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

Chez les vertébrés, le processus de la spermatogénèse est directement contrôlé par deux hormones gonadotropes hypophysaires, Fsh et Lh. Chez les salmonidés, les profils de sécrétion des 2 hormones diffèrent et présentent des variations significatives au cours du cycle de développement spermatogénétique, suggérant que Fsh et Lh interviennent à des étapes différentes du processus. A la différence des mammifères, chez les poissons les 2 gonadotropines exercent une forte activité stéroïdogène, et par ailleurs il a été rapporté par plusieurs auteurs que leurs récepteurs seraient moins sélectifs vis-à-vis des 2 ligands. Ainsi, le périmètre des actions respectives de Fsh et de Lh n'est pas défini chez les poissons. D'autre part, les mécanismes de l'action de Fsh qui ne seraient pas relayés par les stéroïdes sont très mal connus. Chez la truite, nous avons déterminé que chaque gonadotropine agit essentiellement par l'intermédiaire de son récepteur respectif. L'analyse des variations du transcriptome testiculaire après un traitement in vitro par les hormones de la reproduction (Fsh, Lh, androgènes) a permis 1- de révéler des actions distinctes de Fsh et de Lh sur l'expression des gènes, 2- de mettre en évidence deux mécanismes d'action de la Fsh, l'un dépendant et l'autre indépendant de la production de stéroïdes et 3- d'identifier plusieurs acteurs d'interaction cellulaire régulés par Fsh, et probablement impliqués dans les étapes précoces de prolifération ou de différenciation des cellules germinales, tels que l'hormone antimüllérienne, la midkine, l'insulin-like growth factor1b, la follistatine-like 3 et l'activine, 4-de proposer une implication de Fsh dans les évènements tardifs de maturation et d'excrétion du sperme. Au-delà des acquis concernant les régulations endocriniennes et moléculaires chez la truite, ces travaux constituent un apport de connaissances qui peut être étendu à d'autres téléostéens pour décrypter l'action propre à Fsh dans le déclenchement de la maturation pubertaire. Enfin, nous montrons qu'une vaccination contre les récepteurs des gonadotropines constitue une voie potentielle de contrôle des maturations précoces en élevage.

Le glioblastome (GBM) est une tumeur cérébrale maligne de grade IV dont le pronostic est de 14,6 mois avec le traitement standard. Le pronostic des patients est difficile à préciser et de meilleures connaissances de révolution de ce cancer nous permettraient d’identifier de nouveaux marqueurs permettant d’estimer plus précisement le stade du cancer et ainsi, la survie des patients. L’équipe du Dr Ju Yan a étudié les profils de longueurs individuelles des télomères des cellules de patients normaux et de patients atteints de leucemie myéloïde chronique (LMC) avec les techniques d’analyse des fragments terminaux de restriction des télomères (TRF) et d’hybridation in situ observée en fluorescence de façon quantitative (Q-FISH). En utilisant les mêmes protocoles sur les GBM, nous avons évalué les longueurs individuelles des télomères et leurs profils. L’analyse complète de onze spécimens de GBM humains et de la lignée cellulaire de glioblastome U-87 MG nous a permis d’observer que les télomères 12p, 16p, 22q, 17p, 17q, 19p et 22q sont maintenus plus longs dans les profils de longueurs individuelles relatives. En comparant avec les données du Dr Yan, nous avons pu déterminer que les télomères 21p et 2q sont fréquemment observés parmi les télomères les plus courts dans les GBM et dans la LMC. Les comparaisons des télomères significativement plus courts à ceux plus longs nous ont permis d’identifier l’allongement des télomères 12p, 16p et 20q de même que le raccourcissement des télomères 3q, 9p et 22q comme étant des événements potentiellement spécifiques à révolution des GBM. Les télomères 12q et 22q ont été observés parmi les télomères les plus courts et parmi les plus longs dans différents cas de GBM et de LMC, suggérant que le maintien de la longueur et le raccourcissement de ces extrémités peuvent jouer un rôle dans l'évolution du cancer. L’utilisation du FISH multicolore (M-FISH) nous a permis d’identifier les chromosomes impliques de façon récurrente parmi les anomalies de nombre et de structure. Nous avons noté les délétions des chromosomes 1, 2, et 20 ainsi que des segments des chromosomes 6, 11q , 13q, 14q et 18. Au niveau des duplications, on retrouve majoritairement le bras court du chromosome 4 et un segment du chromosome 7. Nous avons aussi observé dans nos analyses que les chromosomes 1, 6, 12, 13, 22 et 14 sont particulièrement impliqués dans les réarrangements et leurs télomères sont fréquemment retrouvés dans les plus courts (1p, 1q, 13p, 22p et 6p). Globalement, nous avons observés que les tumeurs décrites comme étant agressives sont associées avec une survie courte après diagnostic et elles présentent des télomères courts et/ou plusieurs anomalies chromosomiques. Les tumeurs décrites comme étant indolentes sont associées avec une survie longue après diagnostic et elles présentent des télomères souvent de longueur normale et un nombre inférieur d’anomalies chromosomiques comparativement aux tumeurs agressives.

Les éléments intégratifs et conjugatifs (ICEs) sont des éléments génétiques mobiles bactériens largement reconnus en tant qu'importants vecteurs de la transmission des gènes de résistance aux antibiotiques. Comme tous les éléments génétiques mobiles, ils participent grandement à la plasticité génomique de leur hôte, en permettant le transfert horizontal de gènes conférant des avantages pour l'adaptation de leur hôte à différentes conditions environnementales. Les ICEs se transfèrent horizontalement par conjugaison, par un mécanisme similaire à celui emprunté par les plasmides conjugatifs. Cependant, au contraire des plasmides, les ICEs ne possèdent pas un intermédiaire circulaire extrachromosomique réplicatif : ils s'intègrent plutôt dans le chromosome de leur hôte par recombinaison site-spécifique, à la manière d'un prophage. Une conséquence de ces deux caractéristiques est qu'ils sont également transmis verticalement lors de la division cellulaire de leur hôte. Lorsque soumis à certaines conditions, les ICEs s'excisent de leur hôte sous forme d'une molécule circulaire qui est le substrat pour leur transfert conjugatif vers un nouvel hôte. Une fois transférée, la molécule de l'ICE est recircularisée et s'intègre dans le chromosome. Les ICEs de la famille SXT/R391 sont largement distribués dans les souches de Vibrio cholerae et dans les ?-protéobactéries apparentées et ont été isolées dans une diversité d'endroits géographiques. Les membres de cette famille comportent un large squelette de gènes conservés qui codent pour leurs fonctions principales d'intégration/excision, de transfert conjugatif et de régulation. À l'intérieur de ce squelette sont retrouvées des régions.variables - dont la nature et les combinaisons diffèrent d'un élément à l'autre - qui codent pour des fonctions accessoires telles les résistances aux antibiotiques. Le patron de combinaisons des régions variables entre différents ICEs a mené à l'hypothèse qu'ils sont soumis à de fréquents échanges de matériel génétique par recombinaison. L'intégration site-spécifique de tous les membres de cette famille dans le même locus chromosomique permet la coexistence de deux ICEs semblables mais non identiques dans la même cellule, ce qui fournit un substrat à la recombinaison inter-ICE et permet la formation d'éléments hybrides. Cette thèse présente l'étude d'un nouveau système de recombinaison homologue identifié dans le squelette des ICEs SXT/R391 et sa participation dans la formation d'ICEs hybrides. Ce système de recombinaison, composé de la recombinase Bet et de l'exonucléase Exo est apparenté au système de recombinaison Red du bactériophage ? et est retrouvé chez tous les membres de la famille SXT/R391. La première portion du projet a visé l'identification des déterminants génétiques impliqués dans la formation d'hybrides. Les résultats obtenus démontrent que les ICEs hybrides peuvent être formés par trois voies différentes : i) Bet/Exo, d'une manière indépendante de RecA, ii) RecA et iii) Bet/Exo et RecA, de manière coopérative. Les résultats démontrent également que l'excision des éléments du chromosome ainsi que leur transfert conjugatif vers une nouvelle cellule ne sont pas nécessaires pour former des hybrides. Cette portion du projet met en évidence que les ICEs de la famille SXT/R391 sont capables de promouvoir leur propre diversité à l'aide du système de recombinaison homologue RecA-indépendant qu'ils codent. La deuxième partie du projet s'est portée sur la régulation de l'expression du système de recombinaison Bet/Exo. Les résultats obtenus démontrent que la transcription des gènes de recombinaison est induite en présence d'agents causant des dommages à l'ADN, par le biais des activateurs de transcription de l'ICE, SetC et SetD. Ces activateurs sont sous le contrôle du répresseur principal SetR, dont la répression est levée par les conditions qui induisent la réponse SOS de l'hôte, et sont responsables de l'expression concertée des gènes d'intégration/excision et de transfert conjugatif. Bien que la transcription des gènes de recombinaison soit fortement induite en présence d'agents induisant la réponse SOS, l'analyse de leur profil traductionnel démontre que leur traduction est fortement régulée. Des atténuateurs de traduction putatifs positionés en amont de Bet et Exo pourraient être responsables de ce niveau additionnel de régulation. L'analyse de l'organisation génétique du locus de recombinaison a mis en évidence que bet et exo font partie d'un opéron polycistronique comprenant 12 autres gènes du squelette conservé des ICEs SXT/R391, dont les fonctions ne sont pas connues. Finalement, une analyse in silico visant à identifier tous les systèmes de recombinaison apparentés au sein des génomes séquencés de bactéries, plasmides et virus a permis de démontrer qu'un nombre important de ces systèmes existent chez une diversité d'espèces bactériennes appartenant à des taxons éloignés. Bien que la majorité de ces systèmes soient codés par des bactériophages, plusieurs sont retrouvés sur des plasmides conjugatifs. L'ensemble des résultats présentés dans cette thèse permet une meilleure compréhension de l'évolution des éléments génétiques mobiles bactériens, et plus particulièrement des éléments intégratifs et conjugatifs de la famille SXT/R391.

Cette thèse est consacrée aux tests statistiques, visant à comparer un vecteur de données numériques, indicées par l'ensemble des gènes du génome humain, à un certain ensemble de gènes, connus pour être associés par exemple à un type donné de cancer. Parmi les méthodes existantes, le test Gene Set Enrichment Analysis est le plus utilisé. Néanmoins, il a deux inconvénients. D'une part, le calcul des p-valeurs est coûteux et peu précis. D'autre part, il déclare de nombreux résultats significatifs, dont une majorité n'ont pas de sens biologique. Ces deux problèmes sont traités, par l'introduction de deux procédures statistiques nouvelles, les tests de Kolmogorov-Smirnov pondéré et doublement pondéré. Ces deux tests ont été appliqués à des données simulées et réelles, et leurs résultats comparés aux procédures existantes. Notre conclusion est que, au-delà leurs avantages mathématiques et algorithmiques, les tests proposés pourraient se révéler, dans de nombreux cas, plus informatifs que le test GSEA classique, et traiter efficacement les deux problèmes qui ont motivé leur construction. / Our focus is on statistical testing methods, that compare a given vector of numeric values, indexed by all genes in the human genome, to a given set of genes, known to be associated to a particular type of cancer for instance. Among existing methods, Gene Set Enrichment Analysis is the most widely used. However it has several drawbacks. Firstly, the calculation of p-values is very much time consuming, and insufficiently precise. Secondly, like most other methods, it outputs a large number of significant results, the majority of which are not biologically meaningful. The two issues are addressed here, by two new statistical procedures, the Weighted and Doubly Weighted Kolmogorov-Smirnov tests. The two tests have been applied both to simulated and real data, and compared with other existing procedures. Our conclusion is that, beyond their mathematical and algorithmic advantages, the WKS and DWKS tests could be more informative in many cases, than the classical GSEA test and efficiently address the issues that have led to their construction.

Le sujet de ma thèse était de décrire sur le plan moléculaire le processus d'embryogenèse somatique chez la vigne. Pour cela, les étapes-clés d'entrée et de sortie du cycle d'embryogenèse secondaire ont été caractérisées par l'analyse de l'expression de quelques gènes impliqués dans le développement ou la défense, en particulier les gènes PR10.Grâce à l'exploitation de la séquence complète du génome de Vitis vinifèra disponible sur le site du Genoscope, j'ai pu caractériser exhaustivement la famille multigènique des PR10. Celle-ci est composée de 17 séquences disposées en tandem et formant un cluster compact sur le chromosome 5, dont 3 pseudogènes et au moins 13 séquences transcrites. L'expression de 10 de ces gènes a d'abord été analysée par RT-PCR semi-quantitative dans différents organes de la plante et dans des tissus traités au 2,4-D. Elle suggère une diversification fonctionnelle marquée. De plus, le niveau d'expression de plusieurs gènes PR10 est élevé dans les cals embryogènes, suggérant qu'ils pourraient jouer un rôle lors de l'embryogenèse somatique. L'étude de l'expression des gènes PR10 par RT-PCR quantitative en temps réel dans différents tissus ayant montré une capacité embryogénique variable lorsqu'ils sont soumis à un traitement par le 2,4-D met en évidence que le niveau d'expression varie entre les gènes et selon les tissus. L'expression de certains gènes est fortement induite par le 2,4-D dans les tissus à capacité embryogénique et seulement faiblement dans les tissus ne donnant jamais d'embryons somatiques, ce qui suggère fortement que ceux-ci pourraient être des marqueurs de la capacité embryogénique chez la vigne.

De nombreux modèles ont été proposés pour expliquer les mécanismes de développement et de progression tumorale, néanmoins certains aspects comme la nature et la hiérarchie des altérations primaires et secondaires sont encore discutés. Pour répondre à ces questions, nous nous sommes intéressés à la progression tumorale des tumeurs hypophysaires à prolactine humaines. Ces tumeurs d'origine monoclonale sont souvent bénignes mais certaines présentent un phénotype agressif voire malin. Afin d'identifier les mécanismes impliqués dans la progression vers le phénotype agressif nous avons utilisé des techniques de génomique intégrative (puces à ADN, séquençage haut débit) couplant l'étude du transcriptome, du génome (variation du nombre de copie chromosomique, polymorphismes) et du miRNome à partir des mêmes échantillons tumoraux. Par cette stratégie nous avons identifié et hierarchisé des altérations spécifiques des tumeurs agressives et / ou malignes dans un modèle expliquant la progression tumorale des tumeurs hypophysaires à prolactine humaines. Nous avons montré que la sous-expression des microARNs miR-183, miR-744 et miR-98 stimule la prolifération via la surexpression de leurs cibles KIAA0101, TGFB1 et E2F2 spécifiquement dans les tumeurs agressives. Ceci entraine l'acquisition d'altérations chromosomiques (perte du chromosome 11 et le gain du chromosome 1q) permettant l'activation de la dissémination métastatique. Enfin, ce travail montre que l'approche de génomique intégrative multidimensionnelle permet d'apporter de nouveaux éléments pour la caractérisation des phénotypes tumoraux, le diagnostic des tumeurs agressives et la prédiction du comportement tumoral

Les évaluations génomiques apportent une information précoce et suffisamment précise pour choisir les jeunes taureaux dans les schémas de sélection des bovins laitiers, incitant à remplacer le long processus de testage sur descendance par une étape de sélection génomique.Dès lors, seuls les candidats sélectionnés ont des filles avec performances et participent aux évaluations génétiques classiques. Cependant, toutes les informations ayant servi à la sélection ne sont plus incluses dans l'analyse et l'estimation des valeurs génétiques par la méthode du BLUP (Best Linear Unbiased Prediction) peut être incorrecte.Les évaluations génétiques classiques restent indispensables pour l'évaluation des animaux non génotypés, pour la comparaison des taureaux à l'échelle mondiale, et pour le calcul des futures prédictions génomiques. Compte-tenu de la rapide intégration de la génomique dans les schémas de sélection des bovins laitiers, il était important d'en étudier les conséquences sur les évaluations génétiques classiques.A l'échelle nationale, nos simulations ont montré que les valeurs génétiques des taureaux retenus sur information génomique étaient systématiquement sous-estimées et moins précises quand l'étape de sélection génomique n'était pas prise en compte dans le modèle statistique. Pour éviter ce biais, une méthode a été testée avec succès : pour l'ensemble des candidats à la sélection, des pseudo-performances sont calculées à partir des index génomiques et analysées par le BLUP. Suivant la prise en compte ou non de l'étape de sélection génomique, les pays participant aux évaluations internationales peuvent fournir des données biaisées et/ou incomplètes, au risque de pénaliser fortement leurs propres taureaux dans les classements internationaux. La diversité des pratiques à l'échelle mondiale et l'interaction des possibles sources de biais dans les évaluations internationales rendent sa propagation incontrôlable et fortement dommageable.Il est donc nécessaire et urgent d'adapter les évaluations génétiques classiques pour prendre en compte l'information génomique et ses pratiques associées. Diverses approches récentes sont discutées afin de proposer des alternatives faciles à mettre en place dans les centres d'évaluation, permettant de maintenir des évaluations non biaisées mais aussi plus précises.

Les virus sont omniprésents dans la biosphère et infectent vraisemblablement l'ensemble des êtres vivants. Au sein des écosystèmes, ils ont ainsi un impact sur la diversité des populations microbiennes, l'évolution des génomes de ces populations, et directement ou indirectement sur les cycles biogéochimiques majeurs. Leur caractère protéiforme et l'absence de marqueur unique (tant génétique que physique) font toutefois de l'exploration de la diversité virale une tâche complexe, de telle sorte que nos connaissances sur ces communautés virales environnementales sont encore très limitées. La métagénomique, ou séquençage massif et aléatoire de fragments nucléotidiques extraits d'un prélèvement, offre un point de vue unique sur les génomes viraux. Ce type d'approche, récemment développé, a ainsi mis en évidence la richesse extraordinaire des populations virales environnementales, tant du point de vue des gènes que des génotypes. C'est dans ce cadre de l'étude des communautés virales de l'environnement par métagénomique que se sont inscrits les travaux de cette thèse, organisée autour de quatre axes principaux : * Le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées aux spécificités des génomes et métagénomes viraux par la mise en place du serveur web Metavir, premier serveur dédié à l'analyse des viromes. Proposant aujourd'hui un ensemble cohérent d'outils pour différents types de viromes, Metavir compte plus de 300 utilisateurs pour plus de 2000 viromes analysés. * Le potentiel fonctionnel des génomes viraux a pu être approché par l'étude conjointe d'un ensemble de viromes. Après une analyse rigoureuse des contaminations potentielles, nous avons pu confirmer que les génomes viraux comprenaient un ensemble limité mais non négligeable de gènes associés au métabolisme cellulaire. La plupart des virus agissent ainsi certainement directement sur le métabolisme de la cellule hôte durant l'infection. * La prépondérance des paramètres environnementaux, et particulièrement de la salinité, en tant que facteurs structurant les communautés virales aquatiques a également pu être mise en avant. La distance géographique entre prélèvements semble n'avoir qu'une influence secondaire, confirmant la capacité importante de dispersion des capsides virales. Une adaptation locale semble toutefois exister dans certains cas, notamment en cas de compétition importante entre les résistances développées par les hôtes et les capacités d'infection des virus. * Enfin, différentes familles de petits virus à ADN simple brin ont pu être caractérisées par une méta-analyse de viromes. Leur apparente simplicité a ainsi révélé des mécanismes d'évolution plus complexes que prévus, impliquant différents cycles et capacités de transfert de gènes jusqu'ici plutôt considérés comme l'apanage des virus à ADN double brin, et remettant en cause les séparations admises entre les différents groupes de virus sur la base de la nature de leur génome. En permettant une étude depuis l'échelle de la communauté jusqu'à des génotypes spécifiques, les viromes constituent des outils de choix pour caractériser la diversité virale, appréhender les différents facteurs régulant ces communautés, et ainsi mieux comprendre la place des virus dans la biosphère. De plus, ces études ont confirmé l'existence d'interactions étroites entre virus et organismes cellulaires, ces interactions semblant nombreuses, multiples dans leurs natures et conséquences, et présentes tout au long de l'histoire du vivant. Ces nouvelles connaissances apportées par l'analyse de viromes permettent donc d'aborder certaines questions fondamentales concernant l'origine des grandes innovations évolutives ou le fonctionnement global des écosystèmes.

Cette thèse est consacrée aux tests statistiques, visant à comparer un vecteur de données numériques, indicées par l'ensemble des gènes du génome humain, à un certain ensemble de gènes, connus pour être associés par exemple à un type donné de cancer. Parmi les méthodes existantes, le test Gene Set Enrichment Analysis est le plus utilisé. Néanmoins, il a deux inconvénients. D'une part, le calcul des p-valeurs est coûteux et peu précis. D'autre part, il déclare de nombreux résultats significatifs, dont une majorité n'ont pas de sens biologique. Ces deux problèmes sont traités, par l'introduction de deux procédures statistiques nouvelles, les tests de Kolmogorov-Smirnov pondéré et doublement pondéré. Ces deux tests ont été appliqués à des données simulées et réelles, et leurs résultats comparés aux procédures existantes. Notre conclusion est que, au-delà leurs avantages mathématiques et algorithmiques, les tests proposés pourraient se révéler, dans de nombreux cas, plus informatifs que le test GSEA classique, et traiter efficacement les deux problèmes qui ont motivé leur construction. / Our focus is on statistical testing methods, that compare a given vector of numeric values, indexed by all genes in the human genome, to a given set of genes, known to be associated to a particular type of cancer for instance. Among existing methods, Gene Set Enrichment Analysis is the most widely used. However it has several drawbacks. Firstly, the calculation of p-values is very much time consuming, and insufficiently precise. Secondly, like most other methods, it outputs a large number of significant results, the majority of which are not biologically meaningful. The two issues are addressed here, by two new statistical procedures, the Weighted and Doubly Weighted Kolmogorov-Smirnov tests. The two tests have been applied both to simulated and real data, and compared with other existing procedures. Our conclusion is that, beyond their mathematical and algorithmic advantages, the WKS and DWKS tests could be more informative in many cases, than the classical GSEA test and efficiently address the issues that have led to their construction.