L’identification des gènes de maladies Mendeliennes été rendue possible dans les années 1980. Le séquençage du génome humain dans les années 2000, et l’arrivée du séquençage haut débit dans les années 2010 ont permis une progression phénoménale du rythme de ces découvertes génétiques. Cependant, ces techniques ont permis d’élucider les maladies les plus accessibles, de par leur homogénéité génétique, leur forte pénétrance pour les maladies dominantes, et leur prévalence élevée. Aujourd’hui, la communauté génétique se heurte à des difficultés de plus en plus nombreuses pour identifier les maladies non monogéniques, hétérogènes, ou très rares : recruter des familles porteuses d’une maladie très rare et cliniquement bien caractérisée, ou de grandes cohortes de patients atteints de maladies communes à composante génétique, nécessite un effort clinique, logistique et financier important. De plus, le séquençage d’exome pris isolément ne permet généralement pas l’élucidation de ces pathologies. Cet outil bien que puissant trouve ses limites dans les modèles génétiques sus-cités. La réussite des approches récentes vient de son utilisation en association avec d’autres techniques, adaptées aux caractéristiques des maladies comme la rareté, la dimension polygénique, ou l’hétérogénéité génétique. J’ai utilisé le séquençage d’exome dans l’identification de gènes de maladies cardiovasculaires rares, par trois stratégies combinées différentes. La première pathologie appelée stomatocytose héréditaire, est rare, relativement homogène mais présente des difficultés de phénotypage. Elle a été caractérisée par séquençage d’exome en association avec une analyse de liaison traditionnelle et l’identification d’une endophénotype fiable. Cette approche a été appliquée avec succès dans ce modèle relativement peu complexe de maladie. La seconde pathologie étudiée, l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA), est une maladie commune à forte composante héréditaire, avec de rares formes dominantes à pénétrance élevée. J’ai associé séquençage d’exome en modèle dominant et recherche de variants rares dans une cohorte de cas sporadiques afin d’identifier un gène de susceptibilité à la pathologie. Cette approche s’est révélée plus complexe à mettre en place, et son efficacité peut être discutée dans le cas d'une étude d'association centrée sur un gène candidat. Enfin, la troisième partie de ce travail est consacrée à la dysplasie fibromusculaire (DFM), maladie très hétérogène sur le plan génétique, peu pénétrante, et d’endophénotype peu accessible. J’ai appliqué dans cette troisième étape le séquençage d’exome à plus grande échelle (30 individus), en association à des stratégies de filtres sophistiqués exploitant tous les types de transmission Mendélienne. J'y ai aussi associé l'utilisation des outils bioinformatiques et bases de données biologiques accessibles à la communauté scientifique. Les résultats obtenus par cette dernière approche sont prometteurs, probablement du fait des caractéristiques inhérentes de cette pathologie. L’utilisation de ces trois stratégies très différentes, adaptées aux contraintes de chaque pathologie, permet d’évaluer la puissance et l’efficacité des approches combinées utilisant le séquençage d’exome. Leurs difficultés inhérentes, leur inadaptation à certaines situations génétiques, ainsi que les pistes d’amélioration nécessaires pour l’élucidation des maladies génétiques de cause inconnue sont aussi abordés. / Identifying genes of Mendelian disorders has started within the eighties. The pace of new genes discovery has been dramatically accelerated by the availability of the human genome sequence in the 2000s, and the next-generation sequencing technologies in the 2010s. However, a majority of the elucidated conditions so far correspond to relatively simplified situations, where the prevalence and the penetrance of the condition are high and the genetic heterogeneity is low. Nowadays, geneticists meet more and more situations where gene identification in unknown disorders can be tricky. Heritable conditions that are very rare, heterogenous or with imperfect Mendelian transmission can only be elucidated using large cohorts of patients, with a very well-characterized phenotype. This requires clinical, financial and logistical efforts to be made by the research teams. Generally, using exome sequencing alone is not efficient enough to elucidate these types of conditions. The power of recently developed strategies comes from its association with other genetic analysis tools, that have been specifically developed in the context of rare, heterogenous, or polygenic disorders. I employed exome sequencing in the identification of cardiovascular genetic conditions, using three different strategies. In the first condition, called hereditary xerocytosis, using linkage analysis together with exome sequencing of distant relatives was successful in identifying the causative gene. This was made possible by the identification of a reliable endophenotype, and the relative genetic homogeneity of the disorder. The second condition I studied is the abdominal aortic aneurysm (AAA), a common disorder with a strong hereditary component and rare situations of fully penetrant, dominant inheritance. I combined exome sequencing in a family with dominant inheritance with rare variants analysis of the candidate gene in a large cohort of sporadic AAA. This analysis is more complex and can be hazardous in the context of a candidate gene approach. The third strategy was developed for the study of fibromuscular dysplasia (FMD) which is a very heterogenous condition with low penetrance and no specific endophenotype. I combined exome sequencing in a group of 30 cases and relatives with filtering strategies for any type of Mendelian inheritance. I also used available bioinformatics tools and databases for refining the candidate genes filtering. This strategy provided promising results, probably due to the genetic characteristics of this condition. In each of these examples, I adapted the analysis strategy to the peculiarities of the disorder. The results presented here enable to evaluate the efficiency of combined approaches using exome sequencing. Their specificities, limits, and the optimization that need to be done to elucidate the remaining unsolved genetic conditions are discussed.

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

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

Titre de l'écran-titre (visionné le 2 octobre 2023) / Introduction: Au Canada, 97% des 450 000 femmes qui sont enceintes chaque année, reçoivent des soins prénatals de routine, qui incluent le dépistage de anomalies chromosomiques chez le fœtus. L'introduction du dépistage prénatal non invasif (DPNI) a révolutionné ce dépistage. Il est actuellement offert, au Canada, comme un test de second niveau aux femmes dont un premier dépistage au moyen de tests biochimiques, avec ou sans échographie de la clarté nuchale, est positif. La diminution de son coût permet maintenant d'envisager son implantation comme test de dépistage de première intention, de même que son extension au dépistage d'autres anomalies chromosomiques que ceux présentement dépistées, soit les trisomies 21, 13 et 18. Des données économiques sont cependant encore nécessaires pour soutenir le bien-fondé de ces changements. Objectifs: L'objectif général de ce projet était d'effectuer une évaluation économique de l'expansion d'un programme de dépistage basé sur le DPNI pour les anomalies chromosomiques fœtales. Les objectifs spécifiques étaient de : 1) réaliser une revue systématique et une méta-analyse des DPNI pour le dépistage prénatal des anomalies chromosomiques autres que T21, T18 et T13 ; 2) déterminer le rapport coût-efficacité de l'utilisation du DPNI en première intention, et de l'addition de conditions chromosomiques à dépister avec le DPNI utilisé dans une première ou seconde étape de dépistage, dans les programmes de dépistage qui ciblent présentement les aneuploïdies courantes; 3) déterminer l'impact budgétaire des options les plus efficientes. Méthodologie: Nous avons réalisé deux revues systématiques et/ou méta-analyses pour répondre au premier objectif. Afin de répondre aux deuxièmes et troisièmes objectifs, un modèle semi-markovien à base d'agents a été construit pour exécuter des simulations. Le modèle reflète l'utilisation des services liés au dépistage d'anomalies chromosomiques, depuis l'étape du test de dépistage jusqu'à la fin de la grossesse. La population virtuelle, basée sur la population des femmes enceintes au Québec en 2021 en termes de distribution d'âge et de risque d'avoir un enfant avec une des anomalies chromosomiques considérées dans cette étude, était constituée de femmes enceintes unipares ayant reçu un test de dépistage prénatal au cours de leur premier trimestre de grossesse. Dans l'étude visant l'atteinte du deuxième objectif, nous avons considéré l'ajout des anomalies chromosomiques détectables par le DPNI suivantes : les aneuploïdies des chromosomes sexuels (ACSs); le syndrome de délétion 22q11.2 ; les grandes délétions/duplications > 7 Mb ; et les trisomies autosomiques rares (TAR). Ces candidats au dépistage ont été considérés en fonction de la possibilité de les inclure dans 5 programmes de base. Trois de ces programmes sont actuellement offerts par les systèmes de santé publics au Canada (dépistage prénatal sérique intégré, dépistage prénatal intégré et dépistage du premier trimestre). Deux de ces programmes se caractérisent par un test de premier niveau qui consiste en une méthode basée sur le DPNI (séquençage massivement parallèle (SMP) ou séquençage massivement parallèle ciblé (SMPC)). L'analyse de données a consisté en des comparaisons intra-groupes et des comparaisons intergroupes. Enfin, pour répondre au dernier objectif, quatre programmes rapportés par l'étude coût-efficacité comme les plus efficients ont été comparés à une option de référence (méthode DPNI-SMP ciblant les trisomies communes). Les quatre programmes étaient 1) la méthode DPNI-SMP pour dépister les trisomies communes + grandes délétions/duplications > 7 Mb ; 2) la méthode DPNI-SMP pour dépister les trisomies communes + grandes délétions/duplications > 7 Mb + ACSs ; 3) Méthode DPNI-SMPC pour dépister les trisomies communes + délétion 22q11.2, et 4) Méthode DPNI-SMPC pour dépister les trisomies communes + délétion 22q11.2 + ACSs. Résultats: La revue de la littérature montre que le DPNI est performant pour la détection du 45,X dans les grossesses à haut risque. Il est cependant nécessaire de réaliser davantage d'études de qualité pour garantir une puissance statistique suffisante afin d'effectuer une méta-analyse sur les performances du DPNI pour la détection d'autres ACSs, des variants du nombre de copies et des TARs. Les analyses coût-efficacité des comparaisons intra-groupe montrent que l'ajout de nouvelles conditions à un programme qui ne cible que les trisomies communes peut être efficient, selon les anomalies ajoutées. Dans les groupes dont le premier test de dépistage est un DPNI, le coût additionnel par cas détecté lors de l'ajout au programme courant qui cible les trisomies communes est de 25,710 $ CA (IC à 95 %, 25,489 - 25,934) pour SMP et de 57,711 $ CA (IC à 95 %, 57,141 - 58,292) pour SMPC, respectivement. La probabilité que cette option soit efficiente est > 90 % à un seuil de volonté de payer (VDP) de 50,000 $ CA par cas détecté. Enfin, les simulations suggèrent que l'impact budgétaire pour le gouvernement du Québec d'un programme étendu au dépistage d'autres anomalies chromosomiques fœtales que les trisomies communes, devrait être minime, variant de 2 millions à 4 millions $ CA par année, donc moins de 40 $ CA par femme enceinte. Conclusion: L'extension d'un programme basé sur le DPNI pour détecter des anomalies chromosomiques autres que les trois trisomies communes peut-être efficient. L'ajout de de la recherche de microdélétion/microduplication ou/et d'ACS à un programme de dépistage basé sur le DPNI en première intention, devrait accroître le budget du gouvernement pour les soins prénataux à raison de moins de 40 $ CA par femme enceinte pas année. Cependant, la décision quant à l'expansion d'un programme ne peut reposer que sur des données économiques. Les décideurs doivent aussi tenir compte des questions éthiques que l'addition de conditions à dépister dans un programme de dépistage prénatal, soulève. / Introduction: In Canada, 97% of the 450,000 women who become pregnant each year receive routine prenatal care, which includes screening for fetal chromosomal anomalies. The introduction of non-invasive prenatal screening (NIPS) has revolutionized this screening. It is currently offered in Canada as a second-tier test to women who screen positive on initial biochemical testing with or without nuchal translucency ultrasound. The decrease in the NIPS test cost makes it possible from now on to consider its implementation as a first-tier screening test, and its extension to the screening of other chromosomal anomalies than those currently screened, namely trisomy 21, 13, and 18. However, economic data are still needed to support the merits of these changes. Objectives: The general objective of this project was to perform an economic evaluation of the expansion of a NIPS-based screening program for fetal chromosomal anomalies. The specific objectives were to 1) conduct a systematic review and meta-analysis of NIPS for prenatal screening for chromosomal anomalies other than T21, T18, and T13; 2) determine the cost-effectiveness of the options regarding the conditions included in an expanded panel of chromosomal conditions to be screening with NIPT; and 3) determine the budgetary impact of the most efficient options. Methodology: We performed two systematic reviews and/or meta-analyses to answer the first objective. In order to address the second and third objectives, a semi-Markovian agent-based model was built to run simulations. The model reflects the use of services related to chromosomal anomaly screening, from the screening test stage to the end of pregnancy. The virtual population, based on the population of pregnant women in Quebec in 2021 in terms of age distribution and risk of having a child with a chromosomal anomaly, consisted of uniparous pregnant women who received a prenatal screening test during their first trimester of pregnancy. In order to reach the second objective, we considered the addition of the following chromosomal anomalies detectable by NIPS: sex chromosome aneuploidies (SCAs); 22q11.2 deletion syndrome; large deletions/duplications >7 Mb; and rare autosomal trisomies. The addition of these candidates to a screening program was considered based on the possibility of including them in five core programs. Three of these programs are currently offered by public health systems in Canada (serum integrated prenatal screening, integrated prenatal screening, and first-trimester screening). Two programs use NIPS as a first-tier screening test (massively parallel shotgun sequencing (MPSS) and targeted massively parallel sequencing (TMPS). For the data analyses, we performed both intra-group comparisons and inter-group comparisons. Lastly, to answer the last objective, four programs reported by the cost-effectiveness study to be cost-effective were compared to a reference (NIPS-MPSS method targeting the common trisomies). The four programs were 1) the NIPS-MPSS method to screen for common trisomies + large deletion/duplication >7 Mb; 2) the NIPS-MPSS method to screen for common trisomies + large deletion/duplication >7 Mb + SCAs; 3) NIPS-TMPS method to screen for common trisomies + 22q11.2 deletion, and 4) NIPS-TMPS method to screen for common trisomies + 22q11.2 deletion + SCAs. Results: The literature review shows that NIPS is a performant test for the detection of 45,X in high-risk pregnancies. There is a need for more quality studies to ensure sufficient statistical power in order to perform a meta-analysis on the performance of NIPS for the detection of other SCAs, copy number variants (CNVs), and RATs. The cost-effectiveness analyses of the intra-group comparisons show that adding new conditions to a program that targets only common trisomies can be cost-effective, depending on the anomalies added. In NIPS groups (as first-tier), the additional cost per case detected by adding all possible additional anomalies is $CAD 25,710 (95% CI, 25,489 - 25,934) for MPSS and $CAD 57,711 (95% CI, 57,141 - 58,292) for TMPS, respectively. The probability of this option being cost-effective is > 90% at the willingness-to-pay (WTP) of $CAD 50,000 per case detected. Finally, the simulations suggest that the budgetary impact for the Quebec Government of a program extended to screening for other fetal chromosomal anomalies than the common trisomies should be minimal, varying from 2 to 4 million $CAD per year, hence, less than $CAD 40 per pregnant woman. Conclusion: The extension of NIPS to the detection of chromosomal anomalies other than the three common trisomies may be efficient. The addition of microdeletions/microduplications and/or SCA testing to a first-tier NIPS-based screening program should increase the government's budget for prenatal care to less than $CAD 40 per pregnant woman per year. However, the decision about whether to expand a program cannot be based solely on economics. Policymakers must also consider the ethical issues that the addition of screenable conditions to a prenatal screening program raises.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Chez les eucaryotes, les protéines de la recombinaison homologue comme RAD51 et RAD52 jouent des rôles dans la maintenance de l'intégrité et la stabilité génomique. La protéine humaine RAD52 est un des membres de la large famille des "single-strand annealing proteins (SSAPs)" et stimule la recombinaison dépendante de RAD51. Chez les procaryotes et les bactériophages, il a été difficile d'établir la présence d'homologue de RAD52 avec des séquences conservées. Récemment, plusieurs protéines soupçonnées d'être des SSAPs ont été trouvées chez de nombreux phages infectant des souches de Lactococcus lactis. Une de ces SSAPs a été nommée Sak et se retrouve dans le bactériophage virulent u136 qui appartient à la famille des Siphoviridae. Dans cette étude, nous démontrons que Sak est homologue à la portion N-terminale de la protéine RAD52 humaine. Sak lie préférentiellement l'ADN simple-brin plutôt que le double-brin et favorise la renaturation de longs ADN complémentaires. Sak interagit avec RecA et stimule les réactions in vitro de recombinaison homologue. Des mutations modulant la liaison à l'ADN de RAD52 affectent Sak de façon similaire. Remarquablement, la reconstruction par microscopie électronique de Sak révèle une structure en anneau de onze sous-unités, similaire à la structure formée par les cristaux du fragment N-terminal de RAD52. Pour la première fois, nous proposons un homologue viral de RAD52 tant au point de vue phylogénétique que de sa séquence en acide aminé, sa structure et sa fonction.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique qui affecte autant les enfants que les adultes et qui se présente sous diverses manifestations cliniques. Cette maladie est également reconnue comme un trait complexe pUIsque plusieurs facteurs environnementaux et génétiques sont impliqués dans son développement. Les déterminants génétiques de susceptibilité ou de protection à l'asthme interagissent entre eux de même qu'avec l'environnement dans son développement. Depuis les dernières décennies, les études d'association ont permis d'identifier plus de 170 gènes associés à l'asthme ou à ses manifestations cliniques. Malgré cet avancement des connaissances en génétique de l'asthme, la confirmation des associations déjà observées et l'identification de nouveaux déterminants génétiques fait l'objet d'une recherche très active. C'est dans un tel contexte que le principal objectif de la présente thèse s'inscrit, à savoir l'identification de déterminants génétiques de susceptibilité ou de protection pour l'asthme. Pour ce faire, de nouvelles approches méthodologiques ainsi que des approches plus classiques ont été employées pour mener à terme les six études d'association présentées. Grâce à méthodologies novatrices, quatre nouvelles associations génétiques positives ont été mises en évidence avec les gènes CX3CR1, ALOX15, PLAU et PTPRE. De tels résultats ont permis, a priori, de démontrer l'utilité des nouvelles approches employées dans les études d'association génétique ' et de démontrer leur efficacité. L'acquisition de ces nouvelles connaissances a également mené à l'élaboration de nouvelles hypothèses de recherche et les projets en cours devraient améliorer la compréhension des mécanismes biologiques en cause dans l'asthme. Finalement, l'étude plus approfondie de ces gènes permettra, éventuellement, de développer de nouvelles thérapies et de surcroît, améliorer les conditions de vie des personnes asthmatiques.

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

L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies aériennes dont un pourcentage important s’explique par des facteurs génétiques. Les études en transcriptomique de l’asthme ont permis à ce jour d’identifier plusieurs gènes de susceptibilité. Notre revue de littérature a exposé la disparité de telles études. Néanmoins, ces études ont identifié des cibles thérapeutiques intéressantes qui permettront prochainement de mieux classifier et traiter les patients asthmatiques. Notre deuxième étude visait à identifier les loci associés à l’asthme à l’aide d’un criblage génomique par association en utilisant des pools d’ADN chez des femmes adultes canadiennes-françaises. Des criblages semblables ont déjà été effectués par le passé et nos résultats confirment l’implication des gènes PTGDR et C3AR1 dans l’asthme. En étudiant un sous-groupe plus homogène de patients asthmatiques, de nouvelles variations génétiques ont été associées à l’asthme. Des analyses in silico et fonctionnelles, sur l’expression des gènes dans les poumons, ont complémenté l’étude. / Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways which is largely explained by genetic factors. So far, transcriptomic studies of asthma have identified several susceptibility genes. Our review of the literature in this field has highlighted the disparity of such studies. However, those studies identified new therapeutic targets and biomarkers that are likely to improve asthma classification and treatments in a near future. Our second study aimed to identify loci associated with asthma using a pooling-based genome-wide association study in French Canadian adult women. Similar screens have been conducted in the past and our results confirmed the implication of C3AR1 and PTGDR in asthma. Using a more homogeneous subgroup of asthma patients, the study also revealed new genetic variants associated with asthma susceptibility. New findings were extended to gene expression in the lung and in silico analyzes.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La pollinisation et la fécondation induisent, dans le pistil, l'expression de nombreux messagers. Certains de ceux-ci sont nouvellement produits tandis que d'autres voient leur expression augmenter. Ce mémoire expose les résultats obtenus pour trois de ces gènes induits par la pollinisation et/ou la fécondation chez Solanum chacoense Bitt., une pomme de terre sauvage. Le premier, SPP2, est une désoxygénase de fonction inconnue de la famille des 2-oxoglutarate dépendantes, que les identités de séquence rapprochent d'enzymes impliquées dans les voies de biosynthèse d'alcaloïdes. Ce clone fut isolé simultanémment de deux banques d'ADNc construites à partir de pistils pollinisés depuis 48 heures (banque PP48) et 96 heures (banque 0v96), par la méthode d'hybridation soustractive. Le second gène, l'ACC oxydase qui est l'enzyme responsable de transformer l'ACC en éthylène, fut isolé dans la banque d'ADNc PP48 par la méthode du criblage différentiel. Le corps de ce mémoire traite principalement de ces deux premiers gènes, le troisième nommé SPP30 étant présenté en annexe sous forme d'article manuscrit, afin de mieux cerner la discussion. Ce troisième gène, SPP30, est très fortement homologue à un antigène de surface de Plasmodium falciparum, l'agent causal de la malaria, et fut isolé dans la banque d'ADNc PP48 par hybridation soustractive. L'ACC oxydase est un gène qui a déjà été caractérisé chez un grand nombre d'espèces de plantes. Depuis longtemps déjà il est établi que l'ACC oxydase est une importante enzyme de la voie de biosynthèse de l'éthylène, et que ce dernier est connu pour ses effets au niveau de la sénescence des pièces florales, sénescence qu'induisent les événements de pollinisation et de fécondation chez les végétaux. Pour cette raison, nous n'avons pas poussé très avant sa caractérisation. Une hybridation d'ARN de type northern démontre tout de même que, chez Solanum chacoense, l'expression de l'ACC oxydase augmente fortement dans le pistil suite à une pollinisation de 48 heures. L'intérêt du clone SPP2, quant à lui, nous est apparu grandissant au fur et à mesure que sa caractérisation progressait. Nous avons réussi, par le biais de nombreuses expérimentations, a démontrer que les ARNm de la désoxygénase SPP2 sont non seulement induits dans les ovaires matures par la pollinisation (compatible ou non), mais également par la fécondation et la blessure du style. On ne peut détecter les ARNm de SPP2 dans le style des fleurs matures, car son patron d'expression régresse de l'extrémité du style jusqu'à l'ovaire, et cela en fonction du développement floral. On constate aussi que l'augmentation de l'expression de SPP2 que l'on peut observer dans les ovaires matures de S. chacoense suite à la pollinisation et la fécondation, n'est pas le résultat du développement floral normal des fleurs. De plus, la période durant laquelle l'expression de SPP2 est maximale, correspond en fait à la période de réceptivité de la fleur à la fécondation. Finalement, le patron d'expression de SPP2 coïncide avec la zone d'abcission du style. Le patron d'expression de SPP2 nous laisse penser que cette enzyme pourrait être impliquée dans la voie de biosynthèse de métabolites secondaires pouvant jouer un rôle dans le guidage et la croissance des tubes polliniques vers les ovules. Aussi, la forme que prend l'expression des ARNm de SPP2 au niveau de la base du style, nous laisse penser que SPP2 pourrait également jouer un rôle de marqueur cellulaire entre le style et l'ovaire. Finalement, on sait que SPP2 est principalement exprimée au niveau du pistil, des feuilles et des fruits, et que son expression coïncide (dans les fleurs) avec la période pendant laquelle les fleurs de S. chacoense sont réceptives à la pollinisation et à la fécondation, alors que sa diminution coïncide avec la période à partir de laquelle la fécondation ne peut plus avoir lieu chez les fleurs. Tout ceci nous laisse penser que notre désoxygénase (présente de façon constitutive et induite par la pollinisation, la fécondation ou la blessure), pourrait être impliquée dans la voie de biosynthèse d'un métabolite secondaire tels qu'un alcaloïde possédant des propriétés anti-microbiennes ou encore, anti-herbivores.

Pendant plusieurs décennies, la communauté scientifique a supposé que pratiquement tous les gènes émergeaient par la duplication et la divergence de gènes préexistants. Récemment, les scientifiques ont découvert un nouveau mécanisme d'émergence des gènes, l'évolution de novo. Les gènes de novo émergent de séquences non codantes du génome et pourraient ainsi acquérir de nouvelles fonctions, à condition que leurs effets initiaux sur la valeur adaptative ne soient pas délétères. L'objectif de cette étude est d'identifier les propriétés structurales des gènes de novo qui ont un impact sur leur émergence. Nous nous intéressons aux très jeunes gènes de novo apparus au cours des 200 000 dernières années en utilisant des levures bourgeonnantes sauvages comme espèces modèles. Pour évaluer l'impact des gènes de novo sur la valeur adaptative, nous avons effectué un test de compétition de masse et une analyse de croissance différentielle avec des souches exprimant artificiellement 396 gènes de novo insérés sur un plasmide dans la levure bourgeonnante. Nous avons également analysé les propriétés structurales de ces séquences. Nous avons constaté que les gènes plus longs ont plus d'impact sur le taux de croissance. Nous avons également observé que les gènes de novo ayant un effet délétère ont tendance à être moins intrinsèquement désordonnés et ont un plus grand potentiel de formation d'agrégats. Enfin, nous avons découvert que les gènes de novo ayant un effet positif sur la valeur adaptative ont une propension plus élevée pour les domaines transmembranaires. Nous concluons qu'il existe une variation substantielle dans les propriétés structurelles des protéines codées par les gènes de novo et, par leur effet sur la valeur adaptative, ces propriétés pourraient déterminer quels gènes sont les plus susceptibles d'être maintenus sur une longue période et ainsi contribuer à la diversité du protéome. / For several decades, the scientific community assumed that virtually all genes emerged through the duplication and divergence of pre-existing genes. Recently, scientists have discovered a new mechanism of gene emergence, de novo evolution. De novo genes emerge from non-coding sequences of the genome and could thus acquire novel functions, provided their initial effects on fitness are not deleterious. The objective of this study is to identify structural properties of de novo genes that have an impact on their emergence. We are interested in very young de novo genes that appeared in the last 200 thousand years using wild budding yeasts as model species. To assess the impact of de novo genes on fitness, we performed a bulk competition assay and differential growth analysis with strains overexpressing 396 de novo genes inserted on a plasmid in budding yeast. We also analyzed the structural properties of these sequences. We found that longer genes have more impact on fitness. We also observed that de novo genes with a deleterious effect tend to be less intrinsically disordered and are predicted to have a greater potential to form aggregates. Finally, we discovered that de novo genes with a positive effect on fitness have a higher propensity for transmembrane domains. We conclude that there is substantial variation in the structural properties of the proteins encoded by de novo genes and, through their effect on fitness, these properties could determine which genes are more likely to be maintained and thus contribute to proteome diversity.