L’objectif de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de l’adaptation microbienne à l’environnement fromager par des approches de génomique fonctionnelle via le modèle de Brevibacterium, un genre bactérien largement utilisé en technologie fromagère, mais dont l’implantation est parfois difficile à maîtriser.L’analyse génomique comparative de 23 souches de Brevibacterium, dont 12 issues de fromages, a révélé des différences en déterminants génétiques impliqués dans la capacité à croître à la surface du fromage. Parmi ces différences, plusieurs sont corrélées à la phylogénie des souches, et d’autres résultent de transferts horizontaux, notamment dans le cas des gènes liés à l’acquisition du fer et à la biosynthèse de bactériocines. Nous avons identifié des îlots génomiques correspondant à des transferts de gènes d’acquisition du fer entre des souches fromagères de Brevibacterium et des bactéries d’affinage appartenant à d’autres genres. Nous avons également mis en évidence un transposon conjugatif codant pour la synthèse de bactériocines présent chez des souches de Brevibacterium d'origine fromagère mais aussi chez une souche fromagère du genre Corynebacterium.L’étude fonctionnelle des interactions biotiques entre Brevibacterium et Hafnia alvei, une autre bactérie d’affinage du fromage, a été menée dans un modèle fromager développé au cours de ce travail. En couplant des analyses microbiologiques, biochimiques et transcriptomiques (RNA-seq), nous avons mis en évidence l’existence de différents mécanismes d’interaction entre ces bactéries. Ceux-ci concernent notamment l’acquisition du fer, la protéolyse, la lipolyse, le métabolisme soufré et le catabolisme du D-galactonate. Nos résultats suggèrent que dans la relation mutualiste observée entre certaines souches de Brevibacterium et H. alvei, cette dernière sécrète des sidérophores qui sont utilisés par Brevibacterium pour capter le fer plus efficacement, stimulant ainsi sa croissance. En contrepartie, Brevibacterium sécrète des lipases et des protéases qui dégradent les caséines et triglycérides du fromage en constituants énergétiques favorisant la croissance de H. alvei. Ce type d’interaction est intéressant à considérer pour la formulation des ferments d'affinage car il en résulte une meilleure capacité de tous les partenaires à coloniser le fromage, et ainsi à générer les propriétés technologiques recherchées. / The objective of this study was to better understand the molecular mechanisms of microbial adaptation to the cheese habitat by functional genomic approaches using Brevibacterium as a model microorganism. This bacterium is widely used for the manufacturing of cheese but its growth on the cheese surface is sometimes difficult to control.Comparative genomic analysis of 23 Brevibacterium strains, including 12 strains isolated from cheeses, revealed differences in genetic determinants involved in the growth on the cheese surface. Some of them are correlated to strain phylogeny and others are the result of gene transfers, especially those involved in iron acquisition and bacteriocin biosynthesis. We identified genomic islands corresponding to transfers of genes involved in iron acquisition between cheese-associated Brevibacterium strains and cheese-associated strains belonging to other genera. We also detected a conjugative transposon encoding bacteriocin production, which is present in cheese-associated Brevibacterium strains as well as in a cheese-associated Corynebacterium strain.Functional study of biotic interactions between Brevibacterium and Hafnia alvei, another cheese-ripening bacterium, was performed in a model cheese developed in this study. By coupling microbial, biochemical and transcriptomic (RNA-seq) analyses, we revealed several interaction mechanisms between these bacteria. These concern, in particular, iron acquisition, proteolysis, lipolysis, sulfur metabolism and D-galactonate catabolism. Our findings suggest that in the mutualistic relationship between some Brevibacterium strains and H. alvei, the latter stimulates Brevibacterium growth by the secretion of siderophores, which can be used by Brevibacterium to capture iron more efficiently. In return, Brevibacterium secretes lipases and proteases, which degrade cheese caseins and triglycerides into energetic substrates that stimulate H. alvei growth. This type of interaction is interesting to consider in the formulation of ripening cultures because it results in a better ability of all partners to colonize the cheese, and thus to generate the desired technological properties.

Au cours de la méiose, les points chauds de recombinaison sont le siège de la formation de cassures double-brin de l’ADN. Ces dernières sont ensuite réparées par un processus qui, chez de nombreuses espèces, favorise la transmission des allèles G et C : la conversion génique biaisée vers GC (gBGC). L’intensité de cet important distorteur de la ségrégation méiotique varie fortement entre espèces mais les facteurs déterminant son évolution sont toujours inconnus. Nous avons donc voulu quantifier directement le biais de transmission chez la souris et comparer les paramètres dont il dépend avec d’autres mammifères. Dans cette étude, en couplant des développements bioinformatiques à une technique de capture ciblée d’ADN suivie de séquençage haut-débit (capture-seq), nous avons réussi à mettre au point une approche qui s’est révélée 100 fois plus performante pour détecter les événements de recombinaison que les méthodes existant actuellement. Ainsi, nous avons pu identifier 18 821 crossing-overs (COs) et non-crossovers (NCOs) à très grande résolution chez des individus uniques, ce qui nous a permis de caractériser minutieusement la recombinaison chez la souris. Chez cette espèce, les points chauds de recombinaison sont ciblés par la protéine PRDM9 et sont donc soumis à une deuxième forme de conversion génique biaisée (BGC) : le biais d’initiation (dBGC). La quantification du dBGC et du gBGC à partir de nos données nous a permis de mettre en lumière le fait que, au moment où des populations structurées s’hybrident, le gBGC des lignées parentales est propagé par un phénomène d’auto-stop génétique (genetic hitchhiking) provenant du dBGC. Nous avons ensuite pu observer que, chez les souris mâles, seuls les NCOs — et plus particulièrement les NCOs contenant un seul marqueur génétique— contribuent à l’intensité du gBGC. En comparaison, chez l’Homme, à la fois les NCOs et au moins une part des COs (ceux qui présentent des tracts de conversion complexes) distordent les fréquences alléliques. Ceci suggère que la machinerie de réparation des cassures double-brin qui induit le biais de conversion génique (BGC) présente des variations au sein des mammifères. Nos résultats sont aussi en accord avec l’hypothèse selon laquelle une pression de sélection limiterait l’intensité de ce processus délétère à l’échelle de la population. Cela se traduirait par une compensation de la taille efficace de population à de multiples niveaux : par le taux de recombinaison, par la longueur des tracts de conversion et par le biais de transmission. Somme toute, notre travail a permis de mieux comprendre la façon dont la recombinaison et la conversion génique biaisée opèrent chez les mammifères. / During meiosis, recombination hotspots host the formation of DNA double-strand breaks (DSBs). DSBs are subsequently repaired through a process which, in a wide range of species, is biased towards the favoured transmission of G and C alleles: GC-biased gene conversion (gBGC). The intensity of this fundamental distorter of meiotic segregation strongly varies between species but the factors dictating its evolution are not known. We thus aimed at directly quantifying the transmission bias in mice and comparing the parameters on which it depends with other mammals. Here, we coupled capture-seq and bioinformatic techniques to implement an approach that proved 100 times more powerful than current methods to detect recombination. With it, we identified 18,821 crossing-over (CO) and non-crossover (NCO) events at very high resolution in single individuals and could thus precisely characterise patterns of recombination in mice. In this species, recombination hotspots are targeted by PRDM9 and are therefore subject to a second type of biased gene conversion (BGC): DSB-induced BGC (dBGC). Quantifying both dBGC and gBGC with our data brought to light the fact that, in cases of structured populations, past gBGC from the parental lineages is hitchhiked by dBGC when the populations cross. We next observed that, in male mice, only NCOs — and more particularly single-marker NCOs — contribute to the intensity of gBGC. In contrast, in humans, both NCOs and at least a portion of COs (those with complex conversion tracts) distort allelic frequencies. This suggests that the DSB repair machinery leading to gBGC varies across mammals. Our findings are also consistent with the hypothesis of a selective pressure restraining the intensity of the deleterious gBGC process at the population-scale: this would materialise through a multi-level compensation of the effective population size by the recombination rate, the length of conversion tracts and the transmission bias. Altogether, our work has allowed to better comprehend how recombination and biased gene conversion proceed in the mammalian clade

Les cytochromes P450 (CYP450) sont des hémoprotéines intervenant généralement dans la détoxication de l’organisme sous forme de biodégradation de molécules xénobiotiques et participent à la décomposition de certains médicaments. Cependant, les gènes codant pour les protéines CYP450 sont souvent sous-analysés dans les études génomiques à grande échelle en raison de leur difficulté d’analyse due à un haut taux de polymorphisme. Deux sous-familles seront étudiées plus en profondeur: les sous-familles CYP3A et CYP4F. La sous-famille CYP3A métabolise environ 50% des médicaments alors que les enzymes CYP4F, quant à eux, sont impliquées dans le métabolisme de composés endogènes, de nutriments et de médicaments. Les gènes de ces sous-familles sont fortement polymorphes et ce, à travers les populations humaines. Ainsi, la variabilité entre les différentes populations peut affecter la réponse aux médicaments et autres fonctions métaboliques. Dans ce projet, deux grands jeux de données, l’un en génétique des populations (le Projet des 1000 Génomes) et l’autre en transcriptomique (GTEx) seront utilisés afin d’identifier des signatures de sélection naturelle dans les gènes CYP3A et CYP4F, ainsi que leur impact sur l’expression génique de ces gènes. Nous avons détecté différentes forces de sélection (positive et balancée) dans les deux sous-familles. Certains polymorphismes identifiés comme étant sous pression sélective sont associés à une expression différentielle des gènes des deux sous-familles. Ce projet permet de mieux comprendre l’impact des mutations sous pression sélective se situant dans les gènes des sous-familles CYP3A et CYP4F. Cette caractérisation génétique permettra d’obtenir des prédictions plus fiables en pharmacogénomique et en génomique humaine, en raison de l’influence de ces gènes sur la réponse aux médicaments. / Cytochromes P450 (CYP450) are hemoproteins generally involved in the detoxification of the body of xenobiotic molecules and participate in the metabolism of many drugs. Genetic polymorphisms have been found to impact drugs responses and metabolic functions. However, genes encoding CYP450 proteins are often under-analyzed in large-scale genomic studies because the difficulty of analysis due to of their high rate of polymorphism. In this study, we investigate the genetic diversity for CYP450 genes. We found that two clusters, CYP3A and CYP4F, are notably differentiated across human populations with evidence for selective pressures acting on both clusters. The CYP3A subfamily metabolizes approximately 50\% of drugs while CYP4F enzymes are involved in the metabolism of endogenous compounds, nutrients and drugs. Indeed, we found signals of recent positive selection in CYP3A and CYP4F genes and signals of balancing selection in CYP4F genes. Futhermore, unusual linkage disequilibrium is detected in both cluster, suggesting co-evolution. eQTLs were also found in both clusters which indicate co-regulation and epistasis.

Cette étude pilote vise à développer une méthode d'analyse intégrative qui permet d'augmenter le taux de réussite du diagnostic clinique des mutations génétiques rares. De plus, l'identification de nouveaux gènes associés à l'ataxie épisodique (EA) et l'évaluation de nouveaux algorithmes de prédiction, pour un examen de variants plus robuste, découleront de l'enquête. Caractérisé par une perte sporadique de la coordination des mouvements volontaires, l'EA se manifeste généralement tardivement, avec une hétérogénéité clinique et génétique élevée, compliquant largement l’obtention d’un diagnostic précis. Alors que quatre gènes ont été liés aux huit sous-types d'EA, de nombreux patients demeurent sans diagnostic moléculaire dû aux limites des méthodes de séquençage d’ADN. Ces lacunes accentuent l’intérêt d’implanter le séquençage de l’ARN en milieu clinique, afin d’obtenir l’information fonctionnelle offerte par l’approche. Des patients atteints d’EA, sans diagnostic moléculaire malgré un examen approfondi, ont été recrutés à Montréal. Le séquençage du génome entier (WGS) et de l'ARN a été effectué sur des échantillons de sang pour identifier les variants nucléotidiques, l'expression différentielle, les événements d'épissage ainsi que les expansions de microsatellites. Plusieurs algorithmes de prédiction de la pathogénicité récents ont été choisis pour être testés parallèlement aux algorithmes standard. Des données WGS provenant d’un trio familial atteint de pathologies neurologiques ont également été soumises au pipeline génomique développé pour la cohorte EA. Des variants candidats ont été identifiés pour chaque patient en fonction des scores de pathogénicité, de la rareté des événements génétiques et des informations fonctionnelles et cliniques connues pour un gène altéré donné. Parmi les découvertes figurent des mutations non-sens, des faux-sens, de l'épissage alternatif ainsi que des expansions nucléotidiques dans des gènes associés aux ataxies spinocérébelleuses ou aux paraplégies spastiques. En plus d'être présents dans les ensembles de données de séquençage disponibles pour chaque patient, les événements génomiques ont été vérifiés par séquençage Sanger de l'ADN et de l'ARN lorsque possible. Les effets fonctionnels potentiels, prédits principalement à partir du RNA-seq et suggérant une expression anormale de l'ARNm, ont également été évalués par amplification PCR et qPCR traditionnelle. À ce jour, quatre des dix patients ont reçu ou sont en voie de recevoir un diagnostic clinique, et quatre autres présentent d’excellents candidats moléculaires pour expliquer une pathologie ataxique. Ce projet devrait permettre un diagnostic mieux défini, conduisant à une meilleure qualité de vie, une meilleure évaluation du pronostic et une meilleure prise en charge des patients. L’identification de modulateurs génétiques chez certains d’entre eux devrait également permettre une meilleure caractérisation clinique des conditions rapportées, bénéficiant les évaluations symptomatiques futures. De plus, la méta-analyse des données RNA-seq offre le potentiel de découvrir des régulateurs de pathogenèse communs à l’EA. Il favorisera également l'approche intégrative pour un plus large éventail de troubles et pourrait éventuellement conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques. / This pilot study aims to develop an integrative analysis method that allows for an increased diagnosis success rate of rare genetic mutations. Moreover, identification of novel genes associated with Episodic Ataxia (EA) and evaluation of new AI-generated prediction algorithms, for a more robust variant examination, will ensue from the investigation. Characterized by sporadic loss of voluntary movement coordination, EA typically manifest with a late onset as well as high-clinical and genetic heterogeneity, setting additional hurdles to diagnosis. While four genes have been linked to the eight subtypes of EA, many patients are left without molecular diagnosis due to the limitations of individual DNA-sequencing methods, which can be mitigated by the functional overview that RNA sequencing (RNA-seq) offers. EA patients, lacking molecular diagnosis despite in-depth examination, were recruited in Montreal. Whole-Genome sequencing (WGS) and RNA-seq were performed on blood samples to identify single nucleotide variants, differential expression, splicing events, structural variants and repeat expansions. Multiple recent pathogenicity prediction algorithms were chosen for testing concurrently to standard ones, in order to evaluate their performance and potential for clinical pipelines integration. WGS data of a family trio from France, in which the father and the daughter present neurologic pathologies, were also processed through the genomic pipeline that was developed for the EA cohort in order to identify the cause of their disorder. Candidate variants were identified for each patient according to pathogenicity scores, rarity of genetic events, and known functional as well as clinical information for a given altered gene. Among the findings are truncations, missenses, alternative splicing, and repeat expansions in genes already associated to either spinocerebellar ataxia or spastic paraplegia. In addition to being present in both datasets when available, validation of these interesting genomic events has been performed through Sanger Sequencing of both DNA and RNA when feasible. For strong candidates where the available functional information from RNA-seq suggests abnormal mRNA expression, validation includes PCR amplification as well as a traditional qPCR to support effects on transcripts. To this day, four out of ten patients have received or are on the verge of receiving a diagnosis, and four others are carrying excellent molecular candidates requiring further validation to explain their ataxic pathologies. This project should provide more defined diagnosis, leading to better quality of life, better evaluation of prognosis and better management of care for patients. Identification of genetic modifier in some of them should also allow for a better clinical characterization of the reported conditions, benefiting future patient examinations. A meta-analysis of our patients’ transcriptomic profiles could also uncover commonly affected pathways in EA development. It will also promote the integrative approach for a larger spectrum of disorders and might eventually lead to new therapeutic strategies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par la détérioration progressive et irréversible de toutes les facultés intellectuelles. Les récents développements scientifiques, et en particulier les apports de la génétique moléculaire, ont permis des avancées considérables dans la compréhension de l'étiologie de cette maladie. En fait, il s'agit d'une maladie dont les causes, tant environnementales que génétiques, sont nombreuses. Malgré ces progrès remarquables, les causes précises de la majorité des cas de MA demeurent en cette année 1999, inconnues. Il faut en déduire que d'autres facteurs restent à être identifiés. Plusieurs indices biochimiques et génétiques suggèrent qu'une anomalie mitochondriale pourrait être impliquée dans le développement de la MA. Ainsi, on rapporte que l'activité de l'un des maillons de la chaîne respiratoire mitochondriale (complexe cytochrome oxydase) est diminuée en comparaison d'individus normaux du même âge. La littérature scientifique suggère très fréquemment que le génome mitochondrial pourrait être la cause de ce déficit enzymatique. Cependant, aucune publication n'a pu jusqu'à ce jour lever le voile sur le rôle exact que joue ce génome dans la MA. Pour cette raison, nous avons amorcé un programme de recherche ayant pour but premier d'étudier la séquence de l'ADN mitochondrial (ADNmt) d'un nombre important de patients et de témoins provenant, pour la grande majorité, de la population fondatrice du Saguenay-Lac-St-Jean. Notre objectif était de déterminer si le déficit de l'activité cytochrome oxydase (CO) était associé à des variations de l'ADNmt situées dans les gènes pouvant affecter directement l'activité de cette enzyme (gènes COI, COII, COIII et les 22 ARN de transfert mitochondriaux). Avant de débuter l'analyse du génome mitochondrial, nous avons mesuré l'activité CO dans différentes régions du cortex cérébral de patients décèdes de la MA et comparé l'activité mesurée à celle d'individus normaux ou décèdes suite au développement d'une autre maladie neurodégénérative (démence à corps de Lewy, maladie de Parkinson ou démence cérébrovasculaire). Ainsi, nous avons démontré que l'activité CO était significativement diminuée dans le cortex frontal et pariétal des patients Alzheimer. Par contre, nous ignorons pourquoi certaines régions cérébrales, comme l'hippocampe qui est une structure très affectée par la MA, présentent une activité CO comparable à celle des témoins. D'autres part, nous avons observé que les patients Alzheimer de type sénile ayant une durée de maladie très courte ont une activité CO dans le cortex frontal et pariétal encore plus faible que ceux qui sun/ivent plus de dix ans à la maladie. Comme le niveau d'activité CO est un reflet de l'activité neuronale, on ne peut dire si cette diminution de fonction du complexe CO est réellement impliquée dans le développement de la MA ou si elle n'en est qu'une conséquence. Pour pouvoir incriminer ce déficit enzymatique, il faudrait pouvoir l'associer à une ou plusieurs anomalies génétiques, comme c'est le cas dans les cytopathies mitochondriales. Puisque le complexe CO est composé d'unités codées par le génome nucléaire et mitochondrial, la cause du déficit enzymatique pourrait se situer à l'intérieur de l'un de ces deux génomes. Pour notre étude, nous avons analysé toutes les régions du génome mitochondrial pouvant influencer le niveau d'activité de cette enzyme. C'est-à-dire les trois gènes indispensables à la formation du complexe CO (CO l, II et III) ainsi que les 22 ARN de transfert mitochondriaux (ARNt) qui servent à leur traduction. Au total, nous avons détecté la présence de 95 variations différentes à l'intérieur du génome mitochondrial de 69 patients Alzheimer et de 83 individus témoins. Ce qui ressort essentiellement de cette analyse génétique, c'est qu'il n'y a pas de différence majeure dans la séquence de l'ADNmt (gènes CO l, II, III et les 22 ARNt) entre les patients et les témoins. Nous pouvons donc affirmer que la baisse d'activité CO observée dans le cortex cérébral de la majorité des patients Alzheimer n'est pas causée directement par une anomalie de ces gènes mitochondriaux. En conséquence, l'hypothèse voulant que le génome mitochondrial soit la cause de ce déficit enzymatique et qu'il ait un rôle dans la MA est rejetée. Il existe seulement deux autres possibilités principales qui pourraient expliquer l'origine de ce déficit enzymatique. Soit que l'un des gènes nucléaires impliqués dans la formation ou le fonctionnement du complexe CO est défectueux ou finalement soit que cette diminution d'activité CO ne résulte que d'une adaptation de la chaîne respiratoire à une diminution importante de l'activité synaptique et du métabolisme cellulaire dans le cortex des patients Alzheimer. Néanmoins, nous ne pouvons pas totalement exclure la possibilité que l'ADNmt soit impliqué dans l'étiologie de la MA. En effet, nous avons observé qu'un nombre restreint de sujets sont porteurs de variations que l'on retrouve uniquement chez les individus qui ont développé la MA. Cependant, puisque ces variations sont relativement rares, elles ne sont certainement pas la cause du déficit CO présent chez la majorité des patients. Une de ces variations est un haplotype composé des polymorphismes situés aux positions 5633 (ARNtA'a), 7476 (ARNtSer) et 15812 (cytochrome b) que l'on a détecté chez 4,7% des patients mais chez aucun des 83 témoins. Étant donné que l'une de ces variations (15812) est déjà associée à une autre maladie neurodégénérative, que ces trois modifications sont modérément conservées et que leur fréquence dans différentes populations a été établie à environ 0,1%, nous pensons que la présence de cet haptotype pourrait représenter un risque de développer la MA. Il est donc possible que cette anomalie de l'ADNmt explique un faible pourcentage des cas de MA. Cependant, cette affirmation n'est pour l'instant que spéculative et ne serrait vérifiée que lorsque d'autres groupes de recherche auront confirmé ou infirmé cette association. D'autres résultats ont également été obtenus concernant, entre autres, 2 modifications de l'ADNmt qui avaient déjà été associées à la MA dans des études antérieures. Nous avons détecté ces deux variations (4336/ARNtQ et 5460/ND2) aussi bien chez les patients que chez les témoins; elles ne sont donc pas associées à la MA, du moins pas dans notre population. Par ailleurs, le troisième article (Chagnon étal., 1999) de la section résultat de cette thèse, rapporte que nous avons observé une différence significative (p Dans la dernière portion de notre étude, nous avons mesuré le taux de mutations somatiques (mutations ponctuelles qui s'accumulent au cours de la vie d'un individu) de plusieurs sujets et démontré qu'il n'y a pas plus de mutagenèse dans le gène COIII de l'ADNmt chez les patients que chez les témoins. Ce mécanisme, souvent cité dans la littérature pour sa participation au phénomène du vieillissement cellulaire, ne serait pas la cause du déficit CO et ne jouerait aucun rôle dans l'étiologie de la MA. En conclusion, cette étude du génome mitochondrial a nécessité l'analyse de la séquence de près de 10 kb d'ADN chez plus de 150 individus (au total, plus de 1 million de nucléotides analysés). Malgré l'ampleur de cette tâche, nous savions dès le départ que cette étude complète des trois gènes CO et des 22 ARNt mitochondriaux était, en quelque sorte, préliminaire. En effet, comme la MA est une maladie complexe et que les gènes connus faisant partie de son étiologie n'expliquent qu'un faible pourcentage de cas Alzheimer, il était peu probable de trouver un gène muté pouvant expliquer une majorité de cas. Le mieux que nous pouvions espérer était d'identifier des variations présentes chez certains patients mais pas chez les témoins. Le problème avec ce type de résultats, c'est qu'il est pratiquement impossible d'arriver à des conclusions fermes. Ainsi, pour l'haplotype que nous avons détecté chez un certain nombre de patients, il faudra attendre la confirmation de d'autres études ultérieures pour conclure définitivement de son implication dans la MA. -2- Quoi qu'il en soit, cette étude a déjà atteint un objectif très important puisque nous savons maintenant que les trois gènes CO et les 22 ARNt mitochondriaux, qui étaient des gènes candidats importants, ne sont pas la cause du déficit CO qui est observé chez la majorité des patients Alzheimer.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une analyse de liaison a précédemment été effectuée chez les mâles du croisement F2 entre deux souches de rats normotendus présentant une différence quantitative pour la masse cardiaque (WKY et WKHA). Celle-ci a permis d'établir que le chromosome 5 (incluant le gène du précurseur de l'ANF (Nppa)) contient un locus lié à la masse cardiaque et à la concentration ventriculaire en ANF (ANFv). L'utilisation de marqueurs M13 pour la production de génotypes permet l'obtention de résultats plus lisibles et l'automatisation du processus. Ceci a facilité la production des lignées congéniques WKHA contenant le locus du chromosome 5 en provenance des WKY (et inversement), générées pour renforcer les résultats précédemment obtenus. Chez les mâles des lignées WKY.WKHA-(D5Rat73- D5Mgh16) et WKHA.WKY-(D5RaM5-D5f?af245J, le fragment D5Rat45-D5Rat245 était lié à la masse cardiaque (selon la mesure du ratio largeur/longueur des cardiomyocytes isolés) et à l'ANFv. Cependant, chez les femelles de ces lignées, il a été prouvé que la provenance parentale du fragment d'intérêt déterminait la valeur de l'ANFv seulement. Ces résultats appuient ceux de l'analyse de liaison effectuée chez les femelles (F2 WKY/WKHA) ayant permis de déterminer que le locus du gène Nppa n'est pas lié à la masse cardiaque bien qu'il soit lié à l'ANFv. De plus, les mesures des ratio de largeur/longueur des cardiomyocytes isolés ont montré que les cellules isolées à partir des femelles WKHA étaient plus longues que celles des WKY mais, contrairement à ce qui est observé chez les mâles, pas plus larges.

Près de la moitié des embryons bovins produits par fécondation in vitro (FIV) et soigneusement sélectionnés pour un transfert chez une receveuse ne parviennent malheureusement pas à survivre au-delà du 60e jour de gestation. Cette problématique entraîne non seulement une perte biologique significative, mais elle engendre également des coûts relatifs importants pour les producteurs. Cela souligne la nécessité d'améliorer les techniques de sélection embryonnaires actuelles en FIV et souligne le besoin d’adopter des méthodes plus raffinées et scientifiquement fondées. Nous postulons qu'une analyse plus poussée, alimentée par l'apprentissage machine et enrichie par des techniques orientées-données, pourrait non seulement affiner de manière significative la méthode de sélection embryonnaire courante, mais aussi augmenter significativement le taux de gestations réussies au-delà du 60e jour en offrant un pouvoir prédictif. Pour ce faire, nous avons travaillé de concert avec l’Alliance Boviteq, une division du fournisseur mondial de semences bovines Semex qui se concentre sur le développement et la commercialisation de technologies en reproduction bovine. Un pipeline fut construit autour d'une méthode principale par machine à vecteurs de support afin de classifier les embryons produits par FIV en fonction de leur viabilité au 60e jour de gestation. Le modèle fut entraîné sur 2 457 embryons avec des résultats de gestation connus, chacun représenté par 128 caractéristiques génomiques et morphologiques. Les résultats démontrent un pouvoir prédictif caractérisé par une exactitude moyenne de 81 % et une précision moyenne de 72 %. Ces statistiques révèlent un potentiel d’augmentation de 10 à 20 % du nombre de gestations réussies des embryons produits par FIV dans l’industrie bovine. / Nearly half of the bovine embryos produced by in vitro fertilization (IVF) and carefully selected for transfer to a recipient unfortunately fail to survive beyond the 60th day of gestation. This issue not only results in significant biological loss but also incurs substantial costs for the producers. This underscores the need to improve current embryonic selection techniques in IVF and highlights the necessity of adopting more refined and scientifically based methods. We hypothesize that a more thorough analysis, powered by machine learning and enriched with data-oriented techniques, could not only significantly refine the current method of embryonic selection but also significantly increase the success rate of gestation beyond the 60th day by offering predictive power. To this end, we have worked in collaboration with Alliance Boviteq, a division of the global bovine semen provider Semex, which focuses on the development and marketing of bovine reproduction technologies. A pipeline was built around a main method using a support vector machine to classify the embryos produced by IVF based on their viability at the 60th day of gestation. The model was trained on 2,457 embryos with known gestation outcomes, each represented by 128 genomic and morphologic features. The results demonstrate a predictive power characterized by an average accuracy of 80% and an average precision of 72%. These statistics reveal a potential increase of 10 to 20% in the number of successful gestations of embryos produced by IVF in the bovine industry.

La leucémie myéloïde aiguë (LMA) est l’une des formes de cancer le plus génétiquement hétérogène avec un faible taux de survie globale sur 5 ans de 21 % 1. En effet, les traitements standards sont peu efficaces pour les patients plus âgés, ceux présentant des comorbidités, ceux en rechutes ou pour les cas résistants. Bien que notre compréhension génétique de la LMA ait progressé ces dernières années, les traitements ont peu évolué et le taux de survie reste toujours faible chez les patients. À la suite d’un criblage de plus de 10 000 composés sur 56 échantillons primaires de LMA, nous avons regroupé des composés actifs contre la LMA à l’aide d’une nouvelle approche développée par notre groupe, nommée Compound Correlation Cluster (CCC) 2. L’hypothèse à l’origine de cette méthode de regroupement est que les composés d’un même CCC agissent sur les mêmes cibles moléculaires. Dans le présent mémoire, nous caractérisons une nouvelle petite molécule issue d’un de ces CCC, le BMS-249 du CCC88, un potentiel agent thérapeutique prometteur ciblant les sous-types de LMA à mauvais pronostic clinique. En effet, nous avons démontré que les spécimens de LMA TP53 mutés, à caryotype complexe, ou à risque défavorable, sont plus sensibles au BMS-249. Grâce à un criblage CRISPR/Cas9 sur l’ensemble du génome humain, nous avons déterminé que les gènes importants de la voie moléculaire du mévalonate et du cholestérol étaient impliqués dans son mécanisme d’action. Par des études de synergie et de quantification des lipides, nos résultats montrent que le BMS-249 impacte la voie métabolique du cholestérol dans des modèles de cellules leucémiques. De manière intéressante, des études récentes sur les statines ont montré que le métabolisme du cholestérol est une cible thérapeutique d’intérêt en LMA 3, et l’effet du BMS-249 sur cette voie démontre effectivement qu’elle est cruciale pour la survie des cellules cancéreuses. Dans l’avenir, de plus amples études sur la relation entre la structure et l’activité du BMS-249, à des fins d’optimisation et d’identification directe de la cible moléculaire, seront grandement pertinentes. Globalement, nos résultats ont démontré que l’approche par CCC permet de rapidement trouver des voies moléculaires importantes pouvant être ciblées pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques contre la LMA. / Acute myeloid leukemia (AML) is one of the most genetically heterogeneous forms of cancer with a low 5-year overall survival rate of 21% (1). Indeed, standard treatments are not very effective for older patients, those with comorbidities, those in relapse or for drug resistant cases. Although our genetic understanding of AML has progressed in recent years, treatments have slowly evolved, and the survival rate remains low among patients. Following a screening of more than 10,000 compounds on 56 primary AML samples, we clustered compounds active against AML using a novel approach developed by our group, named Compound Correlation Cluster (CCC) (2). The assumption behind this clustering method is that compounds of the same CCC act on the same molecular targets. In this thesis, we characterize a new small molecule derived from one of these CCCs, the BMS-249 of CCC88, a potential promising therapeutic agent targeting AML subtypes with poor clinical outcomes. Indeed, we demonstrated that specimens of AML TP53 mutated, with a complex karyotype, or at unfavorable risk are more sensitive to BMS-249. Through a human genome-wide CRISPR/Cas9 screen, we determined that important genes of the mevalonate and cholesterol molecular pathway are involved in its mechanism of action. Through synergy and lipid quantification studies, our results show that BMS-249 impacts the cholesterol metabolic pathway in leukemic cell models. Interestingly, recent studies on statins have shown that cholesterol metabolism is a therapeutic target of interest in AML (3), and the effect of BMS- 249 on this pathway effectively demonstrates that it is crucial for cancer cell survival. In the future, further studies on the relationship between the structure and activity of BMS-249, for the purpose of optimization and direct identification of the molecular target, will be highly relevant. Overall, our results demonstrated that the CCC approach allows to quickly find molecular pathways that can be targeted for new therapeutic agents against AML.

La fibrillation auriculaire (FA) est l'arythmie cardiaque la plus répandue dans le monde et est associée à une hausse de morbidité et une mortalité importante. Des progrès substantiels dans notre compréhension de l'étiologie de la maladie ont été réalisés au cours des deux dernières décennies, conduisant à une amélioration du traitement et de la gestion de la maladie. Cependant, le fardeau de la FA continue d'augmenter. De plus, les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à l’initiation et à la progression de la FA restent incomplètement compris. Dans cette thèse, mon objectif était de caractériser de nouveaux déterminants moléculaires et cellulaires de la FA en utilisant une approche multiomique. J'ai d'abord utilisé le séquençage de l'ARN (RNAseq) pour l'ARN total et les micro-ARN (miRNA) afin de dévaluer l'effet de la FA sur l’expression génique dans deux modèles canins de FA. Ces résultats ont impliqué le locus orthologue humain 14q32 et son lien potentiel avec la signalisation du glutamate. Dans le chapitre trois, j'ai démontré les lacunes actuelles des modèles statistiques utilisés pour prédire l'effet régulateur des régions de chromatine ouvertes sur l'expression des gènes dans des essais multiomiques à noyau unique et suggéré des alternatives montrant un meilleur pouvoir prédictif. Dans le chapitre quatre, j'ai utilisé des analyses par locus quantitatifs d'expression (eQTL) pour caractériser les variants génétiques communs associés à la FA. Grâce à des analyses de colocalisation, une cartographie fine et un multiome à noyau unique, j'ai justifié mécaniquement l’effet de variants non-codants et fait la priorisation de gènes candidats, notamment GNB4, MAPT et LINC01629. Enfin, dans le chapitre cinq, j'ai fourni une caractérisation approfondie des gènes persistants de FA différentiellement exprimés au niveau cellulaire et identifié les facteurs de transcription potentiels impliqués dans leur régulation. En résumé, l’utilisation d’une approche multiomique a permis de découvrir de nombreuses nouvelles voies cellulaires et génétiques modifiées au cours de la FA ainsi que des gènes candidats impliqués dans le risque génétique de la FA. Ces résultats fournissent des informations et ressources importantes pour concevoir de nouvelles stratégies thérapeutiques, impliquant à la fois des cibles génétiques et nouvelles voies cellulaires pour lutter contre cette maladie cardiaque commune. / Atrial fibrillation (AF) is the most prevalent cardiac arrhythmia worldwide and is associated with important morbidity and mortality. Substantial advancement in our understanding of the disease etiology have been made in the past two decades leading to improved treatment and management of the disease, however, AF burden continues to increase. Moreover, the molecular and cellular mechanisms underlying AF initiation and progression remain incompletely understood. In this thesis I aimed to characterise novel molecular and cellular determinants of AF using a multiomic approache. In chapter two, I used RNA sequencing (RNAseq) for total RNA and micro-RNAs (miRNA) to decipher the effect of AF in two canine models, which implicated the orthologue human locus 14q32 and its potential role in glutamate signaling regulation. In chapter three, I demonstrated current shortcomings of statistical models used to predict the regulatory effect of open chromatin regions on gene expression in single nuclei multiomic assays and suggested alternatives showing better predictive power. In chapter four, I used expression quantitative loci (eQTL) to characterize AF associated common genetic variants. Through co-localization analyses, fine-mapping and single nuclei multiome, I mechanistically substantiated non-coding variants and prioritized strong candidate genes including GNB4, MAPT and LINC01629. Finally, in chapter five, I provided a deep characterization of persistent AF differentially expressed genes (DEGs) at the cellular level and identified potential transcription factors involved in their regulation. In summary, using a multiomic approach unraveled numerous new cellular and gene pathways altered during AF and candidate genes implicated in AF genetic risk. These findings provide important insights and data resources to design novel therapeutic strategies, targeting both genetically derived candidate genes and cellular pathways to address this pervasive cardiac disease.

Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Le longicorne asiatique, Anoplophora glabripennis, originaire de Chine et de la péninsule coréenne, est devenu un insecte nuisible qui représente une menace significative pour les forêts et les économies du monde entier. La gestion efficace de ses invasions et de ses dommages potentiels repose sur une détection précoce grâce aux méthodes de biosurveillance. Dans cette thèse, j'utilise des techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) et des méthodes de génomique des populations pour 1) caractériser la similarité et la différenciation des populations de ce coléoptère, 2) identifier les signatures génomiques qui déterminent la différenciation entre les lignées génétiques et les signatures génomiques associées à l'adaptation environnementale (i.e. variables climatiques), en particulier l'adaptation au froid, 3) éclairer l'histoire de son invasion en Amérique du Nord. Dans le premier chapitre, j'étudie la structure de population des ALB indigènes de l'Asie pour informer la conception des outils de biosurveillance afin d'identifier les sources d'invasion. En utilisant des individus de populations indigènes, en séquençant leurs génomes grâce au séquençage par génotypage (GBS), et en identifiant des marqueurs de polymorphisme nucléotidique (SNP) à l'échelle du génome, j'ai comparé la diversité génétique, mesuré le flux de gènes, et effectué des tests d'assignation de population. J'ai identifié six groupes génétiques avec une division claire entre les groupes du nord et du sud de l'aire de répartition native de cette espèce. Nos résultats démontrent qu'un petit nombre de SNPs peut assigner précisément des individus à des régions géographiques, jetant les bases pour de nouveaux outils de biosurveillance pour l'ALB. Dans le deuxième chapitre, j'examine les signatures génomiques sous sélection associées aux variables climatiques, en particulier la température. J'ai effectué un séquençage complet du génome sur dix échantillons multiplexés, chacun avec 20 individus, pour produire une forte densité de marqueurs SNP à l'échelle du génome. Le criblage du génome et l'analyse gène-environnement (GEA) ont été utilisés pour identifier plus de 5 000 gènes potentiellement impliqués dans l'adaptation locale chez l'ALB. Alors que des gènes communs de tolérance au froid, tels que la glycérol kinase, les cytochromes P450, la protéine antigel et les protéines de choc thermique ont été trouvés à travers des analyses de sélection, ceux-ci n'étaient pas significatifs dans l'analyse GEA, indiquant une relation complexe entre les facteurs environnementaux et l'évolution génétique de la tolérance au froid. Ce profilage génomique complet offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes génétiques sous-jacents à l'adaptation locale chez cette espèce. Dans le troisième chapitre, j'utilise des données génomiques obtenues grâce à la technologie GBS pour reconstruire l'histoire invasive du longicorne asiatique en Amérique du Nord (NA) et mieux comprendre les invasions biologiques. Les résultats révèlent que la plupart des populations invasives de NA proviennent de plusieurs introductions indépendantes du nord de la Chine. Les origines spécifiques incluent la Région Nord Deux pour les populations de l'Illinois, de Toronto et de l'Ohio, la Région Sud pour les populations du Massachusetts, et la Région Nord Un pour les populations de Farmingdale, New York. Après leur introduction, toutes les populations ont connu des goulots d'étranglement, certaines connaissant également une seconde expansion, comme New York. Les résultats de notre étude sont cohérents avec les données historiques, offrant de nouvelles perspectives sur la dynamique d'invasion de cette espèce. En conclusion, cette thèse présente une étude approfondie sur la structure populationnelle, l'adaptation et l'histoire invasive du longicorne asiatique en utilisant des techniques génomiques avancées. Nos découvertes améliorent non seulement notre compréhension de la biologie de ce coléoptère et de ces mécanismes adaptatifs, mais fournissent également des perspectives précieuses pour le développement de stratégies de biosurveillance efficaces pour gérer et atténuer les impacts de ses invasions. Alors que la menace des espèces invasives continue d'augmenter à l'échelle mondiale, les méthodes et les connaissances acquises grâce à cette étude peuvent être appliquées à d'autres nuisibles invasifs, contribuant finalement à la protection de nos forêts, écosystèmes et économies. / The Asian longhorned beetle (ALB) Anoplophora glabripennis, native to China and Korea Peninsula, has become a global insect pest that poses a significant threat to forests and economies worldwide. Effective management of its invasions and potential damage relies on early detection through biosurveillance methods. In this thesis, I utilize next-generation sequencing (NGS) techniques and population genomics methods to 1) characterize the beetle's population similarity and differentiation, 2) identify genomic signatures that determine the differentiation between genetic lineages in its native range and signatures related to environmental adaptation associated with climate variables especially cold adaptation, and 3) provide insight on its invasion history in North America. In the first chapter, I investigate the population structure of native ALB populations to inform the design of biosurveillance tools for identifying invasion sources. By collecting native population samples, sequencing their genomes using genotyping-by-sequencing (GBS), and obtaining genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) markers, I compared genetic diversity, measured gene flow, and conducted population assignment tests. I identified six genetic clusters with a clear division between northern and southern groups. Our results demonstrate that a small number of SNPs can accurately assign individuals to geographic regions, laying the foundation for new ALB biosurveillance tools. In the second chapter, I examine genomic signatures under selection and associated with climate variables, specifically temperature. I performed whole genome sequencing on ten pooled samples, each with 20 individuals, to produce high-density genome-wide SNP markers. Genome scans and gene-environment analysis (GEA) were used to identify over 5,000 genes potentially involved in local adaptation in ALB. Notably, while common cold tolerance genes, such as glycerol kinase, cytochrome P450s, antifreeze protein, and heat shock proteins, were found through selection scans, these were not significant in GEA analysis, indicating a complex relationship between environmental factors and genetic evolution of cold tolerance. This comprehensive genomic profiling provides new insights into the genetic mechanisms underlying local adaptation in this species. In the third chapter, I use genomic data obtained through GBS technology to reconstruct the invasion history of the Asian longhorned beetle in North America (NA) to better understand the biological invasions in the invasive region. Findings reveal that most NA invasive populations originated from multiple independent introductions from northern China. Specific origins include North Region Two for populations in Illinois, Toronto, and Ohio, South Region for Massachusetts populations, and North Region One for Farmingdale, New York populations. Post introduction, all populations experienced bottleneck events, with some also experiencing secondary spread, such as New York. The results of our study are consistent with historical records, offering further insights into the invasion dynamics of this species. In conclusion, this thesis presents a detailed study of the Asian longhorned beetle's population structure, adaptation, and invasion history using advanced genomic techniques. Our findings not only enhance our understanding of the beetle's biology and adaptive mechanisms but also provide valuable insights for developing effective biosurveillance strategies to manage and mitigate the impacts of its invasions. As the threat of invasive species continues to rise globally, the methods and knowledge gained from this study can be applied to other invasive pests, ultimately contributing to the protection of our forests, ecosystems, and economies.