PALB2 (Partner And Localizer of BRCA2) est un gène de prédisposition au cancer du sein à forte pénétrance. En effet, les mutations pathogéniques dans PALB2 augmentent le risque de développer la maladie de 8 à 9 fois pour les porteuses de moins de 40 ans et de 3 à 4 fois au cours de leur vie. À ce jour, environ 200 variations de type faux sens localisées dans PALB2 ont été identifiées en clinique, chez des patientes atteintes d’un cancer du sein, mais très peu ont été caractérisées fonctionnellement. De plus, aucune méthode d’analyse fonctionnelle à grande échelle de ces variants de signification incertaine n’a été élaborée pour le moment. Par conséquent, les médecins et conseillers en génétique ne sont pas en mesure d’interpréter l’effet de ces variations en termes de risque et la prise de décision quant au suivi de ces porteuses, la communication de leur risque, la divulgation aux membres de la famille, le recours aux chirurgies préventives ou encore le choix des stratégies de traitement est complexe. La compréhension de l’effet des variations faux sens sur la fonction de PALB2 est donc indispensable pour leur classification et leur interprétation en clinique. PALB2 étant un médiateur de la réparation des cassures double-brin par recombinaison homologue, nous avons proposé d’établir une méthode systématique d’essais biochimiques et cellulaires, centrée sur la fonction de PALB2 dans la recombinaison homologue. Nous avons émis l’hypothèse que cette méthode de caractérisation fonctionnelle est suffisante pour classer ces variants comme bénins ou délétères pour la fonction de PALB2 dans la recombinaison homologue. Ainsi, au cours de mon doctorat, j’ai participé à la caractérisation fonctionnelle d’une centaine de variations faux sens ainsi qu’une mutation tronquante localisées dans PALB2. Nos travaux montrent que notre méthode systématique est pertinente pour la caractérisation fonctionnelle des variants de signification incertaine. En effet, nous avons identifié plusieurs variants faux sens qui présentent des défauts importants ou intermédiaires de recombinaison homologue et qui favorisent ainsi l’instabilité génomique et la carcinogénèse. Enfin, nous avons montré que le score de formation de foyers RAD51 est un bon marqueur des tumeurs de cancer du sein avec des défauts de recombinaison homologue sensibles aux traitements basés sur les inhibiteurs de PARP.

L'architecture du système racinaire (ASR) est un aspect fondamental de la productivité des plantes, en particulier dans les environnements aux ressources limitées. Bien que l'importance de l’ASR soit connue, peu d'études ont exploré sa variabilité et son assise génétique chez les plantes, sans doute parce que les racines sont sous terre et sont difficiles à observer. Dans cette étude, nous avons étudié la variation naturelle de l’ASR au sein d’une collection de 137 lignées de soya hâtif représentative de ce qui est cultivé dans l’est du Canada. Nous avons utilisé des « rhizo boîtes », des enceintes constituées de plaques en acrylique, au sein desquelles nous avons documenté le développement du système racinaire en deux dimensions. Des photos ont été prises à l’aide d’une caméra et traitées à l’aide de logiciels d’analyse d’images pour mesurer différents caractères racinaires. Les analyses statistiques ont montré des différences phénotypiques significatives (P < 0,001) pour les caractères étudiés. Pour cette même collection de 137 lignées, nous avions des données génotypiques importantes issues de génotypage par séquençage et de reséquençage (2,18Mde marqueurs SNP). Au moyen de ces données phénotypiques et génotypiques, nous avons effectué des analyses pangénomiques ou GWAS (« Genome-wide association study ») pour identifier des locus de caractère quantitatif (QTL) contrôlant les caractères racinaires à l’étude. Au total, 10 QTL sont détectés pour deux caractères importants : la longueur totale des racines et le diamètre de la racine principale. Au sein de ces régions génomiques, deux gènes candidats sont identifiés dont les fonctions sont connues pour avoir un impact majeur sur l’ASR chez les plantes et qui expliquent de 15 à 25 % de la variation phénotypique observée. Ces gènes pourront servir à développer de nouvelles variétés de soya dotées de meilleurs systèmes racinaires afin d’assurer de meilleurs rendements en conditions de stress. / Root system architecture (RSA) is a fundamental aspect of plant productivity, particularly in resource-limited environments. Despite the importance of RSA, few studies have explored its variability and genetic basis in crops, because roots are underground and are so difficult to observe. In this work, we explored the phenotypic variation in RSA traits in a panel of 137 early soybean linesfrom Eastern Canada. We used rhizoboxes, transparent plastic enclosures, that allowed the study of root system development in two dimensions. Root systems were photographed using a camera and image analysis softwares were used to measure various components of RSA. Significant phenotypic differences for different RSA-related traits were found. The same panel of 137 lines had been characterized through a mixed genotyping approach (Genotyping by sequencing (GBS) and Whole genome sequencing (WGS)) to yield a catalog of 2.18M SNPs. The phenotypic and genotypic data were used for to perform a genome-wide association study (GWAS) to identify quantitative trait loci (QTL) controlling RSA-related traits. In total, 10 QTL regions were detected for two RSA-related traits, namely total root length and main root diameter. These genomic regions harbored two candidate genes whose predicted functions are known to play a role in RSA and which explained from 15 to 25% of the phenotypic variation. These genes can serve to develop new soybean varieties with better root systems to ensure productivity in stressful environments.

Chez les plantes à fleurs, où une immense variété de stratégies de reproduction est rencontrée, la dispersion des gènes s’opère classiquement via des flux de pollen pour la voie mâle, et via des flux de graines pour la voie femelle. La gynodioécie correspond à un système de reproduction original, caractérisé par la coexistence de plantes femelles et de plantes hermaphrodites au sein de populations naturelles. Ce système de reproduction suscite depuis longtemps un intérêt particulier, du fait d’un paradoxe évolutif apparent : les individus femelles, ayant perdu une voie de transmission de leur information génétique, devraient être désavantagés par rapport aux hermaphrodites, dotés des deux voies de transmission des gènes. L’objet de ce travail thèse était d’expliquer le maintien des femelles et les importantes variations spatiales de sex ratio fréquemment observées dans les populations naturelles de betterave maritime (Beta vulgaris ssp. maritima), chez laquelle le déterminisme du sexe implique des interactions entre des gènes cytoplasmiques induisant la stérilité mâle (CMS) et des allèles nucléaires de restauration de la fonction mâle. En mêlant des approches de biologie et de génétique des populations, trois thématiques ont ainsi été abordées. (i) La valeur sélective des différents types sexuels a été mesurée, en faisant appel à des mesures phénotypiques en conditions contrôlées et à des analyses de paternité en populations naturelles. Ceci a permis de révéler un avantage femelle extrêmement restreint ainsi que des variations importantes du succès reproducteur mâle chez les hermaphrodites, liées notamment au génotype des individus et à l’existence d’un coût de la restauration. (ii) La caractérisation moléculaire de la diversité génétique au sein de plusieurs populations naturelles et entre plusieurs cohortes successives nous a permis de mettre en lumière l’importance relative des effets de la migration, des évènements de fondation et de la dérive génétique sur la structure spatiale des phénotypes sexuels. Les variations observées de sex ratio à très fine échelle semblent ainsi expliquées par des effets de fondation multiples couplés à des flux de pollen et de graines restreints dans l’espace. (iii) Finalement, nous mettons en évidence l’effet important que cette forte structure spatiale des sexes peut avoir, à la fois sur les individus hermaphrodites et sur les individus femelles. L’ensemble de nos résultats montre qu’une structure spatiale à fine échelle, générée par des évènements de fondation et des flux de gènes limités, peut affecter de façon importante la dynamique de la gynodioécie dans la nature. / In flowering plants, which exhibit a spectacular diversity of reproductive strategies, gene dispersal generally occurs through two distinct pathways: pollen for the male function, and seed for the female function. Among sexually polymorphic flowering plants, gynodioecy refers to a particular breeding system in which females and hermaphrodites co-occur in natural populations. Since females reproduce only through seeds, they apparently transmit their genes only half as frequently as hermaphrodites, which gain fitness through both seed and pollen production. This apparent evolutionary paradox has attracted the attention of evolutionary biologists as far as the mid-nineteenth century. The aim of this PhD thesis was to understand the successful maintenance of female individuals and the important spatial variations in sex ratio that are often observed in natural populations of gynodioecious Beta vulgaris ssp. maritima, in which sex is determined by interactions between cytoplasmic male sterility (CMS) genes and nuclear restorers of male fertility. Using population biology and population genetics approaches, three distinct themes were considered. (i) First, male and female fitness of the different sexual types were compared, using both measures in controlled conditions and paternity analyses in the wild. While our results only suggest a very restricted female advantage, we detected strong male fitness differences among hermaphrodites that were partially explained by the genotype of individuals and by the occurrence of a cost of restoration. (ii) The study of the distribution of genetic diversity in several natural populations and in several consecutive cohorts allowed us to quantify the relative impact of migration, founder events and genetic drift on the spatial distribution of sexes. Overall, random founder effects with spatially restricted pollen and seed flow appeared to be the primary determinants of sex ratio variations. (iii) Finally, we explore how such sex ratio variation can affect the reproductive output of hermaphrodites and females. Altogether, we show that fine-scale spatial structure, resulting from the joint action of founder events and limited gene flow, can notably modify the dynamics of gynodioecy in natural populations.

Pas de résumé / Nephrotic syndrome (NS) is a kidney disease characterized by disruption of the glomerular filtration barrier and the massive loss of proteins into the urine. Although in the majority of cases treatment with steroids leads to remission of the disease, in 15-20% of cases the disease is not responsive to this therapy and is classified as steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS). SRNS is a clinical condition with high morbidity leading to progressive renal failure as well as multiple metabolic and cardiovascular complications. Extensive research over the last 20 years has identified more than 40 SRNS causing genes that are crucial for function of the podocyte, a highly specialized kidney epithelial cell. However, the mutated gene is still unknown in about half of the familial cases. We have used exome sequencing to identify new genes mutated in SRNS. In order to prove the pathogenicity of the identified mutations we used the Drosophila model, assessing defects of fly viability and the structure and function of nephrocytes, podocyte like-cells. My thesis work consists of two projects. Firstly, we identified biallelic mutations in a new candidate gene, SGPL1, encoding the sphingosine 1- phosphate lyase, in individuals presenting SRNS with facultative adrenal insufficiency, ichthyosis, neurological defects and immunodeficiency. SGPL1 is the main catabolic enzyme of sphingolipids, irreversibly degrading sphingosine 1-phosphate into phosphoethanolamine and hexadecenal. In flies, these mutations were shown to decrease viability, induce nephrocyte defects and lead to the accumulation of sphingoid bases due to the loss of SGPL1 catabolic activity. Together, these results indicate that the identified SGPL1 mutations are pathogenic and cause a new syndromic form of SRNS. Moreover, in a second project, we defined the contribution of homozygous mutations found in two different genes, ADD3 and KAT2B, to a complex phenotype found in affected individuals from one consanguineous family. These individuals presented with neurological defects, cataracts, mild skeletal defects, cardiomyopathy and SRNS. ADD3 encodes adduciny, an F-actin capping protein that also links the actin cytoskeleton to the spectrin based membrane skeleton, while KAT2B encodes the lysine acetyltransferase 2B, mainly known for acetylation of histones and modulation of transcriptional programs. We found additional nonrelated patients carrying only biallelic ADD3 mutations that presented a partially overlapping syndrome but with no cardiac or renal manifestations. In the Drosophila model we found that both ADD3 and KAT2B mutations impaired fly viability and that the ADD3 mutation also impaired fly motor function. However, only the KAT2B mutation induced functional defects in Drosophila heart and nephrocytes. Altogether, these results suggest that ADD3 mutations are responsible for a neurological phenotype with facultative cataracts and skeletal defects while the KAT2B mutation induces heart and kidney defects. These results highlight the Drosophila as a good in vivo model to test the pathogenicity of the mutations found in SRNS candidate genes.

Les infrastructures civiles sont généralement soumises à des facteurs externes pouvant agir sur leur durée de vie. Pour les ponts en béton armé, l’environnement agressif induit une pénétration des ions, comme les chlorures, dans le béton poreux entrainant la corrosion des armatures, qui est une cause principale de détérioration pour ce type de structures. Les effets du temps sont aussi à prendre en considération, ceux-ci se manifestent par le fluage et le retrait du béton, suite auxquels la performance de ces ouvrages est fortement influencée. Cependant dans ce type de problème, le caractère probabiliste est souvent dominant. Cela ne se limite pas au trafic routier qui génère des contraintes non-contrôlées dans les sections portantes mais concerne aussi beaucoup de variables impliquées dans le calcul. La théorie de fiabilité a toujours constitué le moyen le plus efficace pour traiter ce type de problèmes, vu qu’elle puisse fournir une idée sur la durée de vie sous forme d’une probabilité de défaillance ou d’un indice de fiabilité. Ce travail comporte quatre axes principaux. Une famille de 21 ponts en béton armé servira pour l’application. Concernant le chargement du trafic, il est simulé en se basant sur des données de pesage en marche provenant d’autoroutes en Europe. La théorie de fiabilité est ensuite utilisée pour le calcul des indices de fiabilité avec le temps. Les effets de corrosion, du fluage et du retrait en plus du chargement réaliste de trafic sont introduits dans le calcul. Enfin, une approche basée sur l’optimisation génétique est proposée afin d’actualiser les lois d’évolution de la rigidité en se basant sur des données simulées de la déflexion à long terme. / Civil infrastructures are generally subjected to external factors that can affect their lifetime. In case of reinforced concrete bridges, the aggressive environment induces, for example, the penetration of ions such as chloride, into the porous concrete leading to the corrosion of reinforcement bars. This constitutes the main cause of deterioration for this kind of structure. Time effects are also to be taken into account, for example creep and shrinkage that strongly influence the performance of the structure. However, in this type of problems, the probabilistic nature is often dominant. This is not limited to the traffic loading which generates uncontrolled stresses, but also concerns most of the variables involved in the calculation. Reliability theory has always been the most appropriate way to deal with this kind of problems, since it can provide an idea about the structure lifetime in the form of failure probability or reliability index. This work has four main axes. A set of 21 reinforced concrete bridges will be used for the application. Regarding the traffic loading applied on the bridges, it is simulated according to weigh-in-motion data recorded in European motorways. Subsequently, the reliability theory is used to calculate the time-dependent reliability indices for the bridge set. The effects of corrosion, shrinkage and creep as well as the realistic traffic loading are introduced in the calculation. Finally, a new approach based on genetic optimization is proposed to update the evolution law of the global rigidity based on simulated data for long term deflection.

Les vitréorétinopathies (VRPs) héréditaires constituent un groupe de maladies cécitantes englobant des formes exsudatives résultant d’un arrêt développemental de la vascularisation rétinienne, et des formes dégénératives associant des anomalies du vitré, de la vascularisation rétinienne et une dégénérescence choriorétinienne. L’analyse par séquençage haut-débit d’une cohorte de 182 patients-VRPs nous a permis d’élargir le spectre des anomalies moléculaires de ces pathologies et d’identifier pour la première fois des délétions hétérozygotes de l’exon 8 du gène VCAN dans la maladie de Wagner, une vitréorétinopathie autosomique dominante très sévère, non syndromique. VCAN code pour la versicane, qui joue un rôle prépondérant dans l’angiogenèse, la migration/prolifération/adhésion/différenciation cellulaire. Tous ces rôles sont sous la dépendance de quatre isoformes, produites par épissage alternatif des exons 7/8, et dont le rapport quantitatif est déséquilibré chez les patients atteints de la maladie de Wagner. Afin de mieux comprendre ces mécanismes, nous avons généré une délétion d’environ 10-kb incluant l’exon 8 de Vcan chez la souris grâce à la technologie Crispr/Cas9. Les analyses moléculaires de ces souris VcanΔ8, indiquent que le déséquilibre quantitatif d’expression des isoformes de la versicane dans les tissus oculaires est similaire à celui retrouvé à partir des fibroblastes des patients Wagner. L’exploration phénotypique ophtalmologique indique que les souris souris VcanΔ8 présentent dès 3 mois une altération de l’ERG similaire à celle observée chez les patients Wagner. Nous avons pu réaliser une analyse du transcriptome oculaire des souris VcanΔ8 par RNA-Seq dont les résultats indiquent des différences d'expression du gène Rp1l1, jouant un rôle au niveau du cil connecteur des photorécepteurs, et de gènes majeurs impliqués dans des voies de signalisation contrôlant l'inflammation choriorétinienne. Ces différentes pistes sont pertinentes pour expliquer en partie les processus physiopathogéniques de la maladie de Wagner. Nous avons également réalisé une étude d'expression des différents isoformes de la versicane au cours du développement oculaire à partir des souris sauvages et transgéniques. Le modèle murin VcanΔ8 offre, pour la première fois, un modèle oculaire qui semble reproduire le modèle humain de la maladie de Wagner. Par conséquent, il offre des perspectives prometteuses vers une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de la maladie de Wagner. Mais au-delà de la maladie de Wagner, ce modèle pourrait avoir des retombées dans d'autres processus pathologiques. En effet, la versicane est une glycoaminoglycane à chondroïtine sulfate qui suscite une attention toute particulière dans le domaine de la cancérogénèse car c'est une molécule qui semble fortement moduler le phénotype du microenvironnement de nombreuses tumeurs à pronostic défavorable. / Pas de résumé

Différentes études ont mis en lumière des gènes de susceptibilité ou de protection au développement de traits complexes. Pour notre part, l'intérêt s'est concentré sur la lipase lipoprotéique (LPL), où l'impact que provoque une déficience dans ce gène a été clairement démontré sur le développement de maladies cardiovasculaires. Ce projet a pour but de faire l'étude d'association entre quatorze polymorphismes de la LPL et des facteurs de risque cardiovasculaires auprès de 252 travailleurs forestiers de la compagnie Abitibi-Consolidated de Saint-Félicien. Six des variants génotypes avaient une fréquence allélique > 2,5 % et servaient pour les régressions logistiques. Parmi les associations, S447X a été associé avec le risque de présenter de l'obésité abdominale, de l'hyperinsulinémie et de l'hyperglycémie et ce en dépit d'une diminution du risque d'hypertriglycéridémie. Ainsi, cette étude indique l'importance d'analyses supplémentaires afin de mieux comprendre l'implication de la LPL dans les mécanismes qui sous-tendent ces différents facteurs de risque.

Une mutation ponctuelle (N288D), associée à l'expression de l'hyperglycérolémie familiale, a été identifiée dans le gène de la glycérol kinase (GK) au sein de la population du Saguenay-Lac-Saint-Jean (SLSJ). La présente étude a comme objectif d'analyser les caractéristiques démogénétiques de proposants atteints de cette maladie et d'essayer de retracer les origines de la mutation responsable dans la région du SLSJ. Ainsi, à partir des reconstitutions généalogiques de 11 individus présentant cette mutation ainsi que de trois groupes témoins appariés, diverses mesures démogénétiques ont été effectuées et comparées. Les coefficients de consanguinité et d'apparentement sont, dans l'ensemble, supérieurs chez les proposants. L'analyse des fondateurs régionaux a permis de mettre en valeur l'importance des individus provenant de la région de Charlevoix et ce, dans les quatre groupes. Par ailleurs, une analyse approfondie des fondateurs régionaux a permis d'identifier un couple originaire de Baie-St-Paul qui aurait vraisemblablement introduit la mutation N288D dans la région du SLSJ. Il n'a toutefois pas été possible de cibler le ou les individus ayant introduit la mutation dans la population québécoise. Il s'agit de la première étude démogénétique ayant été réalisée sur une cohorte aussi nombreuse de cas d'hyperglycérolémie familiale.

Selon le Global burden of asthma (2004), l'asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires des plus fréquentes qui affecte environ 300 millions de personnes dans le monde. Cette maladie touche les individus de tous âges et de toutes conditions, bien que de proportion plus élevée chez les enfants. L'asthme est aujourd'hui considéré, dans l'ensemble de la littérature, comme un trait complexe qui apparaît probablement suite à l'influence de facteurs environnementaux chez des individus génétiquement prédisposés. En raison de la grande hétérogénéité phénotypique et génétique observée dans l'asthme, aucun gène de susceptibilité « majeur » à l'asthme n'est reconnu à ce jour. Les objectifs de cette étude sont donc de mettre en évidence des gènes associés à cette affection ainsi que les interactions gène-gène possibles entre eux, en employant l'approche par gènes candidats. La méthodologie repose sur l'emploi d'une population dite à « effet fondateur » (cohorte originaire du Saguenay-Lac-Saint-Jean) dans le génotypage de ces gènes ainsi que d'une démarche statistique originale basée sur la création de pseudotémoins à partir des trios familiaux de la cohorte dans l'analyse des interactions (effectuée à l'aide du test de déséquilibre de transmission version haplotype, du odd ratio et de l'analyse de régression). Des cinq gènes candidats testés, seulement PPARG a montré une association significative avec l'asthme (p = 0,016) et suggestive avec l'atopie (p = 0,042). Concernant les analyses d'interaction, les trois approches statistiques ont permis d'identifier des interactions potentielles entre les gènes PPARG et IL 13 ou IL4RA et entre les gènes IL4RA et IL4 ou IL1B dans l'asthme, ce qui suggère l'emploi de ce type d'analyse dans la recherche de déterminants génétiques pour l'asthme.

L'obésité est définie par l'Organisation Mondiale de la Santé comme étant la première épidémie non infectieuse de l'humanité et constitue un facteur de risque important de maladies cardiovasculaires et de troubles métaboliques (résistance à l'insuline, diabète de type 2, hypertension, dyslipidémies, etc). Il s'agit d'une maladie complexe résultant de l'interaction de facteurs génétiques et environnementaux. Cette étude est la première étape d'un projet visant à vérifier l'impact des facteurs génétiques et environnementaux sur le développement de l'obésité au sein d'une population oeuvrant dans un environnement considéré à risque d'obésité, soit des travailleurs forestiers de la compagnie Abitibi Consolidated de Saint-Félicien. L'originalité de la présente étude réside dans la structure particulière de cette population caractérisée comme étant isolée dû au fait que tous les travailleurs demeurent dans les camps durant la semaine et partagent ainsi un environnement similaire durant cette période. L'objectif de cette étude était de dresser une liste de variants de gènes candidats à l'obésité pour la cohorte de travailleurs forestiers à partir d'une liste de gènes de susceptibilité et de protection déjà documentés. Parmi 36 variants génotypes, 20 se sont avérés polymorphes (fréquence de l'allèle mineur > 2,5 %). Les analyses statistiques ont révélé onze associations positives et ont permis d'identifier cinq variants de protection et trois variants de susceptibilité. Finalement, cette étude a permis de démontrer que l'utilisation d'une population d'individus partageant un environnement commun et circonscrit offre un avantage méthodologique considérable pour l'étude d'un trait complexe.