Abstract<p>Context: Breast cancer treatment has experienced several changes in the last decades due to the innovation of specific prognostic and predictive biomarkers that facilitate the application of more personalized therapies to different molecular sub-groups. Presently, more women are be- ing treated with neoadjuvant (preoperative) therapy which involves chemotherapy or endocrine agents before surgery, for earlier-stage operable breast carcinoma. Following this mode of pre- operative systemic treatment could improve the surgical option and make inoperable tumors operable. It can also increase the breast conservation rate. Another key benefit of neoadjuvant therapy is monitoring response to the treatment. The good response to neoadjuvant therapy with complete pathological response (pCR) is a surrogate marker for overall survival.<p>Objective: 1) To investigate the association between early changes in several gene expression signatures, recapitulating several biological processes, and neoadjuvant letrozole (endocrine therapy), and to compare those to Ki67 values. 2) To interrogate the association between chemotherapy response (Pathological complete response (pCR) in this case) and gene expres- sion modules, recapitulating important biological processes such as the gene expression grade index (GGI) and ”druggable”oncogenic pathways in different breast cancer subtypes.<p>Data Sources: We collected publicly available gene expression data based on the review of selected literature on breast carcinoma after neoadjuvant therapy with the clinical and patho- logic characteristics.<p>Results: In this work we have shown, 1) Residual proliferation after short-term endocrine therapy can be used as an early surrogate marker of clinical to response to endocrine therapy in this population. 2) Different processes and pathways are associated with pCR in different BC subtypes.<p>Conclusions: Our analysis has several limitations such as: 1) Lacks of statistical power due to small dataset for endocrine treated patients, 2) We have included only anthracycline-based neoadjuvant chemotherapy regimens; therefore, it is not known if the associations between gene modules and pCR are anthracycline specific or indicate general chemosensitivity. More- over, patients with HER2-positive tumors did not receive preoperative trastuzumab, and it is not known how this could modulate the identified associations. But our results generate sev- eral hypotheses that should be tested in BC subtype - focused trials of targeted agents like IGF1, PARP inhibitors, and agents modulating immune response. If results are confirmed by additional validation studies, this may lead to a paradigm shift in early breast cancer treatment. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Étude de la régulation transcriptionnelle du virus de la leucémie bovine :rôle des facteurs de transcription Sp1/Sp3 et de la méthylation de l’ADN / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La méthylation des cytosines de l’ADN est un niveau de contrôle essentiel de la transcription génique. Elle joue un rôle primordial dans plusieurs étapes du développement comme l’inactivation du chromosome X et l’empreinte génomique. De plus, il est de plus en plus évident que la méthylation de l’ADN participe à la cancérogenèse.<p><p>Actuellement, le monde de la méthylation de l’ADN n’en est encore qu’à l'aube de son histoire. En effet, les mécanismes moléculaires la gouvernant sont encore peu connus. La méthylation de l’ADN est caractérisée par deux concept clés :le verrouillage de la transcription des gènes et le ciblage en des régions spécifiques du génome. Au cours de notre travail de thèse de doctorat, nous avons poursuivi les avancées réalisées dans ces deux domaines.<p><p>Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à l’étude de la répression transcriptionnelle entraînée par la méthylation de l’ADN. Grâce à plusieurs études récentes, il paraît de plus en plus clair que la méthylation agit de paire avec la structure de la chromatine. Nous avons donc concentré nos recherches sur l’interconnexion de celle-ci avec deux machineries impliquées dans la régulation de son degré de compaction :la désacétylation et la méthylation des histones. Par diverses expérimentations, nous avons démontré un lien étroit entre ces machineries répressives pour l’imposition d’un état silencieux de la transcription.<p><p>Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons dirigé notre attention sur le ciblage des Dnmt. Pour cela, nous avons mené deux stratégies de front. La première est une approche ciblée et consiste en l’étude de l’association des Dnmt avec l’oncoprotéine bien connue, Myc. La seconde approche est plus large. Grâce à l’utilisation de la technique du double hybride en levure, nous avons identifié de nouveaux partenaires des Dnmt, dont un qui pourrait s’avéré particulièrement intéressant :le protéine Cart1 (cartilage homeoproteine 1) impliquée dans le développement du système nerveux central.<p><p>En conclusion, notre travail de doctorat devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la méthylation de l’ADN ainsi que son implication dans les divers processus physiologiques mais aussi pathologiques auxquels elle participe.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La méthylation de l’ADN est une modification épigénétique qui prend place durant le développement embryonnaire sur le génome des Mammifères. Durant ma thèse, j’ai déterminé les cinétiques de mise en place de la méthylation de l’ADN sur le génome murin au cours de l’embryogénèse précoce. J’ai identifié les rôles spécifiques et redondants des ADN méthyltransférases DNMT3a et DNMT3b dans ce processus. J’ai également étudié le rôle de deux facteurs dans la mise en place de la méthylation de l’ADN dans l’embryon. Premièrement, j’ai déterminé que l’enzyme G9a joue un rôle essentiel pour la répression et le recrutement de la méthylation de l’ADN à des sites spécifiques du génome, incluant en particulier des promoteurs à ilots CpG de gènes méiotiques. Deuxièmement, l’étude du facteur E2F6 m’a permis de montrer que cette protéine est elle aussi impliquée dans le recrutement de la méthylation de l’ADN, et ce à des promoteurs de gènes méiotiques distincts de ceux régulés par G9a. / DNA methylation is an epigenetic modification which is established during embryonic development on the mammalian genome. In my thesis, I determined the kinetics of DNA methylation acquisition on the mouse genome during early embryogenesis, and determined the specific and redundant roles of the DNA methyltransferases DNMT3a and DNMT3b in this process. I also studied the roles of two factors involved in setting up DNA methylation in embryos. First, I determined that the G9a enzyme plays an essential role for the in vivo repression and DNA methylation of specific genomic sites, including in particular the CpG island promoters of germline genes. Second, the study of the E2F6 factor allowed me to show that this protein is also involved in recruiting DNA methylation at a set of germline gene promoters than are distinct from those regulated by G9a.

Alors que les méthylations sur différents résidus lysine des histones (par exemple H3K4, H3K27 et H3K36) sont bien connues pour exercer diverses fonctions biologiques, leurs interactions et/ou leur mode d’actions demeurent encore peu caractérisés. Par la génétique et des outils de biologie moléculaire, nous visons à étudier les rôles et interconnections des méthylations des H3K4, H3K27 et H3K36 dans la transcription, la croissance de la plante et la régulation du développement chez Arabidopsis thaliana.La première partie de ma thèse est centrée sur les rôles et interconnections des méthylations de H3K4 and K36.ATX1 et ATX2 sont des méthyltransférases de H3K4 alors que SDG8 est une méthyltransférase de H3K36.L’analyse de doubles mutants a révélé que sdg8 est dominant sur atx1 et atx2 pour le temps de floraison et larégulation de la prolifération cellulaire. La triméthylation de H3K36 (H3K36me3) est partiellement dépendante de H3K4me3 mais non-réciproquement. SDG25 a une double activité H3K4me3 et H3K36me3 et les déméthylases de H3K4, LDL1 et LDL2, sont des antagonistes de l’activité de SDG25. Les triples mutants sdg25ldl1ldl2 fleurissent plus tôt que la lignée sauvage, mais plus tard que sdg25 et montrent une augmentation de taille de cellule similaire à celle des mutants ldl1ldl2.La deuxième partie de ma thèse se concentre sur les rôles et interconnections entre les méthylations H3K4/K36 et H3K27. CLF catalyse les H3K27me3 au sein du complexe PRC2. Les doubles mutants sdg8clf etsdg25clf fleurissent plus tôt que les mutants simples et montrent un nombre réduit de cellules par feuille. Unniveau plus élevé de H3K4me3 et dans une moindre mesure de H3K36me3 a été observé dans le cas de déposition de H3K27me3 réduite, et de la même façon, une déposition de H3K4me3/H3K36me3 réduite augmente aussi le niveau de H3K27me3. Distinct du rôle antagoniste rapporté auparavant entre CLF et ATX1,CLF n’a pas montré d’antagonisme avec SDG25 ou SDG8.La dernière partie de ma thèse est centrée sur le mécanisme de SDG26 dans la régulation du temps de floraison. Mes résultats ont montré que SDG26 est une méthyltransférase H3K4 et/ou H3K36 spécifique de la chromatine de SOC1, un intégrateur de la floraison actif. De manière similaire à SDG25 et SDG8, SDG26 ne travaillait pas de façon antagoniste avec CLF. L’analyse de doubles mutants a révélé que sdg26 domine atx2mais sdg25, atx1 and clf est dominant sur sdg26 pours le temps de floraison et la régulation de la prolifération cellulaire. Les triples mutants sdg26ldl1ldl2 fleurissaient encore plus tard que les mutants sdg26 et ldl1ldl2 et a révélé que sdg26 est dominant sur ldl1ldl2 lors de la régulation de la prolifération cellulaire. Les analysesd’interaction avec les autres composants de PRC2, VEL1 et VRN5, ont révélé que sdg26vel1 et sdg26vrn5 fleurissaient encore plus tard que les mutants simples dans des conditions de jours courts et de vernalisation. Ensemble, mes résultats révèlent des couches additionnelles de complexité de redondance et de diversification de fonctions entre et au sein des méthyltransférases et déméthylases, pour la transcription, le temps de floraison et la régulation de la prolifération cellulaire chez Arabidopsis. / While methylations at different lysine residues of histones (e.g. H3K4, H3K27 and H3K36) are well known to exert diverse biological functions, their interactions and/or ensemble-actions remain poorly characterized so far.Using genetic and molecular biology tools, we aim to investigate roles and ‘crosstalks’ of H3K4, H3K27 andH3K36 methylations in transcription and plant growth and development regulation in Arabidopsis thaliana.The first part of my thesis focuses on the roles and crosstalks between H3K4 and K36 methylations.ATX1 and ATX2 are H3K4 methyltransferases while SDG8 is a H3K36 methyltransferase. Double mutant analysis revealed that sdg8 dominates over atx1 and atx2 in flowering time and cell proliferation regulation.H3K36 trimethylation (H3K36me3) is partially dependent on H3K4me3 but not vice versa. SDG25 has a dualH3K4me3 and H3K36me3 activity and the H3K4-demethylases LDL1 and LDL2 antagonize SDG25 activity.The sdg25ldl1ldl2 triple mutants flowered earlier than wild type but later than sdg25 and showed an increased cell size similarly to ldl1ldl2 mutantsThe second part of my thesis focuses on the roles and crosstalks between H3K4/K36 and H3K27methylations. CLF within PRC2 complex catalyzes H3K27me3. The sdg8clf and sdg25clf double mutants flowered earlier than the single mutants and showed a reduced number of cells per leaf. An increased level ofH3K4me3 and to a less extent H3K36me3 was observed upon impaired H3K27me3 deposition, and similarly impaired H3K4me3/H3K36me3 deposition also enhanced H3K27me3 level. Distinct from previously reported antagonistic role between CLF and ATX1, CLF did not show antagonism with SDG25 or SDG8.The last part of my thesis focuses on mechanism of SDG26 in flowering time regulation. My result showed that SDG26 is a H3K4 and/or H3K36 methyltransferase specific at chromatin of SOC1, an activeflowering integrator. Similarly to SDG25 and SDG8, SDG26 did not work antagonistically with CLF. Double mutant analysis revealed that sdg26 dominates over atx2 while sdg25, atx1 and clf dominate over sdg26 inflowering time and cell proliferation regulation. The sdg26ldl1ldl2 triple mutants flowered even later than thesdg26 and ldl1ldl2 mutants and showed that sdg26 dominates over ldl1ldl2 in cell proliferation regulation.Interaction analysis with the other PRC2 components VEL1 and VRN5 revealed that sdg26vel1 and sdg26vrn5flowered even later than the single mutants under short day and vernalization conditions.Together, my study revealed additional layers of complexity of overlap and non-overlap functions between and within methyltransferases and demethylases in transcription, flowering time and cell proliferation regulation in Arabidopsis.

Les génomes nucléaires eucaryotes sont empaquetés au sein d’une structure nucléoprotéique appelée chromatine et dont l’unité fondamentale est le nucléosome. Celui-ci est composé d’un octamère d’histones, contenant deux molécules de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4, autour duquel 147 pb d’ADN sont enroulées. Les modifications post-traductionnelles (PTMs) des histones et de l’ADN (méthylation des cytosines) constituent des marqueurs épigénomiques primaires qui participent à la régulation et au contrôle de l’accessibilité des différentes régions du génome. Ainsi, la chromatine forme une structure dynamique influencée par les changements environnementaux et développementaux et contribue à orchestrer diverses fonctions du génome. L’objectif principal de ma thèse était de caractériser l’organisation spatiale et la dynamique temporelle des états chromatiniens chez Arabidopsis par des approches à l’échelle du génome permettant l’étude des profils de méthylation de l’ADN et d’un ensemble de modifications post-traductionnelles des histones. La méthylation de l’ADN, une marque caractéristique de l’inactivation épigénétique et de l’hétérochromatine chez les plantes et les mammifères, est largement confinée aux séquences répétées, dont les éléments transposables (TEs). Par mon travail de thèse, j’ai montré que chez Arabidopsis les séquences de TEs faiblement méthylées ou non associées à des petits ARN interférents (siRNAs), donc potentiellement non régulées par la machinerie de RNA-directed DNA methylation (RdDM), peuvent acquérir une méthylation de l’ADN par diffusion à partir de séquences adjacentes ciblées par les siRNAs. Cette diffusion de la méthylation de l’ADN sur des régions promotrices pourrait expliquer, au moins en partie, l’impact négatif des TEs associés à des siRNAs sur l’expression des gènes à proximité immédiate. Dans une seconde partie de ma thèse, j’ai contribué à l’analyse intégrée de la méthylation de l’ADN et de onze modifications des histones. L’utilisation d’analyses combinatoires et en cluster m’a permis de montrer que l’épigénome d’Arabidopsis présente des principes simples d’organisation. En effet, ces analyses nous ont conduit à distinguer quatre états fondamentaux de la chromatine chez Arabidopsis, préférentiellement associés aux gènes actifs, aux gènes inactifs, aux TEs et aux régions intergéniques. Dans une troisième partie, j’ai intégré des données épigénomiques et transcriptomiques obtenues à différents temps afin d’étudier les dynamiques temporelles des états chromatiniens en réponse à un stimulus externe, la première exposition à la lumière des plantules suite à la germination. Ces travaux nous ont permis de montrer que la monoubiquitination de l’histone H2B participe à la modulation fine et sélective des changements rapides de l’expression de gènes. L’ensemble du travail présenté contribue à une meilleure compréhension de l’organisation de la chromatine le long du génome des plantes et de la dynamique des états chromatiniens en réponse aux changements de l’environnement. / Eukaryotic genomes are packed into the confines of the nucleus through a nucleoproteic structure called chromatin. Chromatin is a dynamic structure that can respond to developmental or environmental cues to regulate and orchestrate the functions of the genome. The fundamental unit of chromatin, the nucleosome, consists of a protein octamer, which contains two molecules of each of the core histone proteins (H2A, H2B, H3, H4), around which 147 bp of DNA is wrapped. The post-translational modifications (PTMs) of histones and methylation of the cytosine residues in DNA (DNA methylation) constitute primary epigenomic markers that dynamically alter the interaction of DNA with nucleosomes and participate in the regulation and control access to the underlying DNA. The main objective of my thesis was to understand the spatial and temporal dynamics of chromatin states in Arabidopsis by investigating on a genome-wide scale, patterns of DNA methylation and a set of well-characterized histone post-translational modifications. DNA methylation, a hallmark of epigenetic inactivation and heterochromatin in both plants and mammals, is largely confined to transposable elements and other repeat sequences. I show in this thesis that in Arabidopsis, methylated TE sequences having no or few matching siRNAs, and therefore unlikely to be targeted by the RNA-directed DNA methylation (RdDM) machinery, acquire DNA methylation through spreading from adjacent siRNA-targeted regions. Further, I propose that this spreading of DNA methylation through promoter regions can explain, at least in part, the negative impact of siRNA-targeted TE sequences on neighbouring gene expression. In a second part, I have contributed to integrative analysis of DNA methylation and eleven histone PTMs. I have shown through combinatorial and cluster analysis that the Arabidopsis epigenome shows simple principles of organisation and can be distinguished into four primary types of chromatin that preferentially index active genes, repressed genes, TEs, and intergenic regions. Finally, in a third part, I integrated epigenomics with transcriptome data at three different time points in a developmental window to investigate the temporal dynamics of chromatin states in response to an external stimulus. This used the light-induced transcriptional response as a paradigm to assess the impact of histone H2B monoubiquitination (H2Bub), and showed that this PTM is associated with active transcription and implicated in the selective fine-tuning of gene expression. Taken together, the work presented here contributes significantly to our understanding of the spatial organisation of chromatin states in plants, its dynamic nature and how it can contribute to allow plants to respond to a signal from the environment.

La méthylation de l'ADN est l’une des marques épigénétiques les plus étudiées et est largement conservée. Mes travaux de thèse présentent le premier méthylome d'une diatomée marine P. tricornutum qui appartient à la famille des Stramenopiles. P. tricornutum présente une méthylation d’environ 6% qui est présente en mosaïque sur l’ensemble du génome. Une méthylation importante a été retrouvé chez les éléments transposables, en particulier les éléments amplifiés récemment de type Copia. L’analyse met en évidence plus de 320 gènes méthylés dans trois contextes génomiques différents : à proximité des éléments transposables, en grappes de gènes méthylés, et dans des gènes uniques. En outre, les gènes largement et complètement méthylés ont été trouvé fortement corrélés avec le silencing transcriptionnel et l'expression différentielle dans des conditions spécifiques. Enfin, il a été constaté que les gènes susceptibles d’avoir été acquis par transfert horizontal de gènes bactériens étaient préférentiellement insérés dans des régions riches en éléments transposables, ce qui suggère un mécanisme par lequel l'expression de gènes étrangers peut être tamponnée à la suite de leur insertion dans le génome. En résumé, P. tricornutum a une faible méthylation de l'ADN et une methylation relativement importante des éléments transposables et seulement quelques gènes méthylés. Ce premier méthylome d’une diatomée Stramenopile ajoute de manière significative à notre compréhension de l'évolution de la méthylation de l'ADN chez les eucaryotes. En ce qui concerne les modifications des histones, la distribution des marques H3K4me2, H3K9me2 et H3K27me3 a été examinée chez P. tricornutum. H3K4me2 est principalement associée à des gènes alors que les deux marques H3K9me2 et H3K27me3 ciblent principalement des éléments transposables. La répartition de H3K27me3 est inhabituelle et différente de ce qui a été observé chez les espèces modèles étudiées à ce jour. Les gènes marqués par H3K27me3 ont tendance à être faiblement exprimés et de façon différentielle. H3K27me3 et H3K9me2 ont tendance à co-marquer non seulement les éléments transposables méthylés, mais aussi des gènes fortement méthylés, ce qui semble être important pour le maintien du silencing des gènes différentiellement exprimés. L'analyse combinatoire de différentes marques d’histones et la méthylation de l'ADN nous a donné un aperçu du paysage de la chromatine chez les diatomées, et aidera à définir les caractéristiques structurales et fonctionnelles conservées. / DNA methylation is the most extensively studied and widely conserved epigenetic mark. Here the first whole genome methylome from a stramenopile, the marine model diatom P. tricornutum is reported. In P. tricornutum, around 6% of the genome was methylated in a mosaic landscape. Extensive methylation in transposable elements (TEs), especially in recently amplified Copia-like elements was found. Over 320 genes were found methylated occurring in three different genomic contexts: in the proximity of TEs, in clusters of methylated genes, and in single genes. Furthermore, genes extensively and completely methylated correlated strongly with transcriptional silencing and differential expression under specific conditions. Finally, it was found that genes likely acquired by horizontal gene transfer from bacteria were preferentially inserted within TE-rich regions, suggesting a mechanism whereby the expression of foreign genes can be buffered following their insertion in the genome. In general, P. tricornutum has low DNA methylation with relatively extensive DNA methylation on TEs and a few methylated genes. This first Stramenopile methylome adds significantly to our understanding of the evolution of DNA methylation in eukaryotes. As for the histone modifications, genome wide distribution of H3K4me2, H3K9me2 and H3K27me3 were examined in P. tricornutum. H3K4me2 is mainly associated with genes while both H3K9me2 and H3K27me3 marks target mainly transposable elements (TEs). The distribution of H3K27me3 is unusual and different from what have been profiled in model species so far. The genes marked by H3K27me3 tend to be lowly and differentially expressed. H3K27me3 and H3K9me2 tend to co-mark not only methylated TEs but also heavily methylated genes, which appears to be important for maintaining the silencing of differentially expressed genes. The combinatorial analysis of different histone marks and DNA methylation gave us an overview of diatom chromatin landscapes, and will help to define conserved structural and functional features.

La mucoviscidose (CF) est la maladie génétique récessive létale la plus fréquente dans la population caucasienne. Elle est caractérisée par une obstruction et des infections des voies respiratoires et une inflammation chronique. La morbidité et la mortalité sont principalement dues à l'atteinte pulmonaire, qui est variable chez les patients, même lorsqu’ils sont porteurs du même génotype. Les facteurs responsables sont multiples : les mutations dans CFTR (le gène responsable de la maladie), les gènes modificateurs, mais aussi les facteurs environnementaux et les modifications épigénétiques. L'objectif principal de ce projet était de déterminer s'il y avait une corrélation entre la méthylation de l'ADN et la sévérité de l'atteinte pulmonaire chez les patients CF. Nous avons obtenu la cohorte METHYLCF (49 patients CF p.Phe508del homozygotes et 24 témoins sains) ainsi qu’une biobanque d'ADN à partir de sang total et de cellules épithéliales nasales (NEC). Les patients CF ont été stratifiés en fonction de leur VEMS, ajusté à l’âge. D’une part, nous avons analysé la méthylation de l'ADN dans CFTR plus 13 gènes modificateurs en utilisant la méthode de conversion au bisulfite et séquençage de nouvelle génération (plateforme 454 Roche). D’autre part, nous avons réalisé une analyse pan-génomique de la méthylation de l'ADN avec la plateforme 450k BeadChip (Illumina). Les sites différentiellement méthylés (DMS) sélectionnés ont été validés par pyroséquençage (PyroMark Q24, Qiagen). Deux gènes modificateurs ont été identifiés comme différentiellement méthylés chez les patients CF par rapport aux témoins: EDNRA dans le sang et HMOX1 dans le sang et dans les NEC. De façon intéressante, dans les NEC, la méthylation de EDNRA, HMOX1 et GSTM3 a été corrélée avec la sévérité de l’atteinte pulmonaire. De plus, de faibles niveaux de méthylation d'ADN dans GSTM3 ont été associés à la présence de l'allèle GSTM3*B, un polymorphisme de séquence qui a un effet protecteur chez les patients CF. Grâce à l'analyse tout-génome, nous avons identifié 1267 DMS, associés à 638 gènes, chez les patients CF par rapport aux témoins, et 187 DMS, associés à 116 gènes, chez les patients CF sévères par rapport aux modérés. Parmi ces gènes, il y a de nombreux gènes importants pour l’adhésion cellulaire et les réponses immunitaire et inflammatoire. Les DMS identifiés sont enrichis dans des régions prédites comme enhancers, pouvant représenter des séquences régulatrices, mais également en régions intergéniques. De façon intéressante, 80 gènes différentiellement méthylés sur 638 étaient différentiellement exprimés (méta-analyse de données transcriptomiques disponibles). Six sur neuf DMS sélectionnés ont été validés et cinq DMS sur six ont été répliqués dans une population indépendante. De plus, 23 DMS, dont 10 intergéniques, étaient corrélés avec le VEMS. Notre étude a montré que la méthylation de l'ADN est profondément modifiée dans le sang et dans les NEC des patients CF. Des faibles changements de méthylation de l'ADN ont été observés dans des gènes modificateurs connus ; des changements de méthylation plus importants ont été observés dans d'autres gènes qui pourraient représenter de nouveaux modificateurs de la fonction pulmonaire. Ensemble, ces gènes pourraient moduler la sévérité de l’atteinte pulmonaire chez les patients CF. / Cystic fibrosis (CF) is the most common life-threatening recessive genetic disease in the Caucasian population. It is characterized by airway obstruction, respiratory infection and inflammation. Morbidity and mortality are mainly due to lung disease, which is variable among CF patients, even for those having the same genotype. Contributing factors are mutations in CFTR (the disease-causing gene), modifier genes, but also environmental factors and epigenetics. The main goal of this project was to determine whether there was a correlation between DNA methylation and the severity of CF lung disease. We built the METHYLCF cohort (49 p.Phe508del homozygous CF patients and 24 healthy controls) and a DNA biobank from whole blood and nasal epithelial cells (NEC). CF patients were stratified accordion to their FEV1% predicted, adjusted to age. We profiled DNA methylation at 14 modifier genes using bisulfite conversion and next-generation sequencing (454 Roche). Genome-wide DNA methylation was analyzed with the 450K Beadchip (Illumina). Selected differentially methylated sites (DMS) were validated by pyrosequencing. Using the candidate modifier gene approach, we showed that two CF modifier genes were differentially methylated in CF patients compared to controls: EDNRA in blood and HMOX1 in blood and NEC. Methylation of EDNRA, HMOX1 and GSTM3 was associated with lung disease severity in NEC. Interestingly, low DNA methylation levels at GSTM3 were associated with the GSTM3*B allele, a polymorphic 3-bp deletion that has a protective effect on CF patients. In addition, through the genome-wide analysis, we identified 1267 DMS, associated with 638 genes, between CF patients and controls and 187 DMS, associated with 116 genes, between severe CF and mild CF patients. DMS were enriched at predicted enhancers, which may represent regulatory sequences, and also at intergenic regions. Gene ontology analyses highlighted cellular processes relevant to CF, i.e. cell adhesion and inflammatory and immune response. Interestingly, 80 out of 638 differentially methylated genes were differentially expressed in publicly available NEC transcriptomic data. Six out of 9 selected DMS were validated and five out of six DMS were replicated in an independent set of patients. Additionally, 23 DMS, 10 of which were intergenic, correlated with FEV1% predicted. Our study has shown that DNA methylation is altered in blood and NEC of CF patients. Small DNA methylation changes were observed at known CF modifier genes; more dramatic DNA methylation changes were found at other genes that may impact lung function. Collectively, these epigenomic variations may lead to different degrees of lung disease severity in CF patients.

L’origine de la variabilité phénotypique est un sujet très débattu depuis les théories de Lamarck et Darwin. Dans la vision contemporaine de l’évolution adaptative, il est communément admis que la seule source héritable de variabilité phénotypique soit d’origine génétique. Le phénotype est alors le produit du génotype sous l’influence de l’environnement. La mutation aléatoire des séquences d’ADN permet de générer de nouveaux variants phénotypiques qui sont alors soumis à la sélection naturelle. Traditionnellement, il est considéré que les caractères acquis par un individu durant sa vie, en réponse à l’environnement, ne sont pas héritables et ne jouent aucun rôle évolutif. Pourtant, il y a presque un siècle, un biologiste allemand du nom de Victor Jollos a mis en évidence que certains phénotypes peuvent être induits par des conditions environnementales particulières et persister durant quelques générations en l’absence du stimulus initial avant de disparaître progressivement. Il nomma ce phénomène Dauermodifikations, littéralement « modifications de longue durée ». Ses conclusions allaient à contre-courant des conceptions évolutives de son temps, et ont été considérées comme des artéfacts expérimentaux. Toutefois, nous sommes maintenant conscient qu’outre le code génétique, il existe également un autre mécanisme permettant une réponse héritable et pourtant flexible en réponse aux fluctuations environnementales : le code épigénétique. Au cours de cette thèse, j’ai essayé de mieux caractériser le rôle des mécanismes épigénétiques, plus précisément ceux impliques dans la structure chromatinienne, chez deux organismes présentant des Dauermodifikations : le corail tropical Pocillopora damicornis et le parasite humain Schistosoma mansoni. Les deux objectifs principaux de cette étude sont de déterminer (I) de quelle manière l’environnement influence la structure chromatinienne (ciblée ou aléatoire) et (II) dans quelle mesure ces changements sont-ils héritables (mitotiquement ou méïotiquement).Nos résultats ont permis de mieux caractériser les épigénomes des deux organismes étudiés. Nous avons décrit la structure chromatinienne de S. mansoni au travers de la distribution de six modifications d’histones, sur deux stades développementaux. Par ailleurs, nous avons montré chez S. mansoni trois types de changements de la structure chromatinienne : (I) ciblés en réponse à l’environnement, (II) associés au génotype et (III) aléatoires. Seuls les types II et III sont héritables d’un stade développemental du parasite à un autre. Nos travaux sur P. damicornis ont permis de remarquer une structure chromatinienne inhabituelle et d’offrir une première description d’un méthylome de corail. / The origin of phenotypic variability has been much debated since the establishment of Lamarck’s and Darwins theories of evolution. It is commonly accepted in the contemporary vision of adaptive evolution that the only source of heritable phenotypic variability is genetic. Here, phenotypes are the product of the genotypes under the influence of the environment. Random DNA mutations generate novel phenotypes, which are then subjected to natural selection. Traditionally, it is considered that acquired characters are not heritable and have no impact on evolution. Yet almost a century ago, a German biologist named Victor Jollos revealed that some phenotypes could be produced in particular environmental conditions and could persist for a few generations in the absence of the original stimulus, before disappearing gradually. He named this phenomenon Dauermodifikations, literally “long term changes”. His conclusions were going against evolutionary conceptions of his time, and were considered experimental artefacts. However, we are now aware that, in addition to the genetic code, there is also another heritable, and yet flexible, mechanism responding to environmental fluctuations: the epigenetic code. In this thesis, I attempted to characterize the role of epigenetic mechanisms, and more specifically modifications of the chromatin structure, in two organisms with Dauermodifikations: the tropical coral Pocillopora damicornis and the human parasite Schistosoma mansoni. The two main objectives of this study were (I) to determine how the environment influences the chromatin structure (in a targeted or random fashion) and (II) to what extent these changes are heritable (through mitosis or meiosis).My results provide a better knowledge of the epigenome of the two organisms we studied. We have described the chromatin structure of S. mansoni through the distribution of six histones modifications, in two developmental stages. Furthermore, we have shown three types of changes in chromatin structure of S. mansoni: (I) targeted in response to environmental changes, (II) genotype associated, and (III) random. Only types II and III are inherited to the next developmental stages of the parasite. Our work on P. damicornis delivers evidence for an unusual chromatin structure in this organism and to provide the first description of a coral methylome

Dans certains cancers, le ligand nétrine-1 (NTN1) est surexprimé, induisant alors une inhibition de l'apoptose induite par ses récepteurs à dépendance DCC et UNC5H, et promouvant ainsi la progression tumorale. Néanmoins, dans d'autres cancers, l'inhibition sélective de l'apoptose induite par cette voie de signalisation est liée à la perte d'expression de protéines pro apoptotiques effectrices. Dans cette étude, nous avons montré chez l'homme qu'une forte proportion de cancers mammaires et pulmonaires subit des pertes d'expression de DAPK1 et NTN1 liées à l'hyperméthylation de leur promoteur. DAPK1 est une protéine kinase notamment responsable de la transmission du signal proapoptotique des récepteurs à dépendance en absence de leur ligand nétrine-1. L'inhibition de la méthylation de l'ADN à l'aide d'épidrogues telles que la décitabine dans les cancers exprimant faiblement NTN1 restaure l'expression à la fois de DAPK1 et NTN1. Ainsi, la combinaison de traitements décitabine avec des stratégies induisant le silence transcriptionnel de NTN1, ou des anticorps bloquant l'interaction entre le ligand (NTN1) et son récepteur (UNC5B dans le cas présent), induit la potentialisation de la mort cellulaire des tumeurs, et bloque efficacement la croissance tumorale dans différents modèles animaux. Ainsi, combiner l'utilisation d'inhibiteurs de la méthylation de l'ADN avec des agents neutralisant la nétrine-1 pourrait représenter une stratégie pertinente pour combattre ces cancers / In a substantial part of human cancers, netrin-1 (NTN1) is up-regulated and this upregulation is inhibiting apoptosis induced by its so-called dependence receptors DCC and UNC5H and thus promotes tumor progression. However, in other cancers, the selective inhibition of this dependence receptor death pathway relies on the silencing of pro-apoptotic effector proteins. We show here that a large fraction of human breast and lung tumors exhibits simultaneous DNA methylation-dependent loss of expression of NTN1 and of DAPK1, a serine threonine kinase known to transduce the netrin-1 dependence receptor pro-apoptotic pathway. The inhibition of DNA methylation by drugs such as decitabine in netrin- 1-low cancer cells restores the expression of both NTN1 and DAPK1. Consequently, the combination of decitabine with NTN1 silencing strategies or with an anti-netrin-1 neutralizing antibody potentiates tumor cell death and efficiently blocks tumor growth in different animal models. Thus, combining DNA methylation inhibitors with netrin-1 neutralizing agents may be a valuable strategy for combating cancer