Certaines plantes comme le jute, la ramie et le lin contiennent de longues cellules fibres caractérisées par la présence d’une épaisse paroi secondaire riche en cellulose et pauvre en lignine. Peu de choses sont connues concernant la biosynthèse de leur paroi, particulièrement en ce qui concerne les mécanismes qui contrôlent la lignification. Pour améliorer nos connaissances sur ces mécanismes chez le lin, deux approches de génomique fonctionnelle ont été développées. La première approche repose sur la technique de VIGS (Virus-Induced Gene Silencing). Le protocole d’infection a été optimisé en utilisant le gène contrôle PDS (Phytoene desaturase). Cette approche a ensuite été appliquée pour caractériser fonctionnellement les gènes de cellulose synthases A. La seconde approche concerne la création d’une population de mutants EMS et le développement d’une stratégie de TILLinG (Targeted Induced Local Lesions in Genomes). Le criblage Li-Cor de deux gènes (C3H et CAD) impliqués dans la biosynthèse des monolignols a permis d’identifier respectivement 79 et 76 familles de mutants pour chaque gène. Les calculs indiquent que la population présente un taux de mutation 1/41 Kb. Un criblage cytologique de la population de mutants a ensuite permis d’identifier une sous-population (lbf) présentant des fibres lignifiées. Une caractérisation approfondie des mutants lbf1 indique que le contenu en lignine des fibres est augmenté de 350% et associé à d’importantes modifications dans le pool d’oligolignols. Les analyses transcriptomiques suggèrent que l’augmentation de la lignification est associée à une régulation positive de l’expression de peroxydases impliquées dans la lignification. / Certain plants such as jute, ramie and flax contain elongated fiber cells (bast fibers) characterized by the presence of a thick cellulose-rich secondary cell wall containing low amounts of lignin. Little is known about cell wall biosynthesis in bast fibers and especially about the mechanisms controlling lignification. To improve our understanding of cell wall formation in the fiber model plant flax, we developed two functional genomics approaches. The first approach is based on the VIGS (Virus-induced gene silencing) procedure. We firstly optimized the infection protocol for flax using the PDS (Phytoene desaturase) control gene. We then used our protocol to functionally characterize cellulose synthase A genes. The second approach concerned the characterization of a flax EMS mutant population and the development of a TILLinG (Targeted Induced Local Lesions in Genomes) strategy. Li-Cor based screening of two genes (C3H and CAD) involved in monolignol biosynthesis allowed us to identify respectively, 79 and 76 mutant families for each gene. Calculation indicated that our population has a mutation rate of 1/41 Kb. Subsequently we used a high throughput cytological screening of our mutant to identify a sub-population showing lignified bast fibers (lbf population). In-depth characterization of the flax lbf1 mutant indicate that bast fiber lignin content increased by 350% and was associated with important modifications in the oligolignol pool. Whole genome transcriptomics suggested that increased lignification was related to an important up-regulation in lignin-associated peroxidase gene expression.

L'obesité est un problème de santé en soi et c'est aussi un facteur de risque pour de nombreux autres problèmes de santé. Outre le contrôle de l'alimentation et l'activité physique, les options pharmacologiques contre l'obésité restent limitées et de nouvelles options thérapeutiques sont nécessaires. Dans ce contexte, la génomique fonctionnelle peut identifier de nouvelles options pour gérer et étudier l'obésité. Notre groupe de recherche a identifié deux gènes liés aux deux principaux facteurs ayant un impact sur le développement de l'obésité : La diète, principalement riche en gras (HFD) et l'exercice. Ces deux gènes clés sont le trefoil factor family member 2 (Tff2) et la secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC). Alors que Tff2 a été identifié comme un gène induit par la HFD, SPARC a été caractérisé comme un gène induit par l'exercice. Notre groupe de recherche a également constaté que les souris Tff2 knock-out (KO) sont protégées contre l'obésité induite par la HFD. Par conséquent, ma thèse explore Tff2 et Sparc dans le contexte de l'obésité et le métabolisme énergétique. Tff2 est principalement exprimé dans le système digestif où elle a une propriété de protection des muqueuses, tandis que Sparc est plus largement distribué et s'exprime principalement lors de remodelage tissulaire dans des situations telles que les blessures et la croissance. Les parties théoriques de cette thèse décrivent diverses propriétés de Tff2 et Sparc décrites dans la littérature telles que le métabolisme et les rôles cellulaires ainsi que les implications et les applications potentielles des données que j'ai générées. Pour mes données de recherche rapportées dans cette thèse, elles sont divisées en trois publications. La première, explore des souris Tff2 KO pour expliquer leur protection contre l'obésité induite par la HFD. Les souris Tff2 KO avaient des taux plus faibles de glucose, de triglycérides et de glycérol. Leurs niveaux d'expression génique et protéique indiquent moins de stockage de graisse et une dépense énergétique accrue en améliorant l'utilisation des lipides et du glucose via la phosphorylation oxydative. Nos données mettent en évidence les voies liées à Tff2 comme potentielles cibles pour les thérapies contre l'obésité. Via une expérimentation animale, la deuxième étude vise à identifier des implications de SPARC principalement dans le muscle dans les contextes de l'exercice. Les souris ont été divisées en huit groupes en fonction de trois variables (âge, génotype et exercice). Les effets du Sparc KO sur la composition corporelle, l'adiposité et le métabolisme sont vers une réduction du tissu adipeux blanc et du poids corporel, mais avec un phénotype métabolique et fonctionnel musculaire négatif. Alors que ces effets négatifs s'aggravent avec le vieillissement, ils sont relativement améliorés par l'exercice. Nos données suggèrent aussi que les changements induits par l'exercice dans le phénotype du muscle squelettique (métabolisme, force et développement), y compris les changements induits par le lactate, dépendent de SPARC. Le troisième article à deux parties. Tout d'abord, j'explore les conséquences du Sparc KO et les compare aux effets du vieillissement. J'observe également les effets de l'exercice. Dans la deuxième partie, j'étudie les effets de la surexpression de Sparc et les compare aux avantages de l'exercice. Les mesures étaient principalement liées au poids des tissus, à l'adiposité, au métabolisme et à la force musculaire. Collectivement, ces résultats, et les données de la deuxième étude, montrent que les souris Sparc KO développe un phénotype semblable au vieillissement, tandis que la surexpression de SPARC et l'exercice génèrent des avantages similaires. Ces avantages visent à contrer à la fois le phénotype du vieillissement induit par le déficit en SPARC et à améliorer les changements liés à l'âge. Les applications potentielles de ces résultats sont de construire/optimiser des modèles d'animaux basés sur Sparc KO et, d'autre part, de développer des thérapies contre l'obésité, les troubles métaboliques ou liés à l'âge basées sur l'introduction de SPARC ou le ciblage des voies liées à SPARC pour imiter l'exercice. L'exploration de telles voies moléculaires permettrait à la fois d'élucider certains mécanismes et de développer une nouvelle génération d'options thérapeutiques pour l'obésité et les troubles métaboliques, y compris les troubles liés à l'âge. De telles approches seraient basées sur le ciblage de TFF2, SPARC ou de leurs voies connexes. / Obesity represents a challenge for health professionals. It is a health problem itself and it is also a risk factor for numerous health problems. Beside diet control and physical activity, the pharmacological options against obesity remain limited and novel therapeutic options are required. Within this context, functional genomics represents an emerging approach to identify novel options to manage and study obesity. Our research group has previously conducted functional genomics explorations to identify genes related to the two main factors impacting obesity development: Diet (mainly high fat) and exercise. Indeed, both diet, especially high-fat diet (HFD), and exercise are at the center of obesity management. Those functional genomics studies identified two key genes: Trefoil factor family member 2 (Tff2) and secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC). Whereas Tff2 was identified as a HFD-induced gene, SPARC was characterized as an exercise-induced gene. Following that, our research group has also found that Tff2 knock-out (KO) in mice protects them from the HFD-induced obesity. Therefore, my thesis explores Tff2 and Sparc within the context of obesity and energy metabolism. Tff2 is mainly expressed in the digestive system where it has mucus protection property, whereas Sparc is more widely distributed and is expressed mainly during tissues remodeling in situations such as injuries and growth. The theoretical parts of this thesis describe various properties of both Tff2 and Sparc reported in the literatures such as metabolism and cellular roles as well as implications and potential applications of the data I generated. For the research parts reported in this thesis, they are divided into three publications. The first one, explores Tff2 KO-related pathways of mice at the genomic, proteinic and biochemical levels to elucidate the processes behind their protection from the HFD-induced obesity. Tff2 KO mice had lower levels of serum glucose, triglycerides and glycerol. Western blotting and Q_RT-PCR revealed that the expression levels of selected genes and proteins are toward less fat storage and increased energy expenditure by enhancing lipid and glucose utilization via oxidative phosphorylation. The data highlight Tff2-related pathways as potential targets for obesity therapies. Via an animal experiment, the second study aims to identify selected implications of SPARC mainly within the muscle in the contexts of exercise. Mice were divided into eight groups based on three variables (age, genotype and exercise): Old or young × Sparc KO or wild type × sedentary or exercise. The exercised groups were trained before all mice were sacrificed. Sparc KO effects on body composition, adiposity and metabolic patterns are toward a reduced white adipose tissue and body weight, but with a negative metabolic and functional phenotype of the skeletal muscle. Whereas such negative effects on skeletal muscle are worsened with ageing, they are relatively improved by exercise. Importantly, our data suggest that the exercise-induced changes in the skeletal muscle phenotype, in terms of increased performance (metabolic, strength and development) including lactate-induced changes, are SPARC-dependent. The third paper studies and compares both Sparc KO and Sparc overexpression in male and female mice. First, I explore the consequences of Sparc KO and compare them to the ageing phenotype. I also observe the effects of exercise. In the second part, I study the consequences of SPARC overexpression and compare them to the exercise benefits. The measurements were mainly related to tissue weights, adiposity, metabolism, and muscle strength. Collectively, these findings and data show that Sparc KO mice manifest an ageing-like phenotype, whereas SPARC overexpression and exercise generate similar benefits. These benefits are towards counteracting both SPARC deficiency-induced ageing-like phenotype as well as reversing the age-related changes. The potential applications of these findings are to build/optimize Sparc KO-based animal models of various health conditions and, on the other hand, to develop therapies based on introducing SPARC or targeting SPARC-related pathways to mimic exercise against obesity, age-related and metabolic disorders. Exploring such molecular patterns would allow both mapping some underlying mechanisms and developing a new generation of therapeutic options for obesity and metabolic disorders, including age-related disorders. Such approaches would be based on targeting TFF2, SPARC or their related pathways.

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable des infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). L’émergence de nouvelles souches épidémiques hypervirulentes, multi-résistantes aux antibiotiques et possédant une grande capacité de transmission, telles que LESB58, entraîne de grandes difficultés de traitement et une augmentation de la mortalité chez ces patients. Le séquençage complet de LESB58 a révélé un génome à 90% hautement conservé additionné de 455 gènes regroupés sous six prophages (PPs) et cinq îlots génomiques (GIs). Cette étude a pour objectif de déterminer l’implication de ces régions supplémentaires dans la pathogénie de LESB58. Une mutagenèse à étiquette signature (STM) suivie de plusieurs criblages ont permis de sélectionner 162 mutants dont 11 portant une insertion dans un GI ou PP. Des analyses subséquentes ont été réalisées sur ces mutants afin d’évaluer leur niveau de virulence in vivo dans un modèle d’infection pulmonaire chronique chez le rat. Des analyses de génomique ont été effectuées sur deux de ces mutants afin de mieux comprendre leur incapacité à établir l’infection dans le modèle d’infection in vivo. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen and causes chronic pulmonary infection to cystic fibrosis (CF) patients. The hypervirulent epidemic strain LESB58 is associated with high transmissibility and is highly resistant to antibiotics causing increased morbidity and mortality. Whole genome sequencing of LESB58 revealed a 90% highly conserved core genome and 455 additional genes grouped in five genomics islands (GIs) and six prophages (PPs). The aim of this study was to determine the implication of the accessory genome in LESB58 virulence. We performed a signature tagged mutagenesis (STM) followed by an in vivo screening of the mutants. From 162 STM mutants defective for in vivo maintenance, we selected 11 harbouring an insertion in GI or PP for further virulence analysis. Two of these mutants were used for genomics analysis in order to better understand their incapacity for in vivo maintenance in the rat model of chronic lung infection.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Le touladi est une espèce de salmonidé exploitée de manière importante par la pêche sportive. Cette pêche est entre autres supportée par des populations d’écotypes planctivore et piscivore utilisant des niches écologiques différentes. Cependant, les connaissances concernant la divergence évolutive entre ces deux écotypes demeurent pour l’instant très limitées. Cette étude visait à investiguer les bases génomiques de la divergence adaptative entre ces écotypes à partir d’analyses morphologiques (géométrie morphométrique, mesures linéaires et morphométrie des branchiospines) et d’analyses génétiques (3925 marqueurs de type «polymorphisme nucléotidique simple») effectuées sur un total de 367 touladis provenant de 12 lacs. Les résultats ont démontré une divergence morphologique potentiellement reliée à l’exploitation de niches écologiques différentes, une forte divergence génomique neutre entre les différentes populations de touladi et une divergence génomique potentiellement adaptative entre les écotypes. Ces résultats pourront servir à améliorer les mesures de gestion du touladi actuellement en place. / Lake Trout is an important salmonid species exploited by sport fishing. This fishery is supported by planktivorous and piscivorous Lake Trout populations, that use different ecological niches. Nevertheless, knowledge about evolutionary divergence between these two ecotypes remains scarce. The goal of this study was to investigate the genomic basis of the adaptive divergence between these two Lake Trout ecotypes using morphological analyses (geometric morphometrics, linear measurements and gill rakers morphometry) and genetic analyses (3 925 single nucleotide polymorphism markers) performed on a total of 367 Lake Trout from 12 lakes. The results demonstrated a morphological divergence that is potentially related to the use of different ecologial niches, a strong neutral genomic divergence between populations and a potentially adaptive genomic divergence between ecotypes. The results of this study could be used to improve management policies for this species.

Pseudomonas aeruginosa est l’agent pathogène principal causant des infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). Le mutant STM_modA dérivé de la souche P. aeruginosa PAO1 a été obtenu par mutagénèse par étiquette-signature et est donc incapable de persister dans le poumon d’un modèle de rat. Le mutant STM_modA présente une mutation par insertion interrompant le cadre de lecture du gène modA, dont le produit fait partie du transporteur ModABC qui permet l’internalisation du molybdate depuis l’espace périplasmique. Le molybdate est la forme environnementale et assimilable du molybdène, essentiel pour l’activité des molybdoenzymes. Il a été démontré par les présents travaux que l’activité du transporteur ModABC est essentielle pour l’infection pulmonaire chronique chez le rat, pour la formation du biofilm, pour la résistance à la prédation par l’amibe Dictyostelium discoideum, pour la dénitrification et la croissance anaérobie subséquente, ainsi que pour l’expression du transcriptome en conditions anaérobies. / Pseudomonas aeruginosa is the main pathogen causing chronic lung infections in cystic fibrosis patients. The genome of the laboratory reference strain PAO1 was sequenced revealing its highly complex virulence regulatory network and a large part of genes of unknown function. A PCR-based signature tagged mutagenesis (STM) allowed the identification of 148 genes essential for chronic lung infection in a rat model. The PAO1-derivated strain STM_modA was obtained using this technique and is thus unable to persist in the rat lug in competition with a pool of strains. This strain carries an insertional mutation interrupting the open reading frame of the modA gene. This gene codes with the co-transcribed modB and modC genes for an ATP-binding cassette transporter (ModABC) responsible for the internalization of molybdate from the periplasmic space. Molybdate is the environmental molybdenum-containing ion, which is essential for the activity of the molybdoenzymes, a group of enzymes involved in a wide range of metabolic functions. The present work demonstrates that the ModABC transporter activity is essential for chronic lung infection in a rat model, for biofilm formation, for resistance to predation by the amoeba Dictyostelium discoideum as well as for denitrification and subsequent anaerobic growth. Whole transcriptome shotgun sequencing demonstrated major changes in the gene transcription levels of STM_modA in comparison with wild-type PAO1 in anaerobic conditions. This work highlights the ModABC transporter as a potential target for the inhibitors development, a new strategy for antimicrobial research.

La lutte aux maladies des cultures est une bataille de tous les instants. Au cours du XXe siècle, l’essor de l’industrie chimique a mené à la création de nombreux produits phytosanitaires d’une grande efficacité qui a permis d’accroître de manière substantielle la productivité des cultures. Aujourd’hui, l’utilisation intensive de certains de ces produits est reconnue comme entrainant de fâcheuses conséquences sur la santé humaine ou celle des écosystèmes. À la suite de cette prise de conscience, plusieurs initiatives visant à réduire la dépendance des systèmes agricoles aux pesticides les plus nocifs ont vu le jour. Une des approches préconisées, celle de la lutte biologique, consiste à tirer profit de l’antagonisme naturel qui caractérise la relation qu’entretiennent certains organismes entre eux. La découverte de l’agent de lutte biologique (ALB) Pseudozyma flocculosa et les efforts de recherche qui en ont découlé s’inscrivent directement dans cette mouvance. Depuis 1987, les découvertes concernant ce champignon n’ont cessé d’étonner et d’entretenir de grands espoirs quant à l’élaboration d’un biofongicide efficace et écologique pour la lutte contre la maladie du blanc (oïdium) qui affecte plusieurs espèces végétales. La présente thèse constitue la somme des découvertes les plus récentes concernant P. flocculosa. En effet, l’avènement des technologies de séquençage a créé de nouvelles opportunités de recherche qui ont mené à de nombreuses découvertes d’une importance capitale. D’une part, il a été possible de caractériser avec précision la batterie de gènes associée à la synthèse de la flocculosine. Pour ce faire, l’utilisation d’un système d’expression hétérologue basé sur la transformation génétique de l’espèce Ustilago maydis a été nécessaire pour déterminer la fonction de certains gènes. D’autre part, une analyse comparative en profondeur du génome de l’ALB et de ceux d’Ustilaginales apparentées a permis de mieux comprendre l’évolution de l’organisme tout en générant un ensemble d’informations de haute qualité et de grande valeur. Le développement de nouvelles approches basées sur la biologie d’organismes bénéfiques demande beaucoup d’efforts. Cependant, les retombées potentielles associées à la réduction de l’utilisation de produits nocifs pour l’environnement et la santé humaine dépassent bien souvent les investissements qui y sont consacrés. / Controlling pests is an important part of crop cultivation. The rise of the chemical industry during the XXth century led to the design of efficient molecules for the control of plant diseases that prompted a substantial increase in crop productivity. However, the intensive use of pesticides in agricultural systems quickly raised doubts about sustainablility. In response to those concerns, many initiatives were put in place to reduce the reliance of farmers on synthetic pesticides. Biological control, one of these initiatives, is about favoring the growth and the dispersal of natural antagonists in agricultural systems to fight plant diseases as ecological alternatives to pesticides. The discovery and characterization of the biocontrol agent Pseudozyma flocculosa was part of this trend. Since 1987, the discoveries regarding the biology of the fungus never ceased to amaze, maintaining hopes for the development of an efficicent biofongicide to control powdery mildews in many crops. This thesis presents the most recent work that was accomplished to reveal the most interesting properties associated with the biology of the biocontrol agent. Much of this work was made possible, or at least facilitated, by the access to emerging and powerful DNA sequencing and bioinformatics tools that created opportunities to answer pending questions in new ways. First, we characterized with precision the function and structure of the flocculosin gene cluster. Using the genomic sequences of P. flocculosa, we localized a putative gene cluster for flocculosin and caraterized the function of the most ambiguous genes using Ustilago maydis as a heterologous expression system. Second, we conducted an in-depth comparative analysis of P. flocculosa genome with those of other Ustilaginales species. This work shed a new light on the evolution of the species and that generated a data set of high quality that will be available for future projects. The development of novel alternatives to pesticides based on the biology of beneficial organisms requires time and effort. However, the beneficial impact associated with a reduction in pesticide use often exceeds the investments that lead to such a positive outcome.

Le vieillissement est un concept complexe. De nombreuses théories ont été proposées dans le but d’expliquer le processus du vieillissement. La théorie mitochondriale du vieillissement est devenue l’une des théories les plus testées et les plus connues dans la recherche sur le vieillissement. Sa principale conclusion est que le vieillissement résulte de l’accumulation de dommages oxydatifs qui sont étroitement liés à la libération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) des mitochondries. Le vieillissement musculaire est habituellement associé à une diminution de la masse, de la force et de la vitesse de contraction. L’un des effets les plus marquants du vieillissement sur les muscles est la sarcopénie (sarco = chair et pénie = perte). Il a été suggéré que la sarcopénie peut être déclenchée par les ROS qui se sont accumulées tout au long de la vie. Le mode de vie sédentaire et la malnutrition représentent des facteurs de risques majeurs pour ce syndrome. Bien qu’il n’existait pas de définition opérationnelle universellement acceptable, les chercheurs conviennent que l’incidence de la sarcopénie augmente avec l’âge adulte avancé. Ainsi, comprendre la sarcopénie et développer des interventions thérapeutiques et de réadaptation pour ralentir ses progrès ou inverser partiellement ses effets est un enjeu scientifique très important. Dans ce contexte, notre équipe a identifié les gènes modulés dans le muscle squelettique après un exercice d’endurance chez les personnes âgées et a mis en évidence l’importance du remodelage de la matrice extracellulaire (MEC) et de la fonction mitochondriale dans l’adaptation du muscle squelettique en utilisant une technique de génomique fonctionnelle. L’un des gènes induit par l’exercice d’endurance code pour une protéine sécrétée acide et riche en cystéine (SPARC), qui contrôle le remodelage de la MEC et joue un rôle clé dans la différenciation des myoblastes. Le travail présenté dans cette thèse consiste à analyser les données bibliographiques indiquant l’importance de la génomique fonctionnelle dans la compréhension de la sarcopénie et à démontrer les rôles de SPARC dans le lien possible entre le remodelage de la MEC et la fonction mitochondriale. Le premier objectif de cette thèse était de décrire les stratégies de génomique fonctionnelle, principalement les techniques de l’expression différentielle : puces à ADN, analyse en série de l’expression des gènes (SAGE), L'ordonnancement parallèle massif de signature (MPSS), séquençage de l’ARN (RNAseq), l’analyse différentielle représentationnelle (RDA) et l’hybridation suppressive soustractive (SSH). De plus, nous avons démontré l’importance de ces techniques pour découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques pour certaines maladies complexes ainsi que l’application de ces outils pour étudier la modulation du transcriptome du muscle squelettique. Notre deuxième objectif était de démontrer l’implication de différentes techniques de génomique fonctionnelle telles que l’interférence ARN, protéomique, souris transgéniques, métabolomique, génomique et épigénomique dans la compréhension de la sarcopénie. De plus, nous avons signalé la progression des nouvelles découvertes et des nouvelles applications de ces méthodes dans le domaine de la sarcopénie. Notre troisième objectif était de montrer l’implication de SPARC dans la modulation de la MEC et de la fonction mitochondriale des cellules musculaires murines C2C12. Nous avons étudié l’effet exogène de l’inhibition ou l’induction de SPARC sur la différenciation des cellules C2C12, l’expression des protéines structurelles de la MEC et les protéines mitochondriales durant la prolifération, la différenciation et après la formation des myotubes. Nos résultats indiquent que SPARC joue un rôle crucial dans la différenciation des cellules musculaires, dans le remodelage de la MEC, et pourrait être impliquée dans le lien possible entre la MEC et la fonction mitochondriale. Finalement, nous avons étudié le mécanisme par lequel SPARC pourrait moduler la MEC et la fonction mitochondriale dans les cellules musculaires et nous avons utilisé la technique de la stimulation électrique, in vitro, qui a révélé une induction remarquable de l’expression génique de Sparc. Les résultats de cette étude nous ont permis de démontrer que SPARC joue un rôle important dans le remodelage du MEC ainsi que dans la modulation de la fonction mitochondriale des cellules musculaires. Le lien possible entre la MEC et la mitochondrie pourrait constituer une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement des maladies ou les syndromes liés à un dysfonctionnement de la MEC/mitochondrie. Enfin, on croit aussi que cette voie ouvrira les portes à de nouvelles découvertes dans le domaine de la sarcopénie. / The definition of aging is complicated by the appearance of various diseases that alter body functions and tissue structures. Many theories have been proposed to explain the process of aging. The mitochondrial theory of aging has become one of the most tested and well-known theories in aging research. Its main conclusion is that aging results from the accumulation of oxidative damage which is closely related to the release of reactive oxygen species (ROS). On the other hand, aging in the muscle is usually associated with a decrease in mass, strength, and rate of contraction. One of the most striking effects of aging on muscles is sarcopenia, (sarco = flesh and penia = loss). It has been suggested that sarcopenia can be triggered by ROS which are accumulated over a lifetime. Sedentary lifestyle and malnutrition represent major risk factors for this syndrome. Although there is no operational definition which is universally acceptable, researchers agree that the incidence of sarcopenia increases with advancing adulthood. Thus, understanding sarcopenia and developing therapeutic and rehabilitative interventions to slow its progress or partially reverse its effects is a very important scientific issue In this context, our team identified modulated genes in skeletal muscle after endurance exercise in the elderly and highlighted the importance of extracellular matrix remodeling (ECM) and mitochondrial function using a functional genomic technique. One of the genes induced by endurance exercise codes for a secreted acid-rich cysteine protein (SPARC), which controls the remodeling of the ECM and plays a key role in the differentiation of myoblasts. The work presented in this thesis consists of analyzing bibliographic data indicating the importance of functional genomics in understanding sarcopenia and to demonstrate the roles of SPARC in the possible link between ECM remodeling and mitochondrial function. The first objective of this thesis was to describe functional genomic strategies, mainly the techniques of differential expression: DNA chips, serial analysis of gene expression (SAGE), massively parallel signature sequencing (MPSS), RNA sequencing (RNAseq), representational differential analysis (RDA), and subtractive suppression hybridization (SSH). In addition, we have demonstrated the importance of these techniques to discover new therapeutic targets for certain complex diseases as well as the application of these tools to study the modulation of the skeletal muscle transcriptome. Our second objective was to demonstrate the involvement of different functional genomic techniques such as RNA interference, proteomics, transgenic mice, metabolomics, genomics and epigenomics in the understanding of sarcopenia. In addition, we have reported the progress of new discoveries and applications of these methods in the field of sarcopenia Our third objective was to show the involvement of SPARC in the modulation of ECM and the mitochondrial function of C2C12 murine muscle cells. We investigated the exogenous effect of SPARC (inhibition and or induction) on C2C12 cell differentiation, expression of ECM structural proteins, and mitochondrial proteins during proliferation, differentiation, and after the formation of myotubes. Our results indicate that SPARC plays a crucial role in muscle cell differentiation, remodeling of ECM and may be involved in the possible link between ECM and mitochondrial function. Finally, we investigated the mechanism by which SPARC could modulate ECM and mitochondrial in muscle cells and we used the technique of electrical stimulation, in vitro, which revealed a remarkable induction of Sparc gene expression. The results of this study allowed us to demonstrate that SPARC plays an important role in the remodeling of ECM as well as in modulating the mitochondrial function of muscle cells. The possible link between ECM and mitochondria may be a promising therapeutic target for the treatment of ECM/mitochondria dysfunction-related diseases. It is also believed that this pathway will open the doors to new discoveries in the field of sarcopenia.

Pseudomonas aeruginosa souche LESB58 est une bactérie pathogène connue pour sa versatilité, son antibiorésistance et son caractère opportuniste émergent qui le rend responsable d'infections nosocomiales importantes en milieu hospitalier. Dans le cadre de ce travail, nous posons l’hypothèse qu’il est possible d’étudier le génome de la bactérie pathogène P. aeruginosa souche LESB58 par une approche de modélisation métabolique et analyse in silico à partir des annotations de son génome séquencé. Nous utilisons une approche basée sur les contraintes nommée « Fc (FBA) » pour analyser le modèle in silico. Comme le génome de P. aeruginosa n’est pas très caractérisé et qu’il contient un nombre considérable de gènes sans annotation fonctionnelle, nous n’avons pas terminé la reconstruction à l’échelle génomique. Comme un nombre important de relations « génotype-phénotype » n’ont pu être établies, nous avons débuté une analyse de génomique comparative de quatre souches séquencées de P. aeruginosa, soit les souches LESB58, PAO1, PA7 et PA14, afin de cibler les gènes impliqués dans les phénotypes connus de P. aeruginosa. Le but de ce travail a été de s’initier aux méthodes d’analyses métaboliques in silico et de recherches de relations « génotype-phénotype » pouvant reconstruire un modèle in silico.

Afin de caractériser les voies de signalisation du système immunitaire inné, nous étudions l'interaction entre le ver C. elegans et le champignon Drechmeria coniospora. Une des réponses du ver à l'infection consiste en une augmentation de la production de peptides antimicrobiens (PAM) dans l'épiderme. Des vers transgéniques exprimant le gène rapporteur de la GFP sous le contrôle du promoteur d'un PAM, fluorescent vert après infection. Si un gène nécessaire à l'expression des PAM est inactivé, alors les vers transgéniques ne fluorescent plus après infection. Nous avons effectué un crible pour identifier les molécules de signalisation nécessaires à l'expression des PAM en utilisant une approche quantitative et semi-automatique par ARN interference (ARNi). Deux banques d'ARNi couvrant 95% du génome, soit 20 000 gènes, ont été criblées et 360 candidats bloquant l'induction de la GFP après infection ont été obtenus, correspondant à 343 gènes. Une caractérisation phénotypique a permis de placer les candidats dans différentes catégories fonctionnelles et permis d'identifier d'une part un récepteur agissant en amont de la voie de signalisation p38 nécessaire à l'activation des gènes PAM, d'autre part une implication des granules de stress lors de l'infection. Ces analyses sont le fondement pour l'établissement d'une description compréhensive du réseau génétique régulant le système immunitaire inné du ver et permettront de révéler les interactions complexes entre l'immunité et les processus physiologiques au niveau moléculaire, cellulaire et au niveau de l'organisme. / To investigate innate immune signaling, we study the interaction of C. elegans with the fungus Drechmeria coniospora. One of the responses of the worm to this infection is the up-regulation of a variety of antimicrobial peptide (AMP) genes in the epidermis. Transgenic worms carrying a GFP reporter gene under the control of an AMP promoter fluoresce green after infection by D. coniospora. If a gene required for AMP gene expression is inactivated, the reporter strain will not turn green upon infection. Using this fluorescent read-out, we have been able to screen for signaling molecules required for AMP gene expression using a quantitative semi-automated RNAi approach. We have screened two RNAi libraries that together cover 95% of the ca. 20,000 genes in the C. elegans genome and we obtained 360 high-confidence candidates that reduced the level of induction of green fluorescence after infection, and correspond to 343 genes. A further phenotypic characterization allowed the candidates to be grouped into distinct functional categories and allowed the identification of both a receptor acting upstream the p38 MAPK pathway necessary for the activation of the AMPs, and the implication of stress granules during infection. Altogether, the screen data and its analysis represent the foundation for the establishment of a comprehensive description of the signaling network regulating the innate immune system of the worm and will shed light on the complex interactions between immunity and other physiological processes at the molecular, cellular and organismal level.