La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Le taux de survie à 5 ans est d'environ 90%. La cause principale d'échec au traitement demeure la rechute survenant dans environ 20% des cas. Avec le plafonnement du taux de survie, considérer de nouvelles approches pour mieux prévenir, anticiper et gérer la chimiorésistance entraînant l'échec thérapeutique est nécessaire. La pharmacoépigénomique est une discipline émergente qui étudie comment les changements de l'épigénome, dont la méthylation de l'ADN (meADN), influencent la réponse aux médicaments. Sachant que les signaux environnementaux peuvent changer la meADN, certaines marques de méthylations présentent en LLA au diagnostic ou acquises durant le traitement pourraient prédire la réponse initiale au traitement ou l'évolution vers la chimiorésistance.Le but de mon projet était d'identifier des marques de meADN associées à la réponse aux thérapies en LLA pédiatrique. Le premier objectif a identifié dans une cohorte de LLA pédiatrique, 16 sites CpG de pharmacogènes candidats dont la méthylation au diagnostic est associée à un pronostic favorable (*DOK5, PTGS2, VEGFC*) ou défavorable (*ACTG1, ADORA2A, PATZ1*). Le second objectif a évalué les changements de meADN de régions de 100pb dans un modèle cellulaire de LLA chimiorésistant au méthotrexate. Plusieurs changements de meADN ont été observés dans le modèle résistant alors que peu de changements étaient présents dans le modèle sensible après 72 heures d'exposition au méthotrexate (55 445 vs 390 régions). Des analyses d'enrichissement génique de ces régions révèlent des voies liées à des fonctions cellulaires importantes, dont la réponse cellulaire au stress et le métabolisme des carbohydrates. Ces résultats appuient l'intérêt de comprendre la contribution des changements de meADN dans la réponse et la chimiorésistance en LLA pour les exploiter comme outils cliniques. L'étude des mécanistiques par lesquels ces changements mènent à la progression et la chimiorésistance pourrait révéler des cibles thérapeutiques innovantes. / Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common pediatric cancer. The 5-year survival rate is approximately 90%. The main cause of treatment failure is disease relapse, occurring in about 20% of cases. With the survival rate plateauing, it is imperative to consider new approaches to better anticipate and manage chemotherapy resistance, which inevitably leads to relapse. The pharmacoepigenomics is an emerging discipline that studies how changes in the epigenome, including DNA methylation, influence drug response. The methylation marks can change under the influence of environmental signals. Some methylation marks present in ALL at diagnosis could be determinants of the initial treatment response and their evolution during exposure to chemotherapy could participate in chemoresistance acquisition. The goal of my project was to identify DNA methylation marks associated with therapy response in pediatric ALL. Using a pediatric ALL cohort, the first objective has identified 16 CpG sites in pharmacogenes for which the methylation at diagnosis was associated with a favorable (*DOK5, PTGS2, VEGFC*) or an unfavorable (*ACTG1, ADORA2A, PATZ1*) outcome. The second objective was to evaluate the changes in methylation of 100bp DNA regions in an ALL cell model with conferred resistance to methotrexate chemotherapy. While the resistant model gained or lost thousands of methylation marks (55,445 regions), exposing a sensitive model to 72 hours of methotrexate resulted in fewer changes (390 regions). Gene Set Enrichment Analysis of the modified regions showed an enrichment of pathways linked with important cellular functions such as cellular stress responses and carbohydrate metabolism. These results support the need to better understand the role of DNA methylation changes in chemotherapy response and resistance in order to employ them as clinical tools. Investigating the mechanisms by which these changes contribute to the progression or drug resistance in ALL may reveal novel therapeutic targets.

Le ribosome est responsable de la traduction des ARNm en protéines. Au sein du ribosome, les ARNr jouent un rôle central dans la traduction, et leurs modifications post-transcriptionnelles moduleraient l'activité traductionnelle du ribosome, impactant ainsi sur l'expression génique. Les ARNr humains contiennent 106 2'-O-méthylations, ajoutées par la fibrillarine (FBL). FBL fonctionne au sein d'un complexe snoRNP contenant les protéines Nop56, Nop58, 15.5kDa et un petit ARN nucléolaire (snoARN) à boîte C/D. La régulation de l'activité de la FBL et du complexe snoRNP à boîte C/D ne sont pas connus. Ce travail a exploité des données structurales de FBL et du complexe de méthylation pour construire un modèle permettant d'explorer les relations ses structure-fonction. L'impact de l'acétylation de FBL a également été exploré. Le 5-fluorouracile (5-FU) est un analogue de l'uracile, dont la cytotoxicité dépend de son altération du métabolisme des ARNr. Le 5-FU inhibe la maturation des ARNr et altère la localisation de plusieurs facteurs nucléolaires, dont FBL. Ce travail montre que le 5-FU induit une nouvelle acétylation de FBL en position K292. De plus, le 5-FU réduit l'association de FBL avec les membres protéiques du complexe de méthylation, et induit une baisse globale de ses interactions. De plus, ce travail propose un rôle nouveau de la déacétylase SIRT7 et de l'acétyltransférase CBP sur le complexe de méthylation. Ces enzymes semblent aussi participer aux dérégulations du complexe de méthylation induites par le 5-FU. L'ensemble de ces résultats supportent l'implication des modifications post-traductionnelles dans la régulation du complexe de méthylation des ARNr / The ribosome is responsible for the translation of mRNA into proteins. Within the ribosome, rRNAs play a crucial role in translation, and their post-transcriptional modifications regulate the ribosome’s translational activity and impact on gene expression. The human ribosome contains 106 2’-O-methylations added by fibrillarin (FBL). FBL functions through a box C/D snoRNP complex consisting of Nop56, Nop58 and 15.5kDa along with a box C/D small nucleolar RNA (snoRNA). The regulation of FBL ad the C/D box snoRNP complexe are unknown. This work exploitated strtuctural data on FBL and the methylation complex to build a model allowing the extrapolation of structure-function relationships. The impact of FBL acetylation was also investigated. 5-FU is a uracile analog, and its cytotoxicity depends mostly on its alteration of RNA metabolism. As such, 5-FU inhibits rRNA maturation and alters the localization of nucleolar factors such as FBL. 5-FU induced a novel FBL acetylation at position K292, decreased FBL interaction with the methylation complex proteins, and induced a large scale inhibition of its interactions. This discovered a new role of the deacetylase and the acetyltransferase CBP on snoRNP integrity. Moreover, this work suggests that these enzyme participate in the 5-FU-induced alteration of snoRNP. s. This work supports the involvement of post-translational modifications in the regulation of the rRNA C/D box snoRNP 2’-O-methylation complex

Le palmier dattier (Phoenix dactylifera L.) est une espèce fruitière dioïque tropicale qui revêt une importance capitale sur le plan alimentaire, socio-économique et écologique pour les régions arides du globe. Malgré l'intérêt de disposer d'un outil moléculaire pour discriminer les plante s mâles et femelles pour les programmes d'amélioration génétique, aucun marqueur spécifique du sexe n'a été identifié et validé à ce jour. Afin de pouvoir étudier et comprendre le déterminisme sexuel du palmier dattier, nous avons entrepris la description et la caractérisation des processus cellulaires et moléculaires associés à la différenciation des organes sexuels. L'étude histologique du développement reproducteur a montré que le bourgeon floral est d'apparence bisexuelle jusqu'à l'initiation des primordia de l'androcée et du gynécée. Le premier dimorphisme sexuel observé à ce stade correspondant à un gynécée plus large dans les fleurs femelles résulterait d'une activité mitotique plus importante dans les cellules du gynécée fertile par rapport à son équivalent non fonctionnel. Les organes sexuels stériles, staminodes et pistillodes, cessent ensuite leur développement et présentent une différentiation incomplète. Des études d'hybridation in situ de l'expression du gène codant l'histone H4, marqueur de l'activité mitotique, ont montré que le blocage du développement des staminodes et des pistillodes serait dû à un arrêt des divisions cellulaires. Nos investigations de l'intégrité cellulaire par des observations en microscopie électronique à transmission et par coloration de l'ADN confirmeraient que l'avortement des organes stériles ne résulte pas d'un processus de dégradation cellulaire et nucléaire. De plus, l'étude de la méthylation de l'ADN par immunodétection des cytosines méthylées révèle que, par rapport aux organes fertiles, les pistillodes et les staminodes se distinguent par leur niveau plus élevé de méthylation. Ces résultats sont en cohérence avec la réversibilité du blocage de ces organes observés in planta ou in vitro en réponse à une induction hormonale. L'ensemble de ces données montrent que l'unisexualisation des fleurs de palmier dattier est associée à une hyperméthylation globale de l'ADN suivi d'un arrêt des divisions cellulaires dans les organes sexuels stériles. Cette étude a permis d'améliorer nos connaissances sur les mécanismes qui gouvernent la différenciation des organes sexuels et permettra d'ouvrir des perspectives pour l'identification de marqueurs moléculaires du sexe chez le palmier dattier. / The date palm (Phoenix dactylifera L.) is a dioecious tropical fruit crop plant which has vital dietary, socio-economic and ecological importance in arid regions of the world. Despite the interest of developing molecular tools to discriminate male and female plants for the benefit of biodiversity preservation and genetic improvement programs, no sex-specific markers have been identified and validated to date. To study and understand the sex determination of date palm, we undertook to characterise the cellular and molecular processes underlying sex organ differentiation in this plant.A histological study of date palm reproductive development showed that the immature flower is bisexual in appearance until the initiation of the androecium and gynoecium. The first sign of sexual dimorphism is observed at this stage, namely a wider gynoecium in female flowers resulting from greater mitotic activity in the functional gynoecium of female flowers compared to the pistillode of male ones. The sterile sex organs (pistillode and staminodes) were observed to cease their development by progressive loss of cell proliferation and ultimately displayed incomplete differentiation.Cell division patterns and the nuclear integrity of reproductive organs were investigated respectively by RNA in situ hybridization to a histone H4 gene probe and by DNA coloration combined with scanning electron microscopy. The results obtained revealed an absence of cell cycle activity and nuclear degradation in the residual sex organs. In addition, a study of DNA methylation, by immunodetection of methylated cytosines revealed that compared to the fertile reproductive organs, staminodes and pistillodes displayed relatively high levels of global DNA methylation. These results are consistent with the observed reversibility of sterile organ developmental arrest observed in planta or in vitro in response to hormonal induction. Overall, these data demonstrate that the floral unisexuality of date palm is characterized by cell cycle arrest, higher DNA methylation in sterile sexual organs and an absence of cell degeneration rather than a cell death process. This study has improved our understanding of the mechanisms that govern the differentiation of sex organs and forms a useful starting point for research on the identification of molecular markers of sex determination in date palm.Kewords: Date palm - flower - sex determination - cell cycle - DNA methylation

Au sein des tumeurs, y compris pour le carcinome hépatocellulaire (CHC), des sous-populations de cellules néoplasiques ont révélé une grande capacité à initier de nouvelles tumeurs et à induire des métastases. Les premières études sur ces cellules ont rapidement montré que la présence de ces cellules était déterminante dans le développement tumoral et elles ont donc été renommées « cellules souches cancéreuses » (CSCs). Malheureusement les mécanismes impliqués dans la maintenance de ces CSCs ne sont que partiellement compris. Par ailleurs dans le CHC un lien a été établi entre les signaux du facteur de croissance de transformation (Transforming Growth Factor, TGF-ß) provenant du microenvironnement tumoral et certaines populations de cellules cancéreuses dont la présence est corrélée à un faible pronostic. La façon dont TGF-ß peut ainsi établir et modifier un phénotype cellulaire dans le CHC reste néanmoins obscure. La méthylation de l’ADN étant un acteur majeur dans la mise en place des programmes cellulaires, notre but a été de caractériser le méthylome de CSCs hépatiques et son lien avec la capacité de TGF-ß à induire des CSCs. Nous nous sommes appuyés sur l’expression du marqueur CD133 pour définir la population de CSCs hépatiques. Afin comprendre l’importance des marques de méthylation de l’ADN dans les CSCs hépatiques, nous avons dans un premier temps déterminé quelle était la signature des cellules CD133+ au niveau de la méthylation de l’ADN en utilisant des puces de méthylation à grande échelle. Les sites CpG différentiellement méthylés ont montré un enrichissement pour d’une part des voies de signalisation déjà identifiées dans les CSCs et, d’autre part, pour des voies de signalisation associées au processus inflammatoire dont la voie TGF-ß/SMAD. Par la suite, nous avons montré que TGF-ß pouvait induire de façon permanente les cellules CD133+ contrairement à une autre cytokine influente dans le cancer du foie, l’interleukine 6. Cette augmentation de cellules CD133+ induite par TGF-ß est associée à des changements de méthylation de l’ADN sur l’ensemble du génome et qui sont, de plus, maintenus au cours des divisions cellulaires. La comparaison entre les deux méthylomes (liés aux cellules CD133+ et à l’action de TGF-ß) a exposé une signature commune significative indiquant que TGF-ß pourrait promouvoir le phénotype de CSC via le processus de méthylation de l’ADN. Mais nous avons également déterminé qu’une grande partie des effets sur la méthylation induits par TGF-ß était totalement indépendante de l’induction de cellules CD133+. Enfin, nous avons observé que les sites de méthylation sensibles au signal de TGF-ß étaient regroupés de façon significative au niveau de régions « enhancer » qui régulent la transcription des gènes. Par ailleurs, ces sites incluaient également des gènes précédemment identifiés comme cibles de TGF-ß mais aussi des gènes codant pour des acteurs épigénétiques de premier ordre comme les méthyltransférases de l’ADN. Ces résultats constituent la première description d’une signature de méthylation de l’ADN induite par TGF-ß permettant une reprogrammation stable vers un profil épigénétique de CSC hépatiques. / Distinct subpopulations of neoplastic cells within tumors, including hepatocellular carcinoma (HCC), display a pronounced ability to initiate new tumors and induce metastasis. Investigations on theses cells rapidly described them as essential for tumor growth and based on theses observations they have been named “cancer stem cells” (CSCs). Unfortunately, the mechanisms involved in sustaining their programs are only partially known. In HCC, there is an established link between microenvironmental signals from Transforming Growth Factor beta (TGF-ß) and survival of certain cell subpopulations which is results in a bad prognosis. However, how TGF-ß establishes and modifies cell behavior in HCC is not fully understood. As DNA methylation is involved in establishing cellular programs, our aim was to characterize the methylome of putative liver CSCs, and its link to the ability of TGF-ß to induce liver CSCs. We used CD133 expression as a positive marker for liver CSC. To understand the relevance of DNA methylation programs in liver CSCs, we first defined the methylome signature of CD133+ cells in liver cancer cells using methylation bead arrays. Differentially methylated CpG sites were enriched in known pathways related to CSC survival and to inflammation, including the TGF-ß/SMAD pathway. Next, we showed that TGF-ß persistently induces CD133+ cells in opposition to another cytokine related to HCC, interleukin 6. We observed that this increase is associated with genome-wide changes in the methylome induced by TGF-ß and that are perpetuated through cell division. We observed a significant overlap between the CD133+ methylome and the methylome induced by TGF-β, indicating that TGF-ß may induce CSC phenotype through DNA methylation reprogramming. Additionally, we observed genome-wide effects of TGF-ß that are independent of the induction of CD133. Finally, TGF-ß methyl-sensitive sites were significantly concentrated in enhancer regions of the genome, and include well-known targets of TGF-ß, and epigenetic players, such as de novo DNA methyl-transferases. In conclusion our results are the first indication of the ability of TGF-ß to induce genome-wide changes of DNA methylation, leading to a stable switch to a liver cancer stem cell epigenetic program.

Le xeroderma pigmentosum (XP) est une maladie génétique rare caractérisée par une hypersensibilité aux ultraviolets (UV) et une forte incidence des tumeurs cutanées. Les cellules des patients XP sont incapables d’éliminer les lésions induites dans l’ADN par les UV en raison d’un dysfonctionnement du mécanisme de réparation par excision de nucléotides (NER). Plusieurs groupes de complémentation ont été identifiés dans le syndrome XP, parmi lesquels le groupe XP-C représente la majorité des patients à travers le monde.Au cours de mon travail de thèse, j’ai développé un modèle de correction ciblée par recombinaison homologue (RH) d’une délétion de deux nucléotides au niveau de l’exon 9 du gène XPC aboutissant à l’apparition prématurée d’un codon stop. Afin de stimuler la RH, deux types de nucléases ingéniérées sont utilisées : les méganucléases et les TALENs. J’ai observé que la méthylation de la séquence ciblée pouvait affecter l’activité de celles-ci et donc l’efficacité du ciblage de gène. Cependant, deux approches ont été développées pour résoudre ce problème : l’utilisation d’un agent déméthylant (5-aza-2’-désoxycytidine (5azadC)) ou la création d’une endonucléase insensible à la méthylation. L’utilisation des méganucléases en combinaison avec la 5azadC a permis de stimuler la fréquence de coupure de presque 20 fois dans des fibroblastes XPC et la TALEN modifiée permet une augmentation de 40 fois. Avec ces deux stratégies j’ai obtenu des événements de correction génétique par introduction d’une matrice de réparation dans le locus ciblé avec une fréquence proche de 3%. La caractérisation des clones corrigés avec la TALEN XPC montre la correction génomique des deux nucléotides dans l’exon 9, une restauration de l’expression de la protéine XPC et une résistance cellulaire après irradiation UV traduisant le rétablissement des fonctions de la NER. Cette étude représente la première preuve de correction génétique de cellules déficientes en protéine XPC en utilisant une approche ciblée. / Xeroderma pigmentosum (XP) is a rare inherited genetic disorder characterized by an UV hypersensitivity and a severe predisposition to skin cancers. Cells from XP patients are deficient in nucleotide excision repair (NER) of UV‐induced DNA lesions. Several complementation groups have been identified in the XP syndrome and the XP-C group represents the majority of XP patients around the world. During my PhD work, I developed a model of targeted correction by homologous recombination (HR) in order to correct a deletion of two nucleotides in the ninth exon in XPC gene leading to a premature stop codon. To stimulate HR, I used two types of engineered endonucleases : meganucleases and TALEN. I observed that the target methylation status could affect the endonuclease activities and therefore XPC gene correction. Nervertheless, I developed two approaches to overcome this methylation sensitivity : use of a demethylating agent (5-aza-2-deoxycytidine (5azadC)) or a specific engineering of TALEN. Using 5azadC with meganuclease allowed to stimulate the cutting frequency by nearly 20 fold in XPC fibroblasts and the engineered TALEN allowed a 40 fold-increase in frequency. With both strategies I obtained genetic correction events by repair matrix introduction in the targeted locus with a near 3% frequency. The characterization of corrected clones with the XPC TALEN shows genomic correction in the ninth exon, a restoration of the XPC protein expression and cell survival following UV exposure, thus demonstrating fully recovered normal repair activity by NER. This study represents the first evidence of genetic correction of XPC-deficient cells by a targeted approach.

La diversité génétique est à l’origine de l'évolution et de l'adaptation des pop. et des espèces. Dans les agrosystèmes, la div. gén. intra-population est d'une importance majeure : d'une part, elle peut fournir un effet tampon contre les variations climatiquesinterannuelles et les stress biotiques, et d'autre part cette div. peut permettre l’adaptation locale des pop., du fait de leur évolution sous l’effet des pressions sélectives spécifiques aux conditions locales de la région, particulièrement dans le cas d’uneintrod. dans un nouvel environnement. En raison de son importance socio-économique et de son aire de culture étendue, le blé a été choisi comme espèce modèle dans cette étude, en se focalisant sur l’étude de la précocité de de floraison, un caractère adaptatif majeur qui permet au blé de croître sur une large gamme de conditions écologiques et climatiques. Ce projet de thèse a pour objet l’analyse de l'impact de la diversité int.-pop. sur la réponse adaptative à court terme de pop. soumises à des conditions agro-climatiques contrastées, ce par l'étude des variations génétiques, épigénétiques et phénotypiques.L'absence de marqueurs épig. disponible pendant la thèse a conduit à développer 2 études complémentaires. Dans une 1ère partie, sept var. pays. (pop. conservées à la ferme) et une variété moderne ont été distribuées et cultivées pendant trois ans dans sept fermes localisées dans trois pays d'Europe, puis étudiées pour leur réponse aux différentes conditions agro-climatiques, sous l’angle de leurs variations phénotypiques et génotypiques. Dans une 2nde partie, l'effet de la vernalisation sur le profil de méth. de l'ADN du gène VRN-A1 a été étudié, constituant une 1ère étape vers le développement de marqueurs épig. Les résultats de la 1ère partie de l'étude ont révélé que l'histoire de la conservation des var. pays. a fortement influencé leur div. gén. et leur structure génétique fine. Les var. pays. conservées ex situ montrent une faible div. gén., avec une struct. génétique simple. Les var. pays. et les mélanges conservés in situ révèlent une div. gén. plus élevée, avec une struct. génétique complexe. Une différenc. spatio-temporelle génétique et phénotypique a été observée, en relation avec le niveau de diversité initial et avec la complexité de structure des var. pays. Les variétés traditionnelles se différencient plus nettement que les var. modernes, ce qui plaide en faveur de utilisation dans des systèmes d'agriculture biologique et à bas intrants. De façon intéressante, une différenc. phénotypique significative a été observée pour les var. qui présentaient une div. gén. initiale très faible, ce qui suggère que d’autres facteurs, par exemple épig., pourraient intervenir dans les adaptations misesen évidence. La 2nde partie a permis de mettre en évidence un profil de méth. intéressant de l’ADN de VRN-A1 : sur plantes non-vernalisées, ce gène présente des niveaux élevés de méth. dans la partie centrale du gène, mais pas en début et fin de gène. De plus, une partie du 1er intron montre une augmentation significative du niveau de méth. de l'ADN suite au traitement au froid. Ce changement de méth. est positivement associé au niveau d'expression du gène. Si la compréhension du rôle de cette méth. sur la régulation de VRN-A1 nécessite des analyses complémentaires, cette étude a permis de caractériser les modifications de méth. de VRN-A1 en réponse au froid et constitue une 1ère étape vers l’identification de possibles epiallèles dans nos pop. et fournit une base à la construction de marqueurs permettant de suivre la variabilité épig. dans différentes pop. En conclusion, cette étude apporte des connaissances utiles pour une meilleure compréhension de l’origine et l'évolution de la div. gén. présente dans les var. pays. Elles permettront de dvper des méthodes de conservation et desélection à la ferme, en tenant compte de l'importance de la div. int.-pop., afin de rép. aux contraintes posées par l'agriculture bio. / Biodiversity provides the raw material for evolution and adaptation of populations and species. In agricultural biodiversity, the within-population genetic diversity is of major importance. On one hand, it can provide a buffering effect against the year-to-year variation of climate or biotic pressures and on the other hand diversity serves as a resource for the population to respond to selective pressures due to specific local conditions, thus allowing for local adaptation, particularly in the case where a population is introduced into a new location. Due to its wide geographic distribution indicating a high adaptiveotential and its socio-economic importance, wheat was chosen as model crop in this study. Flowering time is a major adaptive trait which has allows wheat to grow over a wide range of ecological and climatic conditions. This PhD study was designed to gain insights about the influence of within population diversity on the short term response of populations to contrasting agro-climatic conditions by studying the genetic, epigenetic and phenotypic variation. But due to the lack of prior existence of epigenetic markers, this thesis study is divided of two parts: In the first part, European wheat populations coming from a set of seven farmer and one modern varieties, each of which was grown on seven farms (distributed across Europe) for three years, were used to study their short term response to contrasting agro-climatic conditions in Europe by analysing their phenotypic and genotypic variations. For the second part the effect of vernalization on the DNA methylation profile of theVRN-A1 gene in winter wheat was studied as a first step towards the development for the epigenetic marker in this gene.The results from the first part of the study revealed that conservation history of these farmer varieties strongly influenced the genetic diversity and fine genetic structure. Ex situ conserved farmer varieties showed low genetic diversity and simpler structure whereas in situ conserved farmer varieties and mixtures revealed higher level of genetic diversity and complex genetic structure. Genetic and phenotypic spatio-temporal differentiation depending upon the level of diversity and structural complexity of the farmer variety was observed. The traditional varieties tend to become more differentiated than the modern variety arguing in favour of use of these diverse traditional (farmer) varieties in organic and low input agriculture systems. Interestingly, a significant phenotypic differentiation for varieties with very low genetic diversity has also been observed in this study, which gives indication of a possible role of epigenetic variation in the process of evolution.From the second part of the study (effect of vernalization on the DNA methylation profile of the VRN-A1 gene), it was found that in addition to the detection of gene body methylation across the VRN-A1 gene, we identified a region within intron 1 that shows significant increase in DNA methylation in response to vernalization treatment that is positively correlated with the gene expression. Although the role of this shift in gene regulation is still unclear due to time limitations in the thesis and the small number of genotypes analysed, this study will provide a good material towards future identification of new epialleles and the development of epigenetic markers to study the epigenetic variability of these populations.This study at large provides useful knowledge on the understanding of farmers' varieties evolutionary response to be used in the development of different breeding and conservation approaches for organic agriculture, taking into consideration of the importance of within population diversity, to satisfactorily address the problems of organic agriculture.

Le syndrome sec de Gougerot Sjögren (SGS) est une maladie auto-immune chronique qui présente des dommages progressifs et irréversibles des glandes exocrines lacrymales et salivaires. Cette pathologie affecte entre 0.1 et 3 % de la population et est plus commune chez les femmes avec un ratio de 9 femmes pour 1 homme. Dans la glande salivaire, une infiltration lymphocytaire est observée et est associée avec la destruction de l'épithélium sécrétoire, qui joue un rôle central dans l'initiation et le développement du SGS. Le processus physiopathologique est loin d’être compris et semble dépendant de phénomènes épigénétiques. En effet, des perturbations importantes de la méthylation de l'ADN sont observées dans les cellules épithéliales en lien avec le niveau d’infiltration lymphocytaire des glandes salivaires.L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les changements épigénétiques au cours du SGS et en particulier les défauts de méthylation/déméthylation de l’ADN observés dans les Cellules Epithéliales de Glandes Salivaires (SGEC) et leurs rôles dans le développement de la pathologie.Dans ce but, Une étude globale de la méthylation de l'ADN a été réalisée après culture cellulaire destinée à isoler les SGEC de patients SGS. La puce « human methylation 450k » d’Illumina utilisée couvre plus de 485 000 sites CpG du génome. Des analysesbioinformatiques nous ont permis d'obtenir un panel de gènes différentiellement méthylés. Nous avons ainsi mis en évidence l’importance de la voie calcique (déméthylée, connue pour avoir un impact sur la salivation) et de la voie WNT (hyperméthylée). De plus nous avons pu identifier une régulation interféron et montrer l’importance d’un changement du type d'interféron (I à II) lors de l’évolution vers un lymphome de type MALT. En outre, nous montrons qu’il existe une inter-relation forte entre les processus épigénétiques et les facteurs génétiques associés au SGS. Enfin la dernière partie de ce travail met en lumière l’implication d’un environnement inflammatoire dans le contrôle du processus de méthylation/déméthylation de l’ADN dans les cellules épithéliales.Ainsi, les altérations du méthylome des SGECs pourraient contribuer à la pathophysiologie du SGS et à son évolution en un lymphome du MALT, ceci en lien avec son environnement inflammatoire. / Sjögren Syndrome (SjS) is a chronic autoimmune disease characterized by a progressive and irreversible damage of exocrine glands, particularly salivary and lacrymal glands. This pathology affects between 0.1 and 3% of the population and is more common in women with a ratio of 9 women for 1 man. In salivary glands, a lymphocytic infiltration is observed and associated with the destruction of the secretory epithelium, which plays a central role in initiation and development of the SjS. The process remains incompletely clarified and contains a strong epigenetic component. Indeed, important disturbances of the process of DNA methylation are observed in epithelial cells and they are linked with the level of lymphocyte infiltration in salivary glands.The objective of this work is to better understand epigenetic changes during the SjS and in particular the DNA methylation/demethylation defects observed in Salivary Gland Epithelial Cells Epithelial (SGEC) and their roles in the pathology development.For that purpose, a global study of DNA methylation was done on 12 patients SGECs with the Infinium HumanMethylation450 BeadChip (Illumina). The 450k HM allows to cover more than 485,000 CpG sites on the whole genome. Bioinformatic analysis allowed us to obtain genes panels which are differentially methylated during this pathological phenomenon. In an interesting way, we identified the potential involvement of the calcic (hypomethylated, known to impact salivation) and WNT pathways (hypermethylated). Besides we were able to identify interferon regulation and the shift from interferon type I to type II with mucosa associated lymphoid tissue (MALT) lymphoma evolution. Furthermore, the simultaneous genomic–epigenomic analysis revealed significant associations between SjS-associated genetic risk factors and epigenetic modifications. Finally, the last part of this work highlights inflammatory environment involvement to control DNA methylation/demethylation in salivary gland epithelial cells.Altogether, alterations of DNA methylation in SGEC may contribute to SjS pathophysiology and evolution to MALT and this in link with the inflammatory environment.

Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont un outil essentiel pour la recherche biomédicale. Elles ont à la fois la particularité de se multiplier de manière indéfinie tout en gardant leurs propriétés souches et l’incroyable capacité de donner naissance à tous les types cellulaires de l’organisme. Ces caractéristiques ouvrent de nouvelles perspectives pour la médecine régénérative mais également pour la mise au point de nouveaux essais thérapeutiques. Une des révolutions majeures reposant sur la reprogrammation cellulaire des cellules somatiques adultes en cellules souches, permet notamment d’entrevoir de nouvelles applications thérapeutiques. Les mécanismes moléculaires, tels que la méthylation de l’ADN, les modifications d’histones, et l’intervention de facteurs épigénétiques dans le remodelage de la chromatine, jouent un rôle essentiel dans la reprogrammation cellulaire et le contrôle de la pluripotence des cellules souches. L’épigénome des CSE doit non seulement maintenir l’expression des gènes associés à la pluripotence, mais également permettre une activation rapide et spécifique des gènes impliqués dans les étapes de différenciation cellulaire. Une des modifications ayant un rôle important dans l’homéostasie des CSE correspond aux méthylations d’histones H3K9 et H3K27 essentiellement associées à une répression transcriptionnelle. Ces modifications sont effectuées par des lysines méthyltransferases (HKM) dont G9a, ou bien EZH2 appartenant au complexe Polycomb PRC2. Elles recrutent également ces complexes protéiques permettant le maintien et la propagation de la modification le long du génome. Ainsi, dans ce contexte, mes travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser deux facteurs épigénétiques potentiels reconnaissant les histones H3K9me et H3K27me et interagissant avec le complexe PRC2. Ces études ont permis de mieux comprendre le rôle de ces protéines dans la régulation des cellules souches embryonnaires murines. Nos premières données ont montré que nos gènes candidats sont fortement exprimés dans les cellules souches embryonnaires murines (mESC) contrairement aux cellules différenciées. Par la suite, l’expression forcée d’un de ces facteurs altère la différenciation des CSE induite par le retrait de la cytokine LIF. Pour mieux comprendre comment le maintien de l’expression de notre facteur empêche la différenciation des cellules souches embryonnaires, nous avons analysé l’expression des facteurs de pluripotence Oct4, Nanog, Sox2 et Klf4. Nous avons noté un maintien de l’expression de ces facteurs ainsi que le maintien de la régulation des signaux intracellulaires intervenant en amont tels que: l’activation de la voie JAK-STAT3 pour le maintien à l’état pluripotent des ESC, et la diminution de la voie MAPK-ERK impliquée dans les processus de différenciation / Embryonic stem cells (ES cells) are an essential tool for biomedical research. They have the particularity to multiply indefinitely while keeping their stemness properties, and the incredible ability to generate all cell types of the body. These characteristics open up new perspectives for regenerative medicine but also for the development of new therapeutic trials. One of the major revolutions based on the cellular reprogramming of adult somatic cells into stem cells makes it possible to glimpse new therapeutic applications. Molecular mechanisms, such as DNA methylation, histone modifications, and the intervention of epigenetic factors in chromatin remodeling, play a critical role in cell reprogramming and pluripotency. The CSE epigenome must maintain not only the expression of genes associated with pluripotency but also allow rapid and specific activation of genes involved in cell differentiation. One of the modifications having an important role in the homeostasis of the CSE corresponds to histone methylations H3K9 and H3K27 essentially associated with transcriptional repression. These modifications are carried out by lysine methyltransferases (HKM) including G9a, or EZH2 belonging to the Polycomb PRC2 complex. They also recruit these protein complexes to maintain and propagate the change along the genome. Thus, in this context, my thesis work aimed to characterize two potential epigenetic factors recognizing histones H3K9me and H3K27me and interacting with the PRC2 complex. These studies have provided a better understanding of the role of these proteins in the regulation of murine embryonic stem cells. Our first data showed that our candidate genes are strongly expressed in murine embryonic stem cells CGR8 (mESC), unlike differentiated cells. Subsequently, the forced expression of one of these factors alters the CSE differentiation (CGR8) induced by LIF cytokine withdrawal. To better understand how maintaining the expression of our factor prevents the differentiation of embryonic stem cells, we analyzed the expression of pluripotency factors Oct4, Nanog, Sox2 and Klf4. We noted maintenance of the expression of these factors as well as the maintenance of the regulation of signals intervening upstream: including the maintenance of the activation of the JAK-STAT3 pathway for the maintenance of the pluripotent state, and the decrease of the MAPK-ERK pathway involved in differentiation processes

De nombreux mécanismes contrôlent et limitent la prolifération des éléments transposables (ET) dans les génomes dont ils menacent l'intégrité structurale et fonctionnelle. Chez les plantes l'interférence ARN (ARNi) joue un rôle important dans ces contrôles via des petits ARN d'environ 20nt qui guident la régulation de l'expression de séquences endogènes ou exogènes par deux types de mécanismes. Un premier mécanisme, partagé par de nombreux organismes eucaryotes, inhibe l'activité d'ARNm par un contrôle post-transcriptionnel. Un deuxième type de régulation, permet un contrôle transcriptionnel de l'activité des ET via un mécanisme appelé RNA directed DNA Methylation (RdDM) qui implique des siARN («  short-interfering RNA ») de 24nt qui guident la méthylation de l'ADN spécifiquement au niveau des séquences d'ET. Les siARN sont impliqués également dans la restauration progressive de la méthylation de l'ADN après une perte induite par la mutation du gène DDM1 (Decrease in DNA Methylation 1). L'objectif de cette thèse est de tirer avantage des technologies de séquençage à haut débit pour caractériser le contrôle des ET par les siARN chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.Dans un premier temps, j'ai développé des méthodes et outils bioinformatiques afin de gérer efficacement les données de séquençage à haut débit de banques de petit ARN. Ces outils, regroupés en pipeline, visent à permettre l'étude de l'accumulation des siARN correspondant aux séquences d'ET ou de familles d'ET ainsi que leur visualisation de manière globale ou détaillée.Ces outils ont ensuite été appliqués pour caractériser, dans un contexte sauvage, l'association entre les siARN et les ET afin de déterminer des facteurs pouvant expliquer les différences d'abondance en siARN observées. Ces analyses, réalisées en tenant compte de l'état de méthylation de l'ADN et du contexte génomique des ET apportent une vue statique du contrôle des ET par les siARN et de leur impact sur les gènes situés à proximité.L'analyse de banques de petits ARN de mutants de la voie de l'ARNi a ensuite été réalisée afin mieux caractériser l'impact de la perte de méthylation de l'ADN sur les populations de siARN et notamment définir les mécanismes impliqués dans la production des siARN de 21nt induite dans le mutant ddm1. Ces analyses comparatives du contrôle des ET lors d'une perte de la méthylation de l'ADN ont permis de mettre en évidence une production de siARN de 24nt indépendante de la voie classique du RdDM et de proposer un modèle permettant d'expliquer la production de siARN de 21nt dans le mutant ddm1.Dans un dernier temps, j'ai cherché à mieux définir l'implication des siARN dans la restauration des états de méthylation de l'ADN. Les variations de méthylation de l'ADN induites par la mutation ddm1 ont été caractérisées ainsi que leur stabilité transgénérationnelle au sein d'une population d'epiRIL. La stabilité de l'hypométhylation de l'ADN a été étudiée, au regard de données de séquençage à haut débit de banques de petits ARN de lignées WT, ddm1 ainsi que pour 4 lignées epiRIL, afin d'apporter une notion temporelle à l'étude du contrôle des ET par les siARN.Les résultats soulignent le rôle majeur des petits ARN pour le contrôle des éléments transposables afin de préserver l'intégrité structurale et fonctionnelle du génome et ce, via des mécanismes variés en fonction des ET. Ce travail ouvre la voie vers une analyse du contrôle des ET par les siARN basée sur une approche regroupant les ET en réseaux en fonction des séquences de siARN qu'ils partagent. Cela permettrait d'étudier les « connections-siARN » entre ET afin de, par exemple, explorer l'action en trans des siARN pour la restauration de la méthylation de l'ADN. / Many mechanisms control and limit the proliferation of transposable elements (TEs) which could otherwise threaten the structural and functional integrity of the genome. In plants RNA interference (RNAi) plays an important role in this control through small RNAs that guide the expression regulation of endogenous or exogenous sequences by two types of mechanisms. The first such mechanism, shared by many eukaryotic organisms, acts at the post-transcriptionnal level to inhibit the activity of mRNA. A second type of regulation allows the transcriptional control of TEs activity through a mechanism called RNA directed DNA methylation (RdDM) which involves 24nt long siRNA ("short-interfering RNA") that guide DNA methylation specifically on TEs sequences. Furthermore, siRNAs are also involved in the progressive restoration of DNA methylation after a loss induced by mutation of the DDM1 gene (Decrease in DNA Methylation 1). The aim of this thesis is to take advantage of high-throughput sequencing technologies to characterize these TEs controls mechanisms by siRNA in the model plant Arabidopsis thaliana .At first, I developed methods and bioinformatics tools to effectively manage data produced by high-throughput sequencing of small RNA libraries. These tools, combined in a pipeline, are designed to allow the study the accumulation of siRNA corresponding to TE sequences or TE families as well as their global or detailed visualization.These tools were applied to characterize, in a wild type background, the association between siRNA and TEs in order to define factors that may explain the observed differences in siRNA abundance . These analyses were performed by taking into account both DNA methylation states and genomic context. It provides a static view of siRNA control of TEs and their impact on nearby genes. Then, analysis of small RNA libraries from mutants of the RNAi pathway was performed to better characterize the impact of DNA methylation loss on siRNA populations and to define the mechanisms involved in the production of 21nt siRNA induced in the ddm1 mutant. These comparative analyses of the TE control after loss of DNA methylation allow us to highlight the production of 24nt siRNA independently of the classical RdDM pathway and to propose a model explaining the production of 21nt siRNA in the ddm1 mutant. At last, I tried to clarify the involvement of siRNA in the restoration of DNA methylation. Changes in DNA methylation induced by ddm1 mutation were characterized as well as their transgenerational stability in an epiRIL population. The stability of DNA hypomethylation has been studied in relation to high-throughput sequencing of small RNAs data from WT, ddm1 and 4 epiRIL lines. It provides a temporal view of the TE control by siRNA. The results highlight the important role of small RNAs in the control of transposable elements in order to preserve structural and functional integrity of the genome through a variety of mechanisms depending on TE sequences. This work opens the way to the analysis of the siRNA control on TEs based on approaches that combine TEs in networks based on their shared siRNA sequences. It would allow to study "siRNA-connections" between TEs in order to explore, for example, the action in trans of siRNA in the restoration of DNA methylation defect.

Chez les eucaryotes, l’expression des gènes dépend en partie du degré de compaction de la chromatine. La structure chromatinienne est régulée par des marques dites épigénétiques,telles que les modifications post-traductionnelles des protéines structurelles de la chromatine, les histones. Ainsi, la méthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9) sur le promoteur des gènes est essentiellement associée à la répression de la transcription. H3K9 est méthylée par différentes enzymes appelées lysine méthyltransférases (KMTs). L’objectif principal de mon projet de thèse a été de mieux comprendre le rôle de principales KMTs de H3K9, que sontG9a, GLP, Suv39h1 et SETDB1, dans la régulation de l’équilibre entre prolifération et différenciation terminale. Pour cela, j’ai utilisé le modèle de différenciation terminale de cellules du muscle squelettique. En effet, durant la différenciation terminale, les myoblastes arrêtent de proliférer et fusionnent entre eux pour former de longues cellules multi nucléées que sont les myotubes. Ce processus implique, d’une part, l’expression des gènes de différenciation musculaire et, d’autre part, la répression irréversible des gènes associés à la prolifération cellulaire. L’introduction bibliographique de ce travail de thèse est séparée en trois chapitres. Le premier chapitre porte sur la chromatine et ses modifications post-traductionnelles. Le second s’attache à décrire les rôles de la méthylation de H3K9 et, en particulier, des quatre KMTs sur lesquelles j’ai travaillé durant ma thèse : G9a, GLP, SETDB1 et Suv39h1. Dans le troisième chapitre, je présente le modèle de la différenciation terminale du muscle squelettique. Dans la partie "Résultats", je décris deux des principales études que j’ai menées durant ma thèse. La première porte sur les rôles antagonistes de G9a et GLP. La seconde porte sur le rôle de SETDB1 durant la différenciation musculaire. Les résultats que j’ai obtenus sont discutés dans cette partie. Je conclus ce manuscrit en discutant mes résultats de manière plus générale et en proposant des perspectives à long terme. Enfin, une annexe présentera les autres articles de recherche auxquels j’ai participé pendant ma thèse. / In eukaryotes, gene expression partly relies on chromatin compaction degree. Chromatin status is controlled by epigenetic marks, such as histones (chromatin structural proteins) posttranslational modifications. As an example, histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation on gene promoters is mainly associated with transcriptional repression. H3K9 is methylated by several enzymes called lysine methyltransferases (KMTs). The aim of my thesis project was to understand the role of the H3K9 KMTs, G9a, GLP, Suv39h1 and SETDB1 in regulating the balance between proliferation and terminal differentiation. For this purpose, I used skeletal muscle terminal differentiation as model. Upon muscle terminal differentiation, myoblasts exit, in an irreversible way, from the cell cycle and under go differentiation where cells fusion and form myotubes. During this process, cell cycle genes are permanently silenced and muscle specific genes are activated. Thesis introduction is divided into three chapters. The first chapter focuses on chromatin and post-translational modifications. The second chapter describes H3K9 methylation characteristics and the role of the four KMTs that I studied during my thesis project: G9a,GLP, Suv39h1 and SETDB1. In the third chapter, the skeletal muscle terminal differentiation model is described in details. Results section reports my two major studies outcomes and their discussion. The first concerns the antagonistic roles of G9a and GLP regarding the muscle terminal differentiation and the second focuses on the role of SETDB1 during muscle differentiation. Finally, I conclude this manuscript by a plainer discussion followed by long term perspectives and an appendix presents other research articles, in which I collaborated during my PhD.