La plupart des plantes à fleurs ont connu au moins un évènement de duplication de génome entier (WGD) au cours de leur histoire évolutive et en particulier les membres des Brassicaceae. Ainsi, l’ancêtre commun de la tribu des Brassiceae aurait subi deux évènements successifs de WGD, générant une triplication de génome (WGT). Les évènements de WGD sont généralement suivis d’une diploïdisation impliquant des modifications génétiques, épi-génétiques et transcriptionnelles aboutissant à la formation d’un génome diploïde. Par ailleurs, après un événement de WGD, la dynamique des éléments transposables est perturbée, ce qui peut conduire à une augmentation des évènements de translocation. Dans une lignée de Brassiceae, une réduction de la divergence moléculaire entre allèles ainsi qu’une translocation génomique ont été observées au locus d'auto-incompatibilité (locus S). On suspecte ces patrons d’être associés aux évènements de WGD. A partir d’approches phylogénomiques et d’analyse de la diversité du locus S dans la tribu des Brassiceae, nous souhaitons déterminer si le goulot d’étranglement observé au locus S chez les Brassiceae est contemporain à l’événement de WGT et s’il est associé à une translocation du locus S. Mes analyses suggèrent que toutes les espèces de Brassiceae partagent un même événement de WGT mais aussi que la perte de diversité phylogénétique au locus S semble précéder la diversification des Brassiceae. Néanmoins, mes données ne me permettent pas de conclure fermement quant au lien entre translocation génomique du locus S et événement de WGT, bien qu’elles indiquent que la translocation observée chez Brassica est partagée par plusieurs clades de Brassiceae. / Whole genome duplication events are common in flowering plants and especially within the Brassicaceae family. For example, the common ancestor of the Brassiceae tribe has experienced two successive WGD events, generating a whole genome triplication (WGT). WGD events are generally followed by a diploidization process involving genetic, epigenetic and structural changes leading to a diploid genome. Furthermore, after such an event, the dynamic of transposable elements is disturbed, which can lead to an increase in translocation events. In one lineage of the Brassiceae tribe, a decrease of molecular divergence among alleles and a genomic translocation have been observed at the self-incompatibility locus (S locus). We suspect that these patterns are associated with the allopolyploidy events. Using phylogenomic approaches combined with S-locus diversity analyses, we aim at determining whether the bottleneck observed at the S-locus in the Brassiceae tribe is contemporaneous with the inferred whole genome triplication and whether these events are also associated with the translocation of the S-locus. My analyses suggest that all Brassiceae species share the same whole genome triplication event as well as a loss of phylogenetic diversity at the S-locus predating the divergence of Brassiceae lineages. Nevertheless, my data do not allow me to conclude about the association between the genomic translocation of the S locus and the whole genome triplication event, although they indicate that the translocation found in Brassica is shared by several Brassiceae clades.

Après 25 ans de recherche intensive, aucun vaccin ou traitement définitif contre le SIDA n'existe, et les mécanismes moléculaires de pathogenèse de l'infection VIH-1 ne sont pas clairement élucidés. Les avancées technologiques permettent de comparer des sujets malades avec des sujets contrôles sur tout le génome. Il est ainsi possible d'identifier sans a priori des gènes potentiellement impliqués dans le développement de la maladie avec pour conséquence le développement rationnel de nouvelles stratégies diagnostiques ou thérapeutiques. Durant ma thèse, j'ai réalisé deux études d'association 'génome entier' dans le SIDA, en comparant les 275 non-progresseurs à long terme ou les 85 progresseurs rapides de la cohorte GRIV avec une cohorte de contrôles séronégatifs. J'ai réalisé une troisième analyse en exploitant les données issues de trois études 'génome entier' internationales dont la nôtre (France, Pays-Bas, USA), ciblant plus particulièrement les SNPs de fréquence faible (fréquence de l'allèle mineur, MAF<5%). Ces approches 'génome entier' ont réaffirmé le rôle central du HLA dans la progression vers le SIDA, mais aussi dévoilé de nouveaux gènes candidats très pertinents donnant une nouvelle lumière sur les mécanismes moléculaires de la maladie.

La réplication de l'ADN, qui doit assurer à chaque cycle cellulaire une copie fidèle du génome pour que les cellules filles héritent du même génome, est un processus hautement régulé, faisant intervenir son organisation en chromatine mais aussi sa dynamique au sein de l'architecture nucléaire. Le vieillissement cellulaire, qu'il soit physiologique, pathologique ou induit in vitro par des conditions de culture sub-optimales, est accompagné de modifications de l'organisation du génome en chromatine, susceptibles de modifier la régulation spatiotemporelle du programme de réplication. Dans quelle mesure ces modifications sont réversibles et s'accompagnent d'une restauration du programme de réplication sont des questions que nous avons abordées. Notre étude a donc consisté dans un premier temps à analyser les modifications du programme de la réplication, dans différentes situations de vieillissement cellulaire, afin de vérifier notre hypothèse. Nous avons analysé sur l'ensemble du génome l'organisation spatiale (le long du génome) et temporelle des domaines de réplication, le timing, de cellules prolifératives ou approchant de la sénescence réplicative, de donneurs jeunes, âgés ou encore atteints de vieillissement accéléré ou progéria. Nous avons pu observer que certains domaines de timing permettent de distinguer des cellules jeunes de cellules âgées, ou des cellules prolifératives de pré-sénescentes. Afin d'explorer la réversibilité de ces processus, nous avons utilisé la reprogrammation en cellules souches pluripotentes induites ou iPS, suivie d'une redifférenciation fibroblastique. Nous avons pu démontrer que les iPS produites présentaient toutes les mêmes profils de timing, correspondant à celui d'une cellule pluripotente, indiquant que les modifications liées à l'âge ou à la sénescence pouvaient être reprogrammées. Ceci a ensuite été confirmé par une redifférenciation de ces iPS en cellules fibroblastiques dont les profils de timing de réplication ont pu être associés à ceux de fibroblastes jeunes. Cette étude nous a permis de mettre en évidence l'extrême plasticité de l'organisation spatio-temporelle de la réplication, révélant la possibilité de restaurer une dynamique de réplication altérée avec le vieillissement et l'entrée en sénescence, en manipulant le destin cellulaire vers un état indifférencié. Cette étude de la dynamique des domaines de réplication qui accompagne les modifications épigénétiques de la vie cellulaire a été complétée par l'étude à l'échelle moléculaire du rôle d'une histone déméthylase, Jarid1C/KDM5C, dans la réplication au sein des clusters d'origines. Ensemble, ces résultats apportent de nouveaux éléments sur l'interdépendance des dynamiques chromatiniennes et de réplication au cours de la vie cellulaire. / DNA replication allows at each cell cycle the exact copy of the genome that will be transmitted to daughter cells. Thus, the replication process is highly regulated in concert with its chromatin organization but also its dynamics in the nuclear architecture. Cellular ageing, be it physiologic, pathologic or induced in vitro by sub-optimal culture conditions, is accompanied by modifications of the chromatin organization of the genome. This could lead to spatio-temporal modifications of the replication program. We studied to what extent these modifications are reversible and could lead to the recovery of the replication program. In a first step, we analyzed modifications of the replication program upon several ageing situations to test our hypothesis. We analyzed the whole genome spatio-temporal organization of replication domains, the timing, of proliferating or near-senescent cells, of young, old or progeria (a premature ageing disease)-affected donors. We observed that young cells could be distinguished from old cells, and proliferative from near-senescent, by looking at some particular timing domains. To explore the reversibility of these processes, we used reprogramming to induce pluripotent stem cells (iPS cells) followed by fibroblastic re-differentiation. We were able to demonstrate that the derived iPS cells have similar timing profiles corresponding to pluripotent cells profiles: ageing- and senescence-related modifications of the replication timing could be reprogrammed. It was confirmed by re-differentiating these iPS into fibroblastic cells which timing profiles could be associated to young fibroblasts ones. By manipulating cell fate toward an undifferentiated state, this study shows the extreme plasticity of the DNA replication spatio-temporal organization and highlights a chance to restore the replication dynamics when altered by ageing and senescence. This study of the replication dynamics linked to the epigenetic modifications of cells life was completed by a study at the molecular scale of the Jarid1C/KDM5C histone demethylase influence on replication within origin clusters. Together, these results bring new insights into the interdependency of chromatin and replication dynamics during cell fate modifications.

Après 25 ans de recherche intensive, aucun vaccin ou traitement définitif contre le SIDA n'existe, et les mécanismes moléculaires de pathogenèse de l'infection VIH-1 ne sont pas clairement élucidés. Les avancées technologiques permettent de comparer des sujets malades avec des sujets contrôles sur tout le génome. Il est ainsi possible d’identifier sans a priori des gènes potentiellement impliqués dans le développement de la maladie avec pour conséquence le développement rationnel de nouvelles stratégies diagnostiques ou thérapeutiques. Durant ma thèse, j’ai réalisé deux études d’association ‘génome entier’ dans le SIDA, en comparant les 275 non-progresseurs à long terme ou les 85 progresseurs rapides de la cohorte GRIV avec une cohorte de contrôles séronégatifs. J’ai réalisé une troisième analyse en exploitant les données issues de trois études ‘génome entier’ internationales dont la nôtre (France, Pays-Bas, USA), ciblant plus particulièrement les SNPs de fréquence faible (fréquence de l’allèle mineur, MAF<5%). Ces approches ‘génome entier’ ont réaffirmé le rôle central du HLA dans la progression vers le SIDA, mais aussi dévoilé de nouveaux gènes candidats très pertinents donnant une nouvelle lumière sur les mécanismes moléculaires de la maladie. / After 25 years of intensive research, no vaccine or cure exists against AIDS, and the molecular mechanisms of pathogenesis of HIV-1 infection are not clearly understood. Technological progress has made possible to compare cases versus controls over the whole genome. It is thus possible to identify genes potentially involved in disease development with no a priori, and consequently develop rationally new diagnostic or therapeutic strategies. During my PhD, I have completed two genome-wide association studies (GWAS) in AIDS, comparing 275 long term non-progressors or the 85 rapid progressors from the GRIV cohort with a cohort of seronegative controls. I have also completed a third analysis exploiting data from three international GWAS including ours (France, Netherlands, USA), targeting particularly low frequency SNPs (minor allele frequency, MAF <5%). These GWAS approaches have reaffirmed the central role of HLA for progression towards AIDS, but also revealed new relevant candidate genes, shedding a new light on the molecular mechanisms of disease progression.

La peau est un excellent modèle d’étude du vieillissement général. En plus de facteurs environnementaux, les facteurs génétiques jouent un rôle majeur dans le vieillissement cutané. Dans le cadre de ma thèse, j’ai eu accès à une cohorte exceptionnelle de 502 femmes caucasiennes très bien caractérisées sur le plan cutané, pour effectuer deux études d’association « génome-entier ». La première étude a montré le rôle joué par le système immunitaire, et en particulier le gène HLA‑C, dans la sévérité des lentigines du visage. La seconde a mis en évidence une association entre le gène H2AFY2 et la sévérité de l’affaissement de la paupière supérieure. La recherche de voies de signalisation biologiques associées à différents indicateurs du vieillissement cutané a souligné le rôle de la mélanogénèse et des mécanismes de réparation de l’ADN.Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes inhérents au vieillissement cutané et général. / The skin is an excellent model to study general ageing. In addition to environmental factors, genetic factors play a key role in skin ageing mechanisms. During my PhD, I have had access to a unique cohort of 502 Caucasian women very-well characterized regarding their facial features to perform two genome-wide association studies. The first one pointed to the role of the immune system, and especially the HLA‑C gene, in the severity of facial lentigines. The second one identified an association between the H2AFY2 gene and the severity of superior eyelid drooping. I also looked for associations between biological pathways and several skin ageing indicators which underlined the role of the melanogenesis and several mechanisms of DNA repair.Overall, these results lead to new insights in the understanding of the molecular mechanisms underlying skin and global ageing.

Le gliome infiltrant du tronc cérébral est une tumeur rare, non opérable et inéluctablement fatale. En raison du manque de ressource biologique disponible, aucun progrès dans la compréhension de la biologie de ces tumeurs n’a été fait jusqu’à ces dernières années, laissant la radiothérapie pour seul traitement efficace, et seulement transitoirement. Enfin, grâce à la mise en place de collecte d’échantillons de gliomes infiltrant du tronc cérébral au diagnostic ou à l’autopsie, un nombre sans précédent d’analyses biologiques et génomiques a pu être mené et améliorer la connaissance de ces tumeurs. Si ces études ont montré que ces gliomes pédiatriques étaient bien différents de ceux de l’adulte, elles ont aussi fait apparaître la présence d’anomalies génétiques récurrentes spécifiques de ces tumeurs sous-tentorielles. Ainsi le Platelet-Derived Growth Factor Receptor Alpha (PDGFRα) est apparu comme cible prédominante dans ces tumeurs compte tenu des nombreuses anomalies génétiques constatées. La recherche d’un médicament efficace pouvant inhiber cette voie nous a conduit à évaluer l’effet du dasatinib qui est un inhibiteur multi-ciblé. Nous en rapportons ici l’efficacité in vitro sur de nouvelles lignées cellulaires de gliomes infiltrants du tronc cérébral établies à partir de biopsies stéréotaxiques réalisées au diagnostic. Sachant néanmoins que les thérapies ciblées restent peu efficaces en clinique quand elles sont utilisées seules, nous mettons en évidence l’intérêt de combiner le dasatinib avec un inhibiteur de MET, 2ème oncogène fréquemment amplifié dans ces tumeurs. D’autre part, une stratégie originale de criblage médicamenteux a été mise en œuvre. Celle-ci a permis de définir de manière fonctionnelle de nouveaux médicaments potentiellement efficaces dans les gliomes infiltrants du tronc cérébral, incluant les inhibiteurs d’Histone deacetylases (HDAC), les inhibiteurs des Cyclin-Dependent Kinases (CDK) ou encore les inhibiteurs du protéasome. Enfin par la technique de séquençage génome-entier, de nouvelles anomalies génétiques jamais rencontrées dans aucun autre cancer ont été détectées. Parmi celles-ci se trouvent des mutations d’histone H3K27M dont la fréquence élevée (80%) suggère leur rôle fondamental dans la genèse de ces tumeurs. Des mutations activatrices d’ACVR1/ALK2 ont été également mises en évidence. Celles-ci représentent désormais de nouvelles cibles à explorer.Ce travail de thèse rapporte la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques d’une part, via une approche exploratoire par criblage médicamenteux et recherche d’anomalies génétiques par séquençage « génome-entier », et d’autre part, via une approche de validation préclinique sur le plan des thérapies ciblées de type inhibiteurs de tyrosine-kinases. / Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG) is a rare, unresectable and universally fatal tumor. Due to the lack of available material, no improvements have been made in the knowledge of the biology of this tumor until recent years, leaving radiotherapy as the only efficient treatment, and only transiently. Recently, the effort engaged for collecting samples in this disease at the diagnosis or at the autopsy resulted in an unprecedented number of analyses consequently improving our knowledge in DIPG. Those studies bring evidences for their differences with adult gliomas, but also with other pediatric supratentorial glioma showing specific genomic alterations. Thus, Platelet-Derived Growth Factor Receptor Alpha (PDGFRα) appeared to be one of the major target given its frequent aberrations found in those tumors. Investigating an effective drug to inhibit this pathway led us to evaluate the effect of dasatinib, which is known as a multi-targeted inhibitor. We report here the in vitro efficacy of dasatinib on new cell lines of DIPG developed from stereotaxic biopsy at diagnosis. Because therapies are largely inefficient in the clinic when they are used as a monotherapy, we bring out our interest on combining dasatinib with an inhibitor of MET, which is the 2nd most common amplified oncogene in these tumors.Additionally, an innovative strategy of pharmacological screening has been successfully tested. New drugs, potentially efficient in DIPG, have been fonctionnaly-defined, including Histone deacetylase inhibitors (HDACi), Cyclin-Dependent Kinases inhibitors (CDKi) and proteasome inhibitors as well.Finally, by using whole genome sequencing (WGS), we have been able to discover new genetic abnormalities, never encountered before in other cancers. Among those, mutations of histone H3K27M with a high frequency of 80% were found, suggesting that they have a fundamental role in tumors genesis. Moreover, ACVR1/ALK2 activating mutations have been identified as well. And this gene now represents a new target to explore. This work reports the research of new therapeutic targets through an exploratory approach using drug screening and WGS on the one hand, and on the other hand through a preclinical validation approach in terms of targeted therapies with tyrosine-kinases inhibitors.

L’approche GWAS est un outil essentiel pour la découverte de gènes associés aux maladies, mais elle pose des problèmes de puissance statistique quand il est impossible d’échantillonner génétiquement des dizaines de milliers de sujets. Les résultats présentés ici—ALDsuite, un programme en utilisant une correction nouvelle et efficace pour le déséquilibre de liaison (DL) ancestrale de la population locale, en permettant l'utilisation de marqueurs denses dans le MALD, et la démonstration que la méthode simpleM fournit une correction optimale pour les comparaisons multiples dans le GWAS—réaffirment la valeur de l'analyse en composantes principales (APC) pour capturer l’essence de la complexité des systèmes de grande dimension. L’APC est déjà la norme pour corriger la structure de la population dans le GWAS; mes résultats indiquent qu’elle est aussi une stratégie générale pour faire face à la forte dimensionnalité des données génomiques d'association. / GWAS is an essential tool for disease gene discovery, but has severe problems of statistical power when it is impractical to genetically sample tens of thousands of subjects. The results presented here—a novel, effective correction for local ancestral population LD allowing use of dense markers in MALD using the ALDsuite and the demonstration that the simpleM method provides an optimum Bonferroni correction for multiple comparisons in GWAS, reiterate the value of PCA for capturing the essential part of the complexity of high- dimensional systems. PCA is already standard for correcting for population substructure in GWAS; my results point to it’s broader applicability as a general strategy for dealing with the high dimensionality of genomic association data.

L’approche GWAS est un outil essentiel pour la découverte de gènes associés aux maladies, mais elle pose des problèmes de puissance statistique quand il est impossible d’échantillonner génétiquement des dizaines de milliers de sujets. Les résultats présentés ici—ALDsuite, un programme en utilisant une correction nouvelle et efficace pour le déséquilibre de liaison (DL) ancestrale de la population locale, en permettant l'utilisation de marqueurs denses dans le MALD, et la démonstration que la méthode simpleM fournit une correction optimale pour les comparaisons multiples dans le GWAS—réaffirment la valeur de l'analyse en composantes principales (APC) pour capturer l’essence de la complexité des systèmes de grande dimension. L’APC est déjà la norme pour corriger la structure de la population dans le GWAS; mes résultats indiquent qu’elle est aussi une stratégie générale pour faire face à la forte dimensionnalité des données génomiques d'association. / GWAS is an essential tool for disease gene discovery, but has severe problems of statistical power when it is impractical to genetically sample tens of thousands of subjects. The results presented here—a novel, effective correction for local ancestral population LD allowing use of dense markers in MALD using the ALDsuite and the demonstration that the simpleM method provides an optimum Bonferroni correction for multiple comparisons in GWAS, reiterate the value of PCA for capturing the essential part of the complexity of high- dimensional systems. PCA is already standard for correcting for population substructure in GWAS; my results point to it’s broader applicability as a general strategy for dealing with the high dimensionality of genomic association data.

L’étude de la structure de l’ARN est reconnue un sujet d’actualité qui permet de connaître sa fonction. Il existe différentes techniques enzymatiques ou chimiques classiques et récentes couplées au séquençage à haut débit pour étudier la structure de l’ARN. Le projet de thèse vise l’optimisation de deux techniques de cartographie déjà existantes et se divise en deux parties. La première partie concerne l’optimisation de la technique de hSHAPE et ceci en synthétisant de nouvelles sondes fluorescentes à transfert d’énergie capables d’étudier de faibles quantités d’ARN et adaptées au séquenceur d’ADN. Mon travail a permis la synthèse de 5 molécules fluorescentes intermédiaires et l’obtention d’une sonde finale. L’étude de cette sonde a montrée que l’interaction entre les deux fluorophores est majoritairement due à un mécanisme de couplage excitonique causé par la flexibilité et la distance entre les deux entités fluorescentes. De plus, les propriétés de la molécule sont fortement dépendantes du solvant. Dans la deuxième partie, nous cherchons à optimiser la cartographie en solution afin d’étudier le génome entier du VIH-1 in virio. Pour cela, nous avons synthétisé 4 molécules dérivées de l’anhydride isatoïque et modifiées sur la fonction amine N1 par un groupement propyn-2-yle. Nous avons aussi préparé 8 molécules de référence. De plus, des études préliminaires réalisées sur l’ARN 1-311 du VIH-1 ont montré que nos composés modifient l’ARN et qu’il est possible de fixer la biotine-PEG3-azoture par click chemistry sur les ARN ainsi modifiés. / Understanding the function of RNA involved in biological processes requires a thorough knowledge of RNA structure. Traditional chemical and enzymatic reagents and backbonebased cleavage are useful for mapping RNA secondary structure, and on going advances in nucleotide resolution RNA structure probing have made possible increasingly rigorous and quantitative analysis. Although chemical and enzymatic probes are recently coupled to high throughput sequencing, these techniques still suffer from some disadvantages. This project aims the optimization of two existing techniques and is divided into two major topics. The first part aims the optimization of “hSHAPE chemistry”. A practical method is the synthesis of energy transfer dyes from the “BigDyes” family that are useful to study small amount of RNA and are compatible with DNA sequencing. We have done the synthesis of 5 modified dyes and one BigDye. The characterization of this BigDye shows that it exists excitoncoupling mechanism due to the strong interaction between the two transition dipoles. In addition, the solvent influences strongly the photophysical properties of this BigDye. The purpose of the second part is to develop and synthesize new class of isatoic anhydride derivatives useful to map the entire genome of HIV-1 in virio. We have done the synthesis of 4 N-substituted molecules with a propyn-2-yl function and 8 reference molecules. In addition, preliminary results on HIV-1 1-311 RNA showed that these compounds are able to modify RNA and that it is possible to fix a biotin-azide by click chemistry.

Le séquençage haut débit a été utilisé dans ce travail pour reconstruire avec des méthodes adaptées le génomeviral entier du virus de l’hépatite C (VHC) notamment pour le typer avec précision. Une étude a ainsi permisde mettre en évidence la présence d’une forme recombinante du VHC chez un patient. Une autre a permisde typer et détecter les mutations de résistance de plusieurs souches de VHC de génotypes différents. Enfin,une dernière étude basée sur cette approche a permis de découvrir une souche VHC appartenant à un nouveausous-type. Le séquençage haut débit a aussi été utilisé dans ce travail pour détecter des infections multiples etanalyser l’évolution virale en ciblant des gènes du VHC et en mettant en œuvre des méthodes non spécifiquespour 2 patients VHC sous traitement. Cette étude rétrospective a permis de définir la composition de chaqueéchantillon temporel, estimer leur diversité nucléotidique, explorer la structure génétique de la population viraleet son évolution temporelle et dater les infections secondaires. Les résultats obtenus supportent l’hypothèse d’unmécanisme d’apparition de résistance au traitement (selective sweeps). / High-throughput sequencing has been used in this work to reconstruct with adapted methods the whole genomeof the hepatitis C virus (HCV) particularly for accurately typing the virus. Thus, we managed to detect in a studya recombinant form of HCV circulating within a patient. We typed and detected in another study resistancemutations of several HCV strains of different genotypes. Finally, a last study based on this approach enabled touncover a HCV strain belonging to a new subtype. High-throughput sequencing has also been used in this workto detect multiple infections and analyze viral evolution with targeted HCV genes and non-specific methods for2 HCV patients under treatment. This retrospective study enabled to define the composition of each temporalsample, assess their nucleotide diversity, investigate viral population genetic structure and temporal evolutionand date secondary infections. Results of this analysis support the hypothesis of onset mechanism of treatmentresistance (selective sweeps).