Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) analyzes the fluctuations in the fluorescence intensity, which is emitted from a tiny excition volume, to obtain information about the concentration, the mobility, and the molecular interactions of labeled molecules. The more advanced fluorescence cross-correlation spectroscopy (FCCS) increases the precision in the determination of fl ow velocities and binding constants compared to standard FCS. The miniaturization in biomedical and chemical engineering has been developing rapidly, propelled by the vision of a fully functional laboratory on a single chip and its use in human therapeutics, for example, as implanted drug delivery system. A key requirement to fulfill this vision is the ability to handle small fl uid volumes. Handling liquids using the electrohydrodynamical principle circumvents many of the disadvantages of other systems. The complex flow pattern in the active region of such a pump could not be resolved by common tracking techniques. In this thesis, two-focus FCCS (2f-FCCS) was used to map the flow pro file inside a micropump. The high precision of 2f-FCCS in the determination of fl ow measurements even with small fluorescent particles allowed the measurement of the flow velocities induced by electrohydrodynamic forces acting on the solvent, while excluding the effects of dielectrophoretic forces acting on larger particles. Analysis of the fl ow data indicates a fl ow pattern that consists of two vortices of different size and opposite direction of rotation. The flow pattern derived by 2f-FCCS explains the observed complex particle trajectories in the force field and the accumulation of particles in well-de fined regions above the microelectrode array. In the second part of this thesis, the mechanism of RNA interference (RNAi) was studied by dual-color FCCS in vivo. RNAi is an evolutionary conserved gene silencing mechanism, which uses short double-stranded RNA molecules, called short interfering RNAs (siRNAs), as effector molecules. Due to its speci city and simplicity, RNAi yields a great potential for a widespread therapeutic use. To broaden the therapeutic applications, the in vivo stability of siRNAs has to be improved by chemical modi cations, but some of these modi fications inhibit the gene silencing mechanism. The presented FCCS assays are very well suited to investigate the individual assembly steps of RNAi machinery with very high specifi city and sensitivity in real time and to study the cleavage activity of the activated RNAi machinery. A direct correlation between activity of the RNAi machinery and the results from the FCCS measurements could be shown. The in fluence of several chemical modi cations on the assembly and activity of the RNAi machinery was investigated with these assays. / Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) analysiert die Fluktuationen im Fluoreszenzsignal eines kleinen angeregten Volumens, um Informationen über die Konzentration, die Bewegung und die Interaktionen der markierten Moleküle zu erhalten. Die Fluoreszenz-Kreuzkorrelations-Spektroskopie (FCCS) erhöht die Genauigkeit bei der Messung von Fließgeschwindigkeiten und Bindungskonstanten im Vergleich zur Standard-FCS. Die Miniaturisierung der Biomedizin und Chemie hat sich rapide entwickelt, angetrieben von der Vision eines kompletten Labors auf einem Chip und dem Einsatz dieses in der medizinischen Therapie, zum Beispiel als implantierter Medikamentenspender. Ein Schlüsselelement zur Erfüllung dieser Vision ist der Transport von kleinsten Flüssigkeitsmengen in diesen miniaturisierten Systemen. Der Transport von Flüssigkeiten mittels des elektrohydrodynamischen Prinzips umgeht viele Nachteile von anderen Systemen, allerdings zeigt eine solche Pumpe ein kompliziertes Strömungsbild in der aktiven Region, welches sich mit herkömmlichen Methoden wie Teilchenverfolgung nicht vermessen ließ. Hier wurde Zwei-Fokus-FCCS (2f-FCCS) genutzt, um das Strömungsbild in der Pumpe zu vermessen. Die hohe Genauigkeit der 2f-FCCS bei der Bestimmung von Fließgeschwindigkeiten auch mit kleinen fluoreszierenden Teilchen ermöglichte die Messung der Fließgeschwindigkeiten, aufgrund der auf das Lösungsmittel wirkenden elektrohydrodynamischen Kräfte, unter Ausschluss der auf größere Teilchen wirkenden dielektrophoretischen Kräfte. Die Analyse der Daten ergab, dass das Strömungsbild aus zwei entgegengesetzt rotierenden unterschiedlich großen Wirbeln besteht. Dieses Strömungsbild erklärt die komplizierten Teilchenbewegungsbahnen und die Anreicherung der Teilchen in klar abgegrenzten Bereichen über den Mikroelektroden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der RNAi-Mechanismus in lebenden Zellen mittels Zwei-Farben-FCCS untersucht. RNA Interferenz (RNAi) ist ein evolutionär erhaltener Geninaktivierungsmechanismus, der kurze doppelsträngige RNA Moleküle, so genannte kurze interferierende RNAs (siRNAs), als Effektormoleküle nutzt. Die Spezifi tät und Einfachheit der RNAi hat ihr ein weites Feld in der medikamentösen Therapie geöffnet. Zur Erweiterung dieses Feldes ist es nötig die Stabilität der siRNAs im Körper mittels chemischer Modi fikationen zu erhöhen. Einige dieser Modifikationen hemmen aber den RNAi-Mechanismus. Die hier vorgestellten FCCS Experimente sind sehr gut geeignet, um die einzelnen Schritte des Zusammenbaus der RNAi Maschinerie mit hoher Empfi ndlichkeit und Spezi fität in Echtzeit zu untersuchen und die Aktivität der RNAi Maschinerie zu studieren. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Aktivität der RNAi Maschinerie und den Ergebnissen der FCCS Messungen hergestellt werden. Der Einfluss von verschiedenen chemischen Modikationen auf den Zusammenbau und die Aktivität der RNAi Maschinerie wurde mit diesen neuartigen Methoden untersucht.

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La vectorisation et le ciblage d’agents anticancéreux représentent des axes de recherche majeurs au sein du LCSN. En effet, la plupart des molécules actives utilisées en thérapie anticancéreuse sont peu sélectives des tumeurs et sont toxiques pour les cellules saines. L’élaboration de nanobiomatériaux aptes à cibler spécifiquement les tumeurs par effet EPR mais également capables de les détruire par l’action de la drogue transportée s’avère capital. Le nanovecteur utilisé est élaboré à partir des nanocristaux de cellulose (CNCx) issus de l’hydrolyse acide du coton. Une première approche a consisté à élaborer la nanoplateforme thérapeutique suivant la technique. / Targeting and drug delivery are major areas of research within the LCSN. Indeed, most of the active molecules used in cancer therapy are not very selective against tumors and are toxic to healthy cells. The development of nanobiomaterials able to specifically target tumors by EPR effect but also capable of destroying them by the action of the drug transported turns capital. In this work we achieved the binding of triphenylphosphonium cation (to target the mitochondria), hydrophobic active ingredients and a nucleic acid on cellulose nanocrystals issued from the acid hydrolysis of cotton. The first therapeutic platform synthesized according to the technique.

BRCA2 is a highly penetrant breast cancer predisposing gene. The protein product of the BRCA2 gene mediates repair of breaks in DNA, through Homologous Recombination (HR). Understanding the mechanism(s) behind BRCA2 involvement in HR will help clarify its clinical importance and may pave the way for possible therapy. In this work we show that BRCA2 affects telomere maintenance in mammalian cells. Telomeres are physical ends of chromosomes implicated in cell senescence and carcinogenesis. In particular, the enzyme telomerase that synthesizes telomeric DNA is highly active in ~90% cancers and it is considered one of the cancer markers. The remaining 10% of cancers do not show telomerase activity and they maintain their telomeres by an alternative pathway known as Alternative Lengthening of Telomeres (ALT). We observed telomere shortening, loss of telomere function in the form of end chromosome fusions and increased incidence of Telomere Sister Chromatid Exchanges (T-SCE), one of the recognized markers of ALT, in 3 sets of Chinese hamster and human BRCA2 defective cell lines, all of which maintained telomeres by conventional mechanisms. We have also inhibited BRCA2 expression in ALT positive cells by transfecting them with si (short interfering) RNA oligonucleotides specific for BRCA2 and monitored its expression by Real Time-PCR and Western blot. Results indicate that BRCA2 knock-down in ALT positive human cells that causes reduction in T-SCE frequencies, thus suggesting that ALT cells and those that maintain telomeres by conventional mechanisms differ in this respect. One interesting scenario that emerges from these results is that BRCA2 deficiency could potentially suppress the ALT pathway. We wanted to explore this possibility further by creating a permanent BRCA2 knock-down. Our preliminary results suggest that our method for the permanent BRCA2 knock-down based on the SMARTvector 2.0 system and sh (short hairpin) iv RNA approach is still not working effectively. We identified hyper-methylation of the promoter within the vector as a possible cause. Finally, we examined repair kinetics of interstitial telomeric sites (ITSs) in BRCA2 deficient Chinese hamster cells in order to test the hypothesis that defective DNA double strand break repair may be responsible for their increased sensitivity to DNA damaging agents. Our results indicate that DNA damage within ITSs is repaired effectively thus disproving the above hypothesis. In conclusion, this work demonstrates the involvement of BRCA2 in telomere maintenance.

It has been demonstrated that retinal photoreception among mammals extends beyond rods and cones to include a small number of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (pRGCs), which are capable of responding to light due to expression of the melanopsin (OPN4) photopigment. OPN4 may have therapeutic potential if ectopically expressed in the degenerate retina in cases where photoreceptors are lost, but the other molecules involved in this light induced transduction cascade are less well characterized. Therefore I sought to probe further the mechanism of OPN4 mediated light sensitivity by siRNA mediated knock down of specific molecules in two mice models in which complete loss of rods and cones renders them almost exclusively dependent on the OPN4 pathway for light sensitivity. I generated siRNA probes against the long transcript variant of murine Opn4 mRNA and first tested these probes on the murine Neuro2A (N2a) cell line, before assessing effects in C3H/HeN rd and rodless/coneless rd/rd cl mice. siRNA was injected intravitreally into one eye and pupillometry was assessed, combined with molecular analyses at various timepoints. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis in N2a cells confirmed Opn4 knockdown and immunolabelling techniques identified >85% silencing with siRNA. Pupil responses in the rd and rd/rd cl mice were inhibited by the siRNA injections in vivo which confirmed the functional effect of Opn4 silencing detected by molecular analysis. I therefore present a novel reproducible in vivo model in which siRNA induced silencing of the melanopsin pathway can be assessed by pupillometry and compared to levels of mRNA and protein at specific timepoints. Probes against other putative candidate genes, such as TRPC3, may unravel the molecular interactions of this pathway. This may help in future to induce light sensitivity in other retinal neurons in patients who are completely blind from photoreceptor loss.

De nombreux mécanismes contrôlent et limitent la prolifération des éléments transposables (ET) dans les génomes dont ils menacent l'intégrité structurale et fonctionnelle. Chez les plantes l'interférence ARN (ARNi) joue un rôle important dans ces contrôles via des petits ARN d'environ 20nt qui guident la régulation de l'expression de séquences endogènes ou exogènes par deux types de mécanismes. Un premier mécanisme, partagé par de nombreux organismes eucaryotes, inhibe l'activité d'ARNm par un contrôle post-transcriptionnel. Un deuxième type de régulation, permet un contrôle transcriptionnel de l'activité des ET via un mécanisme appelé RNA directed DNA Methylation (RdDM) qui implique des siARN («  short-interfering RNA ») de 24nt qui guident la méthylation de l'ADN spécifiquement au niveau des séquences d'ET. Les siARN sont impliqués également dans la restauration progressive de la méthylation de l'ADN après une perte induite par la mutation du gène DDM1 (Decrease in DNA Methylation 1). L'objectif de cette thèse est de tirer avantage des technologies de séquençage à haut débit pour caractériser le contrôle des ET par les siARN chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.Dans un premier temps, j'ai développé des méthodes et outils bioinformatiques afin de gérer efficacement les données de séquençage à haut débit de banques de petit ARN. Ces outils, regroupés en pipeline, visent à permettre l'étude de l'accumulation des siARN correspondant aux séquences d'ET ou de familles d'ET ainsi que leur visualisation de manière globale ou détaillée.Ces outils ont ensuite été appliqués pour caractériser, dans un contexte sauvage, l'association entre les siARN et les ET afin de déterminer des facteurs pouvant expliquer les différences d'abondance en siARN observées. Ces analyses, réalisées en tenant compte de l'état de méthylation de l'ADN et du contexte génomique des ET apportent une vue statique du contrôle des ET par les siARN et de leur impact sur les gènes situés à proximité.L'analyse de banques de petits ARN de mutants de la voie de l'ARNi a ensuite été réalisée afin mieux caractériser l'impact de la perte de méthylation de l'ADN sur les populations de siARN et notamment définir les mécanismes impliqués dans la production des siARN de 21nt induite dans le mutant ddm1. Ces analyses comparatives du contrôle des ET lors d'une perte de la méthylation de l'ADN ont permis de mettre en évidence une production de siARN de 24nt indépendante de la voie classique du RdDM et de proposer un modèle permettant d'expliquer la production de siARN de 21nt dans le mutant ddm1.Dans un dernier temps, j'ai cherché à mieux définir l'implication des siARN dans la restauration des états de méthylation de l'ADN. Les variations de méthylation de l'ADN induites par la mutation ddm1 ont été caractérisées ainsi que leur stabilité transgénérationnelle au sein d'une population d'epiRIL. La stabilité de l'hypométhylation de l'ADN a été étudiée, au regard de données de séquençage à haut débit de banques de petits ARN de lignées WT, ddm1 ainsi que pour 4 lignées epiRIL, afin d'apporter une notion temporelle à l'étude du contrôle des ET par les siARN.Les résultats soulignent le rôle majeur des petits ARN pour le contrôle des éléments transposables afin de préserver l'intégrité structurale et fonctionnelle du génome et ce, via des mécanismes variés en fonction des ET. Ce travail ouvre la voie vers une analyse du contrôle des ET par les siARN basée sur une approche regroupant les ET en réseaux en fonction des séquences de siARN qu'ils partagent. Cela permettrait d'étudier les « connections-siARN » entre ET afin de, par exemple, explorer l'action en trans des siARN pour la restauration de la méthylation de l'ADN. / Many mechanisms control and limit the proliferation of transposable elements (TEs) which could otherwise threaten the structural and functional integrity of the genome. In plants RNA interference (RNAi) plays an important role in this control through small RNAs that guide the expression regulation of endogenous or exogenous sequences by two types of mechanisms. The first such mechanism, shared by many eukaryotic organisms, acts at the post-transcriptionnal level to inhibit the activity of mRNA. A second type of regulation allows the transcriptional control of TEs activity through a mechanism called RNA directed DNA methylation (RdDM) which involves 24nt long siRNA ("short-interfering RNA") that guide DNA methylation specifically on TEs sequences. Furthermore, siRNAs are also involved in the progressive restoration of DNA methylation after a loss induced by mutation of the DDM1 gene (Decrease in DNA Methylation 1). The aim of this thesis is to take advantage of high-throughput sequencing technologies to characterize these TEs controls mechanisms by siRNA in the model plant Arabidopsis thaliana .At first, I developed methods and bioinformatics tools to effectively manage data produced by high-throughput sequencing of small RNA libraries. These tools, combined in a pipeline, are designed to allow the study the accumulation of siRNA corresponding to TE sequences or TE families as well as their global or detailed visualization.These tools were applied to characterize, in a wild type background, the association between siRNA and TEs in order to define factors that may explain the observed differences in siRNA abundance . These analyses were performed by taking into account both DNA methylation states and genomic context. It provides a static view of siRNA control of TEs and their impact on nearby genes. Then, analysis of small RNA libraries from mutants of the RNAi pathway was performed to better characterize the impact of DNA methylation loss on siRNA populations and to define the mechanisms involved in the production of 21nt siRNA induced in the ddm1 mutant. These comparative analyses of the TE control after loss of DNA methylation allow us to highlight the production of 24nt siRNA independently of the classical RdDM pathway and to propose a model explaining the production of 21nt siRNA in the ddm1 mutant. At last, I tried to clarify the involvement of siRNA in the restoration of DNA methylation. Changes in DNA methylation induced by ddm1 mutation were characterized as well as their transgenerational stability in an epiRIL population. The stability of DNA hypomethylation has been studied in relation to high-throughput sequencing of small RNAs data from WT, ddm1 and 4 epiRIL lines. It provides a temporal view of the TE control by siRNA. The results highlight the important role of small RNAs in the control of transposable elements in order to preserve structural and functional integrity of the genome through a variety of mechanisms depending on TE sequences. This work opens the way to the analysis of the siRNA control on TEs based on approaches that combine TEs in networks based on their shared siRNA sequences. It would allow to study "siRNA-connections" between TEs in order to explore, for example, the action in trans of siRNA in the restoration of DNA methylation defect.

Chez la plupart des eucaryotes, la présence d’ARN double brin induit la mise en place de mécanismes qui peuvent inhiber l’expression de gènes sur la base d’une complémentarité de séquence. L’exemple le mieux connu est le cas de l’interférence par l’ARN telle qu’elle a été décrite initialement chez C. elegans, où les ARN double brin génèrent une endonucléase spécifique de séquence qui dégrade tout ARN parfaitement complémentaire du petit ARN guide contenu dans le complexe RISC. En plus de cette activité post-transcriptionnelle, il a été observé chez de nombreux eucaryotes l’existence de mécanismes apparentés à l’interférence par l’ARN et qui inhibent la transcription en agissant au niveau de la chromatine. Si ces mécanismes ont été clairement mis en évidence chez les plantes et les champignons il n’existe que quelques exemples de ce type de régulation chez les mammifères. De manière inattendue, le fait de cibler le promoteur d’un gène avec de petits ARN double brin peut conduire à une augmentation de son expression. Cette réponse paradoxale n’a été observée jusqu’à présent que dans des cellules de mammifère, et si elle suscite un intérêt en particulier pour stimuler l’expression de gènes suppresseurs de tumeurs, son mécanisme est encore inconnu.Mes travaux ont porté sur l’étude de l’induction de l’expression par des petits ARN. Ils reposent tout d’abord sur le développement d’une approche expérimentale qui permet de suivre l’activité du promoteur du gène ciblé. Pour cela, j’ai utilisé des constructions indicatrices organisées autour d’un promoteur bidirectionnel qui contrôle l’expression de deux protéines fluorescentes. Lorsque l’on cible le messager de l’une de ces protéines, l’expression de l’autre est augmentée et j’ai pu montrer que ceci corrèle avec la quantité d’ARN messager et de polymérase II présente sur le promoteur bidirectionnel. Ainsi, l’utilisation d’un promoteur bidirectionnel permet effectivement de suivre le niveau de transcription du gène ciblé par le petit ARN.Cette induction de l’expression détectée de manière « controlatérale » n’est pas due à un effet hors cible des petits ARN car elle nécessite la présence de la séquence cible sur l’un des transcrits de la construction indicatrice. L’induction peut être observée avec de nombreux petits ARN différents, y compris s’ils interagissent comme des micro ARN. Les constructions indicatrices que j’ai développées sont donc biaisées en faveur d’une réponse de type induction transcriptionnelle enréponse à un silencing. L’utilisation d’un promoteur bidirectionnel est probablement à l’origine de ce biais à travers la possibilité d’induire une transcription convergente sur les plasmides lorsqu’ils sont circulaires. De fait, la linéarisation de la construction indicatrice supprime l’induction, du moins pour les constructions les plus simples.Si le coeur du complexe RISC, la protéine Ago2, est nécessaire au silencing et à l’induction, j’ai pu montrer que dans le deuxième cas c’était en fait pour guider le complexe RISC sur les transcrits et non pas pour les couper. En effet, le silencing des protéines TNRC6A et B diminue fortement l’induction sans toucher au silencing s’il procède en mode siRNA. De plus l’ancrage sur le transcrit EGFP induit une réponse de même type que le petit ARN (silencing et induction). Cette approche d’ancrage m’a permis d’identifier les domaines nécessaires au silencing et à l’induction et de montrer qu’ils sont distincts.Ce travail permet donc de mettre en évidence que l’induction transcriptionnelle observée sur nos constructions indicatrices est due à une activité des partenaires des protéines Argonaute, la famille GW182/TNRC6. Cette observation ouvre la voie à une caractérisation du mécanisme de cette induction en montrant qu’elle relève d’une activité spécifique du complexe RISC. / In the majority of the eucaryote, the presence of double-strands RNA induce the inhibition of gene expression base on the complementary of sequence. The best known example is the case of RNA interference in C. elegans which is the first model described, in which the double-strands RNA generate an specific endonuclease who degrade all RNA complementary perfectly to the small RNA guide included in the complex RISC. In addition to this post-transcriptional activity, it has been observed in many eukaryotes the existence of mechanisms related to RNA interference and it inhibit transcription by acting at the chromatin. If these mechanisms have been clearly demonstrated in plants, fungi, there are only several examples of this type of regulation in mammals. Unexpectedly, the targeting the promoter of a gene with small double-stranded RNA can lead to increased expression. This paradoxical response has not been observed so far in mammalian cells, but it raises interest particularly to stimulate the expression of tumor suppressor genes, unfortunely the mechanism is still unknown.My work has focused on studying the induction of expression by small RNAs. They are based first on the development of an experimental approach that allows to monitor the promoter activity of the targeted gene. To do this I used indicator constructions organized around a bidirectional promoter that controls the expression of two fluorescent proteins. When targeting the messenger of one of these proteins, the expression of the other is increased and I was able to show that thisincrease correlates with the amount of RNA messenger polymerase II presented on the bidirectional promoter. Thus, the use of a bidirectional promoter can effectively monitor the level of transcription of the gene targeted by the small RNA. This induction of expression detected in a "contralateral" is not due to an off-target effect of siRNA because it requires the presence of the target sequence on one of the transcripts of the construction indicator. The induction can be observed with many different small RNAs, including the interact as micro RNA. Thus the construction indicator that I developed are biased in an induction response transcriptionally in response to a silencing. The use of a bidirectional promoter is probably the origin of this bias through the possibility of inducing a convergent transcription when the plasmids are circular. In fact, the linearization of the construction indicator removes the induction, at least for the simplest constructions. If the heart of the complex RISC is the protein Ago2, is necessary for the silencing and the induction, I was able to show that in the second case Ago2 was in fact to guide the RISC complex on the transcripts but not to cut it. Indeed, the silencing of proteins TNRC6A and B reduces induction significantly without affecting the silencing if it processe in the siRNA model. Also anchoring the transcript EGFP induces a response similar to the small RNA (silencing and induction). This anchor approach allowed me to identify domaines necessary for silencing and induction and show that they are distinct. This work makes it possible to demonstrate that the transcriptional induction observed in our constructions indicator is due to a activity partner ofArgonaute proteins, the GW182/TNRC6 family. This observation open the way for characterization of the mechanism of this induction by showing that it belongs to a specific activity of the RISC complex.

Les éléments transposables (ET) sont des parasites génomiques présents dans tous les génomes, dont une partie présente une structure similaire à celle de certains virus. Dans les cellules ovariennes d'insecte, l'abondance des transcrits d’ET est contrôlée par ARN interférence (ARNi), et plus particulièrement par la voie piARN (Piwi-interacting RNA). Une autre voie d'ARNi, la voie siARN (Small interfering RNA), constitue l'une des principales réponses immunitaires des insectes contre les infections virales, et est aussi dédiée au contrôle somatique des ET. Ces deux voies d'ARNi sont dirigées par des effecteurs moléculaires distincts et décrites comme indépendantes. Cependant, des similitudes structurales et de mécanisme de contrôle entre les ET et les virus suggèrent la possibilité d’une interaction. Nous avons utilisé la drosophile comme modèle et infecté l'organisme avec le virus Sindbis (SINV), un arbovirus (Arthropod-Borne virus), ou le virus Sigma (SV), un virus spécifique de drosophile. À l'aide d'un séquençage à haut débit, nous avons caractérisé les répertoires d'ARN et de petits ARN interférents produits par les drosophiles infectées, à partir des tissus de carcasses ou d'ovaires. Globalement, nos résultats démontrent un impact de l'infection virale sur les quantités de transcrits d’ET via la modulation des répertoires piARN et siARN, et représentent la première démonstration des effets d’infections virales sur l’activité des ET. Plus précisément, l’infection par SINV favorise une diminution globale des quantités de transcrits d’ET alors que l’infection par SV réactive de nombreux ET. Nos données suggèrent que la modulation résulte de substrats d'ARN partagés et de trans-régulateurs communs des voies de l'ARNi. Ces résultats ouvrent un nouvel axe de recherche en génomique, suggérant que les épidémies virales ou les infections chroniques peuvent avoir un impact sur l'activité des ET, et donc sur le taux de diversification génétique ultérieure / Transposable elements (TEs) are genomic parasites that are found in all genomes, a part of which display structure similarity to some viruses. In insect ovarian cells, TE transcript abundance is controlled by RNA interference (RNAi) machinery and more particularly by the piRNA pathway (Piwi-interacting RNA). Another RNAi pathway, named siRNA pathway (Small interfering RNA), is one of the key insect immune responses against viral infections and is also dedicated to TE somatic control. These two interfering RNA pathways are led by distinct molecular effectors and described as independent. However, similarities in structure and control mechanisms across TEs and viruses suggest that an interplay may exist. We used Drosophila as a model, and infected the organism with Sindbis virus (SINV), an arbovirus (Arthropod-Borne virus), or Sigma virus (SV), a Drosophila-specific virus. Using high-throughput sequencing, we characterized the RNA and small-RNA repertoires produced by Drosophila flies from carcass or ovary tissues. Overall, our results demonstrate an impact of viral infection on TE transcript amounts via modulation of the piRNA and siRNA repertoires and represent the first demonstration of the effects of viral infection on TE activity. More precisely, SINV infection promotes a global decrease of TE transcript levels while SV infection reactivates many TEs. Our data suggest that the modulation results from shared RNA substrates and common trans-regulators of the small RNA pathways. These results open new avenue of research in genomics, suggesting that viral epidemics or chronic infections can impact TE activity and thus the rate of subsequent genetic diversification

Les ARNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques et peuvent adopter des structures secondaires différentes. Par leurs propriétés, ils constituent des outils biologiques puissants pour des applications diverses, tels les ARNs interférents (siARN) qui permettent l’extinction de l’expression des gènes par exemple. L’introduction de modifications sur des ARNs s’est avérée essentielle pour améliorer leurs propriétés et faciliter l’étude de leurs rôles biologiques et leurs applications thérapeutiques.Ce manuscrit rapporte la synthèse et les propriétés d’ARNs modifiés en position 2’ du ribose par des groupements contenant des ponts disulfures, sensibles à un environnement réducteur.Dans la première partie, la synthèse de prodrogues de siARNs partiellement modifiés par des groupements benzyldithiométhyles est décrite. Leurs stabilités thermiques et enzymatiques, ainsi que leur démasquage en milieu réducteur, sont montrés. Les résultats prometteurs d’activité inhibitrice et de pénétration cellulaire, sur une lignée cellulaire du sarcome d’Ewing, permettent d'envisager une application potentielle de ces siARNs modifiés comme outils thérapeutiques.La deuxième partie décrit une approche de co-délivrance par des siARNs couplés avec une drogue anticancéreuse, la doxorubicine, via un lien auto-immolable contenant des ponts disulfures. Les propriétés physico-chimiques des conjugués sont déterminées, et la libération du siARN et de la drogue en milieu réducteur est mise en évidence.La troisième partie présente une autre méthode de conjugaison en solution entre la position 2’ d’un ARN et des petites molécules (sucres, coumarine, biotine, acide désoxycholique, glutathion) via un pont disulfure. La synthèse des ARNs conjugués et leur devenir en milieu réducteur sont décrits.Dans la dernière partie, l’impact d’un lien avec un pont disulfure intrabrin entre les positions 2’ de deux nucléotides adjacents est étudié dans un duplex ou la partie boucle d’hairpins. L’influence du pont disulfure sur l’équilibre des conformations duplex et hairpin d’un ARN d’intérêt biologique est évaluée, en absence et en présence d’agents réducteurs. Une application en fluorescence d’une hairpin contrainte en tant que « molecular beacon » montre des utilisations potentielles de ce lien dans des outils pour étudier la conformation de structures secondaires d’ARNs ou dans des sondes pour détecter les agents réducteurs. / RNAs are involved in numerous biological processes and can adopt different secondary structures. Thanks to their properties, they are powerful biological tools for diverse applications, such as small interfering RNA (siRNA) for gene silencing. Modified RNAs have proven to be essential to improve their properties, and to facilitate the study of their biological and therapeutic functions.This manuscript reports the synthesis and properties of 2’-O-modified RNAs bearing disulfide-containing groups, sensitive to reductive environment.The first part describes the synthesis of siRNAs prodrugs bearing lipophilic benzyldithiomethyl groups. The thermal stability, the serum stability and the response to glutathione treatment of modified siRNAs are thoroughly investigated. The gene silencing and the gymnotic delivery of several siRNAs are assessed, and demonstrates promising results on Ewing’s sarcoma cell line.A second part concerns the co-delivery of siRNAs and a hydrophobic anti-cancer drug (doxorubicin) using a self-immolative spacer bearing disulfide bonds. The chemico-physical properties of these conjugates are determined and the recovery of native siRNA and doxorubicin in response to reductive treatment is highlighted.A third part presents the conjugation of RNAs to small molecules (sugars, coumarin, biotin, deoxycholic acid, glutathione) using disulfide linkages. The synthesis of the RNA conjugates and their release in reducing conditions are also demonstrated.The last part reports the synthesis and the impact of an intrastrand dimethylene disulfide bridge between 2’-O-positions of two adjacent nucleotides in an RNA duplex and in the loop of RNA hairpins. Then, the influence of this linkage on the folding of a biologically relevant RNA structure is reported. Finally, an application of a constrained hairpin as a fluorescent molecular beacon highlights its potential use in tools for understanding RNA folding and in probes for the detection of reducing reagents

A fatty acid amide is precisely as the name suggests: A fatty acid (CHn-COOH), in which the hydroxyl group of the carboxylic acid is displaced by an amine functional group from a biogenic amine (R-NH2), ultimately forming an amide bond. Furthermore, these fatty acid amides can be composed of a variety of different acyl chain lengths donated by the fatty acid and a myriad of different biogenic amines. Thus, these molecules can be subdivided in a number of different ways including the separation of short chain (acetyl to heptanoyl) and long chain (palmitoyl to arachidonoyl) and also based off the biogenic amine type. The long chain fatty acid amides quickly gained the interest of the scientific community through the discovery of anandamide (N-arachidonoylethanolamide), which was found to be the endogenous ligand for the cannabinoid receptor-1 (CB1) found in the mammalian brain. This particular neural molecule is an N-acylethanolamide, which is one specific classification of long chain fatty acid amide. However, there exist other types of long chain fatty acid amides including the N-acylglycines, primary fatty acid amides (PFAMs) and N-acylarylalkylamides. Yet, despite the type of fatty acid amide, it has been shown many of these types of molecules are synthesized using a type of N-acyltransferase. These N-acyltransferases are believed to be members of the GCN5-related superfamily of N-acyltransferases (GNAT), which share the feature of being able to accept acyl-CoA thioester substrates. This dissertation will discuss and demonstrate the extraction of all types of the aforementioned classifications of long chain fatty acid amides but will have a particular focus on the N-acylarylalkylamides. Elucidating more about the biosynthetic pathways and metabolic routes of the long chain fatty acid amides could lead to the development of potential therapeutics and pest control agents. We have determined Drosophila melanogaster arylalkylamine N-acyltransferase like 2 is responsible for the in vivo biosynthesis of N-acyldopamines. We have also demonstrated Bombyx mori is another suitable model systems for the study of long chain fatty acid amides, as three insect arylalkylamine N-acyltrasnferase from Bombyx mori (Bm-iAANAT) were found to share some homology in primary sequence (25-29%) to AAANTL2 in Drosophila melanogaster. We show herein that one of these enzymes is able to catalyze the formation of long chain N-acylarylalkylamides in vivo. The change in the transcription of these enzymes was tracked to try and understand if these enzymes serve a focused purpose in the physiological development of the insect. If it is found one of these Bm-iAANAT are crucial for growth, it may elucidate a general function of the enzyme, which may be able to inhibit growth of specific insects that are known pests, while not targeting endangered insects like Apis melliferra (honey bee). Understanding this would help in the eventual creation of targeted insecticides on specific insect pests Furthermore, a novel panel of fatty acid amides was characterized and quantified in extracts from this organism via LC-QToF-MS, ultimately showing it is very possible the Bm-iAANATs are performing this catalysis in vivo.