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Reconstruction de génomes ancestraux chez les vertébrés / Reconstruction of ancestral vertebrate genomes

Muffato, Matthieu 15 December 2010 (has links)
Implicitement, identifier des similarités entre deux génomes revient à décrire une propriété ancestrale qu'ils partagent encore de nos jours. L'abondance de données génomiques provenant de centaines d'espèces différentes rend possible de nombreuses comparaisons de ce type, mais souvent restreinte à deux espèces comparées l'une à l'autre, hors de tout cadre unifié et sans références particulières. Ce travail de thèse décrit une nouvelle méthode, appelée AGORA (Algorithms for Gene Order Reconstruction in Ancestors), pour reconstruire de manière automatique et systématique l'ordre des gènes et les caryotypes de toutes les espèces ancestrales dans une phylogénie donnée. AGORA est capable de gérer les duplications de gènes, les délétions, et les gains, et interprète de manière réaliste des phylogénies complexes de gènes. Nous avons appliqué la méthode chez 46 espèces de vertébrés séquencées et annotées (en utilisant 8 espèces supplémentaires en référence externe) pour reconstruire des ordres de gènes ancestraux dans 43 génomes ancestraux sur près de 600 millions d'années d'évolution. Les performances d'AGORA ont été mesurées par des simulations de génomes de vertébrés, et par confrontation à des génomes ancestraux déjà connus. Les données, présentées graphiquement dans un serveur web nommé Genomicus (http://www.dyogen.ens.fr/genomicus) fournissent un nouveau cadre unifié dans lequel les génomes ancestraux peuvent servir de référence naturelle auxquelles comparer les génomes modernes qui en descendent. À ce titre, ces données fournissent une nouvelle ressource pour étudier l'évolution de l'organisation de l'information génétique dans les génomes. / Biological studies rarely limit to the single-genome-analysis, and often include several species, thus encompassing an entire window of genome evolution (by the comparison of several species), and adding time and evolution as a new dimension to the study. Generally, this includes defining characters of ancestral genomes. With the lack of a wide ancestral genomes database, studies are often performed several times. Here we describe a new method, named AGORA (Algorithms for Gene Order Reconstruction in Ancestors) to automatically and systematically reconstruct gene order and karyotypes in all the ancestral species of a given phylogeny. AGORA can handle different gene content between species (duplications, gains, and loss) by using accurate gene phylogenies as input. We applied AGORA on 46 sequenced and annotated vertebrate genomes (using 8 outgroups genomes) to reconstruct ancestral gene order in 43 ancestral genomes on a 600 million years time-frame. AGORA performances were estimated using simulated datasets, and comparison with other studies. The results can be freely browsed and downloaded from a new web server, Genomicus, dedicated to the study of genome evolution, helping areas such as gene evolution, or genome rearrangements.
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Les fonctions et rôles régulateurs de l'acétylation dans le maintien de l'intégrité du génome

Billon, Pierre 23 April 2018 (has links)
Au cours de la réplication et de la réparation des dommages à l’ADN, un certain nombre de protéines sont acétylées. L’acétylation des protéines est un moyen élégant de modifier de manière transitoire les propriétés des protéines cibles, notamment en changeant les interactions protéine-acide nucléique par la neutralisation de la charge positive. Or, le rôle fonctionnel de l’acétylation de la grande majorité des protéines est majoritairement inconnu. PCNA, le facteur de processivité des ADN polymérases, coordonne les mécanismes de réplication et de tolérance des dommages afin d’assurer une réplication fidèle et efficace. Il adopte une structure trimérique en forme d’anneau qui encercle l’ADN et stimule la processivité de distinctes ADN poymérases en agissant comme une pince glissante sur l’ADN. Les travaux de cette thèse décrivent qu’une acétylation dynamique sur les résidus lysines localisés au niveau de sa surface de glissement joue un rôle crucial dans la maintenance de l’intégrité du génome. De multiples acétylations sont requises pour la résistance des cellules aux dommages à l’ADN suggérant un contrôle précis de la dynamique d’interaction avec les phosphates de l’ADN. L’acétyltransférase des cohésines Eco1 cible la lysine 20 de la surface interne de l’anneau à la fois in vitro et in vivo en réponse aux dommages. Mimer l’acétylation constitutive de ce résidu, réduit la processivité de la polymérase δ à la fois in vivo et in vitro. De plus, des analyses génétiques démontrent l’importance cruciale de l’acétylation de PCNA dans la suppression des voies de tolérance des dommages. Cela se produit par l’inhibition spécifique de la synthèse translésionnelle, favorisant la recombinaison homologue médiée par la cohésion, connectant l’acétylation aux autres modifications post-traductionnelles de PCNA. Finalement, nous démontrons que les lysines à l’intérieur de l’anneau ont un rôle spécifique pour l’activité des polymérases translésionnelles suggérant l’existence de mécanismes contrôlant la processivité de ces enzymes mutagènes. Cette thèse éclaircit le rôle de PCNA pour contrôler distinctivement l’activité des différentes classes d’ADN polymérases, impliquant une régulation directe de la surface de glissement afin de promouvoir la stabilité du génome. / During DNA replication and repair, a large number of proteins are acetylated. Protein acetylation is an elegant mean to transiently regulate their functions, in particular by changing the interactions between proteins and nucleic acids through the neutralization of the positive charge. However, the functional role of acetylation for most proteins is unknown. The Proliferating Cell Nuclear Antigen coordinates the mechanisms of replication and tolerance of DNA damage in order to ensure an accurate and efficient replication. PCNA adopts a ring-shaped structure that encircles DNA to stimulate polymerases processivity by acting as a sliding clamp for distinct polymerases. The work presented in this thesis describes that dynamic acetylation of lysine residues at the sliding surface of the ring plays a crucial role in the maintenance of genome integrity. Multiple acetylations are required for resistance of cells to DNA damage, suggesting a precise and dynamic control of the interaction with the phosphate backbone of the DNA. Cohesin acetyltransferase Eco1 targets lysine 20 at the inner ring both in vitro and in vivo in response to DNA damage. Mimicking constitutive acetylation on K20 reduces polymerase δ processivity both in vitro and in vivo. Furthermore, using genetic analyses, we demonstrate the crucial importance of PCNA acetylation to robustly suppress DNA damage tolerance pathways. This occurs through the specific inhibition of the translesion synthesis pathway, favouring cohesion mediated homologous recombination and connecting acetylation with other well-known modifications of PCNA. Finally, we demonstrate that lysines at the inner ring have a specific role to control translesional polymerase processivity, suggesting the existence of a mechanism to control these mutagenic enzymes. This thesis sheds light on how PCNA distinctively controls the activity of different classes of DNA polymerases, implicating direct regulation of PCNA sliding surface to promote genome stability.
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Rational and evolution-based engineering of Clostridium phytofermentans / Evolution dirigée et ingénierie rationnelle chez Clostridium phytofermentans

Cerisy, Tristan 05 July 2017 (has links)
Le but de la recherche menée dans le cadre de cette thèse est de développer et d’appliquer de nouveaux outils de modifications chromosomiques ciblées et d’évolution dirigée in vivo chez Clostridium phytofermentans, une bactérie mésophile et anaérobie qui fermente la biomasse lignocellulosique. L’introduction présente une vue d’ensemble des recherches fondamentales et appliquées dans la biologie et la génétique des Clostridia, incluant les souches pathogènes et environnementales. Une description de l’industrie des biocarburants est détaillée pour montrer les applications possibles de C. phytofermentans dans ce domaine très compétitif. Le premier chapitre présente l’utilisation de la génomique fonctionnelle et de l’inactivation de gènes cibles pour identifier des transporteurs d’hexoses chez C. phytofermentans. Le second chapitre décrit l’application de la technique Genome Editing via Targetron and Recombinases (GETR) pour effectuer de larges délétions chromosomiques chez cette bactérie. Le troisième chapitre présente l’évolution dirigée in vivo chez C. phytofermentans pour améliorer sa résistance aux inhibiteurs issus de la biomasse lignocellulosique, incluant l’analyse des variations transcriptomique et génomiques des souches résistantes. Dans son ensemble, ce travail de thèse souligne les avantages et limites de l’approche ciblé ou de l’approche par évolution in vivo, pour étudier et modifier les Clostridia. / The research aim of this thesis project was to develop and apply new tools for targeted chromosomal changes and in vivo directed evolution of Clostridium phytofermentans, a mesophilic anaerobe that ferments lignocellulosic biomass. The introduction presents an overview of previous basic and applied research in Clostridia biology and genetics, including both pathogenic and environmental strains. A focus on the biofuel industry is reported to describe applications of C. phytofermentans in this competitive industry. Chapter one presents a study using functional genomics and targeted gene inactivation to identify hexose sugar transporters in C. phytofermentans. Chapter two describes the application of Genome Editing via Targetron and Recombinases (GETR) to make large-scale chromosomal deletions in this bacterium. Chapter 3 presents the in vivo directed evolution of C. phytofermentans to enhance its resistance to lignocellulosic inhibitors including analyses of genome-wide transcription patterns and genomic variants that arose in the resistant strains. Together, this thesis work highlights the advantages and limitations of both targeted and evolutional approaches to study and engineer Clostridia.
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Influence des complexes protéiques sur la rétention de copies de gène après une duplication de génome

Lamothe, Claudine 18 April 2019 (has links)
Les duplications de gènes contribuent grandement à l'augmentation de la complexité des organismes en fournissant du nouveau matériel brut sur lequel agit la sélection naturelle. De ces duplications, c’est la duplication de génome qui a l’impact le plus important dû à la quantité de gènes impliqués. Plusieurs événements de duplication de génome ont eu lieu au fil de l'évolution de nombreuses lignées d'organismes. Une grande partie des gènes dupliqués créés lors de ces événements accumuleront des mutations délétères et seront inactivés ou disparaîtront du génome complètement, mais d'autres seront retenus. La rétention de certains gènes a été liée à divers facteurs comme le dosage génique et le niveau d'expression. Ce projet se concentre sur l’impact de la participation à des complexes protéiques sur la rétention des copies créés par des événements successifs de duplication de génome chez Paramecium tetraurelia. Nous avons d’abord prédit la composition de 885 complexes protéiques à travers les relations d'orthologie avec cinq espèces modèles. Ces complexes nous ont ensuite permis de déterminer que les gènes impliqués dans ces complexes avaient des niveaux d’expression plus élevés et plus corrélés, facteurs ayant déjà été associés avec un taux de rétention plus élevé. Nous avons également décelé une plus grande rétention d’un nombre pair de copies chez les gènes participant à des complexes protéiques, observation potentiellement reliée aux propriétés structurales des complexes. Parallèlement, nous avons noté un effet similaire à la participation à des complexes protéiques chez les gènes possédant des orthologues chez toutes les espèces modèles utilisées, démontrant que cet effet de conservation pouvait s’ajouter à celui de la participation à des complexes pour augmenter le niveau d’expression des gènes impliqués et le garder plus corrélé. Ensemble, ces facteurs présentent une image complexe de facteurs interreliés qui peuvent s’additionner pour influencer le sort des copies au fil de l’évolution / Gene duplications contribute greatly to the increase in organismal complexity by providing new material for natural selection to act upon. Of these duplication events, whole-genome duplication has a major impact due to the sheer amount of gene copies produced. Several events of whole-genome duplication have occurred throughout the evolutionary history of many lineages. The greater part of the duplicated genes created during these events will accumulate deleterious mutations, become inactivated and will disappear completely from the genome, but some will be maintained over time. Several factors have been linked to the retention of certain genes such as gene dosage or the level of expression. This project focuses on the impact of participation in a protein complex on the retention of copies created during several successive events of whole-genome duplication in the ciliate Paramecium tetraurelia. First, we predicted the composition of 885 protein complexes through orthologous relationships with five model species. Those protein complexes then allowed us to determine that genes participating in those complexes had higher and more correlated expression, both factors previously linked in the literature with a higher retention rate. We also observed a greater retention of even numbers of copies for genes participating in protein complexes, observation which might be connected to structural properties of protein complexes. At the same time, we noted an effect similar to protein complex participation in genes with orthologs in all our model species used and determined that this might partially be caused by an overlap between the genes participating in protein complexes and those being conserved in all the model species However, we also showed that the effect of widespread conservation was independent of that of complex participation. Together, those factors paint a complex picture of interconnected factors that can interact to influence the fate of copies through the course of evolution. / Duplication génique
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Influence des complexes protéiques sur la rétention de copies de gène après une duplication de génome

Lamothe, Claudine 18 April 2019 (has links)
Les duplications de gènes contribuent grandement à l'augmentation de la complexité des organismes en fournissant du nouveau matériel brut sur lequel agit la sélection naturelle. De ces duplications, c’est la duplication de génome qui a l’impact le plus important dû à la quantité de gènes impliqués. Plusieurs événements de duplication de génome ont eu lieu au fil de l'évolution de nombreuses lignées d'organismes. Une grande partie des gènes dupliqués créés lors de ces événements accumuleront des mutations délétères et seront inactivés ou disparaîtront du génome complètement, mais d'autres seront retenus. La rétention de certains gènes a été liée à divers facteurs comme le dosage génique et le niveau d'expression. Ce projet se concentre sur l’impact de la participation à des complexes protéiques sur la rétention des copies créés par des événements successifs de duplication de génome chez Paramecium tetraurelia. Nous avons d’abord prédit la composition de 885 complexes protéiques à travers les relations d'orthologie avec cinq espèces modèles. Ces complexes nous ont ensuite permis de déterminer que les gènes impliqués dans ces complexes avaient des niveaux d’expression plus élevés et plus corrélés, facteurs ayant déjà été associés avec un taux de rétention plus élevé. Nous avons également décelé une plus grande rétention d’un nombre pair de copies chez les gènes participant à des complexes protéiques, observation potentiellement reliée aux propriétés structurales des complexes. Parallèlement, nous avons noté un effet similaire à la participation à des complexes protéiques chez les gènes possédant des orthologues chez toutes les espèces modèles utilisées, démontrant que cet effet de conservation pouvait s’ajouter à celui de la participation à des complexes pour augmenter le niveau d’expression des gènes impliqués et le garder plus corrélé. Ensemble, ces facteurs présentent une image complexe de facteurs interreliés qui peuvent s’additionner pour influencer le sort des copies au fil de l’évolution / Gene duplications contribute greatly to the increase in organismal complexity by providing new material for natural selection to act upon. Of these duplication events, whole-genome duplication has a major impact due to the sheer amount of gene copies produced. Several events of whole-genome duplication have occurred throughout the evolutionary history of many lineages. The greater part of the duplicated genes created during these events will accumulate deleterious mutations, become inactivated and will disappear completely from the genome, but some will be maintained over time. Several factors have been linked to the retention of certain genes such as gene dosage or the level of expression. This project focuses on the impact of participation in a protein complex on the retention of copies created during several successive events of whole-genome duplication in the ciliate Paramecium tetraurelia. First, we predicted the composition of 885 protein complexes through orthologous relationships with five model species. Those protein complexes then allowed us to determine that genes participating in those complexes had higher and more correlated expression, both factors previously linked in the literature with a higher retention rate. We also observed a greater retention of even numbers of copies for genes participating in protein complexes, observation which might be connected to structural properties of protein complexes. At the same time, we noted an effect similar to protein complex participation in genes with orthologs in all our model species used and determined that this might partially be caused by an overlap between the genes participating in protein complexes and those being conserved in all the model species However, we also showed that the effect of widespread conservation was independent of that of complex participation. Together, those factors paint a complex picture of interconnected factors that can interact to influence the fate of copies through the course of evolution. / Duplication génique
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CRISPR-Cas9 pour l'édition de génomes viraux et l'étude des gènes du phage virulent p2

Lemay, Marie-Laurence 02 October 2019 (has links)
Tous les écosystèmes contiennent des phages, ces virus qui infectent spécifiquement les bactéries. Les écosystèmes microbiens des produits laitiers ne font pas exception. Malgré les nombreuses recherches dans le domaine, les phages virulents spécifiques aux souches de Lactococcus lactis utilisées pour la fermentation du lait menacent encore la qualité des fromages et la constance des lots de production. Le phage p2 est un modèle pour l’étude des phages virulents de lactocoques, mais près de la moitié de ses gènes codent pour des protéines aux fonctions encore inconnues. L’étude des phages virulents constitue un défi de taille puisque la modification de leur génome est limitée par le court passage du génome viral dans la cellule bactérienne. Le premier objectif de cette thèse était d’adapter un outil génétique basé sur la technologie CRISPR-Cas9 afin d’inactiver des gènes d’intérêt du phage p2. Cette technologie est dérivée d’un système antiviral naturel qui permet à certains procaryotes de se défendre contre l’invasion par de l’ADN étranger. La bactérie hôte du phage p2, L. lactis MG1363, est normalement dépourvue de ce système. Le deuxième objectif était d’étudier les protéomes phagiques et bactériens lors de l’infection virale par des analyses de spectrométrie de masse à haute résolution. Enfin, le troisième objectif était d’étudier les rôles des gènes inactivés sur la multiplication des phages et des bactéries infectées, incluant l’impact sur leurs protéomes. Entre autres, par une approche intégrative combinant des analyses génomiques, phénotypiques et protéomiques, j’ai comparé le phage mutant p2Δ47, dont le gène orf47 avait été inactivé, au phage sauvage p2. Ces analyses m’ont permis de formuler une hypothèse quant à la fonction de la protéine virale ORF47. Les phages sont ubiquitaires, abondants et peuvent se multiplier rapidement. Malgré leur importance et plus d’un siècle de recherches, plusieurs aspects de la biologie des phages demeurent mal compris. En concevant un outil pour la modification des génomes de phages virulents et en optimisant des protocoles d’analyses protéomiques, j’ai développé des méthodes efficaces pour la caractérisation des protéines phagiques et pour l’étude des interactions phage-bactérie. / Phages are viruses that specifically infect and kill bacteria. They can be found in every ecosystem, including milk products. Despite decades of research, virulent phages infecting Lactococcus lactis strains used for milk fermentation still threatens the production process and cheese quality. Phage p2 is a model for the study of virulent lactococcal phages, but almost half of its genes encode proteins of unknown functions. The study of virulent phages is a challenge in itself because the modification of their genome is limited to the short infection cycle within a bacterial host. The first objective of this thesis was to adapt a CRISPR-Cas9-based genetic tool to inactivate genes of interest in the genome of phage p2. The CRISPR-Cas9 technology is derived from a natural antiviral system that allows some prokaryotes to defend themselves against invasive nucleic acids. The bacterial host of phage p2, L. lactis MG1363, is naturally deprived of this system. The second objective was to study the viral and bacterial proteomes during phage infection, making use of high throughput mass spectrometry-based proteomics. Lastly, the third objective was to study the roles of inactivated genes on phage replication and bacterial growth, including the impact on their proteomes. Amongst other, with an integrative approach combining genomic, phenotypic and proteomic analysis, I compared the mutant phage p2Δ47, lacking a functional orf47 gene, to the wild-type phage p2. These analyses allowed me to hypothesize about protein ORF47 function. Phages are ubiquitous, abundant and can replicate quickly. Despite their importance and over a century of research, many aspects of phage biology are still poorly understood. By designing a tool for the modification of virulent phages and by optimizing protocols for proteomic analysis, I developed a robust pipeline to investigate uncharacterized phage proteins and to study phage-host interactions.
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Étude structurale et fonctionnelle de lecteurs de marques épigénétiques dans l'expression et le maintien du génome

Devoucoux, Maeva January 2021 (has links)
La chromatine est une structure essentielle qui régit l'homéostasie cellulaire à travers diverses voies dépendantes de la molécule d'ADN telles que l'expression des gènes, la stabilité du génome, l'apoptose, etc. Ainsi, étudier ses mécanismes de régulation est un enjeu crucial pour comprendre le fonctionnement cellulaire. Un des facteurs clés de la modulation de la structure de la chromatine est le complexe acétyltransférase NuA4/TIP60. En effet, ce complexe multi-protéiques très conservé permet l'acétylation des histones, dont H4, et l'incorporation du variant H2A.Z. Il agit alors sur plusieurs mécanismes cellulaires tels que la réparation des cassures doubles brins d'ADN en favorisant la recombinaison homologue ou encore l'activation de la transcription. C'est pourquoi, il est primordial de comprendre en détails les fonctions de ce complexe. Mon projet de doctorat se découpe en deux parties selon les sous-unités du complexe NuA4/TIP60 étudiées. La première partie concerne la sous-unité MRG15, associée à de nombreux complexes, et donc impliquée dans plusieurs fonctions telles que la régulation de l'épissage ou encore la réparation de l'ADN. Combinant des méthodes d'édition du génome avec des purifications de complexes natif et de spectrométrie de masse, nous avons pu identifier un nouveau complexe, composé des sous-unités BRD8, MRGBP, MRG15/X ainsi qu'une nouvelle sous-unité, EP400NL, initialement décrite comme un pseudogène. Puis, par une technique de séquençage d'ARNs, nous montrons que ce complexe est important pour moduler l'expression de gènes spécifiques. De plus, nous avons étudié le mutant W78A/F105A de MRGBP qui perd l'interaction avec MRG15, et le mutant W172A/Y235A de MRG15 qui n'interagit plus avec les facteurs de réparations PALB2/BRCA2. De ce fait, ces mutants aideraient à la compréhension de la fonction de MRG15 lors de la réparation de l'ADN. La seconde partie de mon doctorat concerne la sous-unité MBTD1. En effet, nous nous sommes intéressés à la fusion entre MBTD1 et le facteur d'épissage ZMYND11. Elle est retrouvée dans des cas de leucémies myéloïdes aigües (LMA). Nous avons montré que les mécanismes oncogéniques de cette fusion sont dépendants de la délocalisation sur les corps des gènes du complexes NuA4/TIP60 induisant une augmentation d'acétylation de H4. Ceci génère alors un défaut transcriptionnel dont une surexpression de l'oncogène Myc et des dérégulations d'épissage alternatif de transcrits spécifiques. De plus, nous avons mis en évidence les résidus essentiels pour l'interaction entre MBTD1 et la sous-unité EPC1, associant alors MBTD1 avec le reste du complexe NuA4/TIP60. Ensemble, ces résultats permettraient le développement de nouveaux outils thérapeutiques pouvant cibler MBTD1 afin de traiter les cas de LMA spécifiques. L'ensemble de ces travaux offre une meilleure compréhension des fonctions du complexe NuA4/TIP60 liées à ses différentes sous-unités, à la fois au niveau transcriptionnel mais également au niveau de la réparation de l'ADN. De plus, ils établissent les mécanismes oncogéniques associées à ce complexe. Ainsi, de futures stratégies thérapeutiques pourraient être développées. / Chromatin is an essential structure that governs cell homeostasis through various DNA molecule-dependent pathways such as gene expression, genome stability, apoptosis, etc. Thus, studying its regulatory mechanisms is a crucial issue in understanding cell functioning. One of the key factors in the modulation of chromatin structure is the acetyltransferase complex NuA4/TIP60. Indeed, this highly conserved multi-protein complex allows the acetylation of histones, including H4, and the incorporation of the H2A.Z variant. It then acts on several cellular mechanisms such as the repair of DNA double strand breaks by promoting homologous recombination or even the activation of transcription. This is why it is essential to understand in detail the functions of this complex. My doctoral project is divided into two parts according to the subunits of the NuA4/TIP60 complex studied. The first part concerns the MRG15 subunit, associated with many complexes and therefore involved in several functions such as the regulation of splicing or DNA repair. Combining genome editing methods with native complex purifications and mass spectrometry analysis, we were able to identify a new complex, composed of the BRD8, MRGBP, MRG15/X subunits as well as a new subunit, EP400NL, initially described as a pseudogene. Then, by an RNA sequencing technique, we show that this complex is important for modulating the expression of specific genes. In addition, we studied the W78A/F105A mutant of MRGBP which loses interaction with MRG15 and the W172A/Y235A mutant of MRG15 which loses its interaction with repair factors PALB2/BRCA2. Thus, these mutants would help to understand the function of MRG15 during DNA repair. The second part of my doctorate concerns the MBTD1 subunit. Indeed, we were interested in the fusion between MBTD1 and the splicing factor ZMYND11 found in cases of acute myeloid leukemia (AML). We then showed that the oncogenic mechanisms of this fusion are dependent on the delocalization of the NuA4/TIP60 complex on the bodies of the genes, leading to an increase of H4 acetylation. This generates a transcriptional alteration including overexpression of the Myc oncogene and deregulation of alternative splicing of specific transcripts. In addition, we have characterized the residues required for the interaction between MBTD1 and the EPC1 subunit, essential for the association of MBTD1 with the rest of the NuA4/TIP60 complex. Together, these results would allow the development of new therapeutic tools that can target MBTD1 to treat specific AML cases. All of this work provides a better understanding of the functions of the NuA4/TIP60 complex linked to its various subunits both at the transcriptional level but also in DNA repair. In addition, they establish the oncogenic mechanisms associated with this complex. Thus, future therapeutic strategies could be developed.
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Analyses génomiques et recherche de production de molécules naturelles antimicrobiennes d'une souche de Streptomyces fulvissimus chez l'hôte natif et par transfert hétérologue chez un hôte alternatif

Murphy Després, Xavier 01 February 2021 (has links)
Développé dans le contexte mondial de lutte aux souches microbiennes résistantes aux antibiotiques, ce projet de maîtrise a pour but d’isoler et de caractériser un opéron de synthèse d’une molécule naturelle potentiellement bioactive, un tétramate polycyclique macrolactame (PTM), provenant d’une souche de streptomycète peu caractérisée mais dont le génome a été récemment séquencé. L’objectif principal est de transférer l’opéron dans une souche spécialisée de Escherichia coli pour son expression et sa caractérisation. Nous avons observé que la souche d’intérêt, Streptomyces fulvissimus ATCC27431 / DSM40593, produisait effectivement une molécule capable d’inhiber la croissance d’une levure. Nous n’avons cependant pas été en mesure de réaliser l’isolation et le transfert hétérologue de l’opéron, malgré l’utilisation de trois approches différentes. La première approche consistait à obtenir directement les gènes de l’opéron via une amplification PCR à partir d’ADN génomique de S. fulvissimus. La seconde approche comportait l’assemblage de gènes synthétisés chimiquement pour reconstituer l’opéron sur deux plasmides. La dernière approche impliquait la création puis le criblage d’une librairie d’ADN génomique de S.fulvissimus basée sur le fosmide pCC1FOS dans l’hôte E. coli. Les résultats inattendus issus du séquençage de quelques fosmides ont justifié le séquençage complet de l’ADN génomique de la souche ATCC 27431 / DSM 40593. Les contigs obtenus montrent que notre souche diffère de la souche de S. fulvissimus dont le génome a été publié, ce qui suggère que le génome publié a été incorrectement associé à cette souche. Nos résultats montrent également que l’opéron de biosynthèse du PTM n’est pas présent, en tout ou en partie, dans ces contigs et que ces derniers ne s’alignent pas parfaitement avec l’ADN d’aucune souche connue de streptomycète, ce qui implique que nous avons séquencé, pour la première fois, l’ADN de cette souche de S. fulvissimus. L’analyse bio-informatique des contigs nous a permis de mettre en évidence chez cette bactérie des voies de biosynthèse de molécules naturelles potentiellement bioactives qui pourraient être d’intérêt pour des études futures. / In the context of the worldwide fight against drug-resistant microbes, this project aims to isolate and characterize a putative gene cluster for the synthesis of a bioactive molecule, a polycyclic tetramate macrolactam (PTM), from a poorly characterized but recently sequenced strain of Streptomyces1 . The main goal is to transfer the gene cluster in a specialised strain of Escherichia coli for its expression and characterization. We observed that the strain of interest, identified as Streptomyces fulvissimus DSM 40593 / ATCC 27431, indeed synthesized a molecule capable of inhibiting the growth of yeast. However, we have not been able to isolate or transfer the gene cluster even though we employed three different strategies. The first strategy involved PCR amplification of the gene cluster directly from S. fulvissimus’ genomic DNA. The second strategy involved the chemical synthesis and enzymatic assembly of the gene cluster on two plasmids. The final strategy involved the construction and screening of a S. fulvissimus genomic DNA library with the pCC1FOS fosmid in the E. coli host. DNA sequencing of a few fosmids generated unexpected results and justified the sequencing of the complete genome of Streptomyces fulvissimus ATCC 27431 / DSM 40593. The assembled DNA contigs differed from the sequence of the Streptomyces strain whose genome was previously published and suggest that the latter was probably mislabeled. Our contigs show that the PTM biosynthetic gene cluster is absent from our strain’s genome, and they do not align perfectly with the sequence of any published genome, which suggests that we sequenced the genome of the S. fulvimissus strain ATCC 27431 / DSM 40593 for the first time. Bioinformatics analysis allowed the detection of genes potentially involved in the biosynthesis of bioactive molecules that could be of interest in future studies.
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Réarrangement de génomes par inversions et analyse de l'ensemble des solutions minimales

Lefebvre, Jean-François January 2003 (has links)
Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.
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Statistique des comparaisons de génomes complets bactériens / Statistics of complete bacterial genome comparisons

Devillers, Hugo 22 February 2011 (has links)
La génomique comparative est l'étude des relations structurales et fonctionnelles entre des génomes appartenant à différentes souches ou espèces. Cette discipline offre ainsi la possibilité d'étudier et de comprendre les processus qui façonnent les génomes au cours de l'évolution. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la génomique comparative des bactéries et plus particulièrement aux méthodes relatives à la comparaison des séquences complètes d'ADN des génomes bactériens. Ces dix dernières années, le développement d'outils informatiques permettant de comparer des génomes entiers à l'échelle de l'ADN est devenu une thématique de recherche à part entière. Actuellement, il existe de nombreux outils dédiés à cette tâche. Cependant, jusqu'à présent, la plupart des efforts ont été dirigés vers la réduction du temps de calcul et l'optimisation de la mémoire au détriment de l'évaluation de la qualité des résultats obtenus. Pour combler ce vide, nous avons travaillé sur différents problèmes statistiques soulevés par la comparaison de génomes complets bactériens. Notre travail se divise en deux axes de recherche. Dans un premier temps, nous nous sommes employés à évaluer la robustesse des alignements de génomes complets bactériens. Nous avons proposé une méthode originale fondée sur l'application de perturbations aléatoires sur les génomes comparés. Trois scores différents sont alors calculés pour estimer la robustesse des alignements de génomes à différentes échelles, allant des nucléotides aux séquences entières des génomes. Notre méthode a été expérimentée sur des données génomiques bactériennes réelles. Nos scores permettent d'identifier à la fois les alignements robustes et non robustes. Ils peuvent être employés pour corriger un alignement ou encore pour comparer plusieurs alignements obtenus à partir de différents outils. Dans un second temps, nous avons étudié le problème de la paramétrisation des outils de comparaisons de génomes entiers. En effet, la plupart des outils existants manquent à la fois de documentation et de valeurs par défaut fiables pour initialiser leurs paramètres. Conséquemment, il y a un besoin crucial de méthodes spécifiques pour aider les utilisateurs à définir des valeurs appropriées pour les paramètres de ces outils. Une grande partie des outils de comparaisons de génomes complets est fondée sur la détection des matches (mots communs exacts). Le paramètre essentiel pour ces méthodes est la longueur des matches à considérer. Au cours de cette thèse, nous avons développé deux méthodes statistiques pour estimer une valeur optimale pour la taille des matches. Notre première approche utilise un modèle de mélange de lois géométriques pour caractériser la distribution de la taille des matches obtenus lorsque l'on compare deux séquences génomiques. La deuxième approche est fondée sur une approximation de Poisson de la loi du comptage des matches entre deux chaînes de Markov. Ces méthodes statistiques nous permettent d'identifier facilement une taille optimale de matches à la fois pour des séquences simulées et pour des données génomiques réelles. Nous avons également montré que cette taille optimale dépend des caractéristiques des génomes comparés telles que leur taille, leur composition en base ou leur divergence relative. Cette thèse représente une des toutes premières études dont l'objectif est d'évaluer et d'améliorer la qualité des comparaisons des génomes complets. L'intérêt et les limites de nos différentes approches sont discutés et plusieurs perspectives d'évolution sont proposées. / Comparative genomics is the study of the structural and functional relationships between genomes belonging to different strains or species. This discipline offers great opportunities to investigate and to understand the processes that shape genomes across the evolution. In this thesis, we focused on the comparative genomics of bacteria and more precisely, on methods dedicated to the comparison of the complete DNA sequences of bacterial genomes. This last decade, the design of specific computerized methods to compare complete genomes at the DNA scale has become a subject of first concern. Now, there exist many tools and methods dedicated to this task. However, until now, most of the efforts were directed to reduce execution time and memory usage at the expense of the evaluation of the quality of the results. To fill this gap, we worked on different statistical issues related to the comparison of complete bacterial genomes. Our work was conducted into two directions. In the first one, we investigated the assessment of the robustness of complete bacterial genome alignments. We proposed an original method based on random perturbations of the compared genomes. Three different scores were derived to estimate the robustness of genome alignments at different scales, from nucleotides to the complete genome sequences. Our method was trained on bacterial genomic data. Our scores allow us to identify robust and non robust genome alignments. They can be used to correct an alignment or to compare alignments performed with different tools. Secondly, we studied the problem of the parametrization of comparison tools. Briefly, most of the existing tools suffer from a lack of information and of reliable default values to set their parameters. Consequently, there is a crucial need of methods to help users to define reliable parameter values for these tools. Most of the comparison tools are rooted on the detection of word matches. The key parameter for all these tools is the length of the matches to be considered. During this thesis, we developed two statistical methods to estimate an optimal length for these matches. Our first approach consisted in using a mixture model of geometric distributions to characterize the distribution of the length of matches retrieved from the comparison of two genomic sequences. The second approach is rooted on a Poisson approximation of the number of matches between two Markov chains. These statistical methods allow us to easily identify an optimal length for the matches from both simulated and real genomic data. We also showed that this optimal length depends on the characteristics of the compared genomes such as their length, their nucleotide composition, and their relative divergence. This thesis represents one of the earliest attempts to statistically evaluate and to improve the quality of complete genome comparisons. The interest and limitations of our different methods are discussed and some perspectives are proposed.

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