Le cancer de la prostate est un problème de santé publique majeur. L’exercice physique régulier fait désormais partie des moyens bien décrits pour améliorer la qualité de vie des patients atteints de cancer. Une activité physique quotidienne est donc recommandée pendant et après le traitement. Toutefois, aucune étude ne s’est intéressée aux interactions potentielles entre l’exercice physique, la consommation d’antioxydants et la radiothérapie. L’absence de connaissances sur les mécanismes moléculaires associés à ces stratégies connues pour moduler le stress oxydant, un facteur crucial dans l’évolution de la carcinogenèse prostatique, soulève aujourd’hui une question majeure : l’exercice physique influence-t-il la progression tumorale ? Les objectifs de ce travail de thèse étaient de déterminer les effets de l’exercice physique, combinée ou non à d’autres stratégies, sur la progression du cancer de la prostate et d’identifier des mécanismes moléculaires notamment redox-sensibles impliqués dans ces effets. En s’appuyant sur différentes études in vitro et in vivo, nos travaux ont mis en évidence que l’exercice physique prévient la progression du cancer de la prostate via la régulation du statut redox et de voies de signalisation redox-dépendantes, ou via une modulation de la cholestérolémie ou encore du profil d’expression des miRNAs. Nos travaux démontrent également que l’exercice physique associé à la prise d’antioxydants alimentaires inhibe les effets antiprolifératifs de ces stratégies isolées, et inversement, que l’exercice physique potentialise l’efficacité de la radiothérapie. / Prostate cancer is a major public health problem. It has now been widely recognized that regular physical exercise improves the quality of life of cancer patients. Thirty minutes of physical activity a day is recommended during and after treatment. However, potential interactions of physical exercise, dietary antioxidant intake and radiotherapy have not yet been studied. The lack of knowledge on molecular mechanisms associated with these strategies known to modulate oxidative stress, a key factor in prostate cancer evolution, raises a question: does physical exercise influence the efficiency of patient management and tumor evolution? The objectives of this work was to determine the effects of physical exercise, combined or not with others strategies, on prostate cancer progression and to identify redox sensitive-molecular mechanisms involved in these effects. We used different in vitro and in vivo approaches to achieve these aims. Our researches underline the essential role of physical exercise in prevention of prostate tumor progression, through a redox state and signaling pathways regulation, but also through a modulation of cholesterol levels or miRNA expression profiles. We also demonstrate that physical exercise associated to dietary antioxidant consumption limits anti-proliferative effects of these isolated treatments. Inversely, we reported that regular physical exercise enhances radiotherapy efficiency

Les syndromes myélodysplasiques (SMD) sont dus à une atteinte oligoclonale de la cellule souche hématopoïétique aboutissant à une dysplasie des lignées myéloïdes, des cytopénies sanguines et une évolution fréquente vers la leucémie aiguë. De nombreuses mutations décrites dans des gènes contrôlant la régulation épigénétique sont responsables de la genèse des SMD. Mais des travaux récents montrent également que des anomalies du microenvironnement médullaire, notamment des cellules stromales mésenchymateuses (CSM), peuvent induire et propager un SMD suggérant l’idée d’une communication intercellulaire étroite entre la niche et les cellules hématopoïétiques. L’invalidation du gène Dicer1 (RNASE de type III impliquée dans le processing des microARN) dans les progéniteurs ostéoblastiques murins induit un véritable SMD avec dysmyélopoïèse.Nous avons confirmé la sous-expression de Dicer1 dans les CSM SMD à partir de prélèvements primaires de moelle totale et dans les CSM en expansion. La sous-expression de Dicer1 s’accompagne d’une dérégulation du profil des microARN au sein de CSM SMD mise en évidence par étude transcriptomique des CSM SMD vs CSM témoins. Nous avons découvert une possible cible thérapeutique : le miR-486-5p que nous avons retrouvé constamment surexprimé dans les CSM SMD. Un des moyens pour les CSM d’influer sur les cellules souches hématopoïétiques peut se faire par la sécrétion de vésicules extracellulaires (EVs). Ces EVs sont hétérogènes et peuvent être définies par leur taille. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux petites vésicules extracellulaires (sEVs) contenant la fraction exosomale qui est connue comme pouvant transporter des microARN, mARN et des protéines entre les cellules. Nous avons retrouvé ce miR-486-5p transporté comme cargo dans les sEVs sécrétées des CSM, des CSM vers les CD34+. De plus, nous montrons dans un modèle de co-incubation (sEVs avec CD34+ de sujets sains), que sur le plan fonctionnel, les sEVs provenant de CSM SMD induisent plus d’apoptose, plus de stress oxydatif ainsi que plus de dommage à l’ADN.Par ailleurs, la surcharge martiale observée chez les patients SMD est également responsable d’un stress oxydatif. Le déférasirox (DFX), un chélaleur de fer, a montré dans le cadre d’études rétrospectives une amélioration de l’érythropoïèse chez des patients SMD. Grâce à un modèle de différenciation érythroïde avec surcharge martiale, nous avons montré que de faibles doses de DFX induisent une meilleure prolifération des progéniteurs érythroïdes (moins d’apoptose et plus de cellules en cycle) via une activation de NF-κB. Cette activation est due à une diminution du niveau de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS) en rapport avec une diminution du fer labile et est contrôlée de manière très fine par le niveau de ROS.Enfin, nous avons utilisé les propriétés du microenvironnement médullaire pour établir un modèle murin de SMD humain. En effet, la relative incapacité des cellules souches myélodysplasiques humaines de greffer et de reconstituer une hématopoïèse pathologique dans des souris immunodéprimées suggère que ces cellules souches SMD doivent avoir besoin d’un support extrinsèque du microenvironnement. Nous avons réalisé un modèle de souris humanisées en co-injectant des CSM et des CD34+ en intratibial. Une prise de greffe a été observée chez toutes les souris injectées et avons pu étudier l’évolution clonale au fil des générations dans les différentes sous-populations de progéniteurs myéloïdes (common myeloid progenitors (CMP), granulocyte macrophage progenitors (GMP) and megakaryocyte–erythroid progenitor (MEP)). Notre modèle est stable au cours des générations avec persistance du clone fondateur initial.En conclusion, ce travail confirme le rôle prépondérant du microenvironnement médullaire dans la genèse et la physiopathologie des syndromes myélodysplasiques et ouvre la voie à de nouvelles possibilités thérapeutiques. / Myelodysplastic syndromes (MDS) are hematopoietic stem cell (HSC) oligoclonal diseases leading to dysplasia, blood cytopenia and evolution to acute leukemia. Numerous mutations in genes involved in epigenetic regulation are responsible of MDS genesis. But recently, studies show that medullar microenvironment, particularly mesenchymal stromal cells (MSC), could induces and propagates a truly MDS suggesting a narrow communication between HSC and this niche. Dicer1’s (type III RNAse implicating in microRNA processing) invalidation in murine osteoblastic progenitors induces a MDS with sign of dysplasia.In this work, we have confirmed the under expression of Dicer1 in MDS mesenchymal stromal cells from total bone marrow and cultured MSC. Dicer1 down regulation leads to a deregulation of miRNome profile in MDS MSC highlighted by transcriptomic approaches. We found a potential therapeutic target: miR-486-5p which is constantly overexpressed in MDS MSC. Extracellular vesicles (EVs) could be a possible way for MSC to influence HSC fates. Those EVs are heterogeneous are could be characterized by their sight. We mainly focused on small EVs (sEVs) containing the exosomal fraction known to be able to carry miRNA, mRNA and proteins. We found that miR-486-5p is carry from MSC to the HSC. Transcriptomic analyses of HD HSC overexpressing miR-486-5p are ongoing. Moreover, in a co-incubation model (sEVs and healthy donor (HD) HSC), sEVs coming from MDS MSC induced apoptosis, oxidative stress and DNA damages.Moreover, iron overload seen in MDS patients is also able to induce DNA damages and oxidative stress. Deferasirox (DFX), an iron chelator, has shown an erythropoiesis improvement in MDS patients. Using an erythroid differentiation model with iron overload, we have observed that low dose of DFX induce a better proliferation of erythroid progenitors (less apoptosis and more cycling cells) due to NF-κB activation. This activation is due to a decrease of reactive oxygen species level in relation to a decrease of the labile iron pool.Finally, we have used medullar microenvironment properties to establish a murine model of MDS. Indeed, MDS HSC incapacity to reconstitute a pathological hematopoiesis in immunocompromised mice suggests that MDS HSC need an extrinsic support from the microenvironment. We have engineered a MDS patient derived xenograft (PDX) model by intra-tibial co-injection CD34+ cells with MSC. All mice engrafted et we have follow the clonal evolution over mice generation in the different subset of myeloid progenitors. (common myeloid progenitors (CMP), granulocyte macrophage progenitors (GMP) and megakaryocyte–erythroid progenitor (MEP)). Our model is stable over generations with persistence of the initial founding clone.In conclusion, this work confirms the preponderant role of the medullary microenvironment in the genesis and physiopathology of myelodysplastic syndromes and opens the way to new therapeutic possibilities.

L'α-synucléine est reconnue comme une protéine clé dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson ainsi que d'autres troubles neurodégénératifs appelés synucléinopathies. Dans ces maladies, la surexpression de l’α-synucléine entraîne la formation d'agrégats toxiques dans les neurones dopaminergiques (DA). Dans cette thèse, nous avons exploré l’effet de la régulation de microARN (miARN) sur l’expression de l’α-synucléine. Pour se faire, des études ont été menées avec la lignée cellulaire humaine SH-SY5Y qui peut être différenciée pour créer un modèle de neurones DA et ensuite traitée avec une neurotoxine pour induire des caractéristiques cellulaires de la maladie de Parkinson. Des observations importantes ont été supportées dans des modèles cellulaires plus avancés, notamment les neurones induits par reprogrammation directe de fibroblastes humains (iNs) et les neurones DA primaires de souris purifiés. Le premier objectif était de mieux comprendre comment la surexpression aberrante de l'α synucléine dans les synucléinopathies pourrait être due à une dérégulation de la maturation des miARN qui ciblent son ARN messager. Tout d’abord, nous avons sélectionné les miARN les plus susceptibles d'avoir un effet régulateur sur l’expression de l’α-synucléine à partir de recherche de la littérature et d’analyse de bases de données spécialisées. Nous avons observé que l’augmentation de l'expression de l'α-synucléine associée à l’ajout de neurotoxine est accompagnée d’une diminution concomitante de l'expression de plusieurs miARN sélectionnés. Sur la base de ces résultats, l'impact de ces miARN sur l'expression de l'α-synucléine a été évalué dans plusieurs types de cellules humaines, notamment les HEK 293T, les SH-SY5Y différenciées et les iNs. À cette fin, nous avons utilisé des cibles de miARN exogènes pour réprimer l'activité régulatrice des miARN et avons mesuré leur effet sur l'expression de l'α synucléine. Ainsi, nous avons démontré que la répression de miR-7, miR-93, miR-140, miR 153 et miR 214 mène systématiquement à la surexpression de l’α-synucléine dans les différents types de cellules. De plus, nous avons démontré que certains miARN sont régulés de manière post-transcriptionnelle en mesurant les niveaux des formes immatures et matures des miARN dans différents contextes cellulaires. Le deuxième objectif était d’identifier des protéines potentiellement aptes à réguler la maturation post-transcriptionnelle de miARN. Des études de purification par affinité et de spectrométrie de masse ont permis d'identifier les protéines qui s’associent avec la tige-boucle des formes immatures des miARN et régulent potentiellement leur maturation. Quelques protéines candidates ont été sélectionnées sur la base d’analyse informatique pour examiner l’effet de leur surexpression dans différents essais cellulaires. À ce jour, nous avons identifié quatre protéines (MIF, PCBP2, Prohibitin-2, and Tfr1) qui, en plus de répondre à certains critères de bases (lient l’ARN, sont présentes dans le cerveau et impliquées dans des maladies associées au système nerveux), ont un effet sur l’activité et l’expression de miR-153 ainsi que sur l’expression de l’α-synucléine. Ces travaux ont permis d’établir de solides bases dans notre compréhension de la régulation de l'α-synucléine par les miARN et d’ouvrir la voie à des études plus élaborées qui permettront d’établir les mécanismes de régulation des niveaux de miARN qui ciblent l’α-synucléine. À plus long terme, cet axe de recherche pourrait fournir des pistes pour le développement d'outils diagnostiques et thérapeutiques pour les synucléinopathies. / Alpha-synuclein is a key protein in the pathophysiology of Parkinson's disease and other neurodegenerative disorders called synucleinopathies. In these diseases, overexpression of α-synuclein leads to the formation of toxic aggregates in dopaminergic (DA) neurons. In this thesis, we explored the effect of microRNA (miRNA) regulation on α-synuclein expression. To do so, studies were conducted with the human SH-SY5Y cell line, which can be differentiated to create a model of DA neurons and then treated with a neurotoxin to induce cellular features of Parkinson's disease. Important observations were supported in more advanced cell models, including neurons induced by direct reprogramming of human fibroblasts (iNs) and purified primary mouse DA neurons. The first objective was to better understand how aberrant overexpression of α-synuclein in synucleinopathies results in the deregulation of the maturation of miRNAs that target its messenger RNA. First, we selected the miRNAs most likely to have a regulatory effect on α-synuclein expression based on literature searches and specialized database analyses. We observed that the increase in α-synuclein expression associated with neurotoxin addition is accompanied by a concomitant decrease in the expression level of several selected miRNAs. Based on these results, the impact of these miRNAs on αsynuclein expression was evaluated in several human cell types, including HEK 293T, differentiated SHSY5Y, and iNs. To this end, we used exogenous miRNA targets to repress miRNA regulatory activity and measured their effect on α-synuclein expression. Thus, we demonstrated that repression of miR-7, miR-93, miR-140, miR-153, and miR-214 consistently leads to overexpression of α-synuclein in different cell types. In addition, we demonstrated that some miRNAs are regulated in a posttranscriptional manner by measuring the levels of immature and mature forms of miRNAs in different cellular contexts. The second objective was to identify proteins potentially able to regulate the post-transcriptional maturation of miRNAs. Affinity purification and mass spectrometry studies were used to identify proteins that associate with the stem-loop of immature forms of miRNAs and potentially regulate their maturation. A few candidate proteins were selected based on computational analysis to examine the effect of their overexpression in different cell-based assays. To date, we have identified four proteins (MIF, PCBP2, Prohibitin-2, and Tfr1) that, in addition, to fitting basic criteria (known to bind RNA, are present in the brain and associated with nervous system-related diseases) affect miR-153 activity and expression as well as α-synuclein expression. This work has established a solid foundation in our understanding of the regulation of α-synuclein by miRNAs and has paved the way for more elaborate studies that will establish the mechanisms of regulation of miRNA levels that target α-synuclein. In the longer term, this line of research could provide avenues for the development of diagnostic and therapeutic tools for synucleinopathies.

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Les microARN (miARN) sont des petits ARN non-codants pour des protéines qui permettent d’inhiber la traduction d’ARN messagers. Pour obtenir un miARN, un gène de miARN passe à travers une voie de maturation dans laquelle il sera coupé à deux reprises par les enzymes Drosha et Dicer. Pour interagir avec les enzymes, les gènes de miARN possèdent une structure générale en tige-boucle. Cependant, les détails de cette structure sont encore peu connus. L’objectif principal de ce projet était d’établir s’il y a une relation entre l’efficacité de maturation et la dynamique de la structure. Pour cela, l’efficacité de maturation de plusieurs variants de miARN a été évaluée par Northern Blot. La dynamique de la structure a été mesurée par un programme informatique à partir de l’information de la séquence. Une corrélation de 0,74 avec une valeur p de 0,02206 a été obtenue entre les dynamiques et les ratios d’efficacités de maturation de miARN. Cette corrélation est supérieure à celle obtenue basée sur l’énergie libre des structures prédites les plus stables qui n’atteignent pas 0,6. Les mutants de miR128-1 et miR188 ont été découverts comme diminuant la maturation. De plus, les mutants de miR125a, miR188 et miR330 affectent le site de clivage de Drosha. Une meilleure connaissance de la dynamique de l’ARN impliquée dans la maturation permettrait de définir l’impact des mutations dans les séquences de miARN ou encore de prédire les séquences pouvant générer des miARN. / MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs, which can inhibit target messenger RNAs translation. In order to obtain a miRNA, two enzymes, Drosha and Dicer cut the gene of miRNA. The RNA interacts with the proteins by its general hairpin structure. However, the details of the structure are still missing. The objective of this project is to establish if there is a relation between the efficiency of maturation and the RNA’s structural dynamics. In order to do this, the maturation efficiency of miRNA variants is measured by Northern Blot. The structural dynamics is measured by a program assessing the information of the sequence. The correlation between the dynamics and the maturation efficiency of the miRNA is 0.74 with a p-value of 0.02206. This correlation is superior to those based on free energy, which does not reach 0.6. The tested mutants of miR128-1 and miR188 have inhibited maturation; also, those of miR125a, miR188 and miR330 have modified the cleavage site of Drosha. A better knowledge of the dynamic structure involved in maturation would help define the impact of miRNA mutation or to predict sequences that are able to generate miRNAs.

Chez la plupart des eucaryotes, la présence d’ARN double brin induit la mise en place de mécanismes qui peuvent inhiber l’expression de gènes sur la base d’une complémentarité de séquence. L’exemple le mieux connu est le cas de l’interférence par l’ARN telle qu’elle a été décrite initialement chez C. elegans, où les ARN double brin génèrent une endonucléase spécifique de séquence qui dégrade tout ARN parfaitement complémentaire du petit ARN guide contenu dans le complexe RISC. En plus de cette activité post-transcriptionnelle, il a été observé chez de nombreux eucaryotes l’existence de mécanismes apparentés à l’interférence par l’ARN et qui inhibent la transcription en agissant au niveau de la chromatine. Si ces mécanismes ont été clairement mis en évidence chez les plantes et les champignons il n’existe que quelques exemples de ce type de régulation chez les mammifères. De manière inattendue, le fait de cibler le promoteur d’un gène avec de petits ARN double brin peut conduire à une augmentation de son expression. Cette réponse paradoxale n’a été observée jusqu’à présent que dans des cellules de mammifère, et si elle suscite un intérêt en particulier pour stimuler l’expression de gènes suppresseurs de tumeurs, son mécanisme est encore inconnu.Mes travaux ont porté sur l’étude de l’induction de l’expression par des petits ARN. Ils reposent tout d’abord sur le développement d’une approche expérimentale qui permet de suivre l’activité du promoteur du gène ciblé. Pour cela, j’ai utilisé des constructions indicatrices organisées autour d’un promoteur bidirectionnel qui contrôle l’expression de deux protéines fluorescentes. Lorsque l’on cible le messager de l’une de ces protéines, l’expression de l’autre est augmentée et j’ai pu montrer que ceci corrèle avec la quantité d’ARN messager et de polymérase II présente sur le promoteur bidirectionnel. Ainsi, l’utilisation d’un promoteur bidirectionnel permet effectivement de suivre le niveau de transcription du gène ciblé par le petit ARN.Cette induction de l’expression détectée de manière « controlatérale » n’est pas due à un effet hors cible des petits ARN car elle nécessite la présence de la séquence cible sur l’un des transcrits de la construction indicatrice. L’induction peut être observée avec de nombreux petits ARN différents, y compris s’ils interagissent comme des micro ARN. Les constructions indicatrices que j’ai développées sont donc biaisées en faveur d’une réponse de type induction transcriptionnelle enréponse à un silencing. L’utilisation d’un promoteur bidirectionnel est probablement à l’origine de ce biais à travers la possibilité d’induire une transcription convergente sur les plasmides lorsqu’ils sont circulaires. De fait, la linéarisation de la construction indicatrice supprime l’induction, du moins pour les constructions les plus simples.Si le coeur du complexe RISC, la protéine Ago2, est nécessaire au silencing et à l’induction, j’ai pu montrer que dans le deuxième cas c’était en fait pour guider le complexe RISC sur les transcrits et non pas pour les couper. En effet, le silencing des protéines TNRC6A et B diminue fortement l’induction sans toucher au silencing s’il procède en mode siRNA. De plus l’ancrage sur le transcrit EGFP induit une réponse de même type que le petit ARN (silencing et induction). Cette approche d’ancrage m’a permis d’identifier les domaines nécessaires au silencing et à l’induction et de montrer qu’ils sont distincts.Ce travail permet donc de mettre en évidence que l’induction transcriptionnelle observée sur nos constructions indicatrices est due à une activité des partenaires des protéines Argonaute, la famille GW182/TNRC6. Cette observation ouvre la voie à une caractérisation du mécanisme de cette induction en montrant qu’elle relève d’une activité spécifique du complexe RISC. / In the majority of the eucaryote, the presence of double-strands RNA induce the inhibition of gene expression base on the complementary of sequence. The best known example is the case of RNA interference in C. elegans which is the first model described, in which the double-strands RNA generate an specific endonuclease who degrade all RNA complementary perfectly to the small RNA guide included in the complex RISC. In addition to this post-transcriptional activity, it has been observed in many eukaryotes the existence of mechanisms related to RNA interference and it inhibit transcription by acting at the chromatin. If these mechanisms have been clearly demonstrated in plants, fungi, there are only several examples of this type of regulation in mammals. Unexpectedly, the targeting the promoter of a gene with small double-stranded RNA can lead to increased expression. This paradoxical response has not been observed so far in mammalian cells, but it raises interest particularly to stimulate the expression of tumor suppressor genes, unfortunely the mechanism is still unknown.My work has focused on studying the induction of expression by small RNAs. They are based first on the development of an experimental approach that allows to monitor the promoter activity of the targeted gene. To do this I used indicator constructions organized around a bidirectional promoter that controls the expression of two fluorescent proteins. When targeting the messenger of one of these proteins, the expression of the other is increased and I was able to show that thisincrease correlates with the amount of RNA messenger polymerase II presented on the bidirectional promoter. Thus, the use of a bidirectional promoter can effectively monitor the level of transcription of the gene targeted by the small RNA. This induction of expression detected in a "contralateral" is not due to an off-target effect of siRNA because it requires the presence of the target sequence on one of the transcripts of the construction indicator. The induction can be observed with many different small RNAs, including the interact as micro RNA. Thus the construction indicator that I developed are biased in an induction response transcriptionally in response to a silencing. The use of a bidirectional promoter is probably the origin of this bias through the possibility of inducing a convergent transcription when the plasmids are circular. In fact, the linearization of the construction indicator removes the induction, at least for the simplest constructions. If the heart of the complex RISC is the protein Ago2, is necessary for the silencing and the induction, I was able to show that in the second case Ago2 was in fact to guide the RISC complex on the transcripts but not to cut it. Indeed, the silencing of proteins TNRC6A and B reduces induction significantly without affecting the silencing if it processe in the siRNA model. Also anchoring the transcript EGFP induces a response similar to the small RNA (silencing and induction). This anchor approach allowed me to identify domaines necessary for silencing and induction and show that they are distinct. This work makes it possible to demonstrate that the transcriptional induction observed in our constructions indicator is due to a activity partner ofArgonaute proteins, the GW182/TNRC6 family. This observation open the way for characterization of the mechanism of this induction by showing that it belongs to a specific activity of the RISC complex.

Les Poaceae aussi appelées Graminées forment une importante famille botanique regroupant près de 12 000 espèces en plus de 700 genres dont les céréales. Cette famille présente un intérêt économique majeur car elle est importante dans la nutrition humaine et animale. De ce fait, cette famille a été très étudiée en génomique comparée depuis les années 1990 révélant une grande conservation de la structure de leur génome depuis leur divergence d’un ancêtre commun. Avec le séquençage de Brachypodium distachyon en 2009, nous avons réalisé l’analyse de son génome par l’identification de douze blocs de synténie avec les génomes séquencés du riz, du sorgho et du maïs ainsi que sept blocs de duplications partagées entre ces graminées. Ces données nous ont permis de suggérer que les cinq chromosomes modernes de Brachypodium sont issus de l’ancêtre commun des graminées constitué de douze chromosomes et ayant subi sept fusions au cours de l’évolution. Ces travaux nous ont permis de confirmer un possible génome ancêtre des graminées constitué de cinq chromosomes porteurs de près de 10 000 gènes et d’une taille minimale de près de 35Mb. Ensuite, sur la base des résultats de génomique comparée, nous nous sommes intéressés à l’évolution des différentes familles de micro-ARN (miARN). La comparaison de ces ARN non-codants réalisée pour le riz, le sorgho, le maïs et Brachypodium montre une conservation de cette famille chez les graminées avec 50% d’orthologues et 20% de paralogues. Sur la base des résultats de paléogénomique, nous avons proposé une modélisation de l’évolution des miARN qui corrobore l’hypothèse d’une origine très ancienne de ce mécanisme de « gene silencing ». Au-delà des nouvelles connaissances fondamentales générées au cours de ce travail de thèse sur l’évolution des génomes de graminées, les résultats que nous avons obtenus ont des applications potentielles dans le domaine de l’amélioration variétale, comme avec par exemple la possibilité de définir des marqueurs moléculaires de type COS (Conserved Orthologous Set). Ces marqueurs COS ont été mis en oeuvre pour l’étude de caractères agronomiques d’intérêt dans des espèces dont le génome n’est pas encore complètement séquencé comme le blé. / Poaceae also called Grasses are an important botanical family consisting in nearly 12,000 species in over 700 genres including cereals. This family is of major economic interest because it comprises cereals that are among the most important crops for human and animal nutrition. This family has been extensively studied in comparative genomics since the 1990s and showed a high degree of gene conservation among species since they diverged from a common ancestor. With the sequencing of Brachypodium distachyon in 2009, we performed an analysis of its genome by the identification of twelve synteny blocks with the sequenced genomes of rice, sorghum and maize and seven duplications blocks shared with these last grass species. These data allowed us to suggest the five chromosomes of Brachypodium are from the common ancestor composed of twelve chromosomes and having undergone seven fusions during the evolution. This work allowed us to confirm a possible grass ancestor with five chromosomes carrying almost 10,000 genes with a size of 35Mb. Then, based on these comparative genomics results, we studied more particularly the evolution of different families of microRNAs (miRNAs). The comparison of non-coding RNA from rice, sorghum, maize and Brachypodium showed conservation into this family for the grass species with 50% of orthologs and 20% of paralogs. Based on the paleogenomics results, we proposed an evolutionary scenario of miRNA genes, which supports the hypothesis of an ancient origin of this gene silencing mechanism in plants. Beyond the fundamental knowledge generated on the evolution of grass genomes during this PhD, these results have potential applications in breeding, for example with the possibility to identify COS (Conserved Orthologous Set) molecular markers. Such COS markers have been used for the study of agronomic traits in species not completely sequenced as wheat.

Chez la plupart des eucaryotes, la présence d'ARN double brin induit la mise en place de mécanismes qui peuvent inhiber l'expression de gènes sur la base d'une complémentarité de séquence. L'exemple le mieux connu est le cas de l'interférence par l'ARN telle qu'elle a été décrite initialement chez C. elegans, où les ARN double brin génèrent une endonucléase spécifique de séquence qui dégrade tout ARN parfaitement complémentaire du petit ARN guide contenu dans le complexe RISC. En plus de cette activité post-transcriptionnelle, il a été observé chez de nombreux eucaryotes l'existence de mécanismes apparentés à l'interférence par l'ARN et qui inhibent la transcription en agissant au niveau de la chromatine. Si ces mécanismes ont été clairement mis en évidence chez les plantes et les champignons il n'existe que quelques exemples de ce type de régulation chez les mammifères. De manière inattendue, le fait de cibler le promoteur d'un gène avec de petits ARN double brin peut conduire à une augmentation de son expression. Cette réponse paradoxale n'a été observée jusqu'à présent que dans des cellules de mammifère, et si elle suscite un intérêt en particulier pour stimuler l'expression de gènes suppresseurs de tumeurs, son mécanisme est encore inconnu.Mes travaux ont porté sur l'étude de l'induction de l'expression par des petits ARN. Ils reposent tout d'abord sur le développement d'une approche expérimentale qui permet de suivre l'activité du promoteur du gène ciblé. Pour cela, j'ai utilisé des constructions indicatrices organisées autour d'un promoteur bidirectionnel qui contrôle l'expression de deux protéines fluorescentes. Lorsque l'on cible le messager de l'une de ces protéines, l'expression de l'autre est augmentée et j'ai pu montrer que ceci corrèle avec la quantité d'ARN messager et de polymérase II présente sur le promoteur bidirectionnel. Ainsi, l'utilisation d'un promoteur bidirectionnel permet effectivement de suivre le niveau de transcription du gène ciblé par le petit ARN.Cette induction de l'expression détectée de manière " controlatérale " n'est pas due à un effet hors cible des petits ARN car elle nécessite la présence de la séquence cible sur l'un des transcrits de la construction indicatrice. L'induction peut être observée avec de nombreux petits ARN différents, y compris s'ils interagissent comme des micro ARN. Les constructions indicatrices que j'ai développées sont donc biaisées en faveur d'une réponse de type induction transcriptionnelle enréponse à un silencing. L'utilisation d'un promoteur bidirectionnel est probablement à l'origine de ce biais à travers la possibilité d'induire une transcription convergente sur les plasmides lorsqu'ils sont circulaires. De fait, la linéarisation de la construction indicatrice supprime l'induction, du moins pour les constructions les plus simples.Si le coeur du complexe RISC, la protéine Ago2, est nécessaire au silencing et à l'induction, j'ai pu montrer que dans le deuxième cas c'était en fait pour guider le complexe RISC sur les transcrits et non pas pour les couper. En effet, le silencing des protéines TNRC6A et B diminue fortement l'induction sans toucher au silencing s'il procède en mode siRNA. De plus l'ancrage sur le transcrit EGFP induit une réponse de même type que le petit ARN (silencing et induction). Cette approche d'ancrage m'a permis d'identifier les domaines nécessaires au silencing et à l'induction et de montrer qu'ils sont distincts.Ce travail permet donc de mettre en évidence que l'induction transcriptionnelle observée sur nos constructions indicatrices est due à une activité des partenaires des protéines Argonaute, la famille GW182/TNRC6. Cette observation ouvre la voie à une caractérisation du mécanisme de cette induction en montrant qu'elle relève d'une activité spécifique du complexe RISC.

La mucine MUC1 est une oncoprotéine transmembranaire dont la surexpression dans 90% des adénocarcinomes pancréatiques a été associée à un mauvais pronostic. MUC1 est impliquée dans la transduction des signaux intracellulaires et dans les interactions cellulaires permettant de conférer aux cellules tumorales des propriétés accrues en termes de prolifération et d’invasion cellulaire. De plus il a été montré un rôle important de MUC1 dans la chimiorésistance à la gemcitabine, et dans la transition épithélio-mésenchymateuse des cellules cancéreuses pancréatiques. De manière intéressante il a pu être montré que MUC1 pouvait être internalisée et localisée dans le compartiment nucléaire afin d’agir comme un co-activateur transcriptionnel permettant de moduler l’expression de nombreux gènes comme ceux de la voie Wnt/β-caténine, les cibles de Stat1/3 ou le cluster miR-200c/miR141. De plus, il a été démontré que MUC1 pouvait être régulé de façon épigénétique, par méthylation de son promoteur, par acétylation des histones et par les miARN.Notre objectif a été d’étudier l'inhibition de MUC1 par des miARN dérégulés dans le cancer pancréatique, afin de proposer une nouvelle stratégie thérapeutique innovante dans le but de ralentir la progression de ce cancer. Nous avons sélectionné des miARN pouvant cibler la mucine MUC1 aussi bien au niveau de son 3’UTR, de son 5’UTR ou de sa région codante par l'utilisation des bases de données miRanda, miRWalk et TargetScan. Afin d’affiner cette sélection, nous avons ensuite retenu seulement ceux étant dérégulés dans le cancer pancréatique en étudiant leur expression dans des lignées cellulaires cancéreuses pancréatiques humaines ainsi que dans un modèle murin transgénique de cancérogenèse pancréatique et dans les tissus de patients atteints d'adénocarcinome pancréatique.Nous avons dans un premier temps mis en évidence que parmi les miARN sélectionnés, la surexpression de miR-29a, miR-183, miR-200a, miR-330-5p, miR-876-3p et miR-939 entraînait une diminution de l'expression protéique de MUC1. En établissant le profil d'expression des miARN dans les trois modèles de cancer pancréatique dont nous disposions, nous avons pu mettre en évidence une dérégulation globale de miR-29a et miR-330-5p dans les lignées cellulaires cancéreuses pancréatiques humaines ainsi que chez les patients atteints d'adénocarcinome pancréatique, et une dérégulation plus spécifique pour les autres miARN. Nous avons alors pu mettre en évidence que parmi l'ensemble des miARN sélectionnés, seuls les miARN miR-29a et miR-330-5p avaient la capacité d’interagir avec l'ARNm de MUC1 au niveau de son 3’UTR. Nous avons donc entrepris dans un second temps d’étudier le rôle de miR-29a et miR-330-5p dans le cancer du pancréas. Pour cela, nous avons utilisé une stratégie transitoire de surexpression et d'inhibition des miARN et une stratégie stable en réalisant des lignées surexprimant les miARN ainsi qu’une lignée déficiente en MUC1. Nous avons pu mettre en évidence que la surexpression de miR-29a et miR-330-5p, permettait de ralentir la prolifération cellulaire, la migration, l'invasion cellulaire, la croissance tumorale et augmentait la chimiosensibilité des cellules cancéreuses pancréatiques à la gemcitabine. En conclusion, l'ensemble de ces données a permis de mettre en évidence un ensemble de miARN dérégulés dans le cancer du pancréas ayant la capacité de réguler négativement l'expression protéique de la mucine MUC1. Nous avons également montré que miR-29a et miR-330-5p étaient les seuls à réguler directement l'expression de MUC1 et qu’ils agissaient comme des suppresseurs de tumeurs en altérant les propriétés biologiques des cellules cancéreuses pancréatiques, in vitro et in vivo. Ces données nous permettent de proposer ces deux miARN comme une nouvelle piste thérapeutique potentielle pour le traitement de ce cancer. / The mucin MUC1 is a transmembrane oncoprotein overexpressed in 90% of pancreatic adenocarcinoma and associated with a poor prognosis. MUC1 is involved in cell signaling and cell interaction to enhanced tumor cell properties like cell proliferation and invasion. Furthermore it has been shown an important role of MUC1 in chemoresistance to gemcitabine, the basic treatment of pancreatic cancer, and in the epithelial-mesenchymal transition of pancreatic cancer cells. Interestingly it has been shown that MUC1 could be internalized and localized in the nuclear compartment to act as a transcriptional coactivator to modulate the expression of many genes such as the Wnt/β-catenin, the targets of Stat1/3 or the miR-200c/miR141 cluster. Furthermore, it has been shown that MUC1 is regulated by epigenetics: by methylation of the promoter, histone acetylation and by miRNAs in breast and ovarian cancer.Our aim was to study the inhibition of MUC1 by miRNAs deregulated in pancreatic cancer, to propose a new innovative therapeutic strategy to slow down progression of this cancer.We selected miRNAs targeting the mucin MUC1, in its 3\\\'UTR, its 5\\\'UTR or its coding region by using databases such as Miranda, miRWalk and TargetScan. To refine this selection, we then selected only those being deregulated in pancreatic cancer by studying their expression in human pancreatic cancer cell lines, tissues from patients with pancreatic adenocarcinoma and transgenic mouse model of early pancreatic carcinogenesis.We initially demonstrated that among the selected miRNAs, overexpression of miR-29a, miR-183, miR-200a, miR-330-5p, miR-and miR-939 876-3p led to a decrease of MUC1 protein expression. By establishing the miRNA expression profile in the three models of pancreatic cancer that we had, we were able to demonstrate an overall deregulation of miR-29a and miR-330-5p in human pancreatic cancer cell lines and in patients with a pancreatic adenocarcinoma, and a more specifically deregulation for the other miRNAs.We were then able to show that among the selected miRNAs, only miRNAs miR-29a and miR-330-5p had the ability to interact with MUC1 mRNA on its 3\\\'UTR. We therefore undertook to study the role of miR-29a and miR-330-5p in pancreatic cancer. For this, we used a transient strategy to overexpress or inhibit miRNAs and stable cell lines overexpressing the miRNA as well as a deficient cell line for MUC1. We were able to show that overexpression of miR-29a and miR-330-5p slowed down cell proliferation, migration, cell invasion, tumor growth and increased chemosensitivity of pancreatic cancer cells to gemcitabine.In conclusion, all these data allowed us to identify a set of deregulated miRNAs in pancreatic cancer which have the ability to decrease the mucin MUC1 protein expression level. We also showed that miR-29a and miR-330-5p were the only ones that can regulate the expression of MUC1 directly and act as tumor suppressors by altering the biological properties of pancreatic cancer cells in vitro and in vivo. These data allow us to propose these two miRNAs as a new potential therapeutic approach for the treatment of this cancer.

Le facteur nutritionnel affecte de façon significative la sécrétion et la composition des constituants du lait qui conditionnent sa qualité nutritionnelle. Dans la glande mammaire, ces processus font intervenir de nombreux gènes dont l’expression est modulée par l’alimentation, cependant les mécanismes de régulation sous-jacents ne sont pas connus. Les microARNs (miARN) sont des petits ARN non codants qui se lient sur leurs ARNm cibles pour en réguler l’expression. Ils ouvrent donc des pistes d’investigation pour la compréhension de ces mécanismes. La première partie de mon travail de thèse a consisté à obtenir une meilleure connaissance des miARN exprimés dans la glande mammaire, notamment en dressant les miRNomes de référence par séquençage haut débit chez la souris, la vache et la chèvre. Ensuite, pour la première fois, l’impact de la nutrition sur l’expression des miARN mammaires a été étudié. Deux modèles ruminants, un modèle dit « extrême » et un modèle de supplémentation lipidique proche des conditions d’élevage, ont permis d’identifier 30 et 2 miARN, respectivement, dont l’expression est nutrirégulée. L’analyse in silico des cibles des miARN nutrirégulés a révélé un rôle potentiel de ceux-ci dans le métabolisme des lipides. Certaines des cibles sont effectivement différentiellement exprimées dans ces modèles, parmi celles-ci certains gènes sont essentiels pour la lactation tels que ESR1. Enfin, une étude pilote de la fonction de trois miARN nutrigulés a été initiée in vitro dans des cellules épithéliales mammaires bovines. Ces travaux permettent donc d’apporter des premiers éléments pour la compréhension de la régulation de l’expression des gènes en réponse à la nutrition et de l’impact des miARN sur la lactation. / Nutrition significantly affects the secretion and the composition of milk which determine its nutritional quality. In the mammary gland, regulation of these processes involves numerous genes which expression can be affected by nutrition. However, their regulations remain unclear. MicroRNAs (miRNA) are small non coding RNA which can bind mRNAs and regulate their expression of target genes. Consequently, they offer opportunities to understand the regulation of gene expression in response to nutrition. The first step of my PhD aimed to obtain a better knowledge of miRNA expressed in the mammary gland. Mammary miRNome were established from the lactating mouse, cow and goat using high-throughput sequencing. Later, the effect of nutrition on the expression of miRNA in the mammary gland was analyzed for the first time. Two models in ruminants, a food deprivation (“extreme” model) and a lipid supplementation (model similar to breeding conditions) highlighted 30 and 2 nutriregulated miRNA, respectively. The analysis of nutriregulated miRNA’s predicted targets, in silico, revealed their potential role in lipid metabolism. Some of those target genes have been previously identified as differently expressed in the same conditions and could thus be involved in the regulation of the expression of genes essential for the mammary gland function, such as ESR1. Finally, three nutriregulated miRNA were selected and used in a preliminary study of their functions in vitro in bovine mammary epithelial cells. These works bring first evidences in understanding the nutritional regulation of gene expression in the mammary gland as well as the role of miRNA in lactation.