En génomique comparative, on considère classiquement trois forces déterminant l'évolution des séquences : la mutation, la sélection et la dérive génétique. Récemment, lors de l'étude de l'origine évolutive des variations de la composition en base des génomes, un quatrième agent a été identifié : la conversion génique biaisée (BGC). Le BGC est intimement lié à la recombinaison méiotique et semble présent chez la plupart des eucaryotes. Ce phénomène introduit une surreprésentation de certains allèles dans les produits méiotiques aboutissant à une augmentation de la fréquence de ces variants dans la population. Ce processus est capable de mimer et d'interférer avec la sélection naturelle. Il est donc important de le caractériser afin de pouvoir le distinguer efficacement de la sélection dans l'étude de l'adaptation à l'échelle moléculaire. C'est ce que nous nous attachons à faire dans le cadre de ce travail. Pour cela nous utilisons deux espèces modèles. Premièrement la levure Saccharomyces cerevisiae pour laquelle une carte de recombinaison haute résolution permettant l'analyse du processus de conversion, est disponible. L'étude approfondie de cette carte nous a permis de lever le voile sur les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le BGC. Deuxièmement, grâce à des découvertes récentes sur la détermination des patrons de recombinaison via la protéine PRDM9 chez les mammifères, nous avons quantifié la dynamique et l'intensité de ce processus dans l'histoire évolutive récente de l'homme. Ces résultats nous ont permis de confirmer la place du BGC comme quatrième force d'évolution moléculaire, mais aussi de discuter de l'origine évolutive de ce phénomène

La maladie de Lyme, ou borréliose de Lyme, est une infection bactérienne causée par le spirochète Borrelia burgdorferi sensu lato et transmise à l'hôte (homme, animal) par piqûre de tique du genre Ixodes. Cette maladie, caractérisée par un polymorphisme clinique important, est la maladie à transmission vectorielle la plus répandue dans l'hémisphère nord. Un traitement par antibiotiques permet une guérison rapide, mais si la maladie est diagnostiquée tardivement, certains symptômes persistent. Actuellement, aucun vaccin n'est commercialisé pour l'homme. Dans ce contexte, nous avons développé des approches protéomiques afin d'apporter de nouveaux éléments de compréhension du mécanisme d'interactions de la triade tique / bactérie / hôte. Ces travaux, visant particulièrement le développement de nouvelles stratégies vaccinales et diagnostiques, sont articulés autour de trois parties : - L'identification, suite à de nombreuses optimisations, d'une méthode d'analyse HPLC-UV et nanoLC-MS/MS, de protéines présentes dans des extraits de glandes salivaires de tiques et possédant une activité sur la réponse immunitaire innée cutanée. Ces développements ont mis en évidence une liste restreinte de protéines potentiellement bioactives. - La mise au point, sur un modèle murin, d'une méthode de détection d'une protéine de Borrelia burgdorferi, OspC, dans des biopsies cutanées par spectrométrie de masse ciblée LC-SRM. Cette étude a ouvert des perspectives quant au développement de nouveaux outils diagnostiques. - L'évaluation de la faisabilité de la détection de Borrelia burgdorferi directement à la surface de la peau par imagerie par spectrométrie de masse MALDI-MSI.

Les organismes terrestres sont exposés à des faibles doses de radiations ionisantes d'origine naturelle ou anthropique. Les effets majeurs de ces rayonnements sont dus aux dommages sur l'ADN et à la radiolyse de l'eau qui génère un stress oxydant via la production de radicaux libres. De part leur métabolisme secondaire développé, les végétaux sont utilisés pour l'étude des effets des radiations ionisantes et pour la recherche de molécules antioxydantes. Cette thèse financée par la région Bretagne a donc caractérisé la réponse physiologique et moléculaire de la plante modèle Arabidopsis thaliana à des doses faibles (10 Gy) à modérées (40 Gy) de radiations ionisantes, ainsi que le rôle des glucosinolates, composés caractéristiques de la famille des Brassicaceae. Deux études globales en protéomique et en transcriptomique ont révélée : (1) une réponse commune aux deux doses concernant les mécanismes de réparation de l'ADN, la régulation du cycle cellulaire et la protection des structures cellulaires ; (2) Un ajustement du métabolisme énergétique et une activation des voies métaboliques secondaires (i.e. glucosinolates et flavonoïdes) après la dose 10 Gy ; (3) une induction du contrôle enzymatique des ROS, du recyclage des composés cellulaires et de la mort cellulaire programmée après la dose 40 Gy. Le rôle protecteur des glucosinolates a ensuite été exploré. La capacité antioxydante in vitro de certains d'entre eux et de leurs dérivés a été montrée. Leurs effets modulateurs par rapport à l'irradiation ont été testés in vivo sur des marqueurs physiologiques de croissance. L'importance de la teneur en glucosinolates pour avoir un effet positif ou négatif a été mise en évidence.

Le Benzo(a)pyrène (BaP), appartenant à la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) est cancérigène pour l'homme. Nous avons développé une approche protéomique quantitative nanoLC-MS/MS label-free pour identifier des biomarqueurs liés à l'exposition au BaP dans le sécrétome des cellules hépatiques humaines exposées au BaP vs. des cellules non exposées et exposées au Benzo(e)pyrène (BeP). Le BeP, agent non classifié comme cancérigène pour l'homme, est choisi comme contrôle négatif afin de distinguer les protéines spécifiques du BaP de celles des HAP. 847 protéines ont été identifiées et quantifiées, et 55 ont été fortement surexprimées avec un ratio supérieur à 5 : la plupart de ces protéinessurexprimées sont précoces et liées au cancer. Une validation ultérieure de l'expression de ces protéines dans le plasma de la population exposée au BaP aidera dans le développement de biomarqueurs qui permettront d'améliorer la détection précoce, le pronostic et prévention.

L'analyse protéomique par spectrométrie de masse s'est imposée comme une méthode incontournable pour la caractérisation des protéines. Grâce aux progrès de l'instrumentation et de la bioinformatique, l'interprétation automatisée des spectres MS/MS permet aujourd'hui d'identifier des milliers de protéines dans un type cellulaire. Cependant, cette méthodologie s'applique encore difficilement aux organismes dont les génomes n'ont pas été séquencés, et donc pour lesquels il n'existe pas de banques de séquences peptidiques de référence. Notre travail a porté sur le développement et l'application d'une méthodologie d'interprétation des données MS/MS pour les organismes à génomes non séquencés. Cette méthodologie est basée sur le séquençage de novo suivi de recherche MS-BLAST. Ainsi nous avons pu : Identifier les différents partenaires de complexes protéiques tels que les protéines des complexes TgGAP50, TgAlba, TgSORTLR impliqués dans la motilité, la virulence ou le trafic intracellulaire des protéines du parasite Toxoplasma gondii, Identifier et caractériser des variants d'hémoglobine humaine, Identifier les protéines différentiellement exprimées lors des interactions vigne et champignons à génomes non séquencés dans la maladie de l'esca, Caractériser finement la N-glycosylation de l'invertase vacuolaire du raisin. Nous avons pu réaliser nos études sur des échantillons d'origines très différentes : homme, plantes, champignons, parasites et nous avons apporté des éléments de réponses moléculaires aux questions biologiques.

Cette étude a consisté au développement et à l’utilisation de fonctions chimiques clivables en milieux biologiques. Dans le domaine de la protéomique chimique, ce travail a abouti à la conception d’une sonde d’enrichissement clivable en conditions non-dénaturantes. Appliquée à l’étude de topoisomérases, cette sonde a permis l’extraction et l’analyse de complexes fonctionnels A2B2 de gyrase. Dans un second temps, un nouveau concept de quencheur chimiquement désactivable a étéintroduit. Incorporé dans une sonde pro-fluorescente de type FRET, ce type de quencheur permet notamment de visualiser la présence de sondes non-activées dans des cellules. Enfin, une méthode a été développée pour permettre l’évaluation de la labilité d’une liaison chimique en milieux biologiques natifs. Basée sur l’utilisation de sondes pro-fluorescentes, cette méthodologie a plus particulièrement été appliquée à l’étude de la bio-labilité de groupements acido-labiles. / The general main topic of this work was the use and the development of cleavable linkers in biological systems. This study led to the design of a cleavable enrichment probe in non-denaturing conditions for chemical proteomic applications. In a topoisomerase analysis, this probe allowed the extraction and analysis of a functional DNA gyrase A2B2 complex. For fluorescence imaging, a new concept of chemically deactivatable quencher was introduced. This quencher was used to revealinactivated FRET-based probe in cell experiments. Finally, a methodology based on biolability measurements of acid-sensitive molecules was developed for the evaluation of chemical bond lability in native biological environments. This work was focused on biolability measurements of acidsensitive molecules.

L’analyse protéomique par spectrométrie de masse s’est imposée comme une méthode incontournable pour la caractérisation des protéines. Grâce aux progrès de l’instrumentation et de la bioinformatique, l’interprétation automatisée des spectres MS/MS permet aujourd’hui d’identifier des milliers de protéines dans un type cellulaire. Cependant, cette méthodologie s’applique encore difficilement aux organismes dont les génomes n’ont pas été séquencés, et donc pour lesquels il n’existe pas de banques de séquences peptidiques de référence. Notre travail a porté sur le développement et l’application d’une méthodologie d’interprétation des données MS/MS pour les organismes à génomes non séquencés. Cette méthodologie est basée sur le séquençage de novo suivi de recherche MS-BLAST. Ainsi nous avons pu : Identifier les différents partenaires de complexes protéiques tels que les protéines des complexes TgGAP50, TgAlba, TgSORTLR impliqués dans la motilité, la virulence ou le trafic intracellulaire des protéines du parasite Toxoplasma gondii, Identifier et caractériser des variants d’hémoglobine humaine, Identifier les protéines différentiellement exprimées lors des interactions vigne et champignons à génomes non séquencés dans la maladie de l’esca, Caractériser finement la N-glycosylation de l’invertase vacuolaire du raisin. Nous avons pu réaliser nos études sur des échantillons d’origines très différentes : homme, plantes, champignons, parasites et nous avons apporté des éléments de réponses moléculaires aux questions biologiques. / The proteomic analysis by mass spectrometry is now an essential method for the characterization of proteins. Thanks to advances in instrumentation and bioinformatics, automated interpretation of MS/MS spectra can now identify thousands of proteins in a cell type. However, this methodology remains poorly applied to the organisms that genomes are not sequenced and therefore where there is no database of reference for peptides sequences. Our work has focused on the development and application of a methodology for the interpretation of MS/MS data for the organisms that genomes are not sequenced. This methodology is based on the de novo sequencing followed by MS-BLAST search. Thus we have: Identify different partners of protein complexes such as proteins TgGAP50, TgAlba and TgSORTLR complex, involved in motility, virulence or intracellular protein trafficking of Toxoplasma gondii, Identify and characterize human hemoglobin variants, Identify the proteins differentially expressed during interaction of vines and fungi that genomes are not sequenced in esca disease, Finely characterize the N-glycosylation of the grape vacuolar invertase. We have achieved our studies on samples of very different origins: human, plants, fungi, parasites, and we provided evidence of molecular responses to biological questions.

Les céréales et les produits issus de leur transformation sont susceptibles d’être contaminés par des espèces fongiques capables de produire des mycotoxines. L’Homme est ainsi exposé tout au long de sa vie à travers son alimentation à ces contaminants naturels, généralement à de faibles doses et en mélange. Cependant, l’incidence de la présence simultanée de ces toxines sur notre santé, à court terme comme à plus long terme, ainsi que les mécanismes responsables de leur toxicité sont encore peu ou mal caractérisés. L’utilisation de modèles cellulaires humains pertinents et adaptés est particulièrement importante pour de telles études. L’épithélium intestinal et le système immunitaire, qui constituent la première barrière de défense de l’hôte suite à l’ingestion de contaminants alimentaires, ainsi que le foie, de par son rôle majeur dans la biotransformation des xénobiotiques, représentent des modèles d’étude pertinents en toxicologie. Dans le cadre de cette étude, des modèles cellulaires humains d’origine intestinale (Caco-2), immunitaire (THP-1) et hépatique (HepaRG) ont été employés pour évaluer le risque associé à la co-exposition aux mycotoxines de Fusarium (appelées fusariotoxines) qui sont parmi les plus problématiques dans nos régions. Différents types d’interactions, tels que de l’antagonisme et du synergisme, ont pu être observés sur la viabilité cellulaire en fonction de la nature du mélange, des doses testées, de la lignée cellulaire étudiée et du modèle mathématique utilisé pour prédire les effets combinés. Des interactions ont également été observées à l’échelle moléculaire, les effets des mélanges étant très différents de ceux induits par les toxines individuellement sur le protéome des cellules. D’autres résultats obtenus interrogent sur la façon dont les mycotoxines déclenchent réellement la réponse cellulaire. De plus, les interactions entre cellules cocultivées semblent capables de modifier la réponse cellulaire suite à l’exposition à ces toxines. Ces résultats soulignent l’importance de développer des modèles in vitro de plus en plus sophistiqués et s’approchant des conditions in vivo pour permettre une meilleure caractérisation du risque « mycotoxine ». / Cereals and cereal-based products are susceptible to be contaminated by mycotoxin-producing fungi.Thus, through their diet, humans are exposed throughout their life to these natural food contaminants, mostly at low doses and in mixture. However, the health impact of the simultaneous exposure to these toxins, in acute and chronic conditions, as well as the mechanism related to their toxicity, are still poorly characterized. The use of relevant and suitable human cell models is therefore of particular importance for such studies. The intestinal epithelium and immune system, which constitute the first host defense barrier following the food contaminant uptake, as well as the liver, due to its major function in xenobiotic biotransformation, are relevant for toxicity studies. In the framework of study, the intestinal (Caco-2), immune (THP-1) and hepatic (HepaRG) human cell models were used for risk assessment associated with co-exposure to Fusarium mycotoxins (called fusariotoxins) which are the most problematic in our regions. Different type of interactions, such as antagonism and synergism, were observed on cell viability depending on the nature of the mixture, tested concentration, studied cell line and used mathematical model to predict the combined effects. Interactions were also highlighted at the molecular level, the effects of mixtures being very different from those induced by the toxins alone on the cell proteome. Other results raised the question about how mycotoxins actually trigger the cellular response. In addition, cell-cell interactions in co-cultured systems appeared to modify the cellular response following exposures to these toxins. Overall, the obtained results highlighted the relevance of developing in vitro models increasingly sophisticated and closer to in vivo conditions to allow for a better characterization of the "mycotoxin" risk.

Le syndrome de Goldenhar ou OAVS est une maladie du développement impliquant les deux premiers arcs branchiaux. Très hétérogène, elle est caractérisée par des anomalies des oreilles,des yeux et des vertèbres ainsi que par une microsomie hémifaciale. Des causes environnementales (exposition à l’Acide Rétinoïque (AR) durant la grossesse) et des causes génétiques (anomalies chromosomiques) ont été évoquées, mais aucun gène n’était directement associé à ce spectre. L’objectif de ce projet est donc d’identifier des gènes impliqués dans le spectre OAV. Des approches pangénomiques par séquençage nouvelle génération (exome,panels de gènes ciblés) ont été utilisées pour identifier des gènes candidats. L’identification de mutations dans MYT1 et l’inactivation transitoire de son l’homologue myt1a chez le poisson zèbre ont confirmé son rôle dans le développement cranio-facial et son implication dans l’OAVS. La validation fonctionnelle de ces mutations a été réalisée in vitro. Cible de la voie de l’Acide Rétinoïque (AR), MYT1 agit également comme répresseur des Récepteurs de l’AR permettant son rétrocontrôle négatif. Une approche toxicologique (traitements à l’AR de souris gestantes pendant une période clef du développement embryonnaire) a permis l’identification de protéines et de voies de signalisation dérégulées chez les embryons traités. L’étude de ces protéines modulées et notamment de celles déjà impliquées dans le développement cranio-facial tend à renforcer le lien entre AR et OAVS et offre des pistes intéressantes quant à l’identification de nouveaux gènes candidats pour ce syndrome, ces protéines pouvant être codées par des gènes potentiellement mutés chez des patients OAVS. / Goldenhar syndrome or Oculo-Auriculo-Vertebral Spectrum (OAVS) is a rare developmental disorder involving the first and the second pharyngeal arches. Extremely heterogeneous, it is characterized by hemifacial microsomia, asymmetric ears, ocular and vertebral abnormalities. Various etiologies have been suggested including environmental factors, especially embryonic Retinoic Acid (RA) exposure during pregnancy, and genetic causes (various chromosomal abnormalities). However, no gene had been formally implicated in this syndrome so far. The goal of this project is to identify genes involved in OAVS. Novel pangenomic approaches by Next generation Sequencing (Whole Exome Sequencing and Target genes Panel) were used to find new candidate genes. Identification of mutations in MYT1 and the transient knockdown experiments in zebrafish confirmed its implication in OAVS. Our in vitro studies provided functional characterization of these mutations and supported the link between MYT1 and RA signaling pathway. Thus, MYT1 is a target of RA but also acts as a repressor of RA Receptors and so, participates at the negative feedback. Toxicological approach was also performed by treatment of gestational mice by all-trans RA during a critical window of embryonic development. It led to a deregulation of proteins and to a modulation of cellular pathways in treated embryos. Studying the proteins whose expression is altered following the treatment, especially the proteins already involved in craniofacial development, could led to the identification of new candidate genes for OAVS and thus, may allow to better decipher the pathogenic mechanisms.

Depuis plusieurs décennies, la communication intercellulaire par jonctions gap (CIJG) est connue pour être impliquée dans la cancérogenèse. Cette implication semble complexe par le fait que les connexines pourraient augmenter la capacité d’invasion des cellules cancéreuses tout en diminuant leur prolifération. Ceci était particulièrement observé pour la connexine 43 (Cx43) dans le cas de cellules de gliomes. Or, les propriétés d’invasion des gliomes de haut grade, les glioblastomes multiformes (GBM), les rendent difficiles à supprimer par résection chirurgicale et favorisent leur récidive.<br/> Afin de préciser le rôle de la Cx43 dans le contrôle des capacités invasives de cellules de GBM, nous avons utilisé une lignée de cellules de glioblastome humaine U251 exprimant par shRNA des niveaux, en ARNm et protéiques, de Cx43 réduits. Ces clones shRNA des cellules U251 montrent une corrélation entre le niveau d’expression de la Cx43 et le processus d’invasion. Au cours de ce travail, nous avons montré, pour la première fois, que la Cx43 est localisée dans les structures protéolytiques permettant l’invasion, les invadopodes. Nous avons démontré aussi que, par sa localisation, la Cx43 favorise la formation des invadopodes en agissant comme une protéine d’échafaudage qui permet l’interaction de Src de la Cortactine. De plus, l’activité hémicanal de la Cx43, probablement inhibée par le Bisphénol A, possède des effets négatifs sur la cinétique de développement des invadopodes. Une étude du protéome et du sécrétome des cellules U251 et des clones shRNA a permis l’identification des protéines impliquées dans l’invasion et la formation et fonction des invadopodes.<br/> En conclusion, la Cx43 participe au processus invasif des cellules de GBM en favorisant la formation et la fonction des invadopodes. Cette nouvelle fonction de la Cx43 semble être la conséquence de ses propriétés de protéines d’échafaudage et hémicanal, et non de son rôle principalement décrit dans la CIJG. / Since several decades, the gap junction intercellular communication (GJIC) is known to be involved in carcinogenesis. This involvement seems complicated by the fact that connexins could increase cancer cells invasion ability while decreasing their proliferation. This was especially observed for connexin 43 (Cx43) in the case of glioma cells. But high-grade gliomas, glioblastoma multiform (GBM) has invasion properties that make it difficult to remove surgically and promote their recurrence.<br/> To clarify the Cx43 role in the control of GBM cells invasive capacities, we used the GBM U251 cell line expressing Cx43 levels, mRNA and protein, reduced by shRNA strategy. Through this approach, we confirmed that Cx43 expression level is associated with the invasive capacity of GBM cells. Furthermore we have shown, for the first time, that Cx43 is localized in invasive proteolytic structures, the invadopodia. We also show that, by its location, Cx43 promotes invadopodia formation by acting as a scaffolding protein that allows Src and Cortactin interaction. Moreover, Cx43 hemichannel activity, probably inhibited by Bisphenol A, has negative effects on invadopodia kinetics development. A proteome and secretome study of U251 cells and shRNA clones allowed the identification of proteins involved in invasion and invadopodia formation and function.<br/>In conclusion, Cx43 participates in the invasive process of GBM cells by promoting invadopodia formation and function. This new function of Cx43 seems to be the result of its scaffold proteins and hemichannel properties, but not its role described mainly in CIJG.