Au cours de la dernière décennie, les avancées du séquençage à haut débit ont permis de caractériser un grand nombre d’ARN non codant et d’établir l’existence de transcrits “antisens” pour de nombreux gènes chez les mammifères. Cependant leur rôle dans le contrôle de l’expression des gènes “sens” auxquels ils sont associés est encore très mal connu. Mes travaux ont porté sur la caractérisation de certains aspects du mécanisme d’action des longs ARN non codants. Ils reposent sur le développement d’une approche de constructions indicatrices fluorescentes dont l’expression est suivie par cytométrie en flux en présence ou non d’ARN “antisens”. Cette approche a le potentiel de mettre en évidence une régulation même si elle n’est présente que dans une sous population cellulaire. Une première série d’expériences a été réalisée en expression transitoire pour bénéficier d’un contexte chromatinien simplifié. Mais dans ce cas les silencing observés sont aussi actifs sur une construction contrôle, indiquant la mise en place d’une réponse non spécifique de séquence qui évoque la réponse de type interféron. Cependant, l’expression globale des gènes cellulaire n’est pas significativement affectée, indiquant une certaine spécificité de la réponse. Parmi les voies testées ni la kinase PKR, ni la RNaseL ou la voie de l’interférence par l’ARN ne peuvent rendre compte du silencing observé. Une des caractéristiques de cette régulation est qu’elle n’affecte pas les gènes intégrés au génome mais uniquement les gènes exprimés à partir d’une construction épisomale ce qui évoque des caractéristiques souhaitables pour un mécanisme antiviral. Cependant l’ampleur de cette réponse non spécifique empêche toute étude plus approfondie d’un mécanisme spécifique s’il existe. Mes travaux se sont alors portés sur l’étude de ces mêmes constructions en clone stable dans deux contextes différents pour l’expression de l’ARN antisens ; en cis ou en trans. Dans le cas de l’expression en trans, un ARN antisens sans séquence régulatrice particulière ne permet pas la mise en place d’un silencing. Cette observation est en accord avec le faible nombre de longs ARN antisens connus pour agir en trans dans la nature. Par contre l’expression en cis d’un ARN antisens peut conduire à un silencing spécifique. Cette organisation dans laquelle les gènes « sens » et « antisens » sont situés sur le même fragment d’ADN correspond à celle majoritairement observée pour les longs ARNs antisens dans la nature (cisNAT, cis Natural Antisense Transcripts). Cependant, mes travaux montrent que le silencing observé n’est pas stable dans le temps et disparaît dès lors que la transcription antisens cesse, indiquant l’absence d’une mémoire épigénétique. Un tel mode de régulation est compatible avec une interférence transcriptionnelle dans laquelle la transcription et non le produit ARN est la cause du silencing. Par ailleurs, j’ai observé un certain nombre de cas de co-régulation du transcrit sens et antisens ce qui traduit la possibilité d’activer en cis la transcription du gène cible par le promoteur de son ARN antisens. Ce phénomène est probablement facilité par la petite taille de nos constructions, mais cette dualité de réponse est en accord avec l’absence de corrélation (positive ou négative) entre l’expression des gènes et de leur transcrits antisens. L’ensemble de mes travaux montrent la faible capacité d’un ARN antisens à induire un silencing. L’approche développée doit donc permettre de rechercher des co-activateurs du silencing, par exemple en introduisant des sites de recrutement de complexes modificateurs de la chromatine. / During the last decade next generation sequencing has allowed the characterization of a large number of non-coding RNA and to establish that a majority of mammalian genes were also transcribed in the opposite orientation. However the functional significance of this antisense transcription is currently unclear.My work focused on the characterization of the regulatory potential of long non-coding RNA. It relied on the use of fluorescent reporter constructs, the expression of which in the presence or absence of antisense RNA is analyzed by flow cytometry. . This approach has the potential to uncover a regulation mechanism even if it takes place only in a subpopulation of cells.A first series of experiments has been realized by transient expression assays in order to benefit from a simplified chromatin context. However in this case the silencing associated with antisense transcripts is also active on control constructs, indicating that at least part of the response is not sequence specific suggesting the involvement of an interferon-type response. However, cellular gene expression is not significantly affected indicating some level of specificity. Among the investigated pathways, neither the PKR kinase, nor RNaseL or RNA interference pathway can account for the observed silencing. One of this regulation attributes is that it does not affect genes integrated in the genome but only genes expressed from episomes, a selectivity which would seem appropriate for an antiviral mechanism. Nevertheless the extent of this non-specific response impedes any further study on a specific mechanism, if it operates.My work then focused on the study of these reporter constructs after integration in the genome, antisense RNA being expressed in cis or in trans.In the case of trans expression, an antisense RNA devoid of any specific regulatory sequence does not allow the setting of a silencing. This observation is consistent with the low number of long antisense RNA known to act in trans in nature.On the other side, the cis expression of an antisense RNA can lead to a specific silencing. This organization in which “sense” and “antisense” genes are located in the same DNA fragment matches with the ones mostly observed for long antisense RNA in nature (cisNAT, cis Natural Antisense Transcripts). However, my work shows that the observed silencing is not stable over time and the effects terminate once antisense transcription stops, which indicates the absence of an epigenetic memory. This mode of regulation is compatible with a transcriptional interference in which transcription – and not its RNA product - is causing the silencing. Besides, I observed a certain number of sense and antisense transcript co-regulation cases highlighting the possibility to activate the transcription of the target gene by the promoter of its antisense RNA. This phenomenon is probably facilitated by the small size of our constructs, but this duality of response is in agreement with the lack of correlation (either positive or negative) between the expression of genes and their antisense transcripts.This study shows the limited capacity of an antisense RNA to induce a silencing. The developed approach should allow the search for silencing co-activators, for instance by introducing chromatin remodeling complexes recruitment sites.

Les méthodes formelles informatiques constituent un outil très puissant pour la modélisation des réseaux génétiques et en particulier pour l'étude de leur dynamique. La modélisation discrète de René Thomas permet à la fois de représenter judicieusement les connaissances biologiques et d'utiliser les méthodes formelles. Cependant, ces modèles présentent deux limitations principales : la combinatoire sous-jacente ne permet pas de traiter des réseaux de très grande taille et les aspects chronométriques ne sont pas pris en compte. Cette thèse offre deux contributions respectivement liées à ces questions. La modélisation des réseaux génétiques commence par la sélection des entités les plus pertinentes pour la question abordée. Les réseaux obtenus restent souvent trop grands et nous cherchons donc à les réduire sans altérer les propriétés dynamiques importantes. Ici, nous définissons un cadre entièrement formel inspiré d'une technique d'Aurélien Naldi pour la suppression de variables et de seuils. Ces réductions conservent les comportements asymptotiques et permettent de prouver formellement l'équivalence asymptotique de différents modèles publiés d'un même réseau. Pour prendre en compte les informations chronométriques cruciales dans certains systèmes (e.g. cycle circadien), nous définissons un formalisme hybride fondé sur le formalisme de Thomas où les niveaux d'expression sont discrets, mais le temps continu. Ce cadre permet de construire un modèle abstrait de l'horloge circadienne des mammifères qui explique avec très peu de variables les propriétés de robustesse face à des changements de durées des alternances jour/nuit. / Formal methods from computer science constitute a powerful tool for the modelling of gene networks, including the study of their dynamics. The discrete modelling of René Thomas allows for a proper representation of biological knowledge as well as for use of formal methods. These models have two main limitations: the underlying combinatorics does not allow one to process very large networks, and the chronometric aspects are not taken into account. This thesis offers two contributions according to these issues. The design of gene network models begins with a selectiCalibrion of the most relevant entities. The resulting networks are often too large, and we show how to reduce them without altering the important dynamic properties. Here, we define a completely formal framework, inspired by a technique from Aurélien Naldi, driving the suppression of variables or thresholds. These reductions preserve the asymptotic behaviour. We formally prove the asymptotic equivalence of different published models for the same network. In order to take into account chronometric information that are crucial in some systems (e.g. circadian cycle), we define a hybrid formalism based on the Thomas' formalism where expression levels are discrete but time is continuous. This framework allows for the construction of an abstract model of the circadian clock in mammals. The model explains with very few variables the robustness of the system when submitted to duration changes of the day/night alternation.

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Ce travail de thèse vise à l’identification des voies de signalisation cellulaires responsables de la régulation de l’expression des gènes humains DUOX dans la thyroïde. Les protéines DUOX1 et DUOX2 sont exprimées à la membrane apicale du thyrocyte, grâce à leur facteur de maturation DUOXA, et participent à la synthèse des hormones thyroïdiennes à travers la génération de peroxyde d’hydrogène. Les voies de signalisation et les facteurs de transcription contrôlant l’expression des gènes DUOX ne sont pas clairement définis dans les thyroïdes humaines et murines mais plusieurs études ont démontré une augmentation de leur expression via des cytokines inflammatoires dans des lignées cellulaires humaines. L’existence de cytokines susceptibles de réguler positivement l’expression des DUOX dans les thyrocytes a grandement suscité notre intérêt. En effet, il importe de comprendre les mécanismes responsables de leur expression car les protéines DUOX sont de plus en plus associées à des cancers et des maladies inflammatoires chroniques. Dans ce travail de recherche, il a été mis en évidence que les cytokines de type Th2 interleukine-4 et interleukine-13 augmentent la production de peroxyde d’hydrogène dans les thyrocytes humains en culture primaire suite à une induction des protéines DUOX2 et DUOXA2. L’interleukine-4 augmente aussi l’expression des couples de gènes Duox1/Duoxa1 et Duox2/Duoxa2 dans les thyrocytes murins, générant ainsi plus de peroxyde d’hydrogène. La stimulation par l’interleukine-4 et l’interleukine-13 dans les thyrocytes humains est dépendante du récepteur IL4RII et de l’activation de la voie de signalisation JAK1/STAT6. L’effet de l’interleukine-4 est contrecarré par la cytokine de type Th1 interféron-ɣ et est associée à une augmentation de l’expression de la protéine SOCS-1 qui bloque la fonction du facteur de transcription STAT6. L’induction de l’expression des gènes DUOX2/DUOXA2 dans des thyroïdes provenant de patients atteints de la maladie de Graves où le taux d’interleukine-4 sérique est susceptible d’être augmenté n’a pas pu être mise en évidence.In vitro, la mise en culture primaire affecte l’état de différenciation des thyrocytes murins ;en effet l’expression des marqueurs de la fonction thyroïdienne Nis, Tpo, Duox2 et Duoxa2 est diminuée, ce qui n’est pas le cas pour les gènes Duox1 et Duoxa1. Nous avons alors été convaincus de poursuivre l’étude de la régulation des Duox dans un système in vivo. Nous avons généré une nouvelle souris transgénique Thyr-IL-4, dans la souche C57BL/6J, surexprimant spécifiquement l’interleukine-4 dans la thyroïde. Deux lignées indépendantes de souris transgéniques ont été analysées. La souris Thyr-IL-4 a un phénotype euthyroïdien bien que la morphologie de ses follicules thyroïdiens soit altérée par une augmentation inattendue de leur taille. L’analyse du profil d’expression des gènes montre une forte induction de Duox1, Duoxa1 et Slc26a4 (Pendrine) dans les thyroïdes transgéniques ;il n’y a pas de modification de l’expression des gènes Duox2 et Duoxa2, tandis que l’expression du marqueur thyroïdien Slc5a5 (Nis) est diminuée. La surexpression de Duox1 est liée à une augmentation de la production de peroxyde d’hydrogène dans les tissus thyroïdiens transgéniques ex vivo, sans engendrer de dégâts cellulaires in vivo. Nous montrons pour la première fois la régulation de l’expression du gène et de la protéine Pendrine par l’interleukine-4 dans la thyroïde. La diminution de l’expression de Nis est associée à une diminution de captation de l’iode par les thyrocytes et du taux de thyroglobuline liée aux hormones thyroïdiennes T3 et T4 dans les thyroïdes transgéniques. Ces modifications d’expression de marqueurs thyroïdiens n’induisent pas un phénotype hypothyroïdien mais les souris jeunes Thyr-IL-4 sont plus susceptibles que les souris sauvages à développer une hypothyroïdie lorsqu’elles sont carencées en iode. Enfin nous n’observons pas d’infiltration leucocytaire majeure chez nos souris, pourtant l’expression de gènes impliqués dans des voies de signalisation immunitaires est augmentée. Suite à l’induction d’une réaction immunitaire dirigée contre le récepteur de la TSH, nous avons observé une réponse inflammatoire plus marquée dans les souris Thyr-IL-4 par rapport aux souris sauvages caractérisée par une infiltration leucocytaire CD45+ plus importante. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les tétraspanines sont des protéines à quatre domaines transmembranaires ayant la capacité d’interagir avec des partenaires et de les intégrer au sein d’un réseau dynamique d’interactions nommé tetraspanin web. Parmi elles, les TspanC8 représentent une sous-famille partageant un même partenaire, ADAM10.Cette protéase, essentielle au développement, est responsable du clivage de nombreux substrats dont le récepteur Notch, plusieurs cadhérines et facteurs de croissance. ADAM10 est également impliquée dans la régulation de plusieurs pathologies, telles que la maladie d’Alzheimer ou des cancers.Les précédentes recherches du laboratoire ont montré que les TspanC8 régulent la fonction d’ADAM10 à travers son expression et sa compartimentation membranaire. Les travaux exposés dans cette thèse montrent que plusieurs TspanC8 régulent également l’activité d’ADAM10 à travers une endocytose et une stabilité différentielle et en explorent les mécanismes sous-jascents. Ils démontrent également l’existence d’une compétition entre TspanC8 pour l’association avec ADAM10, et portent une réflexion sur l’utilisation de tags et sur les biais expérimentaux qui peuvent en découler. / Tetraspanins are a family of proteins containing four-transmembrane domains that can interact with partners to include them in a dynamic network of interactions named tetraspanin web. Among them, the TspanC8 tetraspanin subfamily is known to share one partner, the ADAM10 metalloprotease.The ADAM10 protease is essential to development and is responsible for the shedding of a number of substrates, including the Notch receptor ectodomain, several cadherins and growth factors. ADAM10 is also implicated in the regulation of several pathologies including Alzheimer’s disease and carcinogenesis.Previous studies from our laboratory show that TspanC8 family members regulate the function of ADAM10 through its expression and its membrane compartmentalisation.Data presented in this thesis demonstrate that several TspanC8s also regulate ADAM10’s activity through differential stability and endocytosis, and explore the subjascent mechanisms. We also show that TspanC8 family members compete for association with ADAM10; thus, we bring elements of reflexion the use of tags and subsequent experimental bias.

En zone dense, la croissance actuelle du trafic sur les lignes ferroviaires suburbaines conduit les exploitants à déployer des systèmes de contrôle-commande avancés des trains, tels que les systèmes dits « CBTC » (Communication Based Train Control) jusque-là réservés aux systèmes de métro. Les systèmes CBTC mettent en œuvre un pilotage automatique des trains et permettent une amélioration significative des performances. Par ailleurs, ils peuvent inclure un module de supervision de la ligne en charge de réguler la marche des trains en cas d’aléa, améliorant ainsi la robustesse du trafic. Face au problème de régulation, la recherche opérationnelle a produit un certain nombre de méthodes permettant de répondre efficacement aux perturbations, d’une part dans le secteur métro et d’autre part dans le secteur ferroviaire lourd. En tirant profit de l’état de l’art et des avancées faites dans les deux secteurs, les travaux présentés dans ce manuscrit cherchent à contribuer à l’adaptation des fonctions de régulation des systèmes CBTC pour l’exploitation de lignes ferroviaires suburbaines. L’approche du problème débute par la construction de l’architecture fonctionnelle d’un module de supervision pour un système CBTC standard. Nous proposons ensuite une méthode de régulation basée sur une stratégie de commande prédictive et sur une optimisation multi-objectif des consignes des trains automatiques. Afin d’être en mesure d’évaluer précisément les performances d’une ligne ferroviaire suburbaine équipée d’un automatisme CBTC, il est nécessaire de s’équiper d’un outil de simulation microscopique adapté. Nous présentons dans ce manuscrit l’outil SNCF nommé SIMONE qui permet une simulation réaliste du point de vue fonctionnel et dynamique d’un système ferroviaire incluant un système CBTC. Les objectifs des travaux de thèse nous ont naturellement conduits à prendre part, avec l’équipe SNCF, à la spécification, à la conception et à l’implémentation de cet outil. Finalement, grâce à l’outil SIMONE, nous avons pu tester la méthode de régulation proposée sur des scénarios impliquant des perturbations. Afin d’évaluer la qualité des solutions, la méthode multi-objectif proposée a été comparée à une méthode de régulation individuelle basée sur une heuristique simple. La méthode de régulation multi-objectif propose de bonnes solutions au problème, dans la majorité des cas plus satisfaisantes que celles proposées par la régulation individuelle, et avec un temps de calcul jugé acceptable. Le manuscrit se termine par des perspectives de recherche intéressantes. / In high-density area, the demand for railway transportation is continuously increasing. Operating companies turn to new intelligent signaling and control systems, such as Communication Based Train Control (CBTC) systems previously deployed on underground systems only. CBTC systems operate trains in automatic pilot and lead to increase the line capacity without expensive modification of infrastructures. They can also include a supervision module in charge of adapting train behavior according to operating objectives and to disturbances, increasing line robustness. In the literature of real-time traffic management, various methods have been proposed to supervise and reschedule trains, on the one hand for underground systems, on the other hand for railway systems. Making the most of the state-of-the-art in both fields, the presented work intend to contribute to the design of supervision and rescheduling functions of CBTC systems operating suburban railway systems. Our approach starts by designing a supervision module for a standard CBTC system. Then, we propose a rescheduling method based on a model predictive control approach and a multi-objective optimization of automatic train commands. In order to evaluate the performances of a railway system, it is necessary to use a microscopic simulation tool including a CBTC model. In this thesis, we present the tool developed by SNCF and named SIMONE. It allows realistic simulation of a railway system and a CBTC system, in terms of functional architecture and dynamics. The presented work has been directly involved in the design and implementation of the tool. Eventually, the proposed rescheduling method was tested with the tool SIMONE on disturbed scenarios. The proposed method was compared to a simple heuristic strategy intending to recover delays. The proposed multi-objective method is able to provide good solutions to the rescheduling problem and over-performs the simple strategy in most cases, with an acceptable process time. We conclude with interesting perspectives for future work.

Candida albicans est un champignon commensal de l’homme, mais aussi l'un des agents pathogènes fongiques les plus répandus. C. albicans alterne entre formes levure et filamenteuses (pseudohyphes ou hyphes), une transition morphologique déclenchée par divers signaux environnementaux et jouant un rôle important dans la virulence. Un réseau de régulation complexe, faisant intervenir de nombreux facteurs de transcription, gouverne la transition levure-hyphe. L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier la fonction et l’interaction avec ce réseau de régulation de deux facteurs de transcription, Skn7 et Orf19 .217. L’identification des circuits de transcription gouvernés par Skn7, par des approches globales d’étude de la transcription et de la fixation à la chromatine, indique un double rôle dual dans la régulation de la réponse au stress osmotique/oxydatif et de la croissance filamenteuse. L’analyse des interactions génétiques a révélé des relations fonctionnelles entre Skn7 et les principaux régulateurs de la morphogenèse. En outre, Skn7 est indispensable pour limiter l'accumulation d'espèces réactives à l'oxygène (ROS) pendant la croissance filamenteuse sur milieu solide. La caractérisation de mutants spécifiques de Skn7 a mis en évidence un découplage de cette dernière fonction et de la fonction de Skn7 dans la morphogénèse.Orf19.217 est impliqué dans la virulence de C. albicans, mais sa fonction biologique reste incertaine. Notre étude montre que Orf19.217 régule divers processus, tels que la morphogenèse, la modification de la paroi cellulaire et la réponse au stress. D'autres expériences sont en cours pour élucider son rôle dans la virulence / Candida albicans is a diploid fungus, commensal of most healthy individuals, but also one of the most prevalent human fungal pathogens. C. albicans has the ability to switch between the unicellular yeast form and filamentous forms (pseudohyphae or hyphae). This transition is triggered by various environmental cues and plays important roles in C. albicans virulence. An intricate regulatory network involving many transcription factors controls the yeast-to-hypha transition. The aim of this PhD was to explore the function of two transcription factors, Skn7 and Orf19.217, whose overexpression triggers filamentation independently of hypha-inducing cues, and their interplay with the morphogenetic regulatory network. Mapping of the Skn7 transcriptional circuitry, through combination of genome-wide expression and location technologies, pointed to a dual regulatory role encompassing osmotic/oxidative stress response and filamentous growth. Genetic interaction analyses revealed close functional interactions between Skn7 and master regulators of morphogenesis. Furthermore, Skn7 was crucial for limiting the accumulation of reactive oxygen species (ROS) during filamentous growth on solid medium. Interestingly, functional domain mapping using site-directed mutagenesis allowed decoupling of Skn7 function in morphogenesis from protection against intracellular ROS. Orf19.217 was previously implicated in C. albicans virulence, but its biological function remains unclear. Preliminary data showed that Orf19.217 regulates several processes, including morphogenesis, cell wall modifications and stress response. Further experiments are ongoing to elucidate the role of this gene in virulence

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

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

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / L'expression tumorale des enzymes UDP-glucuronosyltransférase (UGT) est associée à un pronostic défavorable dans plusieurs types de cancers. Un membre de cette famille, UGT2B17, est impliqué dans l'inactivation d'agents anticancéreux et de certains composés endogènes jouant un rôle dans le développement et la progression du cancer. L'expression élevée du gène UGT2B17 a été identifiée par notre groupe comme un marqueur indépendant de mauvais pronostic en leucémie lymphoïde chronique (LLC), associée à une survie réduite et à une moins bonne réponse au traitement. L'expression d'UGT2B17 au niveau des cellules B-LLC se caractérise par la présence de transcrits alternatifs n2, n3 et n4, dont la transcription est issue des promoteurs P2 et P3. En revanche, le transcrit canonique v1 est absent et prédomine dans d'autres tissus comme le foie, pour lequel la régulation de la transcription a été principalement étudiée. Mon projet a porté sur les mécanismes impliqués dans la régulation de l'expression d'UGT2B17 au niveau des cellules B-LLC, et visait à démontrer l'implication de facteurs de transcription préalablement identifiés et potentiellement impliqués dans l'expression des transcrits alternatifs. Mon hypothèse stipulait que l'expression d'UGT2B17 dans les lymphocytes B-LLC implique ces facteurs de transcription et sous-tend un programme transcriptionnel distinct du foie n'impliquant pas le transcrit canonique. Expérimentalement, les données présentées dans ce mémoire supportent l'implication de facteurs de transcription tels que STAT3, Nf-kB et IRF dans l'activité transcriptionnelle d'UGT2B17 dans les cellules B-LLC. Ces facteurs de transcription sont connus pour leur implication en LLC. Nous concluons que la régulation de la transcription de ce gène diffère de celle du foie. / Tumor expression of UDP-glucuronosyltransferase (UGT) enzymes is associated with poor prognosis in several cancers. A member of this family, UGT2B17, is involved in the inactivation of anticancer agents and certain endogenous compounds that play a role in the development and progression of cancer. High expression of the UGT2B17 gene has been identified by our group as an independent marker of poor prognosis in chronic lymphocytic leukemia (CLL), associated with reduced survival and poor response to treatment. The expression of UGT2B17 in B-CLL cells is characterized by the presence of alternative transcripts n2, n3 and n4, whose transcription comes from the P2 and P3 promoters. On the other hand, the canonical transcript v1 is absent and predominates in other tissues such as the liver, for which the regulation of transcription has been mainly studied. My project focused on the mechanisms involved in the regulation of UGT2B17 expression in B-CLL cells, and aimed to support the involvement of previously identified transcription factors potentially involved in the expression of alternative transcripts. My hypothesis was that expression of UGT2B17 in B-CLL cells involves these transcription factors and underlies a distinct transcriptional program than observed the liver, not involving the canonical transcript. The data presented in this thesis support the involvement of transcription factors such as STAT3, Nf-kB and IRF in the transcriptional activity of UGT2B17 in B-CLL cells. These transcription factors are known to be involved in CLL. We conclude that the regulation of transcription of this gene differs from that of the liver.