Dans le domaine de l’oncogénomique, l’un des axes actuels de recherche est l’identification de nouveaux marqueurs génétiques permettant entre autres de construire des règles prédictives visant à classer les patients selon le risque d’apparition d’un événement d’intérêt (décès ou récidive tumorale). En présence de telles données de haute dimension, une première étape de sélection parmi l’ensemble des variables candidates est généralement employée afin d’identifier les marqueurs ayant un intérêt explicatif jugé suffisant. Une question récurrente pour les biologistes est le choix de la règle de sélection. Dans le cadre de l’analyse de survie, les approches classiques consistent à ranger les marqueurs génétiques à partir du risque relatif ou de quantités issues de test statistiques (p-value, q-value). Cependant, ces méthodes ne sont pas adaptées à la combinaison de résultats provenant d’études hétérogènes dont les tailles d’échantillons sont très différentes.Utiliser un indice tenant compte à la fois de l’importance de l’effet pronostique et ne dépendant que faiblement de la taille de l’échantillon permet de répondre à cette problématique. Dans ce travail, nous proposons un nouvel indice de capacité de prédiction afin de sélectionner des marqueurs génomiques ayant un impact pronostique sur le délai de survenue d’un évènement.Cet indice étend la notion de pseudo-R2 dans le cadre de l’analyse de survie. Il présente également une interprétation originale et intuitive en terme de « séparabilité ». L’indice est tout d’abord construit dans le cadre du modèle de Cox, puis il est étendu à d’autres modèles plus complexes à risques non-proportionnels. Des simulations montrent que l’indice est peu affectée par la taille de l’échantillon et la censure. Il présente de plus une meilleure séparabilité que les indices classiques de la littérature. L’intérêt de l’indice est illustré sur deux exemples. Le premier consiste à identifier des marqueurs génomiques communs à différents types de cancers. Le deuxième, dans le cadre d’une étude sur le cancer broncho-pulmonaire, montre l’intérêt de l’indice pour sélectionner des facteurs génomiques entraînant un croisement des fonctions de risques instantanés pouvant être expliqué par un effet « modulateur » entre les marqueurs. En conclusion, l’indice proposé est un outil prometteur pouvant aider les chercheurs à identifier des listes de gènes méritant des études plus approfondies. / In oncogenomics research, one of the main objectives is to identify new genomic markers so as to construct predictive rules in order to classify patients according to time-to-event outcomes (death or tumor relapse). Most of the studies dealing with such high throughput data usually rely on a selection process in order to identify, among the candidates, the markers having a prognostic impact. A common problem among biologists is the choice of the selection rule. In survival analysis, classical procedures consist in ranking genetic markers according to either the estimated hazards ratio or quantities derived from a test statistic (p-value, q-value). However, these methods are not suitable for gene selection across multiple genomic datasets with different sample sizes.Using an index taking into account the magnitude of the prognostic impact of factors without being highly dependent on the sample size allows to address this issue. In this work, we propose a novel index of predictive ability for selecting genomic markers having a potential impact on timeto-event outcomes. This index extends the notion of "pseudo-R2" in the ramework of survival analysis. It possesses an original and straightforward interpretation in terms of "separability". The index is first derived in the framework of the Cox model and then extended to more complex non-proportional hazards models. Simulations show that our index is not substantially affected by the sample size of the study and the censoring. They also show that its separability performance is higher than indices from the literature. The interest of the index is illustrated in two examples. The first one aims at identifying genomic markers with common effects across different cancertypes. The second shows, in the framework of a lung cancer study, the interest of the index for selecting genomic factor with crossing hazards functions, which could be explained by some "modulating" effects between markers. The proposed index is a promising tool, which can help researchers to select a list of features of interest for further biological investigations.

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

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Dans le système olfactif des moustiques, les protéines liants les molécules odorantes ou odorant binding proteins (OBPs) interviennent dans les toutes premières étapes permettant d'aboutir à la reconnaissance de leurs hôtes et font l'objet d'un intérêt croissant dans les recherches sur la transmission des maladies infectieuses par ces insectes. Le travail présenté a pour objet d'approfondir les connaissances sur ces OBPs dans trois génomes de moustiques, tous vecteurs de maladies infectieuses : Anopheles gambiae, Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Une analyse à l'échelle de ces génomes a été réalisée et a permis d'identifier un nombre important de nouveaux gènes d'OBPs notamment chez les espèces de moustiques Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Complétée par une étude phylogénétique du répertoire complet de ces gènes dans les trois génomes étudiés, cette analyse a permis d'établir une nouvelle classification des sous familles des OBPs. Ce résultat démontre l'extraordinaire multiplicité et diversité des gènes impliqués dans l'olfaction chez ces espèces de moustiques tout en mettant en lumière certaines propriétés des séquences des OBPs qui sont hautement conservés chez les moustiques. Grâce à la disponibilité de certaines structures d'OBPs de moustiques ou d'autres insectes apparentées, des modèles structuraux de tous les OBPs de la sous famille dites Classic dans les trois génomes, soit au total 137 structures, ont été construits. Ces structures ont servi de base pour le criblage à grande échelle par docking moléculaire d'une chimiothèque de 126 molécules odorantes connues pour leurs propriétés attractives ou répulsives vis-à-vis des moustiques. Ces résultats fournissent pour la première fois, les bases structurales et fonctionnelles pour la compréhension au niveau moléculaire de l'efficacité de certains agents répulsifs tout comme de l'attractivité de certains agents provenant des émanations humaines. Par simulation de dynamique moléculaire, les changements qui s'opèrent dans une de ces OBPs lorsque celle ci, liée à une molécule odorante, se retrouve dans des conditions de pH modifiée ont été caractérisée et un mécanisme probable par lequel ces OBPs participeraient à la reconnaissance et la libération des molécules odorantes est proposée. Cette thèse fournit des éléments de réponses importants quant à la caractérisation génomique, structurale et fonctionnelle des OBPs de moustiques et peut servir de base de départ pour des recherches expérimentales plus approfondies sur ces aspects. / The role of odorant binding proteins in the olfaction of mosquitoes, the primary mechanism of human host recognition, has been an important focus of biological research in the field of infectious disease transmission by these insects. This thesis provides an in depth knowledge of these proteins in three mosquito species Anopheles gambiae, Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus. A large scale analysis on these genomes has been carried out towards the identification of the odorant binding proteins in the mosquito genomes. Identification of many new OBP members, in particular in the Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus species, and an extensive phylogenetic analysis presenting a novel classification of the OBP subfamilies of these mosquito species has been proposed. This results further demonstrates the extraordinary multiplicity and diversity of the OBP gene repertoire in these three mosquito genomes and highlights the striking sequence features that are nevertheless highly conserved across all mosquito OBPs. Owing to the availability of homologous structures from mosquitoes or related species, the 3D structure modelling of all the Classic OBPs from the three genomes (representing in total 137 structures) has been performed. This was completed by large scale docking studies on these structures by screening a large set of compounds that are known to be mosquito attractants or repellents. These provide many exciting new insights into the structural and functional aspects towards understanding the efficacy of some repellents and of some attractants from human emanations. Through molecular dynamics simulation, the structural changes observed in an OBP bounded to an odorant when pH conditions are modified were characterized and the probable mechanism of ligand binding and release is presented. This work provides the first insights to many of the long awaited questions on the genomic, structural and functional characterization of mosquito OBPs and can be viewed as a reliable starting point for further experimental research focussed on these aspects.

L'augmentation du nombre de génomes totalement séquencés rend de plus en plus efficace l'étude des mécanismes évolutifs à partir de la comparaison de génomes contemporains. L'un des principaux problèmes réside dans la reconstruction d'architectures de génomes ancestraux plausibles afin d'apporter des hypothèses à la fois sur l'histoire des génomes existants et sur les mécanismes de leur formation. Toutes les méthodes de reconstruction ancestrale ne convergent pas nécessairement vers les mêmes résultats mais sont toutes basées sur les trois mêmes étapes : l'identification des marqueurs communs dans les génomes contemporains, la construction de cartes comparatives des génomes, et la réconciliation de ces cartes en utilisant le critère de parcimonie maximum. La qualité importante des données à analyser nécessite l'automatisation des traitements et résoudre ces problèmes représente de formidables challenges computationnels. Affiner le modèles et outils mathématiques existants par l'ajout de contraintes biologiques fortes rend les hypothèses établies biologiquement plus réalistes. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode permettant d'identifier des marqueurs communs pour des espèces évolutivement distantes. Ensuite, nous appliquons sur les cartes comparatives reconstituées une nouvelle méthode pour la reconstruction d'architectures ancestrales basée sur les adjacences entre les marqueurs calculés et les distances génomiques entre les génomes contemporains. Enfin, après avoir corrigé l'algorithme existant permettant de déterminer une séquence optimale de réarrangements qui se sont produits durant l'évolution des génomes existants depuis leur ancêtre commun, nous proposons un nouvel outil appelé VIRAGE qui permet la visualisation animée des scénarios de réarrangements entre les espèces / Abstract

Les tilapias (espèces Oreochromis) sont le second groupe le plus important de poissons dans l'aquaculture mondiale ainsi qu'une des premières sources de protéines animales pour des millions de personnes dans les pays en cours de développement. En effet, Les tilapias ont la plupart des qualités requises dans le monde aquacole comme un taux de croissance important et une résistance aux maladies. Cependant leurs reproductions précoces et continues provoquent une surpopulation des bassins et un nanisme des individus. Pour surmonter ces difficultés, il s'agit de créer de nouvelles méthodes de contrôle du sexe (génétique et température) pour une meilleure compréhension de la détermination du sexe chez le tilapia. La détermination sexuelle chez les tilapias est complexe. En effet, le sexe est influencé par des facteurs génétiques majeurs (XX/XY), des facteurs génétiques mineur (sur les autosomes : LG3, LG23) et la température. Au cours des dernières années, de nombreuses ressources génomiques ont été progressivement développées (Bac End Sequences, Expressed sequence Tag, physical map, RH map…). Dans ce travail de thèse nous avons cherché à identifier, par des approches in silico, des gènes liés au sexe, en nous intéressant, en particulier, à ceux localisés sur LG3. Nous avons divisé notre travail en deux étapes. La première recouvre des travaux préliminaires de collecte et de comparaison d'informations existantes. Elle s'est concrétisée par la création d'une carte physique comparée entre le génome complet de l'épinoche et des BES du tilapia ainsi que d'une carte RH du tilapia. La deuxième étape porte sur l'analyse du chromosome correspondant au LG3 (Chr3). Nous avons pu grâce aux méthodes, outils et données développés lors de la première étape, reconstituer le Chr3, l'annoter et faire une liste de gènes impliqués dans la cascade du sexe chez le tilapia du Nil. / Tilapias (Oreochromis spp.) are the second most important fish group in aquaculture and a primary source of animal protein for millions of people in developing countries. Indeed, Tilapias have most of the qualities required in aquaculture such as a good growth-rate and resistance to diseases. Nevertheless, their early and constant reproduction leads to tank overpopulation and dwarfism of individuals. To overcome this, new sex controlling methods (genetics and temperature) are being studied to better understand the sex determination in tilapia. Sex determination in tilapia is complex since sex is influenced by major genetic factors (XX/XY), minor genetic factors (on an autosome: LG3, LG23) and temperature factors. Over the past years a great effort has been done to increase the genomic tools in tilapia by obtaining data on Bac End Sequences (BES), Expressed Sequence tags (EST), physical map, RH map.... The objective of our work is to identify, by in silico approaches, genes associated to sex, especially the ones located on the linkage group LG3. We divided our work in two steps. The first work is to collect heterogeneous and available information existing on tilapia using comparative genomic analyses. This step led to the creation of a comparative physical map between the complete genome of stickleback and the BES of tilapia along with a tilapia RH map. The second step is to analyse the chromosome corresponding to the LG3 (Chr3). Using methods, tools and data developed during the first step, we recreated the Chr3, annotated it and listed the genes involved in the sex cascade in Nile tilapia.