Le déclin de la fonction pulmonaire et la destruction progressive des tissus des voies aériennes sont les premières causes de morbidité et de mortalité dans la mucoviscidose (CF). Grâce à un suivi régulier et à des traitements symptomatiques, la qualité de vie et l'espérance de vie des patients CF ont considérablement augmenté. Pour le suivi des patients, les cliniciens utilisent principalement des paramètres cliniques et biologiques. L'objectif principal de ce projet de thèse était d'identifier des biomarqueurs de l'atteinte pulmonaire basés sur la méthylation de l'ADN. Par une approche tout-génome (Infinium 450K), nous avons mesuré la méthylation de l'ADN dans les cellules épithéliales nasales de patients CF et d'individus contrôles sains (cohorte MethylCF, 51 patients, 24 contrôles). Nous avons montré que les profils de méthylation différaient entre patients et contrôles mais aussi entre patients à atteinte pulmonaire modérée et sévère. Les changements de méthylation ont principalement eu lieu dans des régions régulatrices (enhancers) et dans des gènes associés à l'adhésion cellulaire et aux réponses inflammatoire et immunitaire. En combinant données épigénomiques et données cliniques, nous avons sélectionné des potentiels biomarqueurs de sévérité de l'atteinte pulmonaire, et des potentiels biomarqueurs de l'évolution de la fonction pulmonaire. Pour valider les biomarqueurs, nous avons constitué une cohorte longitudinale, MethylBiomark, de 50 patients CF suivis pendant 18 mois. A partir d'échantillons d'expectoration recueillis tous les six mois environ, nous avons mesuré la méthylation de l'ADN des potentiels biomarqueurs par pyroséquençage. Deux biomarqueurs corrélaient avec la sévérité de l'atteinte pulmonaire (VEMS et CVF), et un biomarqueur corrélait avec l'évolution de la fonction pulmonaire (variation de VEMS). Le second objectif de cette thèse était d'étudier l'impact des variations de méthylation d'ADN sur l'expression des gènes, en croisant des données épigénomiques et transcriptomiques générées à partir des mêmes échantillons (sang total, cohorte MethylCF). L'analyse transcriptomique a permis d'identifier (i) des gènes différentiellement exprimés entre patients et contrôles, qui étaient associées aux réponses inflammatoire et immunitaire, et (ii) des modules de co-expression (WGCNA) qui corrélaient fortement avec des paramètres cliniques, dont le diabète. / Lung function decline and progressive destruction or airway tissues are the main causes of morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF). Quality of life and life expectancy of CF patients greatly increased over the last decades, because of a regular follow-up and symptomatic treatments. For the follow-up of patients, clinicians usually use clinical or biological parameters. The main goal of this thesis was to identify DNA methylation biomarkers of CF lung disease. We measured genome-wide DNA methylation (with Infinium 450K) in nasal epithelial cells from CF patients and healthy controls (MethylCF cohort, 51 patients, 24 controls). We showed that DNA methylation profiles differed between CF patients and controls, but also between patients with mild and severe lung disease. DNA methylation changes mainly occurred in regulatory regions (enhancers) and in genes associated with cell adhesion and inflammatory and immune responses. By combining epigenomic and clinical data, we selected potential biomarkers of lung disease severity, and potential prognostic biomarkers of the evolution of the lung function. To validate these biomarkers, we built a new longitudinal cohort of 50 CF patients followed for 18 months. We measured the DNA methylation level of the biomarkers by pyrosequencing in sputum samples collected every 6 months. Two biomarkers correlated with lung disease severity (measured by FEV1 and FVC) and one biomarker correlated with the evolution of the lung function (FEV1 variation). The second goal of this thesis was to investigate the impact of DNA methylation changes on gene expression, by combining epigenomic and transcriptomic data from the same samples (whole blood, MethylCF cohort). The transcriptomic analysis revealed (i) differentially expressed genes between patients and controls, that were mainly involved in inflammatory and immune responses, and (ii) co-expression gene modules (WGCNA) highly correlated with clinical parameters, and notably CF-related diabetes.

Les dérivés de la cytosine sont d’importantes modifications épigénétiques dont le rôle dans l’évolution de la leucémie lymphoïde chronique (LLC) n’est pas totalement exploré. Dans ce contexte, notre première étude vise à examiner le niveau global de la 5-methylcytosine (5-mCyt), 5-hydroxymethylcytosine (5-hmCyt), 5-carboxylcytosine (5-CaCyt) et 5-hydroxymethyluridine (5-hmU) dans des lymphocytes B purifiés de patients LLC (n=56) et d’individus sains (n=17). Les principaux acteurs de la régulation épigénétique (DNMT1/3A/3B, MBD2/4, TET1/2/3, SAT1) ont été évalués par PCR quantitative en temps réel. L’analyse a permis de mettre en exergue trois groupes de patients. En premier lieu, un groupe de patients stables (délai médian de progression [PFS] et délai au premier traitement [TFT] >120 mois), avec un profil épigénétique similaire au groupe contrôle. Deuxièmement, un groupe intermédiaire (PFS=84; TFT=120 mois) qui présente une augmentation de la déméthylation de l’ADN expliquée par l'induction SAT1 / TET2 pendant la progression de la maladie. Troisièmement, un groupe de patients avec une forme active de la maladie (PFS=52; TFT=112 mois) qui présentent une hyperlymphocytose, une réduction du temps de doublement des lymphocytes et des modifications épigénétiques majeures. Au sein de ce groupe, une réduction est observée pour la 5-mCyt, 5-hmCyt, 5-CaCyt et serait associée à une diminution des DNMTs, TETs et MBDs au cours de la progression de la maladie. Les profils épigénétiques mis en évidence sont indépendants du statut mutationnel IGHV mais sont associés avec les anomalies cytogénétiques. Nous nous sommes également intéressés à cette association et nous avons montré dans la deuxième étude que les modifications des dérivées de la cytosine peuvent affiner le pouvoir pronostic des anomalies cytogénétiques. En conclusion, nos résultats suggèrent que les variations de la méthylation ainsi que des intermédiaires de la déméthylation de l’ADN sont impliqués dans la progression de la LLC. / Cytosine derivatives are important epigenetic modifications whose role in the pathogenesis and evolution of chronic lymphocytic leukemia (CLL) is not fully explored. In this context, our first study aims to examine the global DNA level of 5-methylcytosine (5-mCyt), 5-hydroxymethylcytosine (5-hmCyt), 5-carboxylcytosine (5-CaCyt) and 5-hydroxymethyluridine (5-hmU) in purified B lymphocytes of CLL patients (n = 56) and healthy individuals (n = 17). The main actors in epigenetic regulation (DNMT1 / 3A / 3B, MBD2 / 4, TET1 / 2/3, SAT1) were evaluated by quantitative real time PCR. The analysis highlighted three groups of patients. First, a group of patients with stable disease (median time to progression [PFS] and time to first treatment [TFT]> 120 months), with an epigenetic profile similar to the control group. Secondly, an intermediate group (PFS = 84, TFT = 120 months) which shows an increase in DNA demethylation explained by SAT1 / TET2 induction during disease progression. Third, a group of patients with an active form of the disease (PFS = 52, TFT = 112 months) who have hyperlymphocytosis, a short lymphocyte doubling time, and major epigenetic changes. Within this group, a reduction is observed for 5-mCyt, 5-hmCyt, 5-CaCyt which is associated with a decrease in DNMTs, TETs and MBDs during disease progression. The identified epigenetic profiles are independent of IGHV mutational status but are associated with cytogenetic abnormalities. We were also interested in this association and we showed in the second study that modifications of cytosine derivatives levels can refine the prognostic power of cytogenetic abnormalities.In conclusion, our results suggest that methylation variations as well as DNA demethylation intermediates are involved in the progression of CLL.

Le cancer du sein est un problème majeur de santé publique qui touche 1 femme sur 5. Quatre-vingt percent des cancers sont hormono-dépendants et son traités par hormonothérapies qui cible les oestrogènes ou le récepteur des oestrogènes (ERa) et inhibent leurs effets tumorigènes. En parallèle de la voie génomique des oestrogènes, il existe une voie non génomique dans laquelle ERa recrute Src et PI3K à la membrane, et active des cacades de phosphorylation comme Akt, qui aboutit à la survie et la prolifération des cellules cancéreuses. Notre équipe a montré que la méthylation de l’arginine 260 par les oestrogènes, est un prérequis à la formation du complexe non génomique régulant la prolifération cellulaire. En 2012, l’équipe a montré que la signalisation non génomique des oestrogènes est activée dans les tumeurs mammaires agressives, représentant de nouvelles cibles thérapeutiques. Le crosstalk entre les oestrogènes et les facteurs de croissance impliquant des phosphorylations a été largement décrit. C’est pourquoi nous avons cherché si la méthylation d’ERa sur l’arginine 260 pouvait être impliquée dans ce crosstalk. Parmi plusieurs facteurs de croissance, nous avons mis en évidence que IGF-1 était le seul facteur capable d’induire la méthylation d’ERa de façon oestrogéno-indépendante. En effet, comme pour les oestrogènes, IGF-1 induit une méthylation rapide et transitoire par l’arginine méthyltransférase 1 (PRMT1), et la formation du complexe ERa/Src/PI3K. En utilisant plusieurs approches, nous avons obtenu des résultats intéressants, montrant que PRMT1 probablement via la méthylation d’ERa, joue un rôle crucial dans la signalisation d’IGF-1. D’autre part, nous avons montré qu’IGF1 phosphoryle ERa au niveau de son domaine de liaison à l’ADN, modulant l’interaction son interaction avec IGF-1R. De plus, l’analyse d’une cohorte de 440 tumeurs mammaires a mis en évidence que l’expression d’IGF-1 est corrélée à l’activation de la voie non-génomique des oestrogènes, renforçant les résultats obtenus in vitro et ouvrant de nouvelles perspectives thérapeutiques qui cibleraient les 2 voies de signalisation / Breast cancer is a major health problem currently affecting 1 out of 5 women. Seventy percent of breast cancers are hormone-dependent, and are treated by hormonal therapies targeting estrogen receptor and consequently the inhibition of its pro-tumorigenic effects. In parallel to the genomic estrogen signaling, non-genomic signaling has been described, where ERa recruits Src kinase and PI3K at the plasma membrane and thus activates downstream phosphorylation cascades like AKT, which in turn leads to survival and proliferation of cancer cells. Our team has found that estrogen-induced methylation of arginine 260 of ERa is a prerequisite for the formation of this non-genomic complex, regulating cell proliferation. In 2012, we have shown that this pathway is activated in aggressive breast tumors representing a new potential target for breast cancer therapy. Crosstalk between estrogen and growth factors signaling involving phosphorylation has been largely described. For this reason, we investigated if ERa R260 methylation could be involved in this crosstalk. Among several growth factors, we found that IGF-1 was the only one able to induce methylation of ERa in an estrogen-independent manner. Similarly to estrogen, IGF-1 induces a rapid and transient methylation of ERa by the Protein Arginine Methyltransferase (PRMT1) concomitant with the formation of ERa/Src/PI3K complex. Using several approaches, we found significant results showing that PRMT1 probably via ERa methylation plays a crucial role in IGF-1 signaling. Interestingly, we have recently found also that receptor tyrosine kinase IGF-1R phosphorylates the DNA binding domain (DBD) of ERa that could modulate the latter downstream signaling. In line with these results, we found on TMAs of a cohort of 440 breast tumors that IGF-1 expression is correlated with ERa non-genomic signaling. These results report new insight into estrogen and IGF-1 interference, which open new perspectives of combining therapies targeting the two pathways

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Le séquençage de nombreux génomes eucaryotes indique que l’augmentation de la «biocomplexité» au cours de l’évolution n’est pas directement corrélée à l’accroissement du nombre de gènes. En d’autres termes, nous sommes plus que la somme de nos gènes et l’ère post-génomique actuelle promet de cerner de façon plus précise les bases moléculaires de notre identité. A cet égard, il semble de plus en plus clair que l’épigénétique est riche d’une information qui se superpose à celle du code génétique. L’information épigénétique est principalement véhiculée par des modifications de l’ADN et des histones. La modification majeure de l’ADN est la méthylation de la cytosine qui est la marque d’une chromatine transcriptionnellement silencieuse. Quant aux histones, différentes modifications posttraductionnelles ont été décrites, comme l’acétylation, la phosphorylation, la méthylation et l’ubiquitinylation. L’ensemble de ces modifications constituerait un «code histone», dont le décryptage n’en est qu’à ses prémices, permettant d’associer à chaque combinaison de modifications un état particulier de la chromatine, et ainsi de l’expression génique. La méthylation des histones a longtemps été considérée comme irréversible mais l'identification récente de déméthylases des histones spécifiques de certains sites a révélé que cette modification est régulée de façon dynamique et réversible. La découverte de ces enzymes a ouvert de nouveaux axes de recherche dans le domaine de l'épigénétique (Klose and Zhang, 2007). <p><p>Au cours de ma thèse de doctorat, nous nous sommes intéressés à la déméthylase PADI4 (peptidylarginine déiminase 4) qui convertit des résidus arginines des histones H3 et H4, associés à l'activation des gènes, en résidus citrullines, ce qui a pour conséquence d'entraîner une répression transcriptionnelle. Cette réaction porte le nom plus particulier de déimination/citrullination des histones. A l’heure actuelle, il est primordial de cerner comment la déméthylation des histones, et plus précisément la peptidylarginine deiminase 4 (PADI4), réprime la transcription. <p><p>Dans un premier temps, nous avons mis en évidence un lien mécanistique entre la deméthylation et la désacétylation des histones. Nous avons montré que PADI4 interagit avec l’histone désacétylase HDAC1. Cette enzyme est responsable du décrochage des groupements acétyls des histones, conduisant à la fermeture de la chromatine. Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine indiquent que PADI4 et HDAC1 s’associent au promoteur du gène de réponse aux oetrogènes pS2 simultanément et de manière cyclique. L’utilisation d’une construction shRNA dirigée contre la protéine endogène HDAC1 indique que la liaison de PADI4 au promoteur du gène pS2 est dépendante de la présence de HDAC1.<p><p>Dans la deuxième partie de notre travail, un lien mécanistique entre la déméthylation des histones par PADI4 et la méthylation de l’ADN a été mis en évidence. La méthylation de l’ADN est catalysée par des enzymes, appelées méthyltransférases de l’ADN (DNMTs), qui transfèrent des résidus méthyls sur les cytosines. Nous avons montré que la protéine DNMT3A interagit avec PADI4. Nous avons également démontré que l’enzyme PADI4 était capable de citrulliner/déiminer (convertir des résidus arginines en résidus citrullines) la méthyltransférase de l’ADN DNMT3A in vitro et que cette citrullination de la protéine DNMT3A par PADI4 stabiliserait DNMT3A in vivo.<p><p>Enfin, nos récents travaux révèlent une relation mécanistique entre la protéine MeCP2, interprète des signaux de méthylation de l’ADN, et la protéine polycomb EZH2. Celle-ci possède une activité méthyltransférase d’histone sur les lysines 27 de l’histone H3. Nos données montrent que MeCP2 interagit avec EZH2 et que ces protéines fixent des régions promotrices communes. De plus, la déplétion en MeCP2 affecte la présence de EZH2 au niveau de ces régions communes.<p><p>En conclusion, ce travail de thèse devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de l’épigénétique. Plus particulièrement, il devrait aider à mieux cerner comment la première histone déméthylase décrite, la peptidylarginine déiminase 4 ou PADI4, verrouille l’expression génique.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les fonctions physiologiques spécifiques de la voie de N-méthylation de la phosphatidyléthanolamine (PE), une des deux voies de biosynthèse de la phosphatidylcholine (PC), restent relativement énigmatiques. Il a été démontré chez les poissons euryhalins qu’un stress hyperosmotique induisait une activation de cette voie métabolique au niveau hépatique. L’objectif de notre travail était de vérifier si ce phénomène se produit aussi chez d’autres animaux euryhalins. Les études réalisées in vivo sur deux espèces de crâbes, Eriocheir sinensis et Carcinus maenas, nous ont permis de montrer que l’acclimatation en eau de mer de ces animaux active la synthèse de PC par N-méthylation de la PE dans l’hépatopancréas. Les marquages radioisotopiques montrent aussi que cette PC est échangée avec le plasma et que ce phénomène est amplifié chez les animaux en eau de mer. Ce pool de PC est utilisé comme précurseur de la bétaïne, un osmoeffecteur organique important chez ces animaux. Nous avons ensuite caractérisé la voie de N-méthylation de la PE chez un animal osmoconformeur, la moule Mytilus galloprovincialis. Les résultats, obtenus in vivo et in vitro sur les tissus isolés, démontrent qu’une activité de N-méthylation de la PE en PC est exprimée dans la glande digestive et les hémocytes circulant de M. galloprovincialis. La PC ainsi synthétisée dans ces tissus est échangée avec l’hémolymphe de l’animal. De l’ensemble de ces observations, nous pouvons conclure que la synthèse de PC par N-méthylation est largement exprimée chez les animaux marins euryhalins et qu’une des fonctions physiologiques de cette voie métabolique est de synthétisée des osmolytes organiques comme la bétaïne / The specific physiological functions of the N-methylation of phosphatidylethanolamine (PE), one of the two biosynthetic pathways of phosphatidylcholine (PC), remain relatively mysterious. It has been demonstrated in euryhaline fish that hyperosmotic stress induced activation of this pathway in the liver. The aim of our work was to verify whether this phenomenon also occurs in other euryhaline animals. In vivo studies on two species of crabs, Eriocheir sinensis and Carcinus maenas, showed that seawater acclimation activates PC synthesis by N-methylation of PE in the hepatopancreas. Radioisotopic labelling also showed that PC is exchanged with the plasma and that this phenomenon is amplified in animals in seawater. This pool of PC is used as a precursor of betaine, an important organic osmoeffector in these animals. We then characterized the process of PE N-methylation in an osmoconforming animal, the mussel Mytilus galloprovincialis. The results, obtained in vivo and in vitro on isolated tissues, show that N-methylation of PE to PC is expressed in the digestive gland and circulating haemocytes in M. galloprovincialis. The PC synthesized in these tissues is exchanged with hemolymph of the animal. From all these observations, we conclude that the synthesis of PC by N-methylation is widely expressed in marine euryhaline animals and that a physiological function of this pathway is to provide organic osmolytes such as betaine

L'hétérogénéité tumorale observée dans le cancer du sein est à l'origine des échecs cliniques malgré un important arsenal thérapeutique. Cette hétérogénéité est expliquée par la présence, au sein de la tumeur d'une population minoritaire de cellules, les cellules souches cancéreuses (CSC). Ces CSC sont responsables des résistances aux traitements conventionnelles entrainant des rechutes et des métastases. Un meilleur décryptage des programmes régulant les propriétés cardinales de ces cellules, autorenouvellement et différenciation, est une étape cruciale pour le développement de nouvelles thérapies. L'identité des CSC est régulée par des mécanismes épigénétiques. Les travaux de cette thèse se sont intéressés à l'étude de deux mécanismes épigénétique: la méthylation de l'ADN et les microARNs. Nous avons d'abord identifié une signature de 68 régions hypométhylées dans les CSC. Cette signature présentait un enrichissement de la voie TGF-ß et avait un impact pronostic sur la survie des patientes. Nous nous sommes ensuite intéressés à la régulation des CSC par les miARNs. Nous avons identifié miR-600, un microARN bimodal, régulant la balance autorenouvellement-différenciation. miR-600 régule la voie Wnt, via SCD1. L'identification de l'axe miR-600/SCD1/Wnt ouvre une nouvelle perspective thérapeutique pour cibler les CSC. Nos travaux ont décryptés de nouveaux programmes épigénétiques régulantl'identité le destin des CSC mammaires. Ces travaux pourront être le terreau du développement de nouvelles approches thérapeutiques pour traiter le cancer du sien. / Tumor heterogeneity observed in breast cancer is the main cause of clinical failures despite a significant therapeutic arsenal. This heterogeneity is explained by the presence of a minority population of cells, the cancer stem cells (CSC). CSC are resistant to conventional therapies causing relapse and metastasis. Deciphering programs regulating the cardinal properties of these cells, self-renewal and differentiation, is a crucial step for the development of new therapies. The identity of CSC is regulated by epigenetic mechanisms. The work of this thesis focused on the study of two epigenetic mechanisms: DNA methylation and microRNAs. We first identified a signature of 68 regions hypomethylated in CSC. This signature showed an enrichment of the TGF-ß pathway and had a prognostic impact on patient survival. We then were interested in the regulation of CSC by miRNAs. We identified miR-600, a bimodal microRNAs, regulating the self-renewal-differentiation balance. MiR-600 regulates Wnt pathway via SCD1. The identification of the miR-600/SCD1/Wnt axis opens a new therapeutic perspective to target CSCs. Our work deciphered epigenetic programs, regulating breast CSC-fate and open new perspective to improve breast cancer care.

Ce travail présente un premier bilan quantitatif des principaux processus contrôlant le cycle de Hg (distribution, spéciation, dynamique) dans l’estuaire de la Gironde, affecté par une contamination historique. Des extractions sélectives sur des sédiments et des matières en suspension du système Lot-Garonne-Gironde, indiquent que ~70 % du flux en Hg (100-800 kg.an-1) est lié à des phases organiques et sulfurées. L’observation de Hg effectuée dans les différents compartiments (colonne d’eau, air, sédiments) tient compte de la variabilité spatiale et temporelle à multiples échelles ainsi que des gradients géochimiques estuariens. Les profils le long du gradient de salinité (9 profiles) montrent une augmentation (facteur 2 à 5) des concentrations en Hg dissous (niveau de base ~1 ng.L) dans la zone de turbidité maximale (ZTM), attribuée à la dégradation d’une phase porteuse majeure : la matière organique. Les niveaux de methyl-mercure dissous (MeHgD) de la colonne d’eau sont en général faibles (<0,05 ng.L-) mais peuvent atteindre jusqu’à 0,5 ng.L-1 dans les conditions les plus turbides. La relation entre MeHgD et la turbidité s’explique par la dégradation bactérienne de phases porteuses ou par la méthylation in situ de Hg, la photodégradation de MeHg étant négligeable. L’augmentation systématique de MeHg particulaire à l’embouchure suggère son accumulation dans le phytoplancton, particulièrement intense entre Mai et Septembre, période de forte production primaire. Des profils verticaux à haute résolution spatiale dans les sédiments du chenal de navigation, des zones non-draguées et de l’estran ont dévoilé une augmentation des teneurs en Hg dissous, mais surtout en MeHgD (jusqu’à 2 ng.L-1) directement sous l’interface. L’évolution en parallèle des paramètres indiquant la sulfato-réduction (déficit de sulfates) et la ferri-réduction (Fe dissous) suggère des processus de methylation biotique de Hg et/ou de libération de MeHg par dissolution des oxy-hydroxydes de Fe. Des expérimentations d’incubation de sédiments non perturbés avec traçage isotopique 199 Hg) ont permis d’estimer la vitesse de méthylation à 0,012 %-Hg méthylé.h-1. Les flux vers la colonne d’eau par diffusion ont été évalués à 0,1 pour HgD et 0,08 kg.an-1pour MeHgD, ce qui est très inférieur aux apports fluviaux (35 kg.an-1 et 1,4 kg.an1). Les activités de dragages déplacent et remettent en suspension ~1100 kg.an-1 de Hg et 3,2 kg.an-1de MeHg, associés aux sédiments réduits dragués. Si cette activité peut localement et temporairement modifier les distributions de Hg dans la colonne d’eau, leur impact sur le bilan global de l’estuaire semble faible. Dans les eaux de surface, des cycles diurnes de concentration en Hg gazeux dissous (DGM) ont été attribués à la photo-réduction de Hg(II) en Hg°. Au-delà de la variabilité du rayonnement solaire, la turbidité contrôle la pénétration de la lumière dans eau, et par conséquent, le cycle de Hg° dissous est fortement lié à l’ampleur et la position de la ZTM. Les flux journaliers vers l’atmosphère indiquent que la surface de l’estuaire est une source de Hg° en été, et un puits en hiver en période de forte turbidité. A l’échelle annuelle, l’évasion de Hg° à l’interface eau-atmosphère (~ 4 kg.an-1), est compensée par la déposition (5-8 kg.an-1). / This study presents a first quantitative assessment of the main processes controlling the Hg cycle in the Gironde Estuary (speciation, distribution, fluxes, dynamics) affected by historical polymetallic pollution. Selective extractions on sediments and suspended solids showed that in the Lot-Garonne-Gironde fluvial-estuarine system ~70% of total Hg fluxes (100-800 kg yr-1) are associated with organic matter and/or sulphides. Sampling of the different environmental compartments (water, air, sediments) addresses spatial and temporal variability at multiple scales, covering the major estuarine geochemical gradients. Longitudinal profiles (9 cruises) over the salinity gradient showed a 2-5 times increase in dissolved Hg concentrations (baseline ~1 ng L-1) in the Maximum Turbidity Zone (MTZ), mainly attributed to microbial degradation of particulate organic matter, a major Hg carrier phase. Dissolved MeHg (MeHgD)levels are generally low (<0,05 ng L-1) but may reach up to 0.5 ng L-1 under very turbid conditions. The relation between MeHgD and turbidity was attributed to dissolution of particulate carrier phases and/or in situ methylation of Hg (sediment or water column), MeHg photodegradation being negligible due to turbidity. A systematic increase in particulate MeHg near the estuary mouth suggests uptake and accumulation by phytoplankton, especially from May to September when light conditions allow intense primary production. In surface sediment (0-20 cm; dredged and non-dredged; subtidal and intertidal), MeHgD concentrations increased parallel to diagenetic reduction of Fe-phases and sulphate, suggesting biotic Hg methylation and/or MeHg release by Fe oxyhydroxyde dissolution. Incubation experiments in undisturbed sediment using stable isotope (199Hg) spikes suggest an average methylation rate of 0.012 %-Hg methylated.h-1. Diffusive exportation of dissolved Hg and MeHg into the water column at the whole estuary scale has been evaluated to 0.1 kg.yr-1and 0.08 kg.yr-1,respectively. These fluxes are negligible compared to fluvial inputs (35 kg.yr-1 and 1.4 yr.an-1). Dredging-related re-suspension of reduced sediment and pore water may recycle ~1100 kg of Hg and 3.2 kg of MeHg in the water column. This may locally and temporarily modify Hg distribution in the water column, but does not seem to modify the estuarine Hg balance. Diurnal cycles of dissolved gaseous mercury (DGM; mostly Hg°) concentration in surface water have been attributed to photo-reduction of Hg(II). However, turbidity may efficiently reduce light penetration and DGM production. Therefore, the DGM cycle in turbid estuaries depends on seasonal variations in MTZ intensity and position. The Gironde Estuary is a Hg° source to atmosphere in summer, but may turn into a sink during turbid periods in winter. The annual Hg° evasion (~4 kg.yr-1) is counterbalanced by dry and wet deposition (5-8 kg.yr -1).

Les populations humaines ont été confrontées à de nombreux changements environnementaux au cours de leur histoire et présentent aujourd’hui une grande diversité d’habitats et de modes de subsistance. Cependant, l’ampleur de l’adaptation génétique et des réponses épigénétiques à ces changements est débattue. Nous avons d’abord étudié la puissance de diverses statistiques pour détecter les balayages sélectifs dans le contexte des données de séquençage à haut débit, et évalué leur robustesse à différents facteurs confondants. En utilisant des jeux de données de séquençage, nous montrons que les balayages sélectifs ont eu un impact modéré mais non négligeable dans l’évolution récente du génome humain. Les régions sous sélection sont enrichies en mutations associées à des variations phénotypiques. Nous avons ensuite évalué l’impact respectif des facteurs génétiques et environnementaux sur la diversité épigénétique humaine. Pour cela, nous avons obtenu les génotypes et les profiles de méthylation de l’ADN de populations d’Afrique Centrale présentant des différences récentes d’habitat ou historiques de modes de vie et de profil génétique. Nous montrons que les deux facteurs ont un effet similaire sur le méthylome mais diffèrent par les fonctions biologiques affectées et les mécanismes expliquant les variations observées. Plus généralement, les variations de méthylation sont fortement associées à des mutations génétiques qui sont enrichies en signaux de sélection positive. En conclusion, ce travail apporte un aperçu de la contribution des mutations génétiques et des réponses épigénétiques à l’adaptation humaine aux changements environnementaux sur plusieurs échelles de temps. / Human populations have faced a large number of environmental challenges during their evolutionary history and present today a wide range of habitats and mode of subsistence. However, the extent of genetic adaptation and epigenetic responses to such environmental variation remains controversial. We first explored the power of several statistics to detect hard selective sweeps in the context of whole-genome sequencing data, and evaluated their robustness to demography and other selection modes. Using data from the 1,000 Genomes Project and Complete Genomics, we showed that hard sweeps targeting low-frequency standing variation have played a moderate, albeit significant, role in recent human evolution. The signals of selection detected were moreover enriched in functional variants detected by genome-wide association studies. We then evaluated the relative impacts of genetic and environmental factors on human epigenomic diversity. To do so, we generated genome-wide genetic and DNA methylation profiles for Central African populations differing in their current habitat or in their historical lifestyle and genetic background. We found that both factors have similar critical impacts on the shaping of the global methylome, but the biological functions affected and the mechanisms underlying DNA methylation variation strongly differ. More generally, methylation variation shows strong associations with nearby genetic variants that, moreover, are enriched in signals of natural selection. Together, this work provides new insight into the contribution of genetic adaptation and epigenetic responses to the adaptation of humans to environmental changes over different time scales.

La transition fleur-fruit, appelée nouaison, est déclenchée par la pollinisation des fleurs et ce processus est essentiel pour cycle reproducteur des plantes, la formation des semences et le rendement de production. Les mécanismes moléculaires contrôlant cette importante transition développementale ont été peu explorés. Les marques histones et la méthylation de l'ADN sont les deux principaux modes de régulation épigénétique, mais à ce jour, leurs contributions respectives à la reprogrammation transcriptionnelle qui est associée au programme d’initiation des fruits charnus n’ont pas fait l’objet d’aucune étude sur aucune espèce de plante. Afin d’explorer l’importance dans la transition fleur-fruit de ces deux types de régulation épigénétique, des approches de transcriptomique "genome-wide", de ChIP-seq se et de séquençage bisulfite d'ADN ont été mises en place chez la tomate, une espèce économique majeure et un modèle d’étude pour les fruits charnus. Les résultats révèlent une corrélation étroite entre le repositionnement des marques histones et les changements observés de l'expression génique globale. L’étude montre aussi que les marques H3K9ac et H3K4me3 agissent en synergie pour activer la transcription génique, alors que la marque H3K27me3 a un effet répressif. A l’inverse, il n’y a pas de corrélation entre les variations de la méthylation de la cytosine et l’évolution des profils transcriptomiques. Il ressort donc que ce sont les changements au niveau des marques histones plutôt que de la méthylation de l'ADN qui constituent le moteur principal de la reprogrammation génétique associée au processus de transition fleur-fruit chez la tomate. En concordance avec cette idée, le niveau d'expression des gènes associés à l’initiation du fruit, tels que ceux liés au métabolisme hormonal, à la division cellulaire ou au développement embryonnaire, est corrélé avec les modifications des marques H3K9ac ou H3K4me3, mais pas avec la méthylation de l'ADN. En outre, l'étude comparative des profils transcriptomiques associés à la formation du fruit dépendant et indépendant de la pollinisation révèle l'intervention complexe de multiples voies de signalisation hormonales. Au total, notre étude présente un nouvel aperçu du contrôle de la reprogrammation génétique nécessaire à l’initiation du développement du fruit et révèle le rôle important du contrôle épigénétique dans ce processus de transition développementale. Dans le même temps, l’étude identifie un groupe de gènes impliqués dans la régulation épigénétique qui offrent des cibles potentielles pour les programmes d’amélioration de la nouaison des fruits, un processus majeur affectant le rendement de production / The flower-to-fruit transition, so-called fruit setting, is triggered by flower pollination and this process is essential for plant reproductive success, seed formation and crop yield. The underlying molecular mechanisms controlling this developmental transition remain unclear. Histone marking and DNA methylation are the main epigenetic modes for genetic reprogramming, however, their respective contribution to the fruit set-associated transcriptomic reprogramming is also unknown. To address the contribution of the two types of epigenetic regulation to fruit set, genome-wide transcriptomic profiling, ChIP-sequencing and DNA bisulfite sequencing were applied to tomato, a major economic crop and a model system for fleshy fruit. The study emphasizes the tight correlation between histone repositioning and gene expression changes revealing that H3K9ac and H3K4me3 histone marks synergistically promote gene transcription, whereas H3K27me3 marking has a repressive effect. We concluded that changes in histone marks rather than in DNA methylation are the main drivers of genetic reprogramming associated with the fruit set transition in tomato, and H3K9ac and H3K4me3 marking is the primary players in this control mechanism. Consistently, the expression level of fruit set-associated genes such as those related to hormone metabolism, cell division, and embryo development correlated with changes in H3K9ac or H3K4me3 marking, but not with DNA methylation. In addition, comparative study of transcriptomic profiling between pollination-dependent and -independent fruit set, uncovered the complex intervention of multiple hormone signaling pathways involved in the flower-to-fruit transition. Auxin appears as the central hormone triggering the extensive transcriptomic reprogramming associated with the initiation of early fruit growth. Altogether, the study provides new insight into the control of gene reprogramming underlying fruit the shift from flower to fruit and uncovers a set of genes encoding modifiers of epigenetic marks which may provide new targets for breeding programs aiming to improve fruit setting, a major process impacting crop yield.