Les bactériophages sont maintenant reconnus pour jouer un rôle majeur dans divers écosystèmes. De nouveaux gènes sont fréquemment identifiés dans les génomes de ces bactériophages issus de différentes études environnementales. La majorité de ces gènes ne peuvent être associés à une fonction connue, d’où la nécessité de développer des outils génétiques performants afin mieux comprendre leur rôle dans la biologie des bactériophages virulents. Dans ce projet de maîtrise, le système CRISPR-Cas de la souche Streptococcus thermophilus DGCC7710 a été utilisé afin de pouvoir étudier des gènes sans fonction connue du bactériophage virulent 2972. Des mutations ponctuelles ainsi que de petites et de grandes délétions ont été réalisées dans le génome de phages virulents en utilisant le système CRISPR-Cas comme pression sélective. Finalement, la méthylation de l’ADN phagique a été démontrée suite à l’insertion d’un gène codant pour une méthyltransférase bactérienne dans le génome du phage 2972. / Bacteriophages are now widely recognized as major players in a wide variety of ecosystems. Novel genes are often identified in newly isolated phages as well as in environmental metavirome studies. Most of these novel viral genes have unknown functions but appear to be coding for small, non-structural proteins. To understand their biological role, very efficient genetic tools are required to modify them, especially in the genome of virulent phages. For this MSc project, specific point mutations and large deletions can be engineered in the genome of the virulent phage 2972 using the Streptococcus thermophilus CRISPR-Cas Type II-A. Furthermore, the CRISPR-Cas engineering system can be used to efficiently introduce a functional methyltransferase gene into a virulent phage genome. Finally, synthetic CRISPR bacteriophage insensitive mutants were constructed by cloning a spacer-repeat unit in a low copy vector illustrating the possibility to target multiple regions of the phage genome.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Streptococcus thermophilus est une bactérie utilisée pour la fabrication industrielle de yogourts et de fromages et elle est sujette aux infections phagiques. Plusieurs mécanismes de défense contre les phages sont connus, dont le système CRISPR/Cas. Les loci CRISPR sont constitués de courtes séquences d'ADN répétées entrecoupées de séquences variables, les espaceurs. Des gènes cas et une région promotrice sont associés aux loci et la séquence homologue chez le phage est appelée le protoespaceur. Pour ce mémoire, l'effet du système CRISPRl/Cas de la souche S. thermophilus DGCC7710 sur l'ADN phagique a été étudié. Ainsi, il a été prouvé que l'ADN phagique est clivé dans les protoespaceurs par le système CRISPRl/Cas. Puis, l'analyse des différents espaceurs démontre que les motifs associés aux protoespaceurs sont plus permissifs qu'anticipé. Finalement, la méthylation de l'ADN phagique ne semble pas affecter l'immunité CRISPR/Cas ou l'acquisition d'espaceurs.

Streptococcus thermophilus is a low GC gram-positive bacterium massively used for the production of fermented products such as yogurt and cheeses. Every day, the dairy industry must face virulent bacteriophages and their consequences. Recently, a genetic structure called CRISPR (for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) was found to be present in many bacterial and archeabacterial genomes. This system, in association with Cas (CRISPR-associated) proteins, allows the bacteria to become resistant to foreign DNA, such as phage or plasmid DNA, by the acquisition of new sequence-specific spacers. During this M. Sc. project, the transcription profile of the CRISPRl-cas system of S. thermophilus was investigated. First, the phage-sensitive wild-type strain DGCC7710 and two phage-resistant CRISPR-mutants (DGCC7710<i>2972+S4 and DGCC7710*2972+S7) were infected with the virulent phage 2972. Northern blot experiments of infected cells samples taken at time intervals were performed using a series of single-stranded 5'-labeled-probes targeting the four cas genes, the CRISPR1 locus, as well as phage genes. Phage DNA replication assays of the same samples were also done. Finally, in vitro enzymatic assays were performed using Casl and Cas2 purified proteins. In the three S. thermophilus strains tested, the four cas genes and the CRISPR1 locus were constitutively transcribed. In the phage-resistant CRISPR-mutant DGCC7710<D2972+S4 , phage mRNA specific to the acquired new spacer was rapidly degraded, whereas phage mRNAs were increasingly and strongly detected in infected phage-sensitive cells (DGCC7710). Conversely, no DNA degradation was observed. The enzymatic assays revealed that Casl and Cas2 have ssRNase activity which, in the case of Casl, is specific to a A(U)C sequence. Taken altogether, the CRISPR-cos system in S. thermophilus leads to mRNA degradation of specific phage transcripts, thereby limiting phage replication. / Streptococcus thermophilus est une bactérie utilisée pour la fabrication de produits laitiers fermentes, mais elle doit constamment lutter contre les infections par de nouveaux bacteriophages virulents. Récemment, un tout nouveau mécanisme naturel de défense contre les phages a été découvert chez S. thermophilus. Les CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) sont des séquences d'ADN contenant plusieurs répétitions entrecoupées de régions appelées spacers qui proviennent d'ADN extrachromosomique. Les loci CRISPR sont habituellement situés à proximité de gènes cas (CRISPR-associated). L'acquisition d'un spacer est directement reliée à une immunité contre le phage duquel provient l'ADN de ce spacer. Au cours de ce projet de maîtrise, le mode de fonctionnement du système CRISPR-cas a été étudié par analyse transcriptionnelle des gènes cas, de régions impliquées dans le locus CRISPRl-cas ainsi que des gènes viraux chez trois souches isogéniques de S. thermophilus (DGCC7710, DGCC7710[phi]2972+S4 et DGCC7710[phi]2972+S7) en cours d'infection par le phage 2972. Des travaux ont également été faits sur la replication virale chez les trois souches. Finalement, des essais enzymatiques in vitro ont été réalisés avec deux des quatre protéines Cas dont les gènes précèdent un des loci CRISPR de la souche DGCC7710. Les résultats du projet indiquent, entre autres, que les quatre gènes cas présents chez la souche S. thermophilus DGCC7710 sont transcrits constitutivement et que l'ARNm viral est dégradé par les souches résistantes ayant acquis de nouveaux spacers, ce qui ne semble pas être observé au niveau de l'ADN. Les résultats des essais enzymatiques démontrent également que les protéines Casl et Cas2 possèdent une activité sbRNase, qui dans le cas de la protéine Casl, est spécifique à la séquence A(U)C. Les résultats démontrent que le système CRISPR-cas agit de façon à dégrader l'ARN étranger comprenant une séquence identique à un spacer acquis par une souche résistante, ce qui a pour effet direct de limiter la replication du phage.

Au sein du noyau des cellules eucaryotes, la molécule d'ADN s'enroule autour de protéines histones, formant la chromatine. Ce mécanisme de compaction est dynamique selon les régions et les processus en cours, régulant l'accès à l'ADN. Pour exemple, la transcription d'un gène nécessite localement la décompaction de la chromatine, ce qui permet l'accès à la machinerie de transcription. Au contraire, La répression de ce gène sera corrélée à une forme compactée de cette portion de chromatine. Le phénomène d'acétylation des histones est associé à une décompaction. Les régions d'hétérochromatine (forme compactée considérée comme peu dynamique et peu transcrite) sont donc pauvres en acétylations d'histones. Pourtant des études chez la levure, suggèrent la présence de ces acétylations de manière fine dans l'hétérochromatine afin d'en permettre la plasticité. De récentes données chez la souris impliquent ces acétylations dans la compaction via le recrutement de protéines à doubles bromodomaine (BET). Notre vision de la fonction des acétylations d'histones est donc en train de changer. Les péricentromères sont des zones d'hétérochromatine dont la compaction correcte est nécessaire pour le bon déroulement de la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ici nous travaillons sur des cellules de souris SUV39H 1/2 -/-, où la voie classique de compaction des péricentromères est défectueuse. Nos données nous permettent de poser un modèle où l'acétyltransférase TIP60 est recrutée à l'hétérochromatine péricentromérique dans les cellules SUV39H 1/2 -/-, où elle maintient la compaction en acétylant H4K12, permettant le recrutement d'une protéine à double bromodomaine. Ceci constitue un nouveau cas de compaction via une acétylation d'histone et une protéine BET chez les mammifères. Cette voie alternative de compaction pourrait être utilisée par les cellules lors de déstructurations de ces régions au cours de divers processus physiologiques, ou pathologiques, comme dans le cadre des cancers. En effet, c'est la première fois qu'un rôle de TIP60 est décrit aux péricentromères, région importante pour la stabilité génétique de la cellule, ce qui est cohérent avec la fonction connue de suppresseur de tumeur de TIP60. / In eukaryote cells, DNA is wrapped around histones proteins, organizing a nucleo-proteic structure called chromatin. Chromatin can compact or decompact itself in a very dynamic manner, depending on specific regions and processes. One example is that, to be transcribed, a gene needs chromatin to be in a decompacted state, whereas transcriptional repression will correlate with compacted chromatin. Among mechanisms implicated in this dynamics, histones acetylation is largely associated with chromatin decompaction. Thus, compacted chromatin, called heterochromatin, is generally considered as hardly dynamic with hypo-acetylated histones. However, studies in yeast suggest the involvement of histone acetylation in heterochromatin in order to allow its plasticity. Moreover, recent data in mouse directly involve histone acetylation in compaction processes via double bromodomain proteins (BET) recruitment, shedding a new light on the biological function of histones acetylation. Pericentromeres are heterochromatin regions whose correct compaction is critical to allow normal chromosome segregation during cell division. Here, we used SUV39H 1/2 -/- mouse cells, in which the classical pericentromeric heterochromatin pathway is affected. Our results support a model in which the histone acetyl transferase TIP60 is recruited to pericentromeres in SUV39H 1/2 -/- cells, allowing compaction by H4K12 acetylation and BET proteins recruitment, which constitute a new example of acetylation-mediated compaction via a BET protein in mammals. This back-up compaction pathway may be used by the cell in physiological or pathological contexts with defective pericentric heterochromatin, such as some types of cancers. Indeed, this is the first time that TIP60 is implicated in pericentromeres, an important structure for genetic stability, which makes sense with the known function of TIP60 as a tumor suppressor.

Le nombre d’enfants nés par Assistance Médicale à la Procréation (AMP) dans le monde est estimé à plus de 5 millions, représentant jusqu’à 4% des naissances. Environ 10% des couples en âge de procréer sont actuellement infertiles, et leur apporter des techniques pour devenir parents est devenu un problème de santé publique. Cependant, l’innocuité de ces techniques n’a pas été totalement démontrée. Notamment, le risque de pathologies d’origine placentaire pourrait être augmenté. De plus, des issues périnatales défavorables, un risque majoré de malformations majeures et de pathologies liées à l’empreinte ont été rapportés chez ces enfants. Ceci soulève la question d’une éventuelle vulnérabilité épigénétique induite par l’AMP. L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier la régulation épigénétique des gènes soumis à empreinte (GSE) et des éléments transposables (TE) dans le placenta et le sang de cordon d’enfants conçus par AMP comparés à des enfants conçus naturellement. En guise d’introduction, nous avons rédigé une revue détaillée des modifications phénotypiques et épigénétiques induites par l’AMP dans les embryons, le placenta et le sang de cordon chez l’Homme et sur les modèles animaux.Au cours de cette thèse, une cohorte de presque 250 patientes a été incluse prospectivement, répartie en 4 groupes de patientes selon la technique d’AMP et 4 groupes de témoins selon la durée d’infertilité.A partir de cette cohorte, la première question posée a été l’effet de la Fécondation in vitro (FIV) sur la méthylation de l’ADN et/ou la transcription des GSE et TE dans le sang de cordon et le placenta à la naissance. Pour cela, nous avons sélectionné 51 patientes enceintes après FIV avec ou sans ICSI avec transfert d’embryon frais à J2 et les avons comparées à 48 témoins enceintes dans l’année après l’arrêt de la contraception. Nous avons étudié la méthylation de l’ADN et l’expression de 3 GSE et 4 TE. Les niveaux de méthylation de l’ADN placentaire pour H19/IGF2, KCNQ1OT1, LINE-1 et ERVFRD-1 et le niveau d’expression placentaire d’ERVFRD-1 étaient plus bas dans le groupe FIV/ICSI que dans le groupe contrôle. Ces modifications épigénétiques pourraient faire partie des mécanismes de compensation développés pendant la grossesse après AMP, comme discuté dans notre revue.Ensuite, nous avons voulu déterminer si ces changements de méthylation de l’ADN des GSE pouvaient être associés à des modifications des histones. A partir de la cohorte précédente, nous avons sélectionné 16 patientes du groupe FIV/ICSI avec des niveaux de méthylation dans le placenta inférieurs au 5ème percentile pour au moins un des GSE étudiés. Elles ont été appariées à 16 témoins sur la parité, le sexe du nouveau-né et l’âge gestationnel à l’accouchement. Des marques permissives (H3K4me2 et me3 et H3K9ac) et répressives (H3K9me2 et me3) ont été étudiées. Les résultats ont révélé une quantité significativement augmentée de H3K4me2 dans le groupe FIV/ICSI pour H19/IGF2 et KCNQ1OT1. La quantité des deux marques répressives pour H19/IGF2 et SNURF était significativement abaissée dans le groupe FIV/ICSI.Ces données montrent que l’hypométhylation de l’ADN au niveau des GSE pourrait être associée à une augmentation des marques permissives et une diminution des marques répressives des histones, ce qui permettrait de favoriser un état « actif » de la chromatine au niveau de l’allèle normalement réprimé.Nos résultats, ainsi que les données de la littérature, renforcent l’hypothèse de potentiels mécanismes mis en place dans le placenta après AMP, utiles pour compenser des anomalies précoces de la placentation, qui seraient écrits à travers des modifications épigénétiques comme la méthylation de l’ADN mais aussi les modifications des histones.Bien que certaines questions restent en suspens, cette thèse a permis de bâtir les fondations de travaux futurs, notamment pour étudier l’impact de la congélation/décongélation des embryons et le rôle joué par l’infertilité en elle-même. / It is estimated that more than five million children have been born by Assisted Reproductive Technologies (ART) worldwide, representing up to 4% of all births. As around 10% of reproductive-aged couples are currently infertile, providing them with treatment options is a public health issue. However, the safety of these techniques has not been fully demonstrated. Notably, the rate of placenta-related adverse pregnancy outcomes could be increased after ART. Moreover, adverse perinatal outcomes, a higher risk of major malformations and imprinting disorders have also been reported in children born following ART. These issues combined raise the question of a potential ART-induced epigenetic vulnerability.The aim of this thesis was to investigate the epigenetic regulation of imprinted genes (IGs) and transposable elements (TEs) in the placenta and cord blood of children conceived by ART and to compare them to children conceived naturally.By way of introduction, we wrote a comprehensive review about phenotypic and epigenetic modifications induced by ART in embryos, placenta and cord blood either in human or animal models.Then, an extensive cohort of almost 250 patients was prospectively included, resulting in 4 groups of ART techniques and 4 groups of controls stratified on the time to pregnancy.From this cohort, the first question we investigated was the effect of in vitro fertilization (IVF) on DNA methylation and/or transcription of TEs and IGs in cord blood and placenta collected at birth. For this purpose, we selected 51 pregnant women after IVF with fresh embryo transfer at day -2 and compared them with 48 controls pregnant within 1 year of stopping contraception. We studied the DNA methylation and expression of 3 imprinted DMRs and 4 TEs. DNA methylation levels for H19/IGF2 and KCNQ1OT1 DMRs, LINE-1 and ERVFRD-1 in the placenta were lower in the IVF/ICSI group than in the control group. The expression level of ERVFRD-1 in the placenta was also lower in the IVF/ICSI group than in the control group. These modifications in epigenetic regulation may influence some compensation mechanisms developed throughout pregnancy after ART, as discussed in our review.We then intended to determine if these DNA methylation changes in IGs were associated with histone modifications. From the previously mentioned cohort, we selected the 16 patients from the IVF/ICSI group who presented with below the 5th percentile of percentage placenta DNA methylation for at least one of the previously studied DMRs. These patients were compared with 16 controls matched for parity, new-born sex, and gestational age at delivery. Permissive (H3K4me2 and me3 and H3K9ac) and repressive (H3K9me2 and me3) histone marks were studied. The results revealed a significantly higher quantity of H3K4me2 in the IVF/ICSI group than in the natural conception group for H19/IGF2 and KCNQ1OT1 DMRs. The quantity of both repressive marks at H19/IGF2 and SNURF DMRs was significantly lower in the IVF/ICSI group than in the natural conception group.These data demonstrate that DNA hypomethylation at imprinted DMRs may be associated with an increase in permissive histone marks and a decrease in repressive histone marks. This is consistent with a more “active” chromatin conformation on the normally repressed allele.Our findings, together with the literature data, reinforce the hypothesis that some mechanisms are established in the placenta after ART, probably to mediate placental plasticity and compensate primary disorders in trophoblastic invasion, and written through epigenetic changes such as DNA methylation but also histone modifications.Although some questions remain unanswered, this thesis paves the way for further original studies, notably to assess the impact of frozen-thawed embryo transfer and to decipher the role of infertility per se.

La bactérie Deinococcus radiodurans est connue pour sa capacité à résister à un grand nombre de traitements génotoxiques parmi lesquels on peut citer l’exposition aux rayons ionisants, aux ultra-violets, à la mitomycine C, à la dessication et au stress oxydant. Elle est capable lors d’une exposition à des doses extrêmes de rayons γ générant des centaines de cassures de l’ADN de reconstituer un génome intact en seulement 2 à 3 heures via un mécanisme original, l’ESDSA, impliquant une synthèse massive d’ADN pendant la phase de réparation des cassures de l’ADN. En plus de mécanismes efficaces de réparation de l’ADN, elle possède un kit de survie comprenant une compaction importante du nucléoïde, des mécanismes de protection des protéines contre l’oxydation, une réponse originale aux lésions de l’ADN et des protéines spécifiques induites après irradiation. Tous ces facteurs contribuent au maintien de l’intégrité du génome et à la survie de la cellule lors de l’exposition à différents agents génotoxiques. Souvent considéré comme un organisme ayant une stabilité génomique exceptionnelle, cette bactérie possède dans son génome un grand nombre de séquences répétées et des éléments mobiles et est par ailleurs naturellement compétente. Ce sont autant de facteurs pouvant participer à la variabilité génétique de cette espèce. Je me suis donc intéressée lors de ma thèse à deux processus pouvant participer à l’instabilité génétique chez D. radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle.L’introduction dans le génome de D. radiodurans de séquences répétées directes de 438 pb séparées par des régions d’ADN d’une longueur allant de 1479 pb à 10 500 pb m’a permis de mettre en évidence le rôle majeur joué par l’appariement simple brin (Single Strand Annealing ou SSA) impliquant la protéine DdrB, spécifique des Deinococcaceae, joue un rôle majeur dans la recombinaison « spontanée » entre les séquences répétées en absence de la recombinase RecA. L’absence de DdrB dans des souches déficientes pour la recombinaison augmente davantage la perte de viabilité observée dans ces souches ce qui suggère que le SSA participe à la prise en charge de fourches de réplication bloquées, source majeure d’instabilité génétique en absence de stress extérieur, si ces fourches ne peuvent être prise en charge par des voies impliquant des protéines de recombinaison. Je me suis également intéressée à la transformation naturelle et aux protéines impliquées dans ce processus chez D. radiodurans. J’ai pu démontrer que la protéine DprA impliquée dans la protection de l’ADN simple brin et le chargement de RecA sur l’ADN simple brin internalisé lors de la transformation de nombreuses espèces comme Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ou Helicobacter pylori, est également impliquée dans la transformation chez D. radiodurans. J’ai pu montrer également qu’en plus de jouer un rôle majeur dans la transformation par de l’ADN plasmidique, DdrB est impliquée dans la transformation par de l’ADN génomique si la protéine DprA est absente. / The bacterium Deinococcus radiodurans is known for its ability to withstand a large number of genotoxic treatments, including exposure to ionizing or ultraviolet radiation, mitomycin C, desiccation, and oxidative stress. It is able, upon exposure to extreme doses of γ-radiation generating hundreds of DNA breaks, to reconstitute an intact genome in only 2 to 3 hours via an ESDSA mechanism, involving massive DNA synthesis during DNA double strand break repair. Together with efficient DNA repair mechanisms, D. radiodurans possesses a survival kit comprising significant compaction of its nucleoid, protection mechanisms against protein oxidation, an original response to DNA damage and specific proteins induced after irradiation. All of these contribute to the maintenance of genomic integrity and cell survival upon exposure to various genotoxic agents. In spite of the idea that D. radiodurans is an organism with outstanding genomic stability, this bacterium has in its genome a large number of repeat sequences and mobile elements and is also naturally competent. All these factors contribute to the genetic variability of species. I was interested in two processes that can play a role in genetic variability in D. radiodurans: recombination between repeated sequences and natural transformation.The introduction, into the genome of D. radiodurans, of 438 bp direct repeated sequences separated by DNA regions ranging from 1,479 bp to 10,500 bp in length allowed me to demonstrate the major role of Single Strand Annealing (SSA) involving the DdrB protein specific for Deinococcaceae, in the "spontaneous" recombination between the repeated sequences in the absence of the RecA recombinase. The absence of DdrB in strains deficient for recombination further increased the loss of viability observed in these strains, suggesting that SSA is required for the management of blocked replication forks, a major source of genetic instability in the absence of external stress when these forks cannot be rescued by pathways involving recombination proteins.I was also interested in the natural transformation and proteins involved in this process in D. radiodurans. I demonstrated that DprA protein involved in DNA single strand protection and loading of RecA on single-stranded DNA internalized during transformation of many species such as Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, or Bacillus subtilis, is also involved in this process in D. radiodurans. I also showed that, in addition to playing a major role in transformation by plasmid DNA, DdrB is also involved in transformation by genomic DNA of cells devoid of the DprA protein.

L'étude comparative de l'architecture des génomes mammaliens a révélé l'association des séquences répétées et des réarrangements. Cette thèse porte sur la dynamique et le rôle dans les remaniements de deux types de séquences répétées: les clusters ribosomiques et les satellites. Ces séquences sont analysées par une approche cytogénomique (FISH, CO-FISH) dans le genre Mus connu pour sa diversité chromosomique, et pour lequel les phylogénies moléculaires et chromosomiques sont disponibles.1) La distribution chromosomique des clusters ribosomiques, établie chez 19 espèces, a permis de reconstruire les états ancestraux des clusters. Cette analyse montre que les clusters (24%) sont associés à des points de cassures, mais présentent également une grande labilité en l'absence de réarrangements. De plus, une forte association entre les clusters et les centromères est mise en évidence. 2) Le sous-genre Mus se caractérise par un caryotype très conservé excepté chez une sous-espèce de la souris domestique (M. musculus domesticus), qui est connue pour son extraordinaire radiation chromosomique impliquant les séquences satellites du centromère. Afin de rechercher les spécificités génomiques responsables de ce patron d'évolution contrasté, la dynamique évolutive des séquences satellites a été analysée chez 11 taxons. Révélant des différences qualitatives entre taxons, cette étude a permis de proposer un scénario évolutif de ces séquences. Toutefois, aucune des caractéristiques étudiées (composition, orientation) n'est propre à M. m. domesticus, et ne permet de rendre compte de sa plasticité chromosomique. De même, chez cette dernière, aucun lien entre la quantité de séquences satellites et la fréquence d'implication des chromosomes dans les réarrangements n'est mis en évidence.Cette étude confirme que les séquences répétées participent à l'évolution chromosomique, mais ne constituent pas à elles seules l'élément clef de cette dernière. / Comparative analyses of the architecture of mammalian genomes have highlighted the association between repetitive sequences and rearrangements. This thesis focuses on the evolutionary dynamics of two repeat sequences (ribosomal clusters and satellites) and explores their role in chromosomal change. These sequences are analyzed by a cytogenomic approach (FISH, CO-FISH) in the genus Mus that is known for its chromosomal diversity and for which molecular and chromosomal phylogenies are available.1) The chromosomal distribution of ribosomal clusters, established in 19 species, allowed us to reconstruct the ancestral states of clusters. This analysis demonstrated that 24% of clusters were associated with breakpoints, whereas others showed high lability in the absence of rearrangements. Moreover, a strong association between clusters and centromeres was retrieved.2) The subgenus Mus is characterized by a highly conserved karyotype except for one subspecies of the house mouse (M. musculus domesticus), that displays an extraordinary chromosomal radiation involving centromeric satellite sequences. To determine the genomic traits related to this difference in rate, the evolutionary dynamics of satellite sequences was analyzed in 11 taxa. From the qualitative differences evidenced between taxa, an evolutionary scenario of these sequences is proposed. None of the studied features (composition, orientation) of these sequences was found to be specific to M. m. domesticus, and could explain its chromosomal plasticity. Similarly, in the latter, no relationship between satellite sequence quantity and the rearrangement frequency of chromosomes was found.This study confirms that although repeated sequences are involved in chromosomal evolution, they aren't in themselves the key element of the latter.

Nos travaux ont cherché à mieux comprendre les mécanismes à l’origine de la virulence de Staphylococcus lugdunensis, espèce au pouvoir pathogène proche de celui de Staphylococcus aureus. Nous avons procédé à la première caractérisation fonctionnelle chez cette espèce d’un système à deux composants, LytSR. Ce système s’est révélé impliqué dans le contrôle de processus métaboliques majeurs et dans la virulence. Il est en effet impliqué dans la formation de biofilm, probablement en lien avec le contrôle exercé sur la mort cellulaire. LytSR est de plus impliqué dans la pathogenèse des infections à S. lugdunensis, comme démontré dans le modèle d’infection du nématode Caenorhabditis elegans. Pour mieux caractériser et suivre la diffusion de clones prédominants chez cette espèce, nous avons dans un deuxième volet développé trois nouvelles méthodes de typage (MLVA, TRST et fbl-typing), reposant sur le polymorphisme de séquences répétées en tandem. Ces méthodes se sont révélées très discriminantes, permettant la définition de nouveaux génotypes chez cette espèce clonale. Ces outils sont à ce titre très prometteurs pour des études micro- comme macro-épidémiologiques chez S. lugdunensis, le fbl-typing apparaissant à bien des égards comme l’outil utilisable en première ligne (http://fbl-typing.univ-rouen.fr/). Enfin, nous avons montré que la variabilité de la liaison de S. lugdunensis au fibrinogène in vitro peut être en partie expliquée par des variations génétiques de fbl. / Our work has sought to better understand mechanisms involved in Staphylococcus lugdunensis virulence, a species whose pathogenicity is close to that of Staphylococcus aureus. We performed the first functional characterization of a two-component regulatory system, LytSR, in this species. This system has been shown to be involved in the control of major metabolic processes and in virulence. It is indeed involved in biofilm formation, probably in connection with the control of cell death. LytSR is furthermore implicated in the pathogenesis of S. lugdunensis infections, as demonstrated in the infection model of the nematode Caenorhabditis elegans. To better characterize and monitor the diffusion of predominant clones in this species, we have in a second part developed three new typing methods (MLVA, TRST and fbl-typing), based on the polymorphism of variable number of tandem repeats. These methods were highly discriminant, allowing the definition of new genotypes in this clonal species. These tools are very promising for micro- and macro-epidemiological studies in S. lugdunensis, fbl-typing appearing in many ways as the frontline tool (http://fbl-typing.univ-rouen.fr/). Finally, we have shown that the variability of the binding of S. lugdunensis to fibrinogen in vitro can be partly explained by some fbl genetic variations.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Chez l'humain, près de 30% de la masse génomique est constituée de séquences répétées dispersées qui se sont amplifiées par le mécanisme de rétroposition. Ce processus, présent dans tous les génomes eucaryotes, implique la transcription inverse de l'ARN d'un élément répété et l'intégration de l'ADNc qui en résulte dans une nouvelle localisation génomique. Les "Long Interspersed Elements" (LINE) codent pour les activités spécifiques de la rétroposition, telles que la transcriptase inverse et l'endonucléase. A l'inverse les "Short Interspersed Elements" (SINE) ne codent pour aucune activité enzymatique et sont considérés comme des "satellites" des éléments LINE. Nous avons caractérisé 5 nouvelles familles de rétroposon SINE chez les mammifères. Celles-ci font partie des SINE dérivés d'ARNt et ont, comme caractéristique commune, un domaine central nommé "core". Les régions 3 sont distinctes pour chacune des familles, mais fortement identiques aux extrémités 3' de différents LINE. D'autres séquences SINE possédant ces mêmes critères sont présentes dans les génomes d'oiseaux, de reptiles, de poissons et de céphalopodes. Nous avons ainsi identifié une nouvelle "superfamille" de rétroposon appelée CORE-SINE présente chez tous les vertébrés. L'étude du rôle de chaque segment des CORE-SINE ; région dérivée d'ARNt, "core" et région dérivée de LINE, nous a permis de donner de nouveaux éléments de réponse sur l'évolution des rétroposons dans les génomes eucaryotes. Enfin, nous avons décrit la présence d'un nouvel élément LINE dans les génomes de marsupiaux. Celui-ci est fortement identique au rétroposon Bov-B des génomes bovins et reptiles. Sa présence dans ces différents génomes soulève la possibilité d'un transfert horizontal de cet élément. / Almost 30% of the human genome consists of copies of interspersed repeats that amplified by retroposition, a process widely spread among eukaryotic taxa. Retroposition involves reverse transcription of the transcribed copies and reintegration of the resulting cDNAs into the host genome. Retroposition requires specific activities in addition to the enzymatic machinery commonly found in the host cells. The reverse transcriptase as well as the endonuclease involved in the cDNA synthesis and integration, are coded by the actively retroposing long elements such as LINEs. In contrast, short elements (SINEs) do not encode any protein facilitating their proliferation. However, these elements must have used both host-specific and retroposition-specific activities provided in trans to secure their efficient amplification. We have characterised 5 new SINE retroposon families from mammalian genomes. They belong to tRNA-derived SINEs and have also a common central domain called "core". The 3 end regions of all families are distinct but they display high identity with the 3'extremities of different LINEs. Several SINEs with the same characteristics have been found in bird, reptile, fish, and cephalopod genomes. These data point to the existence of a new "super-family" of SINE retroposons, named CORE-SINE, present in all vertebrate genomes. The study of each CORE-SINE segments, i.e. tRNA-derived region, "core" and LINE-derived region, gave new insight into the evolution of retroposon in eukaryotic genomes. Finally, we also described a new LINE element from marsupial genomes. It presents high identity with the Bov-B element from bovine and reptile genomes, which raises the possibility of a horizontal transfer of this element between genomes.

Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus. / Plants must protect the integrity of three genomes located respectively in the nucleus, the chloroplasts and the mitochondria. Although DNA repair mechanisms in the nucleus are the subject of multiple studies, little attention has been paid to DNA repair mechanisms in chloroplasts and mitochondria. This is unfortunate since mutations in the chloroplast or the mitochondrial genome can lead to altered plant growth and development. Our laboratory has identified a new family of proteins, the Whirlies, whose members are located in plant mitochondria and chloroplasts. These proteins form tetramers that bind single-stranded DNA and play various roles associated with DNA metabolism. In Arabidopsis, two Whirly proteins maintain chloroplast genome stability. Whether or not these proteins are involved in DNA repair has so far not been investigated. Our studies in Arabidopsis demonstrate that DNA double-strand breaks are repaired in both mitochondria and chloroplasts through a microhomology-mediated repair pathway and indicate that Whirly proteins affect this pathway. In particular, the role of Whirly proteins would be to promote accurate repair of organelle DNA by preventing the repair of DNA double-strand breaks by the microhomology-dependant pathway. To understand how Whirly proteins mediate this function, we solved the crystal structure of Whirly-DNA complexes. These structures show that Whirly proteins bind single-stranded DNA with low sequence specificity. The DNA is maintained in an extended conformation between the β-sheets of adjacent protomers, thus preventing spurious annealing with a complementary strand. In turn, this prevents formation of DNA rearrangements and favors accurate DNA repair. We also show that upon binding long ssDNA sequences, Whirly proteins assemble into higher order structures, or hexamers of tetramers, thus forming spherical particles of twelve nanometers in diameter. We also demonstrate that a lysine residue conserved among plant Whirly proteins is important for the stability of these higher order structures as well as for cooperative binding to DNA and for DNA repair. Overall, our study elucidates some of the mechanisms of DNA repair in plant organelles as well as the roles of Whirly proteins in this process.