La mucoviscidose est la maladie autosomique récessive grave la plus fréquente dans la population d'origine caucasienne. Elle est due a des anomalies du gène CFTR, dont les multiples mutations décrites rendent compte en partie de la grande variabilité phénotypique. A l'heure du développement de thérapies ciblées selon les mutations portées par les patients, mieux comprendre les mécanismes sous-jacents des relations génotype-phénotype semble de première importance. La première partie de ce travail est focalisée sur la relation génotype-phénotype. Par une étude rétrospective de 694 demandes de diagnostic prénatal de la mucoviscidose sur signes d'appel échographique, nous définissons les profils d'anomalies digestives les plus discriminants, et proposons en conséquence une révision de la stratégie d'analyse moléculaire du gène CFTR. La deuxième partie concerne la mise en place d'outils nécessaires à l'exploration fonctionnelle du promoteur CFTR. En effet, dans les formes atypiques de la maladie, la fonction résiduelle de CFTR peut expliquer le phénotype. Des anomalies de régulation de la transcription peuvent parfois être à l'origine de telles formes modérées. La mise en place des outils d'analyse des variants du promoteur permettra de mieux interpréter leur pathogénicité et d'ouvrir de nouvelles pistes pour la compréhension de la régulation de ce gène. La troisième partie s'intéresse a l'inflammation pulmonaire anormalement régulée qui est une caractéristique phénotypique et le premier facteur de morbidité et de mortalité de la mucoviscidose. La protéine COMMD1 est une protéine pleiotrope participant a de nombreux processus cellulaires, principalement par un mécanisme de stabilisation d'interactions protéiques. Elle est impliquée dans les trois voies thérapeutiques : modulation de CFTR, restauration du liquide de surface des voies aériennes et inhibition de l'inflammation. Notre étude a permis d'observer l'activité anti-inflammatoire de COMMD1 dans le contexte d'inflammation exacerbée décrite chez les patients atteints de mucoviscidose. La réduction de cette réaction exacerbée fait partie des enjeux thérapeutiques actuels et nous montrons ici que la protéine COMMD1 est un bon candidat comme modérateur de l'inflammation mediee par NF-kB dans cette pathologie.

Le premier objectif a été de sélectionner des promoteurs de gènes cellulaires actifs spécifiquement dans les HCC à l'aide d'une recherche bibliographique puis en utilisant la base de donnée UniGene. Leur activité a été vérifiée par RT-qPCR et CHIP dans des lignées modèles HCC et dans des hépatocytes. Ces promoteurs ont été clonés en amont de la luciférase dans la région intergénique 20 du génome HSV-1 afin d'étudier leur force d'activité, 2 types de cinétiques et leur activité différentielle en fonction du type cellulaire et dans le contexte d'une infection virale. Le deuxième objectif a été de construire des virus oncolytiques ciblés pour l'expression de la protéine Us3, une protéine virale impliquée dans le contrôle de la réponse apoptotique induite par HSV-1. L'expression de la protéine Us3 est placée sous contrôle d'un promoteur cellulaire spécifique d'HCC. L'hypothèse est qu'en l'absence d'activité du promoteur cellulaire dans les cellules non HCC, la protéine Us3 ne sera pas synthétisée et, par conséquent, l'apoptose qui ne sera pas réprimée, inhibera le cycle de réplication et par conséquent, la production virale dans les cellules saines. Dans les cellules HCC, le promoteur actif permettra la réplication virale aboutissant à la destruction de lamasse tumorale. Un virus HSV-1 Us3- a été construit en utilisant la technique de recombinaison en plasmide BAC (Bacterial artificial chromosome), puis 2 virus oncolytiques en réintroduisant le gène Us3 sous contrôle du promoteur ANGPTL3 ou du promoteur HRE (hypoxia responsive element). Leur comportement oncolytique a été étudié en réalisant des courbes de croissance sur lignées cellulaires d'HCC et cellules hepatocyte-like.

La compréhension de la régulation de l’AMH et de son récepteur spécifique, l’AMHR2, par les BMPs a amené un éclairage nouveau sur leur rôle dans le développement folliculaire et la régulation du taux d’ovulation. Nos résultats se basent sur l’étude de 4 modèles ovins porteurs de mutations Fec, mutations qui affectent des membres de la famille des BMPs, à savoir leur ligand BMP15 ou leur récepteur. Ces mutations se traduisent phénotypiquement par une baisse de l’expression de l’AMH ou de son récepteur dans les cellules folliculaires, et des ovulations multiples chez les brebis porteuses. D’un point de vue mécanistique, nos résultats ont mis en évidence une régulation de l’AMH et de l’AMHR2 par les BMPs in vivo et in vitro, passant par le récepteur BMPR1B, et s’exerçant sur l’activité transcriptionnelle du promoteur de l’AMH via SMAD1 et SF1. Cette régulation a également été en partie mise en évidence dans l’espèce porcine avec une observation supplémentaire dans ce modèle : un taux d’ovulation naturellement très élevé est associé à une faible production ovarienne d’AMH. Ces observations mettent en exergue le rôle possible de l’AMH dans la régulation du taux d’ovulation. / The understanding of the regulation of AMH and its specific receptor, AMHR2, by the BMPs, brought a new highlight on their role in the regulation of follicular development and the control of ovulation rate. Our results are based on the study of 4 sheep models carrying Fec mutations which affect different members of the BMPs family, namely their ligand BMP15 or their receptor, Mutations result phenotypically in a low expression of AMH or AMHR2 in the granulosa cells of ovarian follicles, and multiple ovulations in carrier ewes.. From a mechanistic point of view, the results demonstrated the in vivo and in vitro regulation of AMH and AMHR2 by BMPs, acting through the BMPR1B receptor and enhancing the transcriptional activity of the AMH promoter via SMAD1 and SF1. This regulation has also been partially demonstrated in swine with an additional observation in this model: a naturally high ovulation rate is associated with a low ovarian production of AMH. In conclusion, these observations show a possible role of the AMH in the regulation of ovulation rate.

Notre laboratoire a développé un prototype de vaccin unique contre le VIH-1 / SIDA. C'est un un lentivecteur ADN non-intégratif qui a été testé dans une étude pilote utilisant des modèles animaux. L'étude a montré la protection de tous les macaques (6/6) vaccinés et la réponse était composée de cellules effectrices (EM) et des cellules T mémoire centrale (CM). Plus important encore, elle contenait également des cellules antigène spécifique à haute capacité de prolifération contenant des cellules T mémoire de type cellule souche (TSCM). Durant le travail de cette thèse, le génome vaccinal a été encore amélioré en commutant son enveloppe dotée de tropisme CXCR4 contre des enveloppes à tropisme CCR5 de virus de clade B (WARO) obtenu à partir d'un patient infecté de façon chronique et de trois souches de VIH-1 de Clade C transmetteur foundateur (T/F) de patients Zambiens. Une deuxième amélioration du vaccin a été réalisée en modifiant le génome afin qu’il puisse incorporer des adjuvants moléculaires capables d'améliorer d’avantage son immunogénicité.Etant donné que le lentivirus humain VIH-1 a développé plusieurs stratégies complexes pour persister, l’autre partie de la thèse a été consacrée à développer un outil pour comprendre la latence dans les cellules T CD4 + de la mémoire infectée. Les cellules latentes ont des génomes d'ADN viral intégrés non exprimés. Un des principaux mécanismes de cette latence est l'absence de transactivation du promoteur LTR par Tat. Les développements récents de la thérapie antivirale hautement active (HAART) efficace pour contrôler les cellules infectées circulantes et dans les tissus reste inefficaces contre les cellules du réservoir composé de cellules infectées latentes. Un des obstacles pour ce type d'études est l'absence de prototypes de lentivirus de primates appropriés incapables de d’effectuer la latence pour s’en servir comme modèle d'infection extrême dans l'évaluation. Nous avons émis l'hypothèse qu'un génome SHIV réplicatifdont l’expression est sous le contrôle de LTR du CAEV, Tat-indépendant doté de promoteur constitutif constituera un outil précieux pour de telles études. Nous avons conçu des LTRs chimères de CAEV portant les séquences d'attachement de celles du SIV à leurs extrémités et nous les ont utilisés pour contrôler l’expression du génome complet de SHIV-KU2. La construction résultante est SHIV-YCC qui devrait générer un virus qui ne n’effectue pas de latence en absence de Tat. Nous avons observé que les cellules transfectées avec le génome SHIV-YCC produisent des protéines SHIV qui s’assemblent en particules infectieuses excrétées des cellules. Les virions sont capables d'infecter les lymphocytes T CD4 + cibles tant dans les PBMC primaires que dans les lignées cellulaires. Le passage en série du virus dans les PBMC de macaques augmente la réplication et l'infectiosité du virus. SHIV-YCC est le premier lentivirus chimérique réplicatif de primates qui exprime de manière constitutive toutes les protéines virales. Ce nouveau modèle offre la possibilité d'étudier les événements précoces par lesquels le provirus subit une latence, en particulier lorsque le gène de l'enveloppe sera remplacé par celui du T / F CCR5 tropique VIH-1. / Our lab has previously described the generation of a unique vaccine prototype against HIV-1/AIDS. It is a non-integrative DNA lentivector vaccine tested in pilot studies in animal models of HIV vaccine. The non-human primate study showed protection of all 6/6 macaques and immune response correlates were composed of a variety of effector (EM) and central memory (CM) T cells. More importantly, they also contained high proliferating antigen specific cells containing a type of stem cell-like memory T cells (TSCM). In this thesis the vaccine was enhanced further by switching the CXCR4 envelope of the vaccine to CCR5 tropic envelopes such as the clade B WARO obtained from a chronically infected patient and a series of three transmitted/founder (T/F) HIV Clade C strains from Zambia. To improve further the vaccine we developed new strategies to incorporate molecular adjuvants able to enhance and sustain the newly elicited immune responses.Since the human lentivirus HIV-1 has developed multiple complex strategies to persist, the focus of the next part of my thesis was to develop a tool to ease and better understand the underlying mechanisms of latency in infected memory CD4+ T cells. Latently-infected cells have non-expressed integrated viral DNA genomes. One of the main mechanisms of this latency is absence of Tat transactivation of the LTR promoter. The recent focus post development of efficient highly active antiviral therapy (HAART), is the cure of the reservoir of latently infected cells. One of the obstacles for this type of studies is the lack of proper primate lentivirus prototypes incapable of undergoing latency as extreme infection model in the evaluation. We hypothesized that a replication-competent SHIV genome driven by the Tat-independent constitutive-expression LTRs of CAEV will be a valuable tool for such studies. We designed chimeric CAEV LTRs bearing the attachment sequences of SIV at their extremities and used them to drive the complete genome of SHIV-KU2. The resulting construct is SHIV-YCC which is expected to generate virus that will not undergo latency due to absence of Tat. We found that cells transfected with SHIV-YCC genome produce SHIV proteins that are assembled into infectious particles released out of the cells. Virions are able to infect target CD4+ T cells both in primary PBMCs and cell lines. Passaged virus in macaques PBMCs increased virus replication and infectivity. SHIV-YCC is the first chimeric primate replication-competent lentivirus that constitutively expresses all viral proteins. This new model offers the possibility of studying the early events by which provirus undergoes latency particularly when the envelop gene will be replaced with that of the T/F CCR5 tropic HIV-1.

Le Gallid herpesvirus 2 est un virus oncogène responsable des lymphomes T chez les poulets. L´infection par ce virus est divisée en une phase lytique dépendante de l´expression des gènes très précoces ICP4 et ICP27 et une phase latente, caractérisée par l´expression de l’ARN long non codant LAT. Nous avons montré que le gène LAT exprime de transcrits épissés alternativement, plaçant le cluster de microARN mdv1-miR-M8-M10 dans leur premier intron. Un microARN de ce cluster régule l’expression d’ICP4 et ICP27. L’étude du promoteur d’ICP27 a permis d’identifier plusieurs éléments de réponse (ER) importants, dont une boîte GC et des ER AP1 et CRE, et montré que le promoteur n’est pas transactivé par la protéine virale VP16. Nous avons identifié un transcrit épissé d’ICP27, piloté par le promoteur gK et encodant une isoforme tronquée d’ICP27. Les deux isoformes d’ICP27 colocalise avec les protéines SR du splicéosome dans le noyau, mais sont associées à des localisations différentes. / Gallid herpesvirus2 (GaHV-2) is an oncogenic herpesvirus responsible of T-cell lymphoma in chicken. GaHV-2 infections are divided into a lytic phase, depending on the expression of immediate earky genes like ICP4 and ICP27, and a latent phase characterized by the expression of the long non-coding RNA LAT. In this study, we have shown that the LAT is expressed as several highly spliced transcripts, all placing the microRNA clyster mdv1-miR-M8-M10 in their first intron. One of those microRNAs regulated the expression of ICP4 and ICP27. Studies on the ICP27 promoter allowed us to identify several important response elements (REs), including a GC box and AP1 and CRE REs, and to show that the viral protein VP16 does not transactivate the promoter. We identified a spliced transcript driven by the gK promoter that encodes a truncated ICP27 isoforms. Both isoforms of ICP27 are colocalized with spliceosomal SR proteins in the nucleus, but show a slightly different localization.

L’expression génique présente un caractère stochastique qui génère une variabilité phénotypique entre cellules individuelles, ce qui pourrait augmenter et favoriser l’adaptation des microorganismes dans des environnements sélectifs. Des modifications génétiques de promoteurs augmentant la variabilité d’expression pourraient avoir été sélectionnées dans des souches industrielles de Saccharomyces cerevisiae grâce à l’avantage qu’elles confèrent dans des conditions stressantes. Nous avons utilisé une approche génomique pour identifier des promoteurs conférant une forte variabilité d’expression dans la souche de vin industrielle EC1118. De nombreux promoteurs identifiés sont liés à des facteurs environnementaux. Certains d'entre eux contiennent des variations génétiques par rapport à leur homologue dans la souche de laboratoire S288c. Ces variations pourraient être responsables d’une augmentation de variabilité d’expression. Chacun des deux variantes de huit promoteurs a été fusionné avec yEGFP et intégré dans le génome des deux souches au même locus. Certains variantes industriels augmentent l’expression moyenne tout en présentant, comme attendu, moins de variabilité, mais d'autres augmentent ou diminuent l’expression sans modifier la variabilité, de telle sorte qu’ils pourraient présenter un niveau de variabilité différent à moyenne égale. Dans différentes conditions d’induction du promoteur CUP1 donnant des niveaux d’expression similaire pour les deux variantes, nous avons en effet observé que le variant industriel produit la variabilité la plus élevé, mais seulement dans la souche industrielle. Ceci démontre l’existence d’un phénomène d’épistasie dans la génération de la variabilité d’expression. Nous avons aussi observé que cette différence de variabilité est suffisante pour conférer un avantage dans un environnement sélectif. Par conséquent, la modulation de la variabilité d'expression génique par une combinaison de modifications de promoteur et d’influences en trans est un mécanisme d'adaptation possible dans la levure. Ce travail a été prolongé par l’étude de nombreux promoteurs produisant des profils d’expression bimodaux identifiés lors de l’approche génomique initiale, afin de mieux comprendre l’origine et le contrôle de ce type d’expression. Enfin, un travail concernant le lien potentiel entre variabilité d’expression et variabilité génétique a été engagé par l’utilisation d’un substrat de recombinaison homologue et de paires de promoteurs permettant d’exprimer des gènes impactant la recombinaison à un niveau moyen similaire mais des niveaux de variabilité différents. / The increase in phenotypic variability through gene expression noise is proposed to be an evolutionary strategy in selective environments. Differences in promoter-mediated noise between Saccharomyces cerevisiae strains could have been selected for thanks to the benefit conferred by gene expression heterogeneity in the stressful conditions, for instance, those experienced by industrial strains. In the first part of this thesis, we used a genome-wide approach to identify promoters conferring high noise levels in the industrial wine strain EC1118. Many promoters of genes related to environmental factors were identified, some of them containing genetic variations compared to their counterpart in the laboratory strain S288c. Each variant of eight promoters has been fused to yEGFP and integrated in the genome of both strains. Some industrial variants conferred higher expression associated, as expected, to lower noise, but other variants either increased or decreased expression without modifying variability, so that they might exhibit different levels of transcriptional-mediated noise at equal mean. At different induction conditions giving similar expression for both variants of the CUP1 promoter (pCUP1), we indeed observed higher noise with the industrial variant. Nevertheless, this difference was only observed in the industrial strain, revealing epistasis in the generation of promoter-mediated noise. Moreover, the increased expression variability conferred by this natural yeast promoter variant provided a clear benefit in the face of an environmental stress. Thus modulation of gene expression noise by a combination of promoter modifications and trans-influences might be a possible adaptation mechanism in yeast. This work was extended by the study of some promoters conferring bimodal expression profiles identified in the initial genomic approach to better understand the origin and the control of this expression pattern. Finally, works on the potential link between gene expression variability and genetic variability was carried out by the use of homologous recombination materials and a pair of promoters conferring similar mean level but different levels of variability for genes affecting recombination.

L’ARN polymérase (ARNP) est l'enzyme centrale d'expression des gènes. Toutes les formes de vie possèdent de l’ARNP. C’est un complexe protéique formé de plusieurs sous-unités responsables du processus de transcription qui aboutit à la synthèse de l’ARN à partir d’une matrice ADN. Les procaryotes possèdent un seul type d’ARNP responsable de la synthèse de tous les ARNs de la cellule, alors que les eucaryotes possèdent trois types d’ARNPs pour la synthèse des différents types d’ARNs.L’ARNP est la cible d’un grand nombre de protéines et de petites molécules de régulation dont certains antibiotiques utilisés en première ligne pour le traitement de diverses maladies infectieuses. La sous-unité sigma de l’ARN polymérase bactérienne est impliquée dans toutes les étapes de l'initiation de la transcription qui est le point crucial de l'expression des gènes. Les sous-unités sigma activent par exemple les gènes de virulence des bactéries pathogènes et sont impliquées dans la persistance qui est une forme de survie aux traitements antibiotiques.Ce projet a permis de déterminer le rôle de la sous-unité sigma de l'ARN polymérase bactérienne dans la résistance à la lipiarmycine (Fidaxomicin). Nous avons utilisé des approches biochimiques, biophysiques et génétiques pour l’étude de la dynamique des interactions ADN-protéine dans les complexes formés par l’ARN polymérase, l’antibiotique et de l’ADN des promoteurs.Les résultats de cette étude montrent que la sensibilité de l’ARNP dépend fortement de la structure de la région 3.2 de sigma et que les régions 1.2 et 3.2 de la sous-unité sigma sont impliquées dans la formation du complexe d’initiation de la transcription. Les mutations au niveau de ces régions affectent allostériquement l'action de la lipiarmycine en compromettant la formation du complexe ouvert. Ces résultats suggèrent que la conformation et la mobilité de la région 3.2 dépendent fortement de sa séquence. Ces travaux contribueront de manière significative à la compréhension des bases moléculaires de la résistance aux antibiotiques; Les approches méthodologiques développées pendant ce projet pourront être étendues à l'analyse d’autres antibiotiques ciblant l’ARNP bactérienne et à l’analyse des autres facteurs de transcription. / The RNA polymerase (RNAP) is the central enzyme for genes expression. All forms of life own RNAP. It is a multi-protein complex composed of several subunits responsible of the process of the transcription. The prokaryotes have only one type of RNAP responsible of synthesis of all RNAs in the cells, whereas eukaryotes have three types of RNAPs for the synthesis of the various types of RNAs.RNAP is the target of a large number of proteins and small regulatory molecules including antibiotics used the treatment of various infectious diseases. The sigma subunit of the bacterial RNAP is implicated in all steps of transcription initiation which is the crucial point of genes expression.For example some of the sigma subunits activate genes of virulence in pathogenic bacteria and are implied in the persistence which is a form of survival to the antibiotic treatments.This project aimed to explore the role of the sigma subunits of RNAP bacterial polymerase in resistance to the lipiarmycine (Fidaxomicin). We used biochemical approaches, biophysics and genetics for the study of the dynamic of the interactions DNA-protein in the complexes formed by RNA polymerase, the antibiotic and the promoter DNA. The results of our study show that sensitivity of RNAP to the drug strongly depends on the structure of the sigma region 3.2 and that the regions 1.2 and 3.2 of the sigma subunit are implied in the formation of the RNAP-promoter open complex. Mutations in these regions allosterically affected action of lipiarmycin by impairing the formation of the open complex.These results suggest that conformation and mobility of the region 3.2 depend on its sequence. The outcomes of our work could be used for development of new more effective drugs and could help to progress the studies of the fundamental mechanisms of the transcription.

La synthèse des ARN messagers est un processus hautement régulé. Pendant l’initiation de la transcription, un nombre important de protéines est recruté au niveau du promoteur des gènes, comprenant l’ARN polymérase II, les facteurs généraux de transcription comme TFIIH, des co-activateurs et des remodeleurs de la chromatine. L’assemblage du complexe de pré-initiation sur les promoteurs est suivi par leur ouverture. Les modèles acceptés à ce jour suggéraient que la transcription des gènes de classe II nécessite les activités ATPase et hélicase de la sous-unité XPB de TFIIH afin d’ouvrir le promoteur. Or nous avons observé que l’expression des ARNm s’accommode de l’absence de XPB mais nécessite son activité ATPase. Ces observations concordent avec un modèle alternatif dans lequel l’activité ATPase de XPB est utilisée pour transloquer la protéine en amont du site d’initiation et lever un blocage, imposé par la présence de XPB, de l’ouverture du promoteur. De plus, nous avons découvert un nouveau rôle de TFIIH dans le remodelage de la chromatine lors de l’initiation de la transcription. Nous avons mis en évidence un lien étroit entre TFIIH et l’histone acétyltransférase KAT2A, permettant le contrôle de la structure de la chromatine et l’expression des gènes, apportant en outre de nouvelles informations sur le Xeroderma pigmentosum combiné au syndrome de Cockayne, une maladie de la réparation avec une prédisposition au cancer. / The synthesis of messenger RNA is a highly regulated process. During transcription initiation, a large number of proteins are recruited to gene promoter including RNA polymerase II, general transcription factors like TFIIH, co-activators and chromatin remodelers. The assembly of pre-initiation complex on promoters is followed by their opening. Accepted models to date suggested that transcription of class II genes requires TFIIH XPB subunit ATPase and helicase activities to actively open the promoter. However, we have observed that mRNA expression is compatible with the absence of XPB but requires its ATPase activity. These observations are consistent with an alternative model in which the ATPase activity of XPB is used to translocate the protein upstream of the initiation site, alleviating a block, imposed by the presence of XPB, of the promoter opening. Moreover, we found a new role for TFIIH in chromatin remodeling during transcription initiation. We highlighted a tight connection between TFIIH and the histone acetyltransferase KAT2A that controls higher-order chromatin structure and gene expression and provide new insights into transcriptional misregulation in combined Xeroderma Pigmentosum and Cockayne syndrome, a cancer-prone DNA repair-deficient disorder.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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