Pendant l'ovogenèse, l'ovocyte synthétise et emmagasine de nombreux ARNm maternels dans un état de traduction inactive. Ils sont traduits pendant la maturation et le développement embryonnaire grâce à la polyadénylation cytoplasmique, qui est régulée par des éléments spécifiques localisés dans leur 3' UTR. Les expériences présentées dans cette thèse ont été menées chez l'ovocyte bovin afin de mieux comprendre la régulation de la traduction par la polyadénylation cytoplasmique d'ARNm maternels. En étudiant l'ARNm de la cycline Bl, nous avons démontré que la polyadénylation cytoplasmique et l'initiation de la traduction peut survenir avant la maturation in vitro de l'ovocyte. Nous avons ensuite identifié et caractérisé un nouveau gène de l'ovocyte bovin nommé OOSPI (oocyte-secreted protein 1), qui est exprimé sous deux variants d'épissage : OOSPI vl (variant 1); et OOSPI_v2 (variant 2). Les transcrits de ce gène sont présents en grande quantité dans les ovocytes immatures (GV) et sont dégradés graduellement pendant la maturation et le développement, sans être exprimés à nouveau suite à l'activation du génome embryonnaire. Nous avons démontré que le gène OOSPI est un marqueur ovocyte-spécifique et que l'ARNm OOSPI vl est un marqueur de compétence au développement. L'étude de l'état de polyadénylation de l'ARNm OOSPI vl a permis de découvrir que sa queue poly(A) est longue dans les ovocytes en GV, allongée dans le zygote et raccourcie dans l'embryon au stade 8 cellules. Ce profil de polyadénylation est similaire à celui d'autres ARNm maternels ovocytaires possédant un CPE de type embryonnaire (eCPE) dans leur 3' UTR, comme celui de l'ARNm OOSP1 vl. Nous n'avons pu étudier l'initiation de la traduction de l'ARNm OOSPI vl puisque la protéine OOSPI vl est déjà présente dans les ovocytes immatures et matures (Mil), sous trois masses moléculaires différentes. La forme protéique de faible masse moléculaire disparaît complètement en fonction du temps après 18 h de fécondation in vitro. Seule la forme protéique de masse moyenne est encore présente dans les blastocystes. Nous avons montré que l'ARNm OOSPI vl et la protéine qu'il code sont finement régulés lors de la fécondation et du développement embryonnaire. / During oogenesis, the oocyte synthesizes and stores numerous maternal mRNA in a translational inactive state. Their translation is linked to cytoplasmic polyadenylation during maturation and embryo development and is driven by specific elements in their 3' UTR. The experiments presented in this thesis were conducted in the bovine oocyte to better understand translation regulation of maternal mRNA by cytoplasmic polyadenylation. With the study of cyclin Bl mRNA, we demonstrated that cytoplasmic polyadenylation and translation initiation can occur before in vitro maturation of the oocyte. We then identified and characterized a novel bovine oocyte gene named OOSP1 (oocyte-secreted protein 1), that is expressed under two splicing variants : OOSP1 vl (variant 1); and OOSPlv2 (variant 2). These transcripts are highly present in immature (GV) oocytes and are gradually depleted during maturation and development, without being reexpressed following embryonic genome activation. We showed that the OOSP1 gene is an oocyte-specific marker and that OOSPlvJ mRNA is a marker for developmental competence. The study of OOSPlvl mRNA polyadenylation status showed that its poly(A) tail is long in GV stage oocytes, elongated in zygotes and shortened in 8-cell embryos. This polyadenylation pattern is similar to the ones of other oocyte maternal mRNA bearing an embryonic type CPE (eCPE) in their 3' UTR, as the one present in OOSPlvl mRNA. We were not able to study OOSPlvl mRNA translation initiation since OOSPljvl protein was already present, in three different molecular masses, in immature and mature (Mil) oocytes. The low molecular mass protein form disappears in a time-dependant manner after 18 h of in vitro fertilization and only the medium molecular mass protein form is still present in blastocysts. We demonstrated that OOSP1 vl mRNA and its encoded protein are finely regulated during fertilization and embryo development.

La préséniline-1 (PS1) mutée est associée à un développement très précoce de la maladie (chez les individus de 24-55 ans) d'Alzheimer. Dans la cellule, la PS1 existe principalement sous forme de fragments (N-terminaux et C-terminaux, respectivement NTFs et CTFs) qui semblent nécessaires à sa fonction et à l'activité [gamma]-secrétase étroitement liée à la formation des peptides [bêta]-amyloïdes neurotoxiques. Nous avons étudié l'organisation structurale et fonctionnelle de la PS1, ses fragments, et leurs relations avec les protéines impliquées dans la production des peptides [bêta]-amyloïdes. Dans un premier temps, des expériences en levure, confirmées avec des techniques d'immunobuvardage et d'immunoprécipitation en cellules de mammifères, nous ont permis de mettre en évidence un rôle de l'holoprotéine de la PS1 dans la génération des fragments NTFs et CTFs. De plus, il a été possible de démontrer une interaction directe entre PS1 et BACE (enzyme de type aspartyl protéase aussi appelée [bêta]-secrétase), les deux joueurs clés dans la production des peptides [bêta]-amyloïdes. Finalement, l'étude du rôle fonctionnel de cette interaction nous a fournis des résultats permettant de suggérer une régulation de la PS1 par BACE.

La protéine Fragile Mental Retardation (FMRP) dont l'absence est la cause de la majorité des cas du syndrome du X-Fragile, possède différents domaines fonctionnels dont un tandem des domaines KH (KHI et KH2), domaines de liaison à l'ARN. Un cas unique de substitution du résidu isoleucine (I) en position 304 en asparagine (N) dans le domaine KH2 de la protéine mène à une forme très sévère du syndrome, observation qui atteste l'importance de ce domaine dans la fonction de la protéine. L'homologue du domaine KH2, le domaine KHI ne s'est pas encore vu attribuer un quelconque rôle dans la fonction de la protéine chez l'humain. L'identification des rôles des domaines fonctionnels est fondamentale pour comprendre le fonctionnement de la protéine par ses interactions avec l'ARN ou avec des partenaires protéiques. La FMRP est le produit du gène FMR1 qui possède aussi des homologues chez de nombreux organismes dont la drosophile, bon modèle génétique chez qui le gène possède une forte homologie avec celle de l'humain. En effet, le modèle de la drosophile à été utilisé précédemment pour l'identification de partenaires protéique de la dFMRP (drosophila FMRP) puis extrapolé et vérifié chez la protéine humaine. II a été montré que la mutation dans le domaine KHI de la dFMRP provoque une variation phénotypique chez la mouche. La question majeure est de savoir si cette même mutation dans le domaine KHI chez l'humain provoque aussi une variation de phénotype? Dans cette étude, nous avons construit des plasmides d'expression de la protéine FMRP et dFMRP de type sauvage et de ses mutants. FMRP étant impliquée dans la régulation de la traduction et dans la formation de granules de stress, nous avons analysé la capacité de la protéine à former ces granules de stress afin d'étudier l'impact des mutations sur son comportement. Nous avons pu confirmer la différence dans le patron de distribution de la protéine selon qu'elle est mutée ou non tant pour la protéine humaine que pour la protéine de drosophile. Du point de vue de la formation des granules de stress, le KHI semble être plus important que le KH2 chez la drosophile et cette tendance s'inverse chez l'humain. D'un autre coté, nous avons montré que la présence de ces mutations dans la protéine empêche partiellement celle-ci de réagir au stress chimique et cette modification de la protéine touche aussi la capacité de réponse de la cellule aux stress. Pour finir, on note que l'interaction de la protéine de drosophile avec la machinerie traductionnelle est très majoritairement médiée par des interactions protéine-protéine. Suite à ces résultats, nous avons conclu que les domaines KHI et KH2 (domaine de liaison à l'ARN), bien que n'étant pas indispensables à la formation de granules par la protéine, possèdent une certaine importance et le domaine KH arborant cette importance varie entre l'humain et la drosophile.

Les domaines de la génomique et de la métagénomique ont apporté un support incommensurable à l'avancement de nos connaissances sur la génétique des bactéries. Les bactéries pathogènes sont maintenant séquencées et analysées pour identifier les facteurs causant leur virulence et/ou leur résistance aux antibiotiques ainsi que leur capacité à transmettre ces éléments génétiques qui sont d'un intérêt clinique. Les bactéries commensales, quant à elles, sont de plus en plus associées à la santé humaine et sont étudiées à l'aide de la métagénomique pour contrer les difficultés liées à leur culture étant donné leur grande diversité en matière de besoins métaboliques. Les nouvelles technologies de séquençages permettent donc de produire en masse ces séquences d'ADN à des fins de caractérisation et de comparaison dans le but d'élucider des questions souvent reliées à la santé humaine. Les avancées en génomique et en métagénomique requièrent des logiciels bio-informatiques capables de gérer et de s'adapter à la quantité massive et croissante des données biologiques. Les deux premières hypothèses de ce doctorat concernaient le développement de méthodes efficaces et flexibles pour l'analyse de génomes et de métagénomes bactériens. Plusieurs méthodes d'analyses bio-informatiques ont été explorées et ont mené à l'implémentation de deux logiciels pour supporter les hypothèses de recherche : Ray Surveyor et kAAmer. La première hypothèse de recherche consistait à vérifier s'il était possible d'obtenir une comparaison de génomes, depuis leur simple contenu en k-mers de séquences d'ADN, avec des résultats analogues aux comparaisons génomiques standards comme le pourcentage moyen d'identités ou les arbres phylogénétiques, mais sans nécessiter d'alignements de séquences. Nous avons démontré avec le logiciel Ray Surveyor et plusieurs analyses de génomique et de métagénomique bactérienne, qu'il était possible d'obtenir de tels comparaisons à l'aide de séquences d'ADN découpées en k-mer. Dans l'étude qui présenta les résultats de l'hypothèse de recherche, nous avons aussi estimé la propension génotypique de plusieurs espèces bactériennes à des phénotypes d'intérêt clinique à l'aide de bases de données de gènes spécialisées. La deuxième hypothèse était de tester s'il était possible de développer un logiciel pour l'identification de séquences protéiques, basé sur des k-mers d'acides aminés, qui serait plus performant que les logiciels existants, spécifiquement pour l'identification de protéines avec un haut degré d'homologie. Les travaux menèrent à l'implémentation de kAAmer, un logiciel permettant de créer des bases de données de protéines où la recherche de séquence se fait par association exacte de k-mers tout en supportant l'alignement de séquences. KAAmer s'est avéré très efficace pour la recherche de séquences de protéines avec des performances surpassant même, dans la majorité des scénarios, les aligneurs de séquences les plus rapides. D'autres fonctionnalités intéressantes sont aussi offertes par kAAmer, tel que la possibilité d'héberger une base de données en tant que service de manière permanente. Enfin, la troisième et dernière hypothèse de recherche visait à valider si les deux logiciels développés durant le projet de doctorat (Ray Surveyor et kAAmer) produiraient des résultats viables dans une analyse métagénomique du microbiote intestinal en lien avec l'obésité. Les profilages taxonomique et fonctionnel furent donc réalisés avec kAAmer et la comparaison de novo des métagénomes investiguée avec Ray Surveyor. Les résultats obtenus se sont avérés significatifs et ont démontrés, entre autres, une tendance vers une abondance relative plus élevée pour le phylum Bacteroidetes et moins élevée pour les phyla Firmicutes et Acinetobacteria chez les sujets obèses. Une multitude de fonctions métaboliques se sont aussi avérées significativement différentes dans les conditions normales et d'obésités des métagénomes, avec une mention particulière à celles reliées au métabolisme des acides gras à chaîne courte qui sont reconnues pour être associées à l'obésité. / The fields of genomics and metagenomics have provided immeasurable support to the advancement of our knowledge of bacterial genetics. Pathogenic bacteria are now routinely sequenced and analyzed to identify the factors causing their virulence or antibiotic resistance as well as their ability to transmit genetic elements. Commensal bacteria are increasingly associated with human health and are being studied using metagenomics to counter the issues associated with their culture due to their wide range of metabolic needs. Next generation sequencing enabled us to mass-produce these DNA sequences for characterization and comparison purposes in order to elucidate questions related to human health. Improvement in genomics and metagenomics studies required bio-informatics software that are able to manage and adapt to an increasing availability of biological sequences data. The first two hypotheses of this thesis include the development of efficient and flexible methods for the analysis of bacterial genomes and metagenomes. Several bio-informatics analysis methods were explored and led to the implementation of two software to support the research hypotheses: Ray Surveyor and kAAmer. The first research hypothesis was to test the possibility of obtaining a comparison of genomes, from their simple DNA k-mers content, with results analogous to standard genomic comparisons such as average nucleotide identity or phylogenetic trees, but without the need for sequence alignments. Using Ray Surveyor software and several bacterial genomic and metagenomic analyses, we have demonstrated that it is possible to obtain such comparisons using k-mers from DNA sequences. In the study that presented the results of the research hypothesis, we also estimated the genotypic propensity of several bacterial species to clinically relevant phenotypes using specialized gene databases. The second hypothesis was to test the possibility of developing a software for protein sequence identification, based on amino acid k-mers, which would be more efficient than existing software, specifically for the identification of proteins with a high degree of homology. The work led to the implementation of kAAmer, a software solution that allows the creation of protein databases where the sequence search is done by exact match of k-mers, while supporting sequence alignment. KAAmer has proven to be very efficient for protein sequence search with performances surpassing even the fastest sequence aligners in most scenarios. Other interesting features are also offered by kAAmer, such as the possibility to host a database as a service on a permanent basis. Finally, the third and last research hypothesis aimed to test the capacity the two software developed during the PhD project (Ray Surveyor and kAAmer) to produce viable results in a metagenomic analysis of the gut microbiota in relation to obesity. Taxonomic and functional profiling was performed with kAAmer as the de novo comparison of metagenomes with Ray Surveyor. The results obtained were significant and showed, among others, a trend towards higher relative abundance of the Bacteroidetes phylum and lower relative abundance of the Firmicutes and Acinetobacteria phyla in obese subjects. Several metabolic functions were also found to be significantly different in the normal and obese conditions, with a particular mention to the metabolism of short-chain fatty acids (SCFA) that are known to be associated with obesity.

La maladie osseuse de Paget (MOP) a changé de visage au cours des dernières années, augmentant le nombre d’individus atteints qui demeurent asymptomatiques. Étant donné le risque élevé de développer un ostéosarcome associé avec la MOP, cette maladie est une contre-indication à la prescription d’agents ostéoformateurs. Avec l’apparition prochaine de nouveaux agents ostéoformateurs pour le traitement de l’ostéoporose, il devient crucial de pouvoir dépister de façon fiable la présence de la MOP. Les objectifs de ce projet étaient (1) de mettre au point un test plus sensible permettant de détecter et d’évaluer la fréquence des mutations post-zygotiques SQSTM1/P392L chez les patients pagétiques, (2) de développer un test génétique de dépistage de la MOP incluant les mutations germinales et post-zygotiques dans SQSTM1, (3) et d’évaluer les performances diagnostiques de ce test intégré avec des marqueurs biochimiques dans une signature moléculaire spécifique à la maladie. Une technique de PCR sensible utilisant un acide nucléique bloqué (LNA) spécifique à la mutation SQSTM1/P392L a été développée, puis la présence de cette mutation a été recherchée dans les cohortes disponibles au laboratoire et dans différents tissus. Ensuite, le développement de la signature moléculaire a utilisé les données génotypiques et biochimiques disponibles dans les cohortes du laboratoire, puis des régressions logistiques ont été effectuées afin de déterminer la combinaison de marqueurs ayant la meilleure capacité à identifier correctement les patients avec la MOP. Des mutations post-zygotiques SQSTM1/P392L étaient présentes chez 4,8% des patients pagétiques, et 1,4% des individus sains dans les populations étudiées, cette mutation post-zygotique étant restreinte à la lignée monocytaire. Deux tests moléculaires sous forme d’algorithme en deux étapes ont ensuite été proposés. D’une part, un algorithme génétique pur pourrait être utilisé : des mutations germinales dans le gène SQSTM1 devraient d’abord être recherchées, et si elles sont absentes, le score génétique basé sur la combinaison de cinq marqueurs génétiques développée dans ce projet devrait être calculé. Cet algorithme génétique avait une sensibilité égale à 83,61% et une spécificité égale à 51,03% dans les cohortes étudiées. D’autre part, un algorithme génétique et biochimique pourrait être proposé: des mutations germinales dans le gène SQSTM1 devraient d’abord être recherchées, et si elles sont absentes, le score combiné basé sur la combinaison des marqueurs génétiques et biochimiques développée dans ce projet devrait être calculé. Dans les populations étudiées, cet algorithme avait une sensibilité égale à 93,88% et une spécificité égale à 54,00%. La découverte des mutations post-zygotiques confirme l’existence d’un spectre mutationnel de SQSTM1 dans la MOP et pourrait expliquer en partie son caractère focal. Ces résultats ont par la suite permis de développer deux tests moléculaires capables de dépister la MOP de façon plus fiable que les biomarqueurs actuellement disponibles en pratique clinique. / Paget’s disease of bone (PDB) has changed in recent years, increasing the number of affected individuals who remain asymptomatic. Given the high risk of developing an osteosarcoma associated with PDB, this disease is a contraindication to the prescription of bone anabolic agents. With the incoming introduction of new bone anabolic agents indicated for osteoporosis treatment, it will be crucial to screen accurately for the presence of PDB. The objectives of this project were (1) to develop a more sensitive test to detect and assess the frequency of SQSTM1/P392L post-zygotic mutations in pagetic patients, (2) to develop a genetic test of PDB, including germinal and post-zygotic SQSTM1 mutations, (3) and to assess the diagnostic performance of this test integrated with bone biomarkers in a molecular signature of PDB. A sensitive PCR method using a locked nucleic acid (LNA) specific to the SQSTM1/P392L mutation was developed, and the presence of this mutation was investigated in the cohorts available in the laboratory, and in different tissues. Then, the development of the molecular signature used genotypic and biochemical data available in the laboratory, and logistic regressions were performed to determine the combination of markers with the best ability to correctly identify PDB patients. SQSTM1/P392L post-zygotic mutations were present in 4.8% of pagetic patients, and in 1.4% of healthy individuals in the population studied, this mutation being restricted to the monocytic lineage. Two molecular tests relying on a two steps algorithm were then developed. Firstly, a pure genetic algorithm could be proposed: a screen in the SQSTM1 gene should first be performed to search for disease-causing germinal mutations, and if negative, the genetic score based on a combination of the five SNPs developed in this study should be calculated. In the populations studied, this genetic algorithm had a sensitivity of 83.61% and a specificity of 51.03%. On the other hand, a genetic and biochemical algorithm could be used: a screen in the SQSTM1 gene should first be performed to search for disease-causing germinal mutations, and if negative, the combined score based on a combination integrating both genetic and biochemical markers developed in this study should be calculated. This genetic algorithm had a sensitivity of 83.61% and a specificity of 51.03% in the populations studied. The presence of post-zygotic mutations confirms the existence of a mutational spectrum of SQSTM1 in PDB, and may explain its focal character. These results conducted to the development of two molecular tests which predicted the PDB phenotype better than bone biomarkers already available in clinical practice.

Les télomères sont des structures hautement spécialisées qui coiffent les extrémités des chromosomes et qui assurent l’intégrité du génome durant la réplication. La longueur des télomères étant un marqueur de vieillissement cellulaire, leur raccourcissement est présumé être associé aux maladies liées au vieillissement, en particulier le cancer. Plusieurs études suggèrent que les habitudes de vie, facteurs pronostiques potentiels et modifiables du cancer du sein, ont un impact sur la longueur des télomères et que la longueur des télomères serait associée au pronostic du cancer du sein. L’objectif du projet présenté dans ce mémoire était d’étudier l’association entre la longueur des télomères et les différents facteurs pronostiques reconnus ou potentiels du cancer du sein. Tout d’abord, une revue systématique de la littérature a été réalisée afin d'évaluer l'état actuel des connaissances concernant la valeur de la longueur des télomères en tant que facteur pronostique du cancer du sein. Cette revue systématique a permis d’identifier d’importantes différences méthodologiques expliquant les résultats globalement peu concluants des études antérieures et de mettre en évidence le potentiel important de la longueur des télomères en tant que marqueur pronostique chez les patientes atteintes d’un cancer du sein. Une étude exploratoire transversale a ensuite été réalisée pour examiner l'association entre la longueur des télomères, mesurée dans les globules blancs périphériques, et les facteurs pronostiques reconnus ou potentiels du cancer du sein, chez 162 patientes recrutées consécutivement au Centre des maladies du sein Deschênes-Fabia de Québec. Cette étude a permis d’identifier une association positive entre certains domaines d’activité physique et la longueur des télomères des globules blancs périphériques. Si une association entre la longueur des télomères et les facteurs pronostiques traditionnels du cancer du sein n’a pas pu être établie, il n’en demeure pas moins que la valeur de la longueur des télomères, évaluée de façon appropriée, en tant que marqueur pronostique du cancer du sein mérite d’être explorée par une étude longitudinale de survie où toutes les précautions auront été prises pour minimiser le risque de biais. / Telomeres are highly specialized structures capping the ends of chromosomes that ensure genome integrity during replication. As telomere length is an indicator of cell aging, telomere shortening has been linked to aging-related diseases, especially cancer. Several studies suggest that lifestyle factors, which are modifiable factors and have been associated with breast cancer prognosis, have an impact on telomere length and that telomere length may be associated with breast cancer prognosis. The present project objective was to investigate the association of telomeres with traditional and potential breast cancer prognostic factors. First, a systematic review was conducted to evaluate the current state of knowledge concerning the value of telomere length as a prognostic factor. This systematic review identified important methodological differences that could account for the overall inconclusive results of previous studies and highlighted the potential value of telomere length as a breast cancer prognostic marker. A cross-sectional exploratory study was then performed to examine the association of peripheral white blood cells telomere length with traditional and potential prognostic factors among 162 breast cancer patients consecutively recruited at the « Centre des maladies du sein Deschênes-Fabia » in Quebec City. This study identified a positive association between specific domains of physical activity and telomere length in peripheral white blood cells. Even though an association of telomere length with traditional breast cancer prognostic factors was not identified, the value of telomere length as a breast cancer prognostic marker deserves to be explored through an unbiased longitudinal survival study.

Leishmania est un pathogène important pour la santé humaine avec plus de 350 millions de personnes à risque dans le monde. Leishmania présente des caractéristiques uniques en termes de régulation génique constituant ainsi un excellent modèle pour l’étude des mécanismes de régulation génique. Chez Leishmania ainsi que les autres Trypanosomatidae, il n’y a pas de controle au niveau de l’initiation de la transcriptin et la regulation se fait pas presque exclusivement au niveau post-transcriptionnel. Les éléments régulateurs en cis situés dans les régions 3' non-traduites (3'UTRs) des ARN messagers chez Leishmania (ARNms) sont essentiels pour la régulation de la stabilité ou la traduction des transcrits. Malgré les efforts considérables déployés pour l’identification de ces éléments régulateurs, uniquement quelques centaines ont été caractérisées chez les eucaryotes. Nous avons identifiés une nouvelle classe de rétroéléments agissant en cis, appelés SIDERs (Short Interspersed DEgenerate Retroposons) qui sont largement distribués dans le génome du parasite (>2000 copies de SIDER1 et SIDER2), situés pour la plupart dans la région 3ʹUTR. Les transcrits contenant SIDER2 le région 3ʹUTR sont dégradés par un mécanisme indépendant de la déadénylation initié par un clivage endonucléolytique au sein de la séquence signature II (SII) qui est conservée parmi SIDER2. Mon travail a consisté à déterminer les séquences nécessaires pour le clivage endonucléolytique et à identifier les trans-régulateurs jouant un rôle dans la dégradation des ARNm dépendante de SIDER2. Nous avons adopté une approche de purification d'affinité d'ARN étiquetés MS2 permettant de capturer les facteurs trans-régulateurs. Parmi ces éléments liant spécifiquement SIDER2, la Pumilio protéine PUF6 est responsable de la dégradation du transcrit rapporteur possédant la séquence SIDER2 en 3ʹUTR. De plus, l’inactivation du gène PUF6 se manifeste par une augmentation de stabilité des transcrits, suggérant un rôle de PUF6 dans la dégradation des ARNm médiée par SIDER2. Des études de mutations au sein de la séquence conservée, signature II, responsable de la régulation de la dégradation, ont permis de souligner l’importance de sites de clivages putatifs, précédemment identifiés au niveau de SIDER2. De plus, deux régions additionnelles proches de l’extrémité terminale de la séquence SIDER2 se sont révélées de jouer aussi un rôle au niveau de la déstabilisation de l’ARNm. Enfin, nous avons investigué le rôle de la traduction au niveau de la dégradation des ARNm médiée par SIDER2 et nous avons montré que la dégradation des transcrits SIDER2 est liée à une traduction active, soulignant ainsi l’importance de la machinerie de la traduction au niveau de la régulation globale des transcrits contenants des éléments SIDER2 dans le 3’UTR.. / Leishmania spp. are important human pathogens which put lives of over 350 million people at risk, worldwide. Apart from being an important human pathogen, Leishmania has unique features in terms of gene regulation, rendering it an excellent model organism to study gene regulation mechanisms. Notably, Leishmania and other trypanosomatids lack control at the level of transcription initiation and therefore most of the regulation of gene expression takes place post-transcriptionally. Cis-acting elements in 3ʹ-untranslated regions (3ʹUTRs) of Leishmania messenger RNAs (mRNAs) are central to the regulation of mRNA decay or translation efficiency. We have identified a novel class of cis-acting retroposons, termed SIDERs (Short Interspersed DEgenerate Retroposons) that are widely distributed in the parasite genome (>2000 copies of SIDER1 and SIDER2), mostly within 3ʹUTRs. Transcripts bearing SIDER2 in their 3ʹUTR are degraded via a deadenylation-independent pathway involving endonucleolytic cleavage within the conserved signature II (SII) sequence of SIDER2 elements. My research project aimed at determining the sequence requirements for endonucleolytic cleavage and identifying the trans-acting factor(s) contributing to SIDER2-mediated mRNA decay. We employed a tethering approach using the MS2 system to capture the trans-acting proteins in vivo. Amongst the proteins specifically tethered to SIDER2, the Pumilio protein PUF6 was shown to downregulate the SIDER2-harboring reporter transcript. Furthermore, inactivation of the PUF6 gene resulted in upregulation and increased transcript stability, indicating that PUF6 contributes to SIDER2-mediated decay. Mutational analysis within the conserved SII region, known to regulate decay, highlighted the importance of the previously mapped putative cleavage sites in mediating degradation of SIDER2-containing transcripts. Furthermore, two additional regions closer to the end of the SIDER2 sequence were found to contribute to mRNA destabilization. Finally, we addressed the requirement of translation for SIDER2 mediated decay and showed that degradation of SIDER2 transcripts is linked to ongoing translation, underscoring significance of the translation apparatus in global regulation of SIDER2-containing transcripts.

Malgré les progrès récents associés à l’utilisation des nucléases d’ingénierie du génome, certaines problématiques persistent. Par exemple, l’isolement des cellules génétiquement modifiées est un travail long et parfois laborieux. De plus, la spécificité des nucléases est aussi un point souvent mal caractérisé. Cette dernière peut avoir des conséquences importantes in vitro, mais particulièrement in vivo. Le but de mon projet de maitrise était de développer des techniques permettant d’adresser ces deux problématiques. Ici, nous avons créé une cassette de sélection auto-excisable qui exploite le processus de réparation par appariement simple brin (SSA) et qui permet une isolation simple de clones modifiés sans laisser de « cicatrices » dans l’ADN. Le procédé se base sur une sélection à la puromycine, une contre sélection au ganciclovir et une excision de la cassette de résistance via l’utilisation de nucléases thermosensibles. Nous avons démontré la faisabilité de cette approche en intégrant la protéine fluorescente EGFP au locus AAVS1 et en insérant une étiquette de purification au locus EZH2. Ce locus code la protéine Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2). Dans un deuxième temps, nous avons évalué la possibilité d’utiliser deux paires de nickases pour créer deux cassures simple brin (SSB) et ainsi induire indirectement une cassure double brin dans l’ADN. Cette approche permet de diminuer de façon importante la possibilité de créer des mutations à des sites non-ciblés. Nous avons déterminé que deux SSBs doivent avoir lieu sur des brins opposés et à proximité afin de stimuler la modification génique voulue. Toutefois, ces paires de nickases ont une efficacité plus faible que les nucléases clivant au même endroit. Les nouveaux outils décrits dans ce mémoire permettront éventuellement de simplifier l’ingénierie du génome en diminuant la charge de travail nécessaire à l’enrichissement des cellules modifiées génétiquement et en augmentant la spécificité des nucléases, ce qui permet de réduire les probabilités de mutations à des loci hors cible. / Despite recent advances in the use of engineered nucleases, some issues remain. For example, isolation of genetically engineered cells is a long and sometimes laborious process. Moreover, the specificity of nucleases is often poorly characterized. The latter may have important consequences in vitro, but particularly in vivo. We aimed to develop techniques for addressing these two problems. Here we have created a self-excisable selection cassette that exploits the single-strand annealing (SSA) repair process and allows for simple isolation of modified clones and scarless genome editing. The method is based on puromycin selection, ganciclovir counter-selection and excision of the resistance cassette via the use of heat-sensitive nucleases. We demonstrate the feasibility of this approach by integrating the fluorescent protein EGFP at the AAVS1 locus and by inserting a purification tag at the EZH2 locus. This locus encodes the protein Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2). Secondly, we evaluated the possibility of using two pairs of nickases to create two single-strand breaks that could be repaired as a double strand break. As a proof of concept, we created two single-strand breaks at a distance of 513 bp at the CCR5 locus. When they take place on opposite strands, the latter can recreate the effect of a double-strand break, but with a lower efficiency than the nucleases cleaving at the same site. We determined that the double-strand break effect created by two single-strand breaks increases as the distance between the two single-strand breaks decreases. The new tools described here make it possible to simplify genome engineering by reducing the workload necessary for the enrichment of genetically modified cells and by increasing the specificity of the nucleases by decreasing the potential for off-target mutagenesis.

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.

La protéine Rttl06 (Regulator of Ty Transposition) est un chaperon d'histones découvert récemment chez la levure. Ce facteur interagit avec les histones H3 et H4 et possède la faculté de déposer des nucléosome sur des molécules d'ADN. Dans notre laboratoire, le gène RTT106 fut identifié dans un crible de gènes synthétiques létaux utilisant une mutation dans le gène SPT2. De plus, des résultats obtenus dans notre laboratoire suggèrent que Rttl 06 est impliqué, tout comme SPT2 et SPT6, dans les modulations de la chromatine associée à l'élongation de la transcription. Des défauts dans cette fonction se manifeste par plusieurs phénotypes différents incluant une initiation de la transcription à partir de TATA cryptiques. Rttl06 est un chaperon d'histones suggérée de jouer un rôle dans la répression génique (± silencing ¿) par l'hétérochromatine chez S. cerevisiae. Elle interagit physiquement et fonctionnellement avec le Chromatin Assembly Factor-1 (CAF-1) qui est associé avec la déposition d'histones couplée à la replication. Nous avons utilisé diverses approches pour étudier Rtt106 de façon détaillée et lui avons identifié une fonction auparavant inconnue. Nous avons trouvé des interactions génétiques entre rtt106[delta] et des mutations dans des gènes codants pour des facteurs d'élongations, incluant Spt6, TFIIS et des membres des complexes PAF et DSIF. De plus, des analyses par immunoprecipitation de la chromatine indiquent que Rtt106 est associé spécifiquement aux régions transcrites de gènes actifs. Nos résultats ont aussi montré que Rtt106 est requis pour la répression de la transcription à partir de promoteurs cryptiques à l'intérieur d'une région codante. Cette observation suggère fortement que Rtt106 joue un rôle dans la régulation du niveau de déposition d'histone H3 couplée à la transcription. Pour finir, des résultats préliminaires suggèrent un lien entre Rtt106 et la régulation du niveau d'acétylation de la lysine 9 de l'histone H3. En somme, nos résultats indiquent un lien direct pour Rtt106 dans l'élongation de la transcription et les dynamiques de la chromatine associée avec le passage de l'ARN polymerase II.