Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif. Il représente moins de 5% des cancers de la peau mais sa forme métastatique est responsable de 60 à 80% des décès. La médiane de survie des patients atteints d’un mélanome métastatique n’est que de 6 à 9 mois avec les chimiothérapies classiques ou ciblées. L’immunothérapie a été un grand progrès thérapeutique, néanmoins la prise en charge du mélanome métastatique souffre encore de trois points négatifs, tous les patients ne répondent pas aux différents traitements, l’efficacité des chimiothérapies ciblées est limitée par l’apparition rapide de résistances, les cliniciens manquent de marqueurs prédictifs de l’évolution dès les stades précoces pour la prise en charge. Dans ce contexte, notre groupe s’intéresse à la méthylation de l’ADN associées à l’agressivité du mélanome. La méthylation est catalysée par les méthyltransférases de l’ADN (DNMTs). Lorsque celle-ci est présente au niveau d’îlots CpGs localisés dans les promoteurs des gènes, elle empêche la machinerie transcriptionnelle de se mettre en place et inhibe l’expression du gène correspondant. Le profil de méthylation globale de l’ADN étant altéré dans le cancer, elle a donc un rôle fonctionnel dans le processus tumoral mais peut aussi être utilisée en tant que biomarqueur, chaque cancer ayant un profil de méthylation différent. De plus, au sein d’un même cancer, ce profil évolue avec la progression de la tumeur. Au cours de cette thèse, j’ai identifié des modifications du profil de méthylation de l’ADN associées à l’agressivité du mélanome et j'ai sélectionné 9 loci hyperméthylés candidats biomarqueurs. J’ai d’abord comparé les profils de méthylation au niveau du génome entier de lignées cellulaires de mélanome correspondant à des stades d’agressivité différents. À partir de ces informations, des loci candidats ont été choisis par une analyse de la répartition de ces loci hyperméthylés sur le génome couplée à une analyse bioinformatique des fonctions et interactions des gènes associés. Ensuite, leur statut de méthylation a été validé par une technique différente (collaboration avec le Dr. J. Tost, CNG, Evry). Une fois leur hyperméthylation confirmée, j’ai entrepris l’analyse de la méthylation de l’ADN au niveau de ces gènes dans des échantillons de tumeurs primaires issues de patients montrant des survies différentes (Collaboration : L. Lamant, N. Meyer, IUCT, Toulouse, France; L. Lanfrancone IFOM, Milan, Italie). Notre étude confirme le statut hyperméthylé des gènes retenus dans les échantillons métastatiques par rapport aux échantillons de tumeurs primaires. De plus il apparaît un lien entre le niveau de méthylation de la tumeur primaire et le délai d’apparition de métastases ainsi que la survie globale des patients. Parmi les loci sélectionnés, j’ai déterminé si le statut hyperméthylé de ces loci est corrélé à leur sous- expression dans le but d’étudier leur rôle dans l’agressivité du mélanome, et si ces loci peuvent être déméthylés et ré-exprimés par un inhibiteur de DNMTs. Cela a amené à l’identification d’un gène et d'un miR peu décrits dans la littérature, dont les expressions sont corrélées au statut de méthylation et modulées par un traitement déméthylant l'ADN. J’ai entrepris de comprendre leur rôle dans l’agressivité du mélanome et évaluer leur intérêt potentiel en tant que cibles anti-tumorales. Pour cela, j’ai utilisé des tests fonctionnels pour étudier les conséquences de la surexpression dans la lignée métastatique ou de l’inhibition dans la lignée primaire. Les résultats suggèrent une régulation épigénétique fine de ce miR et de ce gène pendant la progression du mélanome, retrouvée indépendamment par notre analyse des tumeurs de patients de la banque TCGA. / Cutaneous melanoma is the most aggressive skin cancer and represents less than 5% of skin cancers but its metastatic form is responsible for 60-80% of the deaths. The median survival for patients with metastatic melanoma is only 6 to 9 months with conventional chemotherapy or targeted therapy. Despite recent therapeutic advances with the immune-therapies, the treatment of metastatic melanoma still suffers from three negatives drawbacks: 1) All patients do not respond to the different treatments. 2) The effectiveness of the targeted chemotherapy is limited by the rapid emergence of resistance. 3) Predictive biomarkers of the evolution of the disease are lacking for the clinicians. In this context, we studied the epigenetic regulations associated with the aggressiveness of melanoma, particularly in DNA methylation. DNA methylation is catalyzed by DNA methyltransferases (DNMTs). When CpGs islands are methylated and located in the promoters of genes, expression of the corresponding gene is inhibited. Commonly, DNA methylation profile is altered in cancer and plays a role in tumorigenesis and tumor maintenance. In addition, the alterations of the DNA methylation profile can be used as biomarkers for prognostic and diagnostic. Here, I identified changes in the DNA methylation profile associated with the aggressiveness of melanoma and selected 9 candidates loci that are hypermethylated in the most aggressive forms of melanoma. First, I compared the methylation patterns genome-wide (450K BeadChip methylation) of melanoma cell lines bearing different aggressiveness. The loci biomarker candidates were selected by combining an analysis of the distribution of these hypermethylated loci on the genome and a bioinformatic analysis of the functions and interactions of the associated genes. Their methylation status was validated by a different technique in collaboration with Dr. J. Tost, CNG, Evry. Once confirmed their hypermethylation, I started to analyze the DNA methylation of the selected genes in the pairs of cell lines of different aggressiveness, such as the primary tumor compared to the metastasis from the same patient, and in patients samples of primary tumors (Collaboration L. Lamant, N. Meyer, iUCT, Toulouse, France; L. Lanfrancone IFOM, Milan, Italy). A total of twenty samples were analyzed. Our study confirms the status of selected hypermethylated genes in metastatic samples compared to primary tumors. Moreover there is a link between the level of methylation of the primary tumor and the overall survival. A patent is being filed in and new samples are collected in order to extend the patient cohort to validate the biomarkers in prognosis of the evolution of the disease. Among the selected loci, I determined whether their hypermethylated status is correlated with their under-expression. For this, I measured their level of expression in a couple of cell lines WM115 / WM266-4 by RT-PCR and RT-qPCR. Then, I chose the loci for which I observed a correlation between methylation and expression. In addition, I studied whether these loci can be demethylated and re-expressed by a DNMTs inhibitor. This led to the identification of a microRNA and gene not fully described in the literature, of which the expression is correlated to DNA methylation status and are reactivated upon treatment with demethylating agents. I explored the role of the microRNA and the gene in the aggressive features of the metastatic melanoma suggesting a tumor suppressive function. These data were further comforted by the data analysis of patient samples.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’asthme est une maladie respiratoire chronique comportant une composante inflammatoire et un remodelage des voies respiratoires. À l’heure actuelle, plusieurs efforts ont été réalisés dans le but d’identifier les gènes associés à l’asthme et susceptibles d’augmenter le risque de développer la maladie ou d’accroître la symptomatologie. Il demeure toutefois important d’intégrer l’environnement pour mieux comprendre comment ces facteurs extrinsèques interagissent et régulent l’expression des gènes associés à l’asthme. L’objectif de ce projet était d’évaluer la méthylation de gènes impliqués dans le mécanisme d’inflammation des voies respiratoires dans le but de déterminer si les modifications épigénétiques pouvaient réguler, du moins en partie, l’expression de ces gènes. Ces gènes ont été choisis sur la base de leur association avec l’asthme et/ou sur la base d’une différence d’expression comparativement aux individus sans asthme ni allergie dans la collection familiale d’asthme allergique du Saguenay–Lac-Saint-Jean. Les résultats ont démontré que le gène du récepteur de type 2 de l’interleukine (IL) 1 (IL1R2), récepteur leurre de l’IL-1, et l’IL-33 (IL33) ont une signature de méthylation spécifique à l’asthme. Le mécanisme de méthylation régule à la hausse l’expression de ces gènes impliqués dans le processus inflammatoire, dans un contexte d’asthme allergique. Considérant la réversibilité de la méthylation de l’ADN, la signature épigénétique de ces gènes constitue donc une cible thérapeutique potentielle. En effet, il serait possible de contrer l’effet pro-inflammatoire d’IL-33 dans les poumons en augmentant la méthylation de ce ligand, et ainsi diminuer ses fonctions dans la réponse immune innée et adaptative dans un contexte d’asthme. En ce qui concerne IL1 et IL1R2, il serait envisageable de bloquer la formation de ce complexe en régulant la méthylation du ligand pour limiter sa contribution à l’inflammation.

Les bases moléculaires de l’initiation et de la progression du cancer ovarien épithélial (COE) sont pauvrement comprises. Un élément pathogénique clé dans le cancer est l’inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs, fréquemment due à l’hyperméthylation de leur région promotrice. Dans ce contexte, nous avons utilisé une approche épigénomique pour trouver des gènes hyperméthylés dans le COE. Nous avons employé un agent déméthylant, 5-aza-dC, pour réactiver les gènes hyperméthylés dans quatre lignées cellulaires du COE (SKOV3, OVCAR3, TOV112 et TOV21). Nous avons trouvé plusieurs cibles potentielles d’hyperméthylation qui pourraient jouer un rôle fonctionnel dans la suppression tumorale, l’apoptose ou la réparation de l’ADN. Nous avons évalué leur statut de méthylation par MSP (methylation-specific PCR) et BSP (bisulfite-sequencing PCR) avec des échantillons normaux et tumoraux et deux lignées cellulaires du COE. Parmi ces cibles, le gène DOK1 a démontré une évidence de méthylation de la région promotrice des échantillons tumoraux comparativement à celle de ceux qui sont normaux. Des clones surexprimant et d’autres sous-exprimant DOK1 ont été construits et validés. Son rôle potentiel dans la prolifération cellulaire, dans la sensibilité au taxol et au cisplatin, et dans le cycle cellulaire a été évalué par des études fonctionnelles et une légère implication a été détectée dans ces fonctions. Les changements d’expressions globales reliés à l’expression de ce gène ont également été analysés par la technologie de micropuces de l’ADN. Nos données montrent que DOK1 est touché par une hyperméthylation de sa région promotrice potentielle dans les tumeurs du COE. Par contre, cette hyperméthylation ne semble pas influencer son niveau d'expression. Au contraire, son expression augmente dans le cancer ovarien. Cette augmentation serait reliée à une diminution des risques de progression du COE. Cette observation confirme le rôle potentiel de suppresseur de tumeur de DOK1 dans le COE. / The molecular basis of the epithelial ovarian cancer (EOC) initiation and progression are still poorly understood. A key pathogenic element in cancer is the inactivation of tumours suppressor genes, frequently due to the hypermethylation of their promoter sequence. In this context, we used an epigenomic approach to identify hypermethylated genes in the EOC. We used the demethylating agent, 5-aza-dC, to reactivate hypermethylated genes in four cells lines of EOC (SKOV3, OVCAR3, TOV112 and TOV21). We identified several targets genes potentially hypermethylated that could play a functional role in ovarian tumorigenesis suppression, apoptosis or DNA repair. We evaluated their methylation status by MSP (methylation-specific PCR) and BSP (bisulfite-sequencing PCR) within normal and tumoral ovarian samples and in two EOC cells lines. Among these targets, the DOK1 gene showed an evidence of methylation of the promoter region in the tumour samples compared to the normal ones. Clones over-expressing and others under-expressing DOK1 were built and validated. The potential role of this gene in cellular proliferation, sensitivity to taxol and cisplatin, and in the cell cycle was evaluated by functional studies and a little implication of the DOK1 gene was detected in these functions. The global expression changes connected to the expression of the DOK1 gene were also analyzed by the microarray genomics technology. Our data show that DOK1 is affected by hypermethylation of its potential promoter region in EOC tumors. This hypermethylation do seems not to influence its expression levels. On the contrary, its expression level increases in ovarian cancer. This increase would be connected to a reduction in the risks of progression of the COE. Moreover, this observation confirms the potential role of DOK1 as tumor suppressor in EOC.

La méthylation de l’ADN est l’un des facteurs épigénétiques les plus étudiés dans le cadre du dépistage de cancer. Détecter la méthylation de certains promoteurs de gènes permettrait d’identifier un cancer en particulier et d’améliorer, ainsi, le diagnostic lors de l’apparition de cellules cancéreuses. Plusieurs techniques ont été développées dans cette voie mais très peu sont basées sur une détection via des polymères conjugués. La majorité de ces techniques reposent sur une étape de PCR (Polymerase Chain Reaction) qui amplifie le nombre de copies d’ADN. L’utilisation de polymères conjuguée, notamment du poly(3-alkoxy-4-méthylthiophène) permettrait un affranchissement de cet étape due aux propriétés optiques associées aux changements conformationnels de ce dernier. Ce polymère a déjà fait ses preuves autant en détection d’éléments pathogènes (détection de séquences précises) qu’en études conformationnelles (détection de G-quadruplex). Ce mémoire traite de deux approches distinctes pour la détection d’ADN méthylé. La première approche se base sur l’impact de la méthylation d’ADN sur le polymère lui-même et l’étude de ces impacts par diverses techniques de caractérisation. La deuxième approche se penche sur la détection de séquence d’ADN modifiée artificiellement par un traitement au bisulfite de sodium. Ainsi, deux méthodes ont été abordées pour obtenir une détection d’ADN méthylé efficace et reproductible à des fins de diagnostics de cancer.

L'industrie bovine est un secteur de grande importance au Canada. En effet, à elle seule l'industrie laitière canadienne représentait un chiffre d'affaires de 15.7 milliards de dollars pour l'année 2013 (commission canadienne du lait). L'industrie laitière canadienne est reconnue pour la qualité génétique supérieure de son cheptel bovin, de même que pour ses programmes génétiques laitiers (c'est à dire les programmes de contrôle laitier et les programmes d'enregistrement du bétail laitier et de la classification pour le type). Le Canada détient 41 % du marché mondial d'exportation (2008) de bovins reproducteurs de race pure et d'embryons. La race holstein est la race laitière la plus importante (92 % du cheptel laitier). Les semences de bovins laitiers canadiens ont été exportées vers 84 pays différents principalement vers les États-Unis, les Pays-Bas, le Japon et l'Espagne. Le Canada est à l'avant-garde des nouvelles technologies en matière de génétique laitière. Grâce au génotypage, les généticiens peuvent déterminer le profil d'ADN d'un animal et produisent actuellement des évaluations génomiques pour plus de 60 caractères différents. Depuis août 2009, le Réseau laitier canadien (RLC) publie des évaluations génomiques qui combinent la valeur génomique directe (VGD) d'un animal avec son évaluation génétique traditionnelle. Pour rester compétitif, le Canada doit rester à l'affut des nouvelles technologies qui permettent de discerner les meilleurs animaux reproducteurs. La demande grandissante pour des animaux de qualité pousse l'industrie à utiliser les animaux de plus en plus jeunes. Il est reconnu que la qualité des gamètes des mâles âgés de moins de 16 mois est inférieure à celle des animaux matures. À ce jour il n'est pas clair si l'utilisation de gamètes immatures peut avoir un impact sur le phénotype des animaux issus de ces gamètes. La génétique permet de donner une information clé qu'an au potentiel reproducteur d'un animal et le génome d'un animal ne varie pas avec l'âge, toutefois il est possible que l'information épigénétique transmise par un gamète imparfait ait un impact négatif sur la descendance. L'étude des patrons épigénétique ainsi que le développement de méthode fiable pour récolter ces informations s'impose. Le réseau embryoGENE a développé une plateforme d'analyse épigénétique permettant d'établir un profil de méthylation de l'ADN à la grandeur du génome. Une lame de micro array comportant plus de 420 000 sondes combinées à une plateforme de bio-informatique permet une résolution sans précédent de l'épigénome bovin. Afin de déterminer si le méthylome des gamètes d'un animal évolue avec le temps. Quatre taureaux ont été récoltés alors qu'ils étaient âgés de 10, 12 et 16 mois. Les échantillons récoltés à 10 et 12 mois ont été comparés à l'échantillon mature (16 mois) afin de déterminer si les profils de méthylation ont varié dans le temps. Un total de 2604 sites différentiellement méthylés ont été détectés entre les échantillons de 10 mois à ceux de 16 mois. Cela démontre que les spermatozoïdes provenant de taureaux âgés de 10 mois n'ont pas un profil mature. Aucune différence significative au niveau des méthylations n'a pu être détectée lorsque l'on compare les échantillons de 12 mois à ceux de 16 mois. L'importance de ces différences pour l'embryon est méconnue. Il est toutefois connu que des altérations dans les marques épigénétiques portées par l'embryon soient à la source de plusieurs pathologies ou défauts embryonnaires. Il est raisonnable de soupçonner que l'utilisation de sperme immature puisse représenter un risque potentiel pour l'embryon.

La base moléculaire de la progression du cancer ovarien epithelial (COE) est encore peu comprise. Récemment, l'importance de la perturbation épigénétique de la régulation de gènes par l'hypométhylation globale du génome a commencé à être plus appréciée. L'hypométhylation est très peu étudiée dans le COE bien que l'on ait déjà montré qu'il existe une relation entre hypométhylation de l'ADN et la progression, l'invasion tumorale ainsi que la formation de métastases. Cette étude vise à identifier des gènes qui pourraient être activés par l'hypométhylation de leur région promotrice, ce qui contribuerait à la progression tumorale. Afin d'identifier de nouveaux gènes hypométhylés, quatre lignées cellulaires ovariennes (Skov3, Tovll2, Tov21 et Ovcar3) ont été traitées avec un donneur de groupement méthyl, du S-Adenosylmethionine (AdoMet), afin d'inhiber la déméthylation de l'ADN. Plusieurs gènes sous-exprimés après traitement ont été identifiés par l'analyse de l'expression génique globale en utilisant la technique de micropuces à ADN. Cette analyse a permis d'identifier le gène TMPRSS3 comme une cible potentielle d'hypométhylation dans le COE. Le gène TMPRSS3-D est connu pour son implication dans la migration et invasion dans le COE. Le statut de méthylation de la région promotrice du gène TMPRSS3 a été vérifié par analyse Methylation-Spécific PCR (MSP) et par Bisulfite Specific PCR (BSP). L'évaluation de son rôle potentiel dans l'étiologie du COE a été faite par la technique d'interférence à l'ARN. L'analyse d'expression génique globale en utilisant le clone où l'expression de TMPRSS3-D a été supprimée et son contrôle correspondant a permis de mieux comprendre l'effet moléculaire de TMPRSS3-D. Pris ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire confirment le rôle potentiel du gène TMPRSS3-D dans l'invasion et métastase du COE et plus important, nos données indiquent que la surexpression de TMPRSS3-D dans le COE est due aux mécanismes épigénétiques reliés à l'hypométhylation de sa région promotrice.

Des conditions hypoxiques surviennent lors de situations environnementales et physiologiques spécifiques, ainsi que dans le contexte de diverses pathologies. En raison de la place cruciale de l’oxygène dans les fonctions biologiques vitales, des mécanismes complexes ont évolué afin d’assurer une adaptation cellulaire adéquate à tout stress hypoxique. Cette adaptation est induite par une réponse transcriptionnelle rapide et hautement contrôlée. L’étude des mécanismes impliqués dans cette réponse est essentielle à la compréhension de ses conséquences, notamment dans le cadre de pathologies associées à des conditions hypoxiques, tel que la progression tumorale. Les facteurs de transcription induits par l’hypoxie (HIF ; hypoxia-inducible factors) sont les médiateurs centraux et essentiels à la réponse transcriptionnelle adaptative à l’hypoxie. Ils sont responsables de l’induction de nombreux gènes régulant les processus physiologiques, cellulaires et moléculaires nécessaires à cette adaptation. HIF-1 et HIF-2 sont les principaux membres de cette famille de facteurs de transcription, partageant des fonctions communes, distinctes et complémentaires. Leur activité dépend de leur sous-unité HIF-α respective, HIF-1α et HIF-2α. Divers mécanismes convergent afin d’assurer une modulation précise des HIF-α en fonction du niveau d’hypoxie et du contexte cellulaire. Ceci implique autant des mécanismes inducteurs que répresseurs, intervenant de manière coordonnée. L’étude de ces mécanismes est donc d’un intérêt considérable pour la compréhension de l’adaptation cellulaire en conditions hypoxiques. Des évidences suggèrent un rôle de la méthylation d’arginines dans la réponse cellulaire à l’hypoxie. Ainsi, cette thèse se penche sur l’implication de l’arginine méthyltransférase PRMT1 dans la régulation des HIF-α. Nous caractérisons PRMT1 en tant que nouveau répresseur de la transcription des gènes HIF1A et HIF2A. Cette répression résulte de l’inhibition des facteurs de transcription Sp1/3, des régulateurs connus de ces gènes. L’étude du mécanisme impliqué nous permet alors de décrire un nouveau rôle de PRMT1 dans la cascade de signalisation ERK. En effet, nous montrons que PRMT1 interagit avec la GEF DOCK6, réprimant ainsi l’activation des kinases ERK1/2 en aval. Ceci a pour conséquence de réduire la phosphorylation et l’activité de Sp1/3. Finalement, nous révélons une dynamique hypoxique intéressante, où une répression temporellement distincte de HIF1A et HIF2A par PRMT1 survient en hypoxie. Ainsi, cette thèse met en lumière un nouveau mécanisme de régulation des HIF-α et souligne l’importance de la répression de leur transcription dans l’adaptation cellulaire à l’hypoxie. Cette thèse contribue ainsi aux connaissances sur le contexte hautement dynamique et complexe de la régulation des facteurs de transcription HIF, des médiateurs essentiels de l’homéostasie cellulaire. / Hypoxic conditions occur under specific environmental et physiological situations, as well as in different pathological contexts. Due to the crucial requirement of oxygen for vital biological functions, complex mechanisms have evolved to ensure adequate cellular adaptation to hypoxic stress. Such adaptation is induced by a rapid and highly controlled transcriptional response. The study of this response is essential for the comprehension of its consequences, particularly in the context of pathologies associated with hypoxic conditions, such as tumor progression. Hypoxia-inducible factors (HIFs), are central and essential mediators of the adaptive transcriptional response to hypoxic stress. They are responsible for the induction of numerous genes regulating the physiological, cellular and molecular processes necessary for this adaptation. HIF-1 and HIF-2 are the main members of this family of transcription factors and share common, as well as distinct and complementary, fonctions. Their activities are dependent on their respective HIF-α subunits, HIF-1α and HIF-2α. Diverse mechanisms converge in order to allow precise modulation of HIF-α subunits in accordance to hypoxic and cellular contexts. This implicates positive as well as negative regulators, acting in a coordinated fashion. The study of these mechanisms is of considerable interest for the comprehension of cellular adaptation to hypoxia. Studies suggest a role for arginine methylation in the hypoxic stress reponse. Therefore, this thesis aims at evaluating the role of the protein arginine methyltransferase PRMT1 in HIF-α regulation. We characterize PRMT1 as a novel repressor of HIF1A and HIF2A gene transcription. This repression is caused by the inhibition of Sp1/3 transcription factors, known HIF1A and HIF2A gene regulators. The investigation of the underlining mechanism allowed us to describe a new role for PRMT1 in the ERK signaling cascade. Indeed, we demonstrate that PRMT1 interacts with the Rho GEF DOCK6, repressing downstream ERK1/2 kinases. This results in reduced Sp1/3 phosphorylation and activity. Finally, we reveal an interesting hypoxia-related dynamic, where a distinct temporal repression of HIF1A and HIF2A occurs under hypoxic conditions. This thesis higlights a new regulatory mechanism of HIF-α subunits and underlines the importance of their transcriptional repression in cellular adaptation to hypoxia. This thesis therefore contributes to the knowlegde surrounding the highly dynamic and complex regulation of HIF transcription factors, essential mediators of cellular homeostasis.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique à trait complexe, c'est-à-dire possédant une composante génétique et une composante environnementale. Plusieurs gènes ont démontré leur implication dans la physiopathologie, mais une part de l'héritabilité de la maladie est toujours manquante. L’épigénétique pourrait contribuer à documenter une fraction de cette héritabilité. Parmi les gènes associés à l’asthme, la majorité exerce des fonctions connues qui sont reliées à l’activité de certaines cellules impliquées dans la physiopathologie du trait notamment la cellule épithéliale bronchique qui forme la première barrière contre les allergènes et les pathogènes de l'environnement. Ce type cellulaire est aussi reconnu pour sa composante immunologique puisqu'il peut sécréter des médiateurs de l'inflammation dont l'interleukine (IL) 33, l’un des gènes les plus rapportés comme étant associés à l’asthme. L’objectif du présent projet était d’évaluer l’impact de la méthylation de l’IL33 et de deux autres gènes de sa voie biologique (interleukin-1 receptor like 1 (IL1RL1) et éotaxine-3 (CCL26)) dans des cellules épithéliales bronchiques isolées de biopsies bronchiques d’individus asthmatiques. Ainsi, la méthylation de l'ADN a été mesurée chez 10 individus asthmatiques et 10 individus sains. Les promoteurs des gènes IL33 et CCL26 ont démontré un niveau de méthylation plus faible chez les personnes asthmatiques (Δβ=15%, p=0,005; Δβ=5%, p=0,009). Il a aussi été possible d'observer une expression génique plus élevée de CCL26 chez les individus asthmatiques (augmentation de 1,5 fois; p=0,04) et une tendance semblable pour les deux autres gènes malgré une absence de significativité (IL33 : augmentation de 4,3 fois; p=0,09; IL1RL1: augmentation de 1,5 fois; p=0,06), ce qui est en accord avec les résultats de méthylation. Finalement, le séquençage d'IL33 et de CCL26 a permis d'identifier 12 polymorphismes (SNP) dont trois d'entre eux étaient associés à une différence de méthylation pour le gène IL33 (Δβ=14%, p=0,05). Les résultats obtenus démontrent l'importance d'étudier le patron de méthylation des gènes associés au trait et de faire le lien de celui-ci avec la structure génétique des gènes ciblés afin de contribuer à documenter une partie de l’héritabilité inexpliquée de l’asthme.

Le cancer, principale cause de mortalité dans le monde, est un problème majeur de santé publique. Malgré les nombreux traitements disponibles, il est nécessaire de développer de nouvelles thérapies plus efficaces et moins envahissantes. Aujourd’hui la connaissance du génome humain a dirigé la recherche vers de nouvelles approches: il est possible de moduler la réponse biologique en contrôlant l'accès aux informations génétiques via la régulation épigénétique.L’épigénétique est l’ensemble des modifications de l’expression des gènes n’entraînant pas de modifications dans la séquence d’ADN, qui mènent à un phénotype héritable et stable. Chez les eucaryotes, la régulation épigénétique implique des modifications covalentes de l'ADN (méthylation) et des histones (acétylation, méthylation…). Ces phénomènes modifient la structure de la chromatine, aboutissant à une configuration "ouverte" ou "fermée" permettant la transcription ou la répression de gènes. Dans une situation cancéreuse, le profil épigénétique est modifié ; la méthylation anormale de l’ADN ou des histones mène à la répression de certains gènes comme des gènes suppresseurs de tumeur, ou à l’expression des oncogènes. Contrairement aux changements génétiques irréversibles, les aberrations épigénétiques sont des modifications chimiques réversibles. Ainsi, des molécules capables de rétablir l'équilibre épigénétique représentent des outils thérapeutiques potentiels contre le cancer.La méthylation et l’acétylation sont les modifications épigénétiques les plus étudiées. La méthylation de l’ADN est catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs), et la méthylation des histones par les histones méthyltransférases (HMTs).Le sujet de ce projet doctoral est porté sur les HMTs et en particulier sur DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomericsilencing), responsable des méthylations du résidu Lys79 de l’histone 3 (H3K79), conduisant à la transcription des oncogènes. En effet, des études ont montré que DOT1L est liée à la leucémie et se révèle être une cible intéressante à inhiber. DOT1L comme les DNMT ont un même cofacteur : le SAM (S-adénosyl-L-méthionine). Certains de leurs inhibiteurs présentent un mécanisme d'inhibition commun : ils entrent en compétition avec SAM.Nous présentons la conception basée sur des études de modélisation moléculaire, et la synthèse multi-étapes des séries des molécules formées par 3 motifs principaux : a) un motif aminopyrimidine, b) un motif de type benzimidazole ou phénylurée, liés par c) un groupement phényle ou hétérocyclique. L’activité des composés synthétisés sur DOT1L a été évaluée et des relations structure-activité (RSA) ont été établies. L’activité sur DNMT et d’autres HMTs a été déterminée également afin d’étudier la spécificité de nos composés.Différents structures ont été identifiées comme point de départ pour aboutir à des inhibiteurs sélectives de DOT1L ou à des inhibiteurs mixtes DOT1L/DNMT. Ces molécules sont considérées comme des outils thérapeutiques intéressants dans le traitement du cancer. / Cancer is a serious issue of public health as it is one of the main causes of mortality worldwide. Despite the multiple available treatments, it is necessary to develop more efficient and less invasive therapies against cancer. The knowledge of the human genome and epigenome has directed research to new cancer treatment approaches: it is possible to modulate the biological outcome by controlling the access to the genetic information by means of the epigenetic regulation.Epigenetics are the changes happening on the genome without modifying its DNA sequence, leading to a heritable andstable phenotype. In the eukaryotic chromatin, epigenetic regulation implies covalent modifications of DNA and histones. These chemical modifications remodel the chromatin structure leading to an “opened” or “closed” configuration, which is related to the expression or repression of genes. The epigenetic landscape is altered in cancers; for example, abnormal methylation leads to the silencing of certain genes (such as tumor suppressor genes), or to the over-expression of oncogenes. Unlike genetic alterations that are irreversible, epigenetic aberrations are reversible. Thus, molecules that can reestablish the epigenetic balance represent potent therapeutic tools for cancer treatment.Methylation and acetylation are the most studied epigenetic modifications. DNA methylation is carried out by the DNAmethyltransferases (DNMTs) and histone methylation by the histone methyltransferases (HMTs).This PhD project was focused on the histone methyltransferase DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomeric silencing), responsible of methylation of residue Lys79 of histone 3 (H3K79), which leads to the transcription of some oncogenes. Recent studies have shown that DOT1L is implicated in MLL-rearranged leukemia (MLL-r, Myeloid-Lymphoid Leukemia) thus it is a potent target in cancer. As DOT1L and DNMTs share the same cofactor, S-adenosyl-L-methionine (SAM), DNMT and DOT1L inhibitors can present a common inhibition mechanism by competing with SAM.We present herein the in silico – based design, and the multi-step synthesis of some series of molecules containing 3 main moieties: a) an aminopyrimidine motif and b) a benzimidazole or phenylurea motif, linked by c) a phenyl or heterocycle motif. DOT1L activity was determined for the different compounds synthesized and structure-activity relationships (SAR) were established. The activity on DNMT and other HMTs was determined as well, in other to study the DOT1L specificity of our compounds.Different scaffolds were identified to obtain DOT1L-selective or DOT1L/DNMT dual inhibitors. These molecules are interesting therapeutic tools for cancer treatment.