Pour améliorer la compétitivité de l'industrie porcine, le porc canadien doit être attrayant et présenter un avantage unique qui permettrait à cette industrie de se démarquer des autres produits alimentaires. La carnosine pourrait offrir un tel avantage et ainsi aider l'industrie porcine à obtenir une plus grande part de marché, tout en modifiant les perceptions négatives liées à la consommation de viande. La carnosine fut, en 1900, le premier peptide jamais isolé à partir de matériel biologique. Chez l'homme, certaines propriétés curatives ont été associées à la consommation de carnosine. Ces propriétés peuvent être expliquées, en partie, par la capacité de la carnosine à inhiber la glycation non enzymatique des protéines et leurs agrégations au cours du vieillissement. Mais son potentiel d'améliorer la qualité de la viande de porc est tout aussi intéressant à développer. En effet, la carnosine musculaire agirait comme tampon de pH, ce qui permettrait de ralentir l’acidification dans le muscle squelettique. La carnosine présente également des propriétés antioxydantes, ce qui peut aussi contribuer à améliorer la qualité de la viande. Ce projet de maîtrise fait partie d’un programme de recherche plus large ayant pour objectif d'augmenter la teneur en carnosine musculaire chez le porc en croissance afin de différencier et de donner une valeur ajoutée au porc canadien. Dans cette étude, nous avons supposé qu’un contenu élevé en carnosine musculaire serait associé à de meilleurs paramètres de qualité de la viande chez le porc en croissance et que l'expression des gènes liés au métabolisme de la carnosine serait modulée chez les porcs ayant différents niveaux de carnosine musculaire, de même que dans les muscles de porcs de différentes races. En second lieu, nous avons supposé que des polymorphismes d'un seul nucléotide (SNP), observés sur les gènes liés au métabolisme de la carnosine, pourraient aussi affecter le dépôt de carnosine musculaire chez le porc. Un total de 282 porcs de race pure a été utilisé pour ce projet, incluant 85 Duroc, 92 Landrace et 105 Yorkshire, lesquels provenaient de 16 producteurs différents à travers le Canada. Ces porcs sont entrés à la station de Deschambault (Québec, Canada) entre 10 à 16 jours d’âge, ont tous été élevés dans des conditions similaires et abattus à 120 kg de poids vif. Les carcasses ont été suivies individuellement à l’abattoir pour permettre l’échantillonnage du muscle longissimus thoracis immédiatement après la mort de l’animal et de prendre les mesures de qualité de la viande, 24 h postmortem. Les valeurs de qualité de la viande et de carnosine musculaire étaient disponibles au début de ce projet de maîtrise (projet de recherche antérieur). Dans un premier temps, les niveaux d’expression génique de gènes du métabolisme de la carnosine ont été mesurés par la méthode de PCR en temps réel. Les gènes sélectionnés incluent des enzymes (ABAT, 4-aminobutyrate aminotransferase; CARNS1, carnosine synthase 1; CNDP1, CNDP dipeptidase 1; CNDP2, CNDP dipeptidase 2; HDC, histidine decarboxylase) et des transporteurs (SLC6A6, solute carrier family 6, member 6; SLC15A1, solute carrier family 15, member 1; SLC15A2, solute carrier family 15, member 2; SLC15A3, solute carrier family 15, member 3; SLC15A4, solute carrier family 15, member 4; SLC36A1, solute carrier family 36, member 1) reliés au métabolisme de la carnosine. Les gènes ABAT, CDNP1, HDC, SLC15A1 et SLC15A2 ont été abandonnés puisque leurs transcrits étaient indétectables ou présents à de très faibles quantités. En ce qui concerne les autres gènes, l’analyse des résultats a révélé un effet de race pour l’expression génique de CARNS1, CNDP2 et SLC36A1, les valeurs les plus élevées étant observées chez les porcs de race Duroc, lesquels présentent également des niveaux plus élevés en carnosine musculaire. Pour chaque race, les animaux ont été regroupés en trois catégories selon leur teneur en carnosine musculaire (Bas, Moyen et Élevé). Pour les Duroc, l'abondance en ARNm de la CARNS1 est plus élevée pour le groupe Bas que pour les groupes Moyen et Élevé en carnosine. Ce résultat laisse croire à un possible rétrocontrôle de la carnosine musculaire sur la transcription de la CARNS1, l’enzyme responsable de sa synthèse. Pour les gènes SLC15A3 et SLC15A4, nous observons des niveaux d’ARNm plus élevés chez les animaux à haute teneur en carnosine. Ainsi, des niveaux plus élevés de carnosine musculaire pourraient entrainer une augmentation de la transcription de SLC15A3 et SLC15A4, deux gènes impliqués dans le transport de la carnosine. Dans un deuxième temps, l’effet de la quantité de carnosine musculaire sur différents caractères de qualité de la viande a aussi été étudié. Ces résultats nous démontrent que les porcs ayant des niveaux de carnosine élevés, présentent également une meilleure qualité de la viande, tel que démontré par un pH à 24h plus élevé, une meilleure capacité de rétention d’eau et une diminution des indices de couleur b* (couleur jaune) et L* (luminance).Enfin, une recherche de polymorphismes d’ADN a aussi été effectuée sur quatre gènes cibles (CARNS1, SLC6A6, SLC15A3 et SLC15A4) ayant un fort potentiel d’affecter les niveaux de carnosine musculaire. Les séquences codantes et 3’UTR de chacun de ces gènes ont tout d’abord été séquencées sur une population restreinte de 28 Duroc, 27 Landrace et 30 Yorkshire, incluant des porcs présentant de faibles et de hauts niveaux de carnosine musculaire. Un total de 27 SNPs ont été identifiés pour ces quatre gènes. De ce nombre, quatre SNPs furent sélectionnés pour effectuer le génotypage de la population entière (n = 590). De ces SNPs, deux entrainent un changement d’acide aminé dans le gène SLC15A4 (SNP c.658A>G : Ile220Val; SNP c.818G>A : Ser273Asn)) et deux autres SNPs dans le gène SLC15A3 se retrouvent sur un site reconnu par un micro-ARN (c.*35C>T and c.*52C>T). Des analyses d’association ont ensuite été effectuées afin de déterminer l’effet des différents SNPs et diplotypes sur les caractères de qualité de la viande et sur les niveaux de carnosine et d’ansérine (analogue méthylé de la carnosine). Nos résultats démontrent qu’une sélection en faveur du génotype c.658AA ou du diplotype AA/GG pour le gène SLC15A4 résulterait en une augmentation de carnosine musculaire et une amélioration de certains paramètres de qualité de la viande tels que la couleur, la rétention d’eau et le pH à 24 h. Collectivement ces résultats montrent que les porcs présentant de hauts niveaux de carnosine musculaire présentent également une meilleure qualité de la viande. De plus, les niveaux d’expression de certains gènes du métabolisme de la carnosine sont modulés selon la race de porc (influence génétique possible) et aussi selon le contenu de carnosine musculaire. Enfin, une amélioration générale de la qualité de la viande serait possible par la sélection d’allèles favorables du gène SLC15A4. Cependant, les fréquences observées pour les allèles mineures du SNP c.658A>G (i.e. Duroc, 0.01; Landrace, 0.09) suggèrent une amélioration génétique limitée chez les Duroc et les Landrace.

Un poids corporel élevé est la résultante de l'interaction entre des variants génétiques à risque et un environnement obésogène, et des processus épigénétiques sont probablement impliqués. Dans cette thèse, nous avons exploré des associations entre le méthylome sanguin humain et des polymorphismes nucléotidiques (SNPs) liés à l'obésité, ainsi que des mesures qualitatives et quantitatives de l'apport journalier en acides gras. Nous avons trouvé des associations entre des SNPs liés à l'obésité et la méthylation de promoteurs et enhancers proximaux. Nous avons également constaté que la qualité de l'apport journalier en acides gras est associée à une méthylation différentielle de promoteurs de gènes impliqués dans des voies métaboliques. Puis, nous avons examiné l'impact d'une nuit blanche sur la méthylation et la transcription de gènes du rythme circadien dans le muscle squelettique et le tissu adipeux. Nous avons constaté qu'une seule nuit blanche peut modifier le profil épigénétique et transcriptionnel de gènes clés du rythme circadien, et ce de manière tissu-spécifique. Enfin, nous avons examiné les effets de l'obésité maternelle chronique et de la perte de poids sur la transcription de gènes de la machinerie épigénétique dans le foetus et le placenta de souris. Nous avons constaté que la transcription de ces gènes est sensible aux trajectoires pondérales maternelles, et en particulier ceux de la voie d'acétylation des histones. Dans l'ensemble, cette thèse a démontré que la génétique, des stimuli environnementaux obésogènes et l'environnement maternel agissent sur les marques épigénétiques à des endroits génomiques pertinents dans la pathogenèse de l'obésité. / An elevated body weight is the result of the interplay between susceptibility gene variants and an obesogenic environment, and recent evidence shows that epigenetic processes are likely involved. In this doctoral thesis, we explored associations between the human blood methylome and obesity-associated gene variants as well as dietary fat quality and quantity. We found associations between obesity-associated SNPs and methylation levels at proximal promoters and enhancers, and some of these associations were replicated in multiple tissues. We also found that contrary to dietary fat quantity, dietary fat quality associates with methylation levels in the promoter of genes involved in metabolic pathways. Then, using a gene-targeted approach, we looked at the impact of an acute environmental stress (sleep loss) on the methylation and transcription levels of circadian clock genes in skeletal muscle and adipose tissue of healthy men. We found that a single night of wakefulness can alter the epigenetic and transcriptional profile of core circadian clock genes in a tissue-specific manner. Finally, we looked at the effects of chronic maternal obesity and subsequent weight loss on the transcription of epigenetic machinery genes in the fetus and placenta of mice. We found that the transcription of epigenetic machinery genes is highly sensitive to maternal weight trajectories, and particularly those of the histone acetylation pathway. Overall, this thesis demonstrated that genetics, obesogenic environment stimuli and maternal programming impact epigenetic marks at genomic locations relevant in the pathogenesis of obesity.

Plus de 170 millions d'individus sont infectés par le VHC dans le monde et 37 millions par le VIH. La coinfection VIH/VHC est fréquente et représente un élément clé de la prise en charge des patients infectés par le VIH. Depuis l'arrivée des HAART, les maladies du foie sont devenues la cause principale de mortalité chez les patients coinfectés VIH/VHC. L'évolution naturelle et le pronostic de l'hépatite C sont plus sévères en cas de coinfection par le VIH du fait d'une fibrose accélérée et d'une évolution rapide vers la cirrhose et ses complications. Certains facteurs accélérant la fibrose hépatique sont clairs aujourd'hui comme: l'absence de recours au traitement anti-VHC, la réplication active du VHC et la consommation excessive d'alcool. De plus, il existe de plus en plus de preuves que les variants génétiques contribuent à la fibrose hépatique chez les patients monoinfectés par le VHC, mais cet aspect a été peu étudié dans la coinfection VIH/VHC.Durant ma thèse, j'ai eu accès aux données d'un échantillon de 494 patients coinfectés génotypés issu de la cohorte ANRS CO13 HEPAVIH. L'histoire naturelle du VIH et du VHC y est renseignée de manière très détaillée et le suivi clinique des patients permet d'avoir des informations précises sur l'état de fibrose hépatique. J'ai pu alors réaliser deux études d'association « génome-entier » pour identifier des polymorphismes associés à la sévérité de la fibrose à l'aide de données complètes de 292 patients. La première étude a mis en évidence une association entre la quantification de l'élasticité hépatique par Fibroscan® et un locus, également répliqué dans la monoinfection par le VHC. Cette association a permis d'identifier deux gènes impliqués dans des mécanismes de maintien de structure et de signalisation cellulaire (CAV3) mais aussi dans la réplication du VHC (RAD18). La seconde étude a identifié deux associations significatives en comparant deux groupes de scores METAVIR (F0F1F2 vs F3F4), en particulier dans le gène CTNND2 qui est impliqué dans un réseau d'interaction associé à des mécanismes moléculaires lié à des maladies hépatiques.Ces deux études sont en cours de publication dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture. Ces nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes de fibrose dans le contexte de la coinfection VIH/VHC pourraient aider à l'identification de nouvelles cibles pour la création de médicaments ou de tests diagnostiques afin d'améliorer les soins des patients. / Over 170 million people worldwide are infected by HCV and 37 million by HIV. Both viruses share the same modes of transmission, and HIV/HCV coinfection is common and represents a key element in the management of patients infected with HIV. Since the appearance of HAART, liver diseases have become the leading cause of death in HIV/HCV coinfected patients. The natural history and prognosis of hepatitis C are more severe in case of coinfection with HIV due to accelerated rate of fibrosis progression and rapid progression to cirrhosis and its complications. Factors accelerating liver fibrosis are known today such as the lack of recourse to anti-HCV treatment, active HCV replication and excessive alcohol consumption. There is increasing evidence that genetic variants contribute to liver fibrosis in HCV monoinfection, but this aspect has been little studied in HIV/HCV coinfection.I have exploited the genotype information from 494 coinfected patients from the cohort ANRS CO13 HEPAVIH. These patients are very-well documented regarding the history of their HIV/HCV infection and are very carefully followed-up, especially regarding the status of liver fibrosis. I have performed two genome-wide association studies to identify polymorphisms associated with the severity of fibrosis from complete data of 292 patients. The first study has dealt with the quantification of liver stiffness by Fibroscan® and an association with the 3p25 region has been identified, also replicated in monoinfection HCV. Two genes involved in cell signaling and structure of holding mechanisms (CAV3) but also in HCV replication (RAD18) appear as good candidates. The second study has unraveled two significant associations by comparing the METAVIR score group (F0F1F2 vs F3F4), especially in the CTNND2 gene implicated in a network of interactions with molecular mechanisms involved in liver diseases.These results are under publications in peer-review international scientific journals. These new insights into the molecular mechanisms of liver fibrosis in patients with HIV/HCV co- infection may help to define new targets for drug development or new diagnostic tests, to improve patient care.

Contexte: L’iode est un micronutriment provenant des aliments. Il est établi que, dans les régions d'endémie goitreuse caractérisées par un apport d'iode insuffisant, l’incidence des goitres et des cancers différenciés de la thyroïde (CDT) de type folliculaire est plus élevée qu'ailleurs. En revanche, l’influence de l’apport alimentaire en iode sur le risque de CDT de type papillaire, forme représentant actuellement plus de 80% des CDTs dans la plupart des pays, ne fait pas l’objet d’un consensus. Il semble cependant que cette incidence soit plus élevée dans les îles du pacifique qu’ailleurs. Par ailleurs, les propriétés de protection redox du sélénium pourraient protéger la glande thyroïdienne et aider à maintenir la production d'hormones thyroïdiennes, mais la relation entre l’apport en sélénium et le CDT n’avait été que très peu étudiée.Objectifs: L’objectif général de ce travail de thèse était d'explorer la relation entre l'apport alimentaire en iode et le risque de CDT. Plus spécifiquement, il s’agissait 1) d’étudier la relation entre l’apport alimentaire en iode et le risque de CDT dans les cinq études cas-témoins du consortium Epi-Thyr, conduites en Nouvelle Calédonie, en Polynésie Française, en France métropolitaine (deux études) et à Cuba; 2) d’étudier l’interaction entre cet apport et quatre polymorphismes nucléotidiques (SNP) identifiés dans la plupart des études d’association pangénomiques (GWAS) comme associés au risque de CDT, ainsi qu’avec les facteurs de risque environnementaux connus ; et 3) d’évaluer l’intérêt du sélénium présent dans les ongles comme un bio-marqueur potentiel du risque de CDT.Matériel et Méthodes: La régression logistique conditionnelle a été utilisée pour analyser la relation entre l'apport alimentaire en iode et le risque de CDT d’abord dans l’étude Cuba incluant 203 cas et 212 témoins, puis dans l’ensemble des cinq études incluant au total 2162 cas et 2571 témoins. Les questionnaires alimentaires de ces cinq études étaient dérivés de ceux de l’étude de cohorte E3N. Les mesures de l’iode et du sélénium dans les aliments traditionnels polynésiens et cubains avaient été réalisées spécialement pour cette étude. Quatre SNPs avaient été génotypés, dont deux sur le gène FOXE1, un sur le gène ATM et un autre près du gène NKX2-1. Les mesures de l’iode, du sélénium et des autres oligoéléments métalliques avaient été réalisées dans les ongles des sujets de l’étude Polynésie Française.Résultats: Il n’a pas été observée, une association significative entre l’apport alimentaire en iode et le risque de CDT dans l’étude réalisée à Cuba. Dans l'ensemble des cinq études, la majorité des cas et des témoins ont été considérée comme présentant une carence légère en iode selon la classification du Réseau Mondial d'Iode (IGN). Bien que le risque de CDT ne soit pas lié à l'apport alimentaire en iode, ce risque était significativement réduit avec l’augmentation de la consommation de poisson, ceci de manière plus importante dans l'étude réalisée à Cuba que dans les autres. En outre, une augmentation de l’apport alimentaire en iode a été significativement associée à une diminution du risque de CDT uniquement dans l’étude réalisée en Polynésie Française et chez les Polynésiens. Une augmentation significative du risque de CDT associée au nombre de l'allèle mineur (A) du SNP rs965513 près de FOXE1 parmi les sujets qui ont consommé moins d'iode que la médiane dans l'étude réalisée à Cuba. Pour les femmes qui ont eu un nombre de grossesses élevé et qui étaient déficitaires en iode, l'augmentation de l'apport alimentaire en iode réduisait leur risque de CDT. Par ailleurs, il n’a pas été possible de mettre en évidence un intérêt du sélénium dans les ongles comme bio-marqueur prédictif du risque de CDT. / Context: Iodine is a trace element derived from food. In endemic goiter areas characterized by dietary iodine deficiency, it is established that the incidence of goiter and differentiated thyroid cancers (DTC) of follicular type is higher than elsewhere. On the other hand, the influence of dietary iodine intake in the risk of papillary thyroid cancer which currently representing more than 80% of DTCs in most countries, has not achieved a consensus. It appears, however, that this incidence is higher in the Pacific islands than elsewhere. In addition, the redox protection properties of selenium could protect the thyroid gland and help to maintain the production of thyroid hormones, but few studies evaluated the relationship between selenium intake and DTC.Objectives: The general objective of this thesis was to explore the relationship between dietary iodine intake and DTC risk. More specifically, it was 1) to study the relationship between dietary iodine intake and the risk of DTC in five case-control studies of Epi-Thyr consortium, carried out in New Caledonia, French Polynesia, Metropolitan France (two studies) and Cuba; 2) to investigate the interaction between this intake and four single-nucleotide polymorphisms (SNP) identified in most genome-wide association studies (GWAS) as associated with DTC risk, as well as the interaction with the well-established environmental risk factors; and 3) to evaluate the benefit of selenium present in fingernails as a potential bio-marker of DTC risk.Materials and Methods: Conditional logistic regression was used to analyze the relationship between dietary iodine intake and DTC risk first in the Cuba study including 203 cases and 212 controls, and then in the pooled analysis of the five studies including a total of 2162 cases and 2571 controls. The dietary questionnaires of these five studies were derived from those in the E3N cohort study. Measurements of iodine and selenium in traditional Polynesian and Cuban foods were specifically carried out for this pooled analysis. Four SNPs were genotyped, including two of FOXE1 gene, one of ATM gene and another near NKX2-1 gene. Measurements of iodine, selenium and other metal trace elements were made in the fingernails of the participants of the French Polynesia study.Results: There was no significant association between dietary iodine intake and DTC risk in the Cuba study. In the pooled analysis of the five studies, the majority of the cases and the controls was considered as being in mild dietary iodine deficiency according to the IGN classification. Although DTC risk was not found to be linked to dietary iodine intake, this risk significantly decreased with high fish consumption, this reduction in DTC risk per quartile of fish consumption was more important in the Cuba study than in the other studies. Additionally, higher dietary iodine intake significantly associated with lower DTC risk only in the French Polynesia study and in Polynesians. A strong increase in DTC risk associated with the number of the minor allele (A) of the SNP rs965513 near FOXE1, among participants who consumed less iodine than the median value in the Cuba study. For the women who had a high number of full term pregnancies and who were iodine deficient, increasing dietary iodine intake may reduce their risk of suffering from DTC. Moreover, it was not possible to demonstrate an interest in fingernail selenium as a biomarker that predicts DTC risk.

La génomique d'association cherche à déterminer des liens entre le génome et des traits ou phénotypes, notamment dans le contexte de maladies. Aujourd'hui, les études les plus fréquentes en génomique d’association sont les études génome entier, qui analysent autant de variants du génomes (SNPs) que possible, sans avoir de préjugé a priori sur leur fonction biologique. Cependant, les méthodes de génotypage utilisées pour ces études ne permettent pas toujours d'obtenir des informations précises dans une région hypervariable comme la région HLA, qui joue un rôle crucial dans l'immunité, et les variants génétiques de ces régions sont souvent prédits par des approches bioinformatiques. J'ai durant ma thèse créé un nouvel outil, HLA-Check, permettant d'évaluer, à partir des génotypes obtenus par puce de génotypage, la plausibilité de données d'allèles HLA d'un même individu, et démontré que cette technique permettait d'identifier plus précisément les individus dont les allèles HLA avaient été mal caractérisés afin de les retyper ou de les écarter de l'étude. Un article documentant cet outil a été publié dans BMC Bioinformatics. J'ai également effectué une étude d'association génome entier sur le déclenchement de la cirrhose chez les patients co-infectés par le VIH (virus de l'immunodéficience humaine) et le VHC (virus de l'hépatite C). La coinfection par ces deux maladies est fréquente en raison de modes d’infection similaires, et l'infection par le VIH stimule l'activité du VHC et accélère la fibrose du foie puis sa cirrhose, causant la mort des patients co-infectés. Mon étude porte sur 306 patients co-infectés issus de la cohorte ANRS CO-13 HEPAVIH. J'ai ainsi pu mettre en évidence trois signaux associés avec le déclenchement de la cirrhose, dont deux ont un lien pertinent avec les maladies hépatiques (gene CTNND2 et gene MIR7-3HG). L'identification de ces nouveaux variants devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la cirrhose, et contribuer au développement de nouvelles stratégies diagnostiques ou thérapeutiques. L’article documentant cette étude est en cours de publication. / Association genomics aims at finding links between the genome and some traits or illnesses. Today, the most frequent studies in this field are genome wide association studies (GWAS), which analyze as many genome variants (mainly Single Nucleotide Polymorphisms) as possible, without any a priori on their biological function. However, genotyping methods used in these studies may be insufficient to get reliable information in higly variable regions such as the HLA which plays a crucial role in immunity, and the genetic variants of such regions are often predicted using bioinformatics approaches. During my PhD, I have created a new tool, HLA-Check, that allows to rate the plausibility of HLA alleles from the genotypes obtained from genotyping chips. I also assesses its performances and showed that it was able to point out individuals with a wrong HLA typing, in order to retype them or remove them from the study. An article documenting this tool was published in BMC Bioinformatics. I have also performed a genome-wide association study on cirrhosis outbreak in individuals coinfected with HIV (human immunodeficiency virus) and HCV (hepatitis C virus). Because of similar infection routes (blood-related), co-infection with those two viruses are frequent, and the infection by HIV enhances HCV activity and increases liver fibrosis leading to cirrhosis and death of co-infected patients. Our study has dealt with 306 co-infected patients from the ANRS CO-13 HEPAVIH cohort. I could point out three statistically significant signals, two of them being highly relevant for their involvement in liver diseases (gene CTNND2 and gene MIR7-3HG). The identification of these new variants should lead to a better understanding of the molecular mechanisms involved in cirrhosis, and should contribute to the rational developement of new diagnostic or therapeutic strategies. A publication is under way.