Ce travail de thèse comporte trois projets visant à approfondir la caractérisation moléculaire des adénocarcinomes du rein à cellules claires (ccRCC) et à en améliorer le diagnostic.Le premier projet traite de l’identification de mutations oncogéniques présentes dans les éléments régulateurs actifs du génome des ccRCC. L’utilisation de données de séquençage pangénomique de patients atteints de ccRCC et de données épigénétiques (ChIP-seq et ATAC-seq) de lignées cellulaires de cancer du rein a permis l’identification d’îlots de mutations situés dans ces éléments régulateurs. De plus, l’utilisation de données de RNA-seq a permis d’identifier plusieurs îlots de mutation associés à un changement d’expression génique, dont un situé dans le premier intron du gène WWC1. Ce gène appartient à la voie Hippo, connue pour être impliquée dans l’oncogenèse. Ce travail constitue la première étude à permettre l’identification de mutations non-codantes localisées sur des éléments régulateurs actifs définis dans un type cellulaire pertinent.Le deuxième volet de ce travail consiste en une étude des altérations moléculaires de la voie FGF/FGFR qui est actuellement la cible d’essais cliniques dans le ccRCC. Il a permis de suggérer une implication de l’activation de la voie FGF/FGFR dans l’oncogenèse du ccRCC et dans le pronostic vital des patients, notamment par l’action de régulateurs négatifs de cette voie tel que SEF.Enfin, la troisième partie concerne la mise au point d’un test de diagnostic non-invasif du ccRCC à partir de l’ADN circulant. Il a abouti à l’identification de biomarqueurs hyperméthylés et au développement de tests sensibles basés sur des qPCR spécifiques de la méthylation. / This thesis is composed of three projects looking to improve molecular characterization and diagnosis of clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). The first project concern the identification of oncogenic mutations located on active regulatory elements of ccRCC. The use of whole-genome sequencing data of an hundred patients affected by ccRCC and epigenetic data (ChIP-seq and ATAC-seq) from renal cancer cell lines enabled the identification of mutation islands located in these active regulatory elements. Moreover, the use of RNA-seq data highlighted the association between some mutation islands and gene expression changes. One mutation island has been identified on a regulatory element located in the first intron of KIBRA. This gene is a member of the Hippo pathway known to be involved in ccRCC tumorigenesis. This pioneer work in integrating approach of genetic and epigenetic data consists in the first study that describes non-coding mutations located on active regulatory elements identified on a cell type relevant to the study. The second project consists of a study of the molecular alterations of the FGF/FGFR pathway, that is currently the target of clinical assays in ccRCC. It suggests an involvement of the FGF/FGFR pathway activation in ccRCC tumorigenesis and in patient prognosis, partly through the expression alterations of negative regulators of this pathway such as SEF.Finally, the set-up of a ccRCC non-invasive diagnostic test from circulating DNA has been initiated. Hypermethylated biomarkers have been identified and sensible tests based on methylation-specific qPCR  have been set up in the third project.

Chez l'humain, il y a présence de quatre petits ARN Y; soit les ARN hYl, hY3, hY4 et hY5. La longueur de ces ARN varie entre 84 (hY5) à 112 (hY1) nucléotides. Ces ARN forment une longue structure tige boucle pouvant être liée par une protéine nommée Ro60. Les ribonucléoprotéines Ro (Ro RNP) résultent de la liaison de Ro60 ainsi que celle de la protéine La aux ARN hY. Ces Ro RNP sont la cible d'auto-anticorps chez des patients atteints de pathologies du tissu conjonctif, comme le lupus érythémateux systémique. Les connaissances sur le rôle de ces petits ARN non-codants sont limitées. Cela rend leur étude d'autant plus importante. Par contre, quelques évidences suggèrent leur implication dans la réplication chromosomale. Récemment, environ mille pseudogènes Y ont été découverts dans le génome humain; leur présence suggère un mécanisme de rétrotransposition. L'étude des séquences adjacentes aux pseudogènes a permis d'identifier une signature de la machinerie des Long Interspersed Nuclear Elements 1 (LINE-1), suggérant un nouvel élément mobile similaire à Alu. De plus, la majorité des pseudogènes Y présentaient des mutations précises aux sites de liaison de plusieurs protéines, dont Ro60. Cela nous a amenés à explorer les différents aspects du mécanisme de rétroposition présumé des ARN hY. Pour ce faire, nous avons adapté un essai de rétrotransposition Ll dans les cellules HeLa. Notre principale hypothèse était de vérifier si l'absence de protéines liées à l'ARN Y pouvait influencer la rétrotransposition de l'ARN en question. La méthode de détection par dénombrement de colonies s'est avérée peu profitable puisqu'elle manquait de sensibilité. Les niveaux très faibles et le taux élevé de variation entre les différents essais ne permettaient pas d'émettre des conclusions claires et précises. Par la suite, nous avons développé une seconde méthode de détection basée sur la PCR quantitative en temps réel. Il s'agit d'une nouvelle application pour l'étude des événements de rétrotransposition. Celle-ci nous a permis de démentir notre hypothèse : la perte de liaison de certaines protéines ne favoriserait pas la prise en charge de l'ARN hY par la machinerie Ll .

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Staphylococcus aureus un pathogène opportuniste de l’homme responsable de nombreuses maladies. Son pouvoir pathogène est dû à l’expression de nombreux facteurs de virulence, aussi qu’à sa capacité de s’adapter à son environnement. En pénétrant dans nos tissus S. aureus doit, pour survivre, faire face aux changements environnementaux et à la disponibilité des nutriments. L’expression des gènes impliqués dans ces réponses adaptatives, est soumise à une régulation fine, apportée par les systèmes à deux composants, les facteurs de transcription et les sARN (small ARN). Dans cette étude, j’ai identifié les fonctions d’un sARN, appelé RsaI, qui est réprimé en présence de glucose extérieur. RsaI, réprime la traduction, de plusieurs ARNm impliqués dans le métabolisme carboné et également de IcaR, impliqué dans la synthèse de biofilms. RsaI participe à l’inhibition de plusieurs enzymes de la voie de synthèse des pentoses phosphates et interagit également avec d’autre sARN. Cet ARN multifonctionnel est un véritable senseur du taux de glucose extérieur engendrant ainsi un switch métabolique, nécessaire à la réponse adaptative de S. aureus en conditions infectieuses. / Staphylococcus aureus is a human opportunist pathogenic bacterium capable to colonize different host tissues and organs and therefore generates multiple infectious conditions. Its pathogenic power is due to the expression of multiple virulence factors, and by it’s ability to adapt to the environment. Once entered in human tissues, S. aureus must face environmental changes, as the availability of nutriments to survive. Gene expressions implicated in these adaptive responses are submitted to a fine regulation, carried by two component systems, transcriptional factors, and sRNA (small RNA). In this study, I have identified the functions of a sRNA, called RsaI, which is repressed when the external concentration of glucose is at high levels. RsaI represses the translation of multiple mRNA implicated in the carbon metabolism, including a major glucose transporter, and IcaR, implicated in the biofilms synthesis. Furthermore, RsaI interacts with other sRNA. This multifunctional RNA is a real sensor of the external glucose levels, generating a metabolic switch that is necessary to ensure S. aureus adaptive response in infectious conditions.

Sous conditions de stress métabolique ou environnemental, l’activation instantanée de voies moléculaires puissantes permet aux cellules de prévenir la formation et l’accumulation d’agrégats protéiques toxiques. HSF1 (Heat Shock Factor 1) est le facteur de transcription majeur capable d’orchestrer cette réponse cellulaire au stress et cela via l’activation de protéines au rôle protecteur nommées chaperonnes. Cependant, il est aujourd’hui évident que les fonctions initialement attribuées au facteur HSF1 s’étendent bien au-delà de l’activation de la transcription de chaperonnes. En effet, il a été démontré que HSF1 joue un rôle essentiel dans l’activation et le remodelage de régions répétées appartenant à l’hétérochromatine péricentromérique sous stress thermique et plus récemment qu’HSF1 contribuerait significativement au processus de tumorigenèse dans différents types de cancers. Dans cette étude, nous avons identifié pour la première fois les régions subtélomériques comme étant une nouvelle cible génomique d’HSF1 sous conditions de stress thermique. Nous avons démontré, que la liaison directe et spécifique d’HSF1 avec plusieurs de ces régions sous stress thermique est à l’origine d’une surexpression de longs ARNs non codants issus des télomères, aussi connus sous le nom de TERRA. De façon intéressante nous avons trouvé que cette transcription était corrélée à un enrichissement de la marque épigénétique répressive H3K9me3 au niveau télomérique. De plus, nos données ont permis de démontrer que l’intégrité de la chromatine télomérique était significativement atteinte sous conditions de stress thermique. Nous observons à la fois, une dissociation partielle de la protéine TRF2 (Telomeric repeat-binding factor 2) et une accumulation de dommages à l’ADN détectés grâce au marqueur moléculaire H2AX-P, au niveau des télomères. Finalement, nos résultats ont également permis de souligner un rôle d’HSF1 dans le maintien de cette intégrité télomérique. L’ensemble de ce travail établit un premier lien entre la voie cellulaire puissante de réponse au stress, son acteur majeur HSF1 et les régions de l’hétérochromatine télomérique, dans des lignées de cellules humaines cancéreuses. Ces données fournissent des indications précieuses sur une voie de maintien de télomères sous stress et nous permettant de proposer un modèle dans lequel cette nouvelle fonction d’HSF1 aux télomères pourrait être étroitement liée à l’expression des ARNs non codants télomériques. Sur la base de nos données ainsi que sur les multiples publications démontrant l’implication d’HSF1 dans la tumorigenèse, la définition exacte du rôle d’HSF1 au niveau de l’intégrité des télomères dans un contexte pathologique comme le cancer apparait aujourd’hui comme un défi prometteur. / In response to metabolic or environmental stress, cells rapidly activate powerful defense mechanisms to prevent the formation and accumulation of toxic protein aggregates. The main orchestrator of this cellular response is HSF1 (Heat Shock Factor 1), a transcription factor involved in the up-regulation of protein-coding genes with protective roles. However, it is now becoming clear, that HSF1 function extends beyond what was previously predicted and that HSF1 can contribute to pericentromeric heterochromatin remodeling and activation as well as to efficiently support malignancy. In this study, we identify subtelomeric DNA as a new genomic target of HSF1 upon heat shock (HS). We show that HSF1 binding to subtelomeric regions plays an essential role in the upregulation of TERRA lncRNAs transcription and in the accumulation of repressive H3K9me3 histone mark at telomeres upon HS. Additionally, we demonstrate that HS significantly affects telomere capping and telomere integrity. We bring evidence of a partial TRF2 telomeric-binding factor dissociation and we reveal an accumulation of DNA damage at telomeres using the DNA damage marker H2A.X-P. In line with this, we bring solid evidences that under heat shock, HSF1 contributes to preserve telomere integrity by significantly limiting telomeric DNA damage accumulation. Altogether, our findings therefore reveal a new direct and essential function of HSF1 in transcription activation of TERRA and in telomere protection upon stress in human cancer cell lines. This work provides new insights into how telomeres are preserved under stressful heat shock conditions and allow us to propose a model where HSF1 may exert its protective function at telomeres via the expression of TERRA ncRNAs. Based on our results and given the important role of HSF1 in tumor development, defining the role of HSF1 with regard to telomere stability in tumor development already emerges as a promising challenge.

L’autisme est un syndrome neuro-développemental hétérogène à l’étiologie génétique complexe. Afin d’identifier les dérèglements initiaux responsables de ce mal-développement cérébral, des travaux antérieurs au sein de notre équipe se sont basés sur des cellules représentatives des stades précoces de l’ontogenèse : les cellules souches olfactives. Le gène MOCOS, codant pour la sulfurase du cofacteur à molybdène, a été trouvée sous-exprimé chez la majorité des patients autistes comparés à des sujets contrôles de même âge et du même sexe.Nous avons ensuite postulé que la dissection minutieuse des mécanismes moléculaires pouvant rendre compte de cette dérégulation aiderait à trouver des mécanismes sous-jacents contribuant aux troubles du spectre autistique (TSA). Ceci a conduit à l'identification de COSMOC, un long ARN non codant généré à partir d'une transcription divergente dans la région promotrice de MOCOS, dont l'expression est diminuée chez 10 des 11 patients autistes de notre cohorte. A l’aide de diverses techniques de biologie moléculaire, nous avons montré que la déplétion de COSMOC induit : (1) une sous-expression de MOCOS, (2) une déstabilisation de l'organisation de la chromatine, ce qui suggère une fonction de régulateur transcriptionnel, et (3) une altération du métabolisme des lipides et de l’homéostasie redox de la cellule, deux voies dérégulés dans les TSA. Par ailleurs, COSMOC régule de l’expression de la PTBP2 (polypirimidine track biding protein 2), un facteur d’épissage contrôlant l’expression de nombreuses protéines synaptiques. En conclusion, la dérégulation de COSMOC pourrait expliquer certains des dysfonctionnements observés dans les TSA. / Autism is a heterogeneous neuro-developmental syndrome with a complex genetic etiology. In order to unveil the initial disturbances responsible for this brain maldevelopment, previous works in our team relied on cells representative of the early stages of ontogenesis: olfactory stem cells. The MOCOS gene, coding for molybdenum cofactor sulfurase, was found under-expressed in most of autistic patients of our cohort when compared with age- and gender-matched control adults without any neuropsychiatric disorders. We postulated that the meticulous dissection of the molecular mechanisms involved this deregulation would help to unveil pathogenic mechanisms underlying autism spectrum disorders (ASD). This led to the identification of COSMOC, a long non-coding RNA, generated from a divergent transcription in the promoter region of MOCOS, whose expression is decreased in 10 out of 11 autistic patients in our cohort. Using various molecular biological techniques (interference RNA, DNA microarray, qPCR...), we showed that COSMOC depletion induces: (1) an under-expression of MOCOS, (2) a destabilization of chromatin organization, suggesting a transcriptional regulatory function, and (3) an alteration of cellular lipid metabolism and redox homeostasis, two deregulated pathways in ASD. In addition, COSMOC regulates the expression of PTBP2 (polypirimidine track biding protein 2), a splicing factor that controls the expression of many synaptic proteins, including PSD95. In conclusion, the deregulation of COSMOC may explain some of the dysfunctions observed in ASDs.

Résumé non disponible

Le gène est défini comme une unité fonctionnelle de l'hérédité. En effet, les gènes, transcrits en ARN, codent pour des protéines qui assurent l'essentiel des fonctions cellulaires. Cependant, les gènes ne représentent que 2% du génome humain. Ainsi, notre génome est presque exclusivement composé d'ADN non codant (ADNnc) qui, en raison d'une absence apparente de fonction (c'est-à-dire de transcription et de traduction), est également connu sous le terme peu élogieux d' « ADN poubelle ». De manière surprenante, la quantité d'ADNnc présente dans les cellules est proportionnelle au degré de complexité des organismes, suggérant ainsi que cet ADNnc pourrait avoir une fonction. En particulier, les centromères et des péricentromères, qui contiennent des séquences d'ADNnc de type satellite, permettent la ségrégation correcte de chromatides sœurs lors de la mitose. De plus des études récentes réalisées chez la levure S.pombe montrent que les régions péricentromériques peuvent être transcrites. Les ARNnc ainsi produits participent à l'établissement et au maintien de l'hétérochromatine péricentromérique. Bien que les mécanismes impliqués dans ces processus soient en grande partie identifiés, très peu de choses sont connues quant à la capacité transcriptionnelle de ces séquences satellites chez d'autres espèces.<br /><br />Ainsi, l'objectif de ma thèse a été d'évaluer le potentiel transcriptionnel des séquences satellites du génome humain.<br /><br />A mon arrivée dans le laboratoire, l'équipe du Pr Claire Vourc'h était particulièrement engagée dans ce projet puisqu'elle venait de mettre en évidence la transcription des séquences satellites 3 du locus 9q12 au cours de la réponse au stress. Mon travail de thèse m'a conduit à approfondir cette étude en identifiant de nouvelles séquences satellites dont la transcription est induite par le stress thermique. Par ailleurs, j'ai développé la première approche trancriptomique dédiée à l'expression des séquences satellites du génome humain : la RepChip. Le modèle de la réponse au stress m'a permis de valider cet outil. Ainsi, j'ai pu identifier non seulement de nouveaux contextes cellulaires permettant l'expression de ces séquences mais également deux mécanismes indépendants impliqués dans leur transcription. En particulier, un lien entre la capacité transcriptionnelle de ces séquences et des modifications de l'épigénome a pu être établi. Finalement, j'ai identifié un modèle d'inhibition de la transcription des séquences satellites au cours du choc thermique, le syndrome ICF (Immunodeficiency, Centromeric instability and Facial anomalies).