nerveux de souris transgéniques développant un phénotype de SLA. Pour ce faire, nous avons testé une nouvelle approche thérapeutique basée sur l’utilisation d’ « adeno-associated virus (AAV) ». Ce virus contient une séquence d’ADN qui encode pour un anticorps à chaîne unique variable (scFv). Cet anticorps est composé d’une des deux chaînes légères et lourdes de l’anticorps D3H5 ciblant de manière spécifique la protéine SOD1 mal repliée. Une injection intra-thécale unique de l’AAV encodant l’anticorps à chaîne unique dans des souris SOD1G93A repousse le début de la maladie et augmente la survie des souris de 28%. Nous avons démontré que la Withaferin A (WA), un inhibiteur du facteur NF-κB, diminuait le phénotype neurologique retrouvé chez le modèle de souris transgénique TDP-43. Donc, nous avons testé la Withaferin A sur deux autres lignées de souris transgéniques exprimant des mutations dans la protéine SOD1, soit la lignée de souris SOD1G93A et la lignée de souris SOD1G37R. L’effet bénéfique de la WA chez les souris SOD1G93A était accompagné d’un soulagement de la neuroinflammation, d’une diminution du niveau de protéine SOD1 mal repliée dans la moelle épinière et d’une baisse de la mortalité des neurones moteurs. En considérant ces résultats, l’utilisation d’AAV encodant un anticorps à chaîne unique contre la protéine SOD1 mal repliée ainsi que l’utilisation de Withaferin A devrait toutes les deux être considérées comme des approches pour traiter la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease associated with motor neuron degeneration, muscle atrophy and paralysis. Although numerous pathological mechanisms have been elucidated, ALS still remains a medical mystery in the absence of any effective therapy. Riluzole is the only therapeutic drug approved for ALS with regard to prolonging survival. Here, we have developed two strategies for treatment of ALS, first targeting the misfolded SOD1 (chapter 2) and other targeting neuroinflammation (chapter 3). In chapter 2, we aimed to reduce the level of misfolded SOD1 species in the nervous system. We tested a novel therapeutic approach based on adeno-associated virus (AAV)-mediated tonic expression of a DNA construct encoding a secretable single chain fragment variable (scFv) antibody composed of the variable heavy and light chain regions of a monoclonal antibody (D3H5) binding specifically to misfolded SOD1. A single intrathecal injection of the adeno-associated virus encoding the single chain antibody in SOD1G93A mice delayed disease onset and extended the life span by up to 28%, in direct correlation with scFv titers in the spinal cord. Our second treatment strategy which is aimed to target neuroinflammation is based on previous reports from our lab where it has been shown that Withaferin A (WA), an inhibitor of NF-κB activity was efficient in reducing disease phenotype in TDP-43 transgenic mouse model of ALS. We tested WA in mice from two transgenic lines expressing different ALS-linked SOD1 mutations, SOD1G93A and SOD1G37R. The beneficial effects of WA in SOD1G93A mice model was accompanied by alleviation of neuroinflammation, decrease in level of misfolded SOD1 species in spinal cord, a reduction in loss of motor neurons, resulting in delayed disease progression and mortality. Based on these evidences, AAV encoding a secretable scFv against misfolded SOD1 and WA should be considered as a potential treatment for ALS.

A l'interface de la génétique et de l'environnement, l'épigénétique contribue à la diversité phénotypique. Déterminer l'impact de la variation épigénétique sur les caractères quantitatifs (QT) est un nouveau défi. La croissance staturale fournit l’opportunité d’étudier la variabilité de plusieurs traits phénotypiques liés entre eux : des QT cliniques (la taille, l’accélération de la vitesse de croissance en réponse à l'hormone de croissance, GH) et des QT biologiques tels que la concentration d’IGF1 et la réponse de cette concentration à la GH. L’ « Insulin-like Growth Factor 1 » (IGF1) contrôle la croissance postnatale chez les mammifères, y compris l'homme. Nous l’avons choisi comme locus candidat pour nos études épigénétiques. Nous avons quantifié la méthylation des deux promoteurs P1 et P2 de ce gène, qui régulent son expression. Notre objectif était d’évaluer la contribution de la méthylation d’ADN de ces promoteurs i) à la taille des enfants en croissance, ii) à l’IGF1 circulant, iii) et à la réponse de ces paramètres à un traitement par la GH. Taille et IGF1 circulant. La relation entre la méthylation des promoteurs d’IGF1 et la taille a été étudiée au sein de deux cohortes du service d'endocrinologie pédiatrique, totalisant 216 enfants prépubères de différentes statures. Nous avons montré que la méthylation d'un groupe de six CGs situés dans la partie proximale du promoteur P2 du gène IGF1 présentait une corrélation inverse avec la croissance et l'IGF1 circulant. Les enfants les plus grands sont ainsi moins méthylés sur ces CGs que les enfants de petite taille. La contribution de la méthylation à la variance de la taille a été évaluée à environ 13%, et à 10% pour la variance de l'IGF1 sérique. Pour montrer que l’association observée reflète une causalité biologique, nous avons étudié le lien entre la méthylation des promoteurs P1 et P2 et l'activité transcriptionnelle du gène IGF1 in vivo et in vitro. Nous avons montré que les quantités de transcrits de classe II, issus du promoteur P2, sont inversement corrélés à la méthylation du promoteur P2 dans les cellules sanguines mononucléées. In vitro, nous avons cloné le promoteur P2 déméthylé ou méthylé dans un plasmide rapporteur (luciferase) transfecté dans la lignée HEK293 : le promoteur déméthylé s’est révélé nettement plus actif (+57%). Finalement, nous suggérons que l’hyperméthylation de certains CGs du P1 et du P2 d’IGF1 pourrait être un des nombreux mécanismes moléculaires responsables d’une moindre expression du gène et d’un phénotype de petite taille. La réponse au traitement par la GH. Une fraction des enfants de petite taille est traitée par l'hormone de croissance (GH) pour accélérer sa croissance, mais l’efficacité du traitement est très variable entre les individus. Les causes de cette variabilité sont partiellement comprises : la génétique joue un rôle, mais il reste une place possible pour la variabilité épigénétique. Dans ce but, nous avons étudié l'effet direct de la variabilité épigénétique sur la transcription du gène IGF1 et l’IGF1 circulant, dans un test aigu d’administration de GH, puis sur la réponse thérapeutique à un traitement d’un an par la GH. Après une injection de GH, nous avons constaté une augmentation variable du nombre de transcrits d’IGF1 chez les enfants étudiés. L'augmentation des transcrits de la classe II était inversement corrélée à la méthylation des CGs du P2. La variabilité de méthylation au CG-137 contribuait pour 20% à 67% de l’expression d’IGF1 en réponse à la GH. Chez 136 enfants de petite taille, nous avons montré que la méthylation de l'ADN du promoteur P2 était associée à la réponse au traitement par la GH au cours de la première année. Cette association est observée pour l'augmentation de la vitesse de croissance et pour les taux d’IGF1. (...) / At the interface of genetics and environment, epigenetics contributes to phenotypic diversity. Quantifying the impact of epigenetic variation on quantitative traits (QT), an emerging challenge in humans. Growth provides a handset of quantitative traits to epigenetic studies. We studied the variability of several inter-related QTs: clinical QTs (height, height reponse to growth hormone and biological QT (serum IGF1 and serum IGF1 response to GH). Since insulin-like growth factor 1 (IGF1) controls postnatal growth in mammals including human, we tested whether the CG methylation of the two promoters (P1 and P2) of the IGF1 gene could be a epigenetic contributor to the individual variation i) in circulating IGF1 and stature in growing children. ii) on response of these parameters to treatment with (GH). Child height and circulating IGF1. To explore the relation between IGF1 promoter methylation and height, we studied two cohorts of pedriatric endocrinology department, totalling 216 prepubertal children with various statures. The methylation of a cluster of six CGs located within the proximal part of the IGF1 P2 promoter showed a strong negative association with serum IGF1 and growth. These correlations were observed in two cohorts of growing children. Tall children show lower levels of methylation in several CGs in P2 and P1 promoters of IGF1 gene than short children with idiopathic short stature. CG methylation contributed 13% to the variance of height and 10% to the variance of serum IGF1. To test if the found association reflected biological causality, we tested if methylation at the P2 promoter affects the transcriptional activity of the IGF1 gene. The transcriptional activity of the P2 promoter was inversely correlated with the CG methylation in mononuclear blood cells. We established that high levels of CG methylation at the two promoters of IGF1 contributed to the many molecular mechanisms responsible for “idiopathic” short stature. Response to treatment with (GH). Short children using growth hormone (GH) to accelerate their growth respond to this treatment with a variable efficacy. The causes of this individual variability are partially understood and could involve epigenetics. In this aim, we investigated the contribution of DNA methylation to the response to GH at two levels: direct effect of GH on transcription of IGF1 gene, on circulating IGF1 and on the growth response to GH. Following a GH injection, we found a variable increase in IGF1 transcripts across the studied children. The increase in P2-driven transcripts showed a strong inverse correlation with 4/8 of P2 CGs. Among the CGs of P1 promoter, only CG-611 showed an inverse correlation with P1-driven transcripts. Variability of DNA methylation in these CGs contributes with 27% to 67% of increase in transcripts. In 136 children with idiopatic short stature, we showed that DNA methylation of the P2 promoter is associated with growth response to GH during the first year of GH administration, for both increment in growth rate and circulating IGF1. CG-137 methylation of P2 promoter contributes 25% to variance of growth response to GH. The link between DNA methylation and the response to a treatment in humans illustrating the role of epigenetic marks as potent contributors to conclusion « pharmacoepigenetics». Our work can find application in growth physiology and therapeutics, as well as for studies in aging, longevity or cancer where IGF1 has a prominent role.

La dispersion est un trait d'histoire de vie qui joue un rôle majeur dans le fonctionnement des populations naturelles. Comprendre ce phénomène et son évolution est aujourd'hui déterminant pour la gestion des populations dans des écosystèmes de plus en plus anthropisés. Cette étude s'est attachée à caractériser la dispersion et ses déterminants chez le campagnol des champs, Microtus avalis, dans un paysage agricole de l'Ouest de la France. L'instabilité spatio-temporelle des agroécosystèmes et la démographie cyclique de ce petit rongeur colonial en font un modèle exceptionnel pour aborder cette problématique. La constitution d'une banque de marqueurs microsatellites nous a permis d'utiliser des approches de génétique des populations et de génétique paysagère. Une seule entité génétiquement homogène couvre les 500 km² du site d'étude et le patron d'isolement par la distance qui caractérise cette « population » indique que seule la distance limite le flux génique dans ce paysage. Les variations des patrons génétiques au cours des cycles reflètent l'instabilité de la balance entre dérive génétique et dispersion et montrent que le flux génique est positivement lié à la densité. Les patrons de dispersion, différents entre mâles et femelles (dispersion biaisée vers les mâles), suggèrent que la dispersion n'est pas déterminée par les mêmes causes évolutives selon le sexe. La colonisation par les femelles des habitats temporaire (les cultures annuelles), particulièrement massive lors des pullulations, permet la cohésion spatiale de la population. Sa cohésion génétique est assurée par les migrations répétées des mâles entre colonies pour la reproduction. Ce fonctionnement est rendu possible par l'extrême rapidité cycle de vie du campagnol des champs qui compense l'instabilité du paysage. L'intégration des différents résultats de cette étude dans un modèle de dispersion couplé à un modèle dynamique de paysage devrait permettre d'évaluer l'impact de l'évolution de l'agriculture sur cette espèce emblématique de la biodiversité de ces paysages.

Le contrôle de la transparence de la cornée dépend de l'intégrité de l'endothélium cornéen mono-stratifié qui est classiquement considéré dès la naissance, dépourvu de capacité de régénération chez l'homme. Dans des conditions pathologiques conduisant à la cécité par œdème cornéen, les pertes significatives en cellules endothéliales (CE) ne sont pas remplacée efficacement, ce qui signifie que ni de nouvelles CE provenant de cellules souches (CS), ni la division des cellules voisines des lésions ne peuvent contribuer à la régénération endothéliale. Toutefois, plusieurs travaux ont prouvé depuis 25 ans que les CE possédaient une capacité proliférative résiduelle ex vivo et deux équipes ont suggéré l'existence de CS ou de progéniteurs à la périphérie de l'endothélium cornéen. Dans notre travail de thèse, nous avons tout d'abord optimisé, en la systématisant, une technique d'immunomarquage spécialement adaptée à l'endothélium cornéen intact de cornées montées à plat. A l'issue de ces développements, nous disposons de protocoles simples de fixation à température optimale et de démasquages antigéniques susceptibles de permettre la révélation de nombreuses protéines. A partir d'une importante série de cornées humaines non conservées et d'autres conservées en organoculture, et grâce à cet outil désormais efficace, nous avons étudié le cycle cellulaire des CE et la localisation de potentielles CS sur l'endothélium cornéen humaine. Nos résultats démontrent que dans ces conditions, les CE expriment de façon homogène des régulateurs positifs (PCNA, MCM2, cycline D1, cycline E et cycline A) et des régulateurs négatifs du cycle cellulaire (P16, P27); certaines particularités ont par ailleurs pu être décrites de façon innovante, comme la localisation cytoplasmique diffuse de MCM2, paranucléaire de la cycline D1, l'absence de P21. L'ensemble des marquages pourrait suggérer que les CE sont arrêtées en fin de G1, après le point de restriction et que de nombreux mécanismes de réparation de l'ADN sont mis en jeux dans les CE exposées à un stress oxydant important tout au long de l'existence. Nous avons identifié une nouvelle organisation de la micro-anatomie de la périphérie et de l'extrême périphérie de l'endothélium où des cellules regroupées en multiples clusters pluristratifiés semblent alimenter des colonnes de CE radiaires longues d'un millimètre. Ces éléments, associés à l'observation d'une moindre différenciation et d'une compétence proliférative plus élevés en périphérie suggèrent un nouveau modèle d'homéostasie endothéliale humaine in vivo: toute la vie, des CS périphériques alimentent de façon très lente la périphérie cornéenne en CE qui migrent de façon centripète pour assurer la stabilité du centre cornéen dont les propriétés optiques primordiales sont sous-tendues par un endothélium qui ne perd que 0,6% de CE par an. A la différence de l'épithélium cornéen, ce système ne peut être accéléré lors de circonstances pathologiques. Les perspectives de nos travaux sont désormais d'essayer d'isoler de l'extrême périphérie les CS endothéliales ou les progéniteurs et de les cultiver en recréant un microenvironnement favorable. La possibilité de produire un grand nombre de CE in vitre non pas à partir de CE sénescentes prélevées sur la totalité de l'endothélium comme cela a été tenté par la passé, mais cette fois à partir de CS ou des progéniteurs ouvriraient la voie d'une véritable thérapie cellulaire endothéliale. L'enrichissement des greffons pendant la durée de leur conservation à la banque de cornée pourrait constituer une première étape majeure avant d'envisager créer de novo un endothélium sur un support greffable pour une greffe endothéliale du 3e type qui deviendrait ainsi enfin indépendante des aléas de la découpe du greffon. Enfin, l'ïdentification de la CS endothéliale et de son microenvironnement permettra aussi d'envisager une thérapie cellulaire in vivo pour traiter les stades précoces des pathologies endothéliales cornéennes

Résumé : Chez toutes les cellules, une modulation précise de l’expression des gènes est essentielle afin de réguler adéquatement leur métabolisme et de s’adapter aux changements environnementaux. En effet, c’est l’expression des gènes, plutôt que la séquence d’ADN, qui détermine en grande partie la diversité et la complexité des organismes. Celle-ci dépend principalement des changements dans les niveaux d’ARNs cellulaires résultant de la modification de l’équilibre entre leurs taux relatifs de synthèse et de dégradation. Alors que la régulation transcriptionnelle a été largement étudiée par le passé, des études récentes révèlent que la stabilité de l’ARN joue aussi un rôle important dans le modelage du transcriptome. Toutefois, les mécanismes qui assurent la dégradation précise et sélective des ARNs sont globalement mal compris. Au cours de cette thèse, j’ai utilisé la ribonucléase III de levure Saccharomyces cerevisiae (Rnt1p) comme modèle pour étudier comment des transcrits spécifiques sont ciblés pour la dégradation et évaluer sa contribution à la régulation de l’expression génique. Les résultats indiquent que Rnt1p régule l’expression des gènes en utilisant une spécificité élargie pour des structures tige-boucles d’ARN. En effet, un nouveau motif structurel de Rnt1p permet la discrimination des tige-boucles ayant une séquence spécifique tout en bloquant la liaison à des hélices génériques d’ARN double-brin. D’un autre côté, l’identification des signaux de dégradation de Rnt1p à l’échelle du transcriptome a permis de révéler plus de 384 transcrits clivés par Rnt1p, dont la majorité sont des ARN messagers. En outre, l’impact de la délétion de RNT1 sur l’expression de ces gènes est influencé par les conditions de culture des cellules, ce qui suggère que Rnt1p est un important régulateur conditionnel de l’expression génique. Somme toute, les résultats présentés dans cette thèse démontrent comment des ARNs sont spécifiquement choisis pour la dégradation et soulignent l’importance de la dégradation nucléaire dans la régulation de l’expression génique en réponse à des changements environnementaux. // Abstract : Precise modulation of gene expression is essential for any cell in order to regulate its metabolism and adapt to environmental changes. In fact, it is gene expression, rather than DNA sequence alone, which mostly explains the functional diversity and complexity between the different cell types. As such, gene expression mainly results from changes in the levels of cellular RNAs which are, in turn, dependent on the equilibrium between their relative rates of synthesis and degradation. While transcriptional control has been largely studied in the past, recent publications reveal that changes in RNA stability also play an important role in shaping the transcriptome. Unfortunately though, the mechanisms ensuring precise and selective RNA degradation remains poorly understood. In this thesis, I have used the yeast Saccharomyces cerevisiae ribonuclease III (Rnt1p) as a model to study how specific transcripts are targeted for degradation and evaluate its contribution to the regulation of gene expression. The results indicate that Rnt1p regulates gene expression using a broad specificity for structured RNA stem loops. Indeed, a new structural motif of Rnt1p permits discrimination of hairpins with specific sequence while blocking the binding of the generic RNA duplexes recognized by other members of the RNase III family. This highly specific mode of substrate recognition was found to be easily modulated by a flexible network of protein RNA interactions. On the other hand, transcriptome-wide identification of Rnt1p degradation signals uncovered more than 384 transcripts, including 291 mRNAs. Interestingly, the impact of RNT1 deletion on mRNA expression is modulated by changes in the growth conditions of the cell, indicating that Rnt1p is an important regulator of conditional gene expression. Overall, the results presented in this thesis demonstrate how specific RNAs are selected for degradation and highlight the importance of nuclear RNA decay for fine tuning gene expression in response to changes in growth conditions.

Le criblage par siRNA de 49 protéines de l'hôte qui sont incorporées dans les particules matures du virus herpès simplex de type 1 (VHS-1) a révélé l'importance d'au moins 15 d’entre elle pour infectivité du virus (Stegen, C et al. 2013). Parmi celle-ci figure la protéine humaine DDX3X, qui est une ARN hélicase ATP-dépendante. Cette protéine multifonctionnelle participe à différents stages de l'expression génique, tels que la transcription, la maturation et le transport d'ARNm ainsi que la traduction. DDX3X est impliquée dans la réplication de plusieurs virus tels que le Virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l'hépatite B (VHB), le virus de la vaccine (VACV) et le virus de l'hépatite C (VHC). Le rôle exact de DDX3X dans le cycle de réplication du VHS-1 est toutefois inconnu. Ce mémoire consiste en l’étude détaillée de l'interaction de DDX3X avec le virus. De manière surprenante, tant l’inhibition que la surexpression de DDX3X réduit de manière significative l'infectivité du VHS-1. Fait intéressant, lorsque nous avons restauré la déplétion de DDX3X par une construction résistante aux ARNi utilisés, le virus pouvait de nouveau infecter les cellules efficacement, indiquant que le virus est sensible aux quantités de cette protéine de son hôte. Nos résultats indiquent de plus que le virus modifie la localisation de DDX3X et cause son agrégation tôt dès les premiers temps de l'infection. Cependant, le virus ne modifie pas les niveaux cellulaires de DDX3X dans deux des trois lignées cellulaires examinées. Nous avons également pu établir que cette protéine n'a pas d'effet sur l'entrée du VHS-1, suggérant qu’elle agit à un stade ultérieure de l’infection. En examinant cette relation plus en détail, nos résultats ont démontré que l’inhibition ou la surexpression de DDX3X inhibent toutes deux la production de nouvelles particules virales en réduisant l'expression des diverses classes cinétiques des protéines virales et ce au niveau de leur transcription. Malgré le rôle connu DDX3X dans la stimulation de la réponse immunitaire innée et la production d’interférons de type I, l’impact de DDX3X sur la réplication du VHS-1 est ici indépendante de cette fonction. Ces travaux démontrent donc une nouvelle voie d’action de DDX3X sur les virus en agissant directement sur la transcription de gènes viraux et la réplication du génome d’un virus à ADN. En comprenant mieux cette interactions hôtepathogène, il est maintenant envisageable de concevoir des nouvelles approches thérapeutiques contre ce virus. / siRNA screening of 49 host proteins that are known to be incorporated in the mature virions of herpes simplex virus type 1 (HSV-1) revealed the importance of at least 15 cellular proteins for viral infectivity (Stegen, C et al. 2013). Among these, was the human protein DDX3X, a DEAD-box ATP-dependent RNA helicase. This multifunctional protein participates in different stages of gene expression such as mRNA transcription, maturation, mRNA export and translation. DDX3X has been shown to be involved in the replication of several viruses such as human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), hepatitis B virus (HBV) vaccinia virus (VACV) and hepatitis C virus (HCV). The exact role of DDX3X in HSV-1 replication cycle is not known. Here we sought to find the detailed interaction between DDX3X with HSV-1. Surprisingly, the down-regulation as well as overexpression of DDX3X, significantly reduced the infectivity of HSV-1, indicating that the virus is sensitive to the precise levels of DDX3X. Accordingly, when we rescued DDX3X back to its normal cellular levels by sequential transfection of DDX3X siRNA and siRNA resistant DDX3X plasmid, the virus was able to infect cells efficiently compare to wild-type conditions. Furthermore, the virus changes the localization of DDX3X and causes its aggregation at early times in the infection. However, the virus does not change the cellular levels of DDX3X in at least two of three different cell lines tested. Using a luciferase assay we were able to establish that this protein has no effect on the entry of HSV-1. In fact, depleting or overexpressing DDX3X impaired the production on newly assembled viral particles by blocking the expression of all classes of viral proteins at the transcription level. Despite the known role of DDX3X in the stimulation of innate immune response and interferon type I production, DDX3X appears to act on HSV-1 replication independently of this pathway. This highlights a novel route of action of DDX3X by acting at the transcription level and the consequent genome replication of a DNA virus. By better understanding such pathogen interactions, it might now be possible to design novel therapeutic approaches.

A l'interface de la génétique et de l'environnement, l'épigénétique contribue à la diversité phénotypique. Déterminer l'impact de la variation épigénétique sur les caractères quantitatifs (QT) est un nouveau défi. La croissance staturale fournit l’opportunité d’étudier la variabilité de plusieurs traits phénotypiques liés entre eux : des QT cliniques (la taille, l’accélération de la vitesse de croissance en réponse à l'hormone de croissance, GH) et des QT biologiques tels que la concentration d’IGF1 et la réponse de cette concentration à la GH. L’ « Insulin-like Growth Factor 1 » (IGF1) contrôle la croissance postnatale chez les mammifères, y compris l'homme. Nous l’avons choisi comme locus candidat pour nos études épigénétiques. Nous avons quantifié la méthylation des deux promoteurs P1 et P2 de ce gène, qui régulent son expression. Notre objectif était d’évaluer la contribution de la méthylation d’ADN de ces promoteurs i) à la taille des enfants en croissance, ii) à l’IGF1 circulant, iii) et à la réponse de ces paramètres à un traitement par la GH. Taille et IGF1 circulant. La relation entre la méthylation des promoteurs d’IGF1 et la taille a été étudiée au sein de deux cohortes du service d'endocrinologie pédiatrique, totalisant 216 enfants prépubères de différentes statures. Nous avons montré que la méthylation d'un groupe de six CGs situés dans la partie proximale du promoteur P2 du gène IGF1 présentait une corrélation inverse avec la croissance et l'IGF1 circulant. Les enfants les plus grands sont ainsi moins méthylés sur ces CGs que les enfants de petite taille. La contribution de la méthylation à la variance de la taille a été évaluée à environ 13%, et à 10% pour la variance de l'IGF1 sérique. Pour montrer que l’association observée reflète une causalité biologique, nous avons étudié le lien entre la méthylation des promoteurs P1 et P2 et l'activité transcriptionnelle du gène IGF1 in vivo et in vitro. Nous avons montré que les quantités de transcrits de classe II, issus du promoteur P2, sont inversement corrélés à la méthylation du promoteur P2 dans les cellules sanguines mononucléées. In vitro, nous avons cloné le promoteur P2 déméthylé ou méthylé dans un plasmide rapporteur (luciferase) transfecté dans la lignée HEK293 : le promoteur déméthylé s’est révélé nettement plus actif (+57%). Finalement, nous suggérons que l’hyperméthylation de certains CGs du P1 et du P2 d’IGF1 pourrait être un des nombreux mécanismes moléculaires responsables d’une moindre expression du gène et d’un phénotype de petite taille. La réponse au traitement par la GH. Une fraction des enfants de petite taille est traitée par l'hormone de croissance (GH) pour accélérer sa croissance, mais l’efficacité du traitement est très variable entre les individus. Les causes de cette variabilité sont partiellement comprises : la génétique joue un rôle, mais il reste une place possible pour la variabilité épigénétique. Dans ce but, nous avons étudié l'effet direct de la variabilité épigénétique sur la transcription du gène IGF1 et l’IGF1 circulant, dans un test aigu d’administration de GH, puis sur la réponse thérapeutique à un traitement d’un an par la GH. Après une injection de GH, nous avons constaté une augmentation variable du nombre de transcrits d’IGF1 chez les enfants étudiés. L'augmentation des transcrits de la classe II était inversement corrélée à la méthylation des CGs du P2. La variabilité de méthylation au CG-137 contribuait pour 20% à 67% de l’expression d’IGF1 en réponse à la GH. Chez 136 enfants de petite taille, nous avons montré que la méthylation de l'ADN du promoteur P2 était associée à la réponse au traitement par la GH au cours de la première année. Cette association est observée pour l'augmentation de la vitesse de croissance et pour les taux d’IGF1. (...) / At the interface of genetics and environment, epigenetics contributes to phenotypic diversity. Quantifying the impact of epigenetic variation on quantitative traits (QT), an emerging challenge in humans. Growth provides a handset of quantitative traits to epigenetic studies. We studied the variability of several inter-related QTs: clinical QTs (height, height reponse to growth hormone and biological QT (serum IGF1 and serum IGF1 response to GH). Since insulin-like growth factor 1 (IGF1) controls postnatal growth in mammals including human, we tested whether the CG methylation of the two promoters (P1 and P2) of the IGF1 gene could be a epigenetic contributor to the individual variation i) in circulating IGF1 and stature in growing children. ii) on response of these parameters to treatment with (GH). Child height and circulating IGF1. To explore the relation between IGF1 promoter methylation and height, we studied two cohorts of pedriatric endocrinology department, totalling 216 prepubertal children with various statures. The methylation of a cluster of six CGs located within the proximal part of the IGF1 P2 promoter showed a strong negative association with serum IGF1 and growth. These correlations were observed in two cohorts of growing children. Tall children show lower levels of methylation in several CGs in P2 and P1 promoters of IGF1 gene than short children with idiopathic short stature. CG methylation contributed 13% to the variance of height and 10% to the variance of serum IGF1. To test if the found association reflected biological causality, we tested if methylation at the P2 promoter affects the transcriptional activity of the IGF1 gene. The transcriptional activity of the P2 promoter was inversely correlated with the CG methylation in mononuclear blood cells. We established that high levels of CG methylation at the two promoters of IGF1 contributed to the many molecular mechanisms responsible for “idiopathic” short stature. Response to treatment with (GH). Short children using growth hormone (GH) to accelerate their growth respond to this treatment with a variable efficacy. The causes of this individual variability are partially understood and could involve epigenetics. In this aim, we investigated the contribution of DNA methylation to the response to GH at two levels: direct effect of GH on transcription of IGF1 gene, on circulating IGF1 and on the growth response to GH. Following a GH injection, we found a variable increase in IGF1 transcripts across the studied children. The increase in P2-driven transcripts showed a strong inverse correlation with 4/8 of P2 CGs. Among the CGs of P1 promoter, only CG-611 showed an inverse correlation with P1-driven transcripts. Variability of DNA methylation in these CGs contributes with 27% to 67% of increase in transcripts. In 136 children with idiopatic short stature, we showed that DNA methylation of the P2 promoter is associated with growth response to GH during the first year of GH administration, for both increment in growth rate and circulating IGF1. CG-137 methylation of P2 promoter contributes 25% to variance of growth response to GH. The link between DNA methylation and the response to a treatment in humans illustrating the role of epigenetic marks as potent contributors to conclusion « pharmacoepigenetics». Our work can find application in growth physiology and therapeutics, as well as for studies in aging, longevity or cancer where IGF1 has a prominent role.

Thèse numérisée 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.