Les progrès fulgurants des technologies de séquençage permettent de développer des projets de recherche très complexes. De plus, les consortiums internationaux tels qu’ENCODE, Roadmap Epigenomics et Fantom offrent publiquement de vastes jeux de donnés à la communauté scientifique. Ainsi, mon projet de recherche au doctorat a pour but de développer de nouvelles approches bioinformatiques afin d’analyser efficacement les données génomiques de type ChIP-Seq pour cibler les changements dans les patrons d’interactions entre les protéines et l’ADN. De nouveaux outils R tels ENCODExplorer et FantomTSS ont donc été développés afin de faciliter l’intégration des données publiques. De plus, l’outil metagene, développé dans le cadre de mon doctorat, permet de comparer les patrons d’enrichissement des protéines interagissant avec l’ADN. Il extrait efficacement la couverture des régions génomiques, normalise le signal et d’utilise les contrôles pour retirer le bruit de fond. Il produit des graphiques pour comparer visuellement les facteurs et conditions et offre des outils statistiques pour cibler les profils significativement différents. Afin de valider mon approche expérimentale, j’ai analysé une centaine de jeux de données de ChIP-Seq de la lignée GM12878 pour étudier les profils d’enrichissement au niveau des amplificateurs et des promoteurs en fonction de leur activité transcriptionnelle. Cette étude a ciblé deux modes de recrutement distincts, soit l’effet gradient et l’effet seuil. Face à la complexité et la quantité de données disponibles, il est essentiel de développer de nouvelles approches méthodologiques et statistiques afin d’améliorer notre compréhension des mécanismes biologiques. ENCODExplorer et metagene sont disponibles sur Bioconductor. / Recent progress in sequencing technologies opened the possibility of performing very complex research experiments. Combined with the vast public datasets produced by intenational consortiums such as ENCODE, Roadmap Epigenomics and Fantoms, the amount of data to process can be daunting. The goal of my doctoral project is to develop new bioinformatic approaches to facilitate the integration of ChIP-Seq data for the study of the dynamic of the interactions between proteins and DNA. New tools such as ENCODExplorer and FantomTSS were developped in R to make the publicly available datasets easier to integrate. Futhermore, the metagene package allows the comparison of enrichment patterns of DNA-interacting proteins. This package efficiently extracts read coverage from genomic regions of interest, normalize the signal and uses controls to remove background noise. The main functionnality of the metagene package is to visually compare enrichment profiles from multiple groups of genomic regions and to offer statistical tools to caracterize and compare those profiles. To validate my experimental approach, I used over a hundred datasets from the GM12878 cell line produced by the ENCODE consortium to study the enrichment profiles of transcription factors and histones in enhnacer and promoter regions. I was able to define two distinct recruitment patterns: the gradient effect and the threshold effect. With the ever growing complexity of genomic datasets, it is essential to develop new methodotical approaches to allow a better understanding of the underlying biological processes. ENCODExplorer and metagene are both available on Bioconductor.

La biogenèse des ribosomes, aussi appelée la synthèse ribosomale, est un processus cellulaire important se déroulant dans le nucléole et implique la transcription par les trois ARN polymérases nucléaires. L’étape initiale et limitante de ce processus est la transcription des ARNs ribosomaux catalytiques, 28S, 18S and 5.8S, sous la forme d’un long précurseur d’ARN ribosomal (pre-ARNr/47S) par l’ARN polymérase I (RPI). RPI possède un ensemble de facteurs de transcription généraux responsables de son activation. Ces facteurs sont la protéine architecturale UBF, le facteur SL1 qui contient TBP, le facteur d’initiation RRN3 et le facteur de terminaison TTF1. La synthèse de l’ARN ribosomale est finement régulée et correspond à 30-50% de l’ensemble de la transcription de la cellule. De plus, ce processus est lié à la croissance cellulaire, la transformation, la prolifération et à l’activité des facteurs suppresseurs de tumeurs et des oncogènes. UBF et RRN3 sont notamment activés par plusieurs voies de signalisation de croissance cellulaire. Dans les cellules de mammifère, il existe ~200 copies d’ADNr par génome haploïde. Les fragments répétés d’ADN ribosomal sont arrangés en répétition en tandem sur les bras courts des chromosomes acrocentriques. De façon intéressante, dans les cellules somatiques, seulement la moitié des copies d’ADNr sont actives, alors que les autres sont maintenues dans une forme inactive par les modifications épigénétiques et la formation d’hétérochromatine. La raison pour laquelle le génome contient autant de copies et la régulation de leur activité ne sont pas bien comprises. Cette thèse présente l’analyse de l’importance in vivo d’UBF et de RRN3 pour la régulation de la transcription de l’ARNr et pour le maintien de la structure chromatinienne de l’ADNr. Nous avons précédemment analysé la perte de fonction de UBF dans les fibroblastes embryonnaires de souris en utilisant le système de perte de fonction conditionnelle dépendante du tamoxifène. Puisque l’un de nos objectifs était de comparer la fonction de RRN3 dans un modèle similaire, nous avons réanalysé la perte de fonction de RRN3 chez la souris et généré des lignées cellulaires comme préalablement réalisées avec la perte de fonction d’UBF. Nous avons déterminé que RRN3 est essentiel à la préimplantation et le développement est arrêté à E3.5, ce qui contredit les résultats obtenus par un autre groupe qui avait obtenu un arrêt du développement beaucoup plus tardif, à E9.5. Une lignée de fibroblastes embryonnaires de souris inductible au tamoxifène a été créée pour RRN3 de façon similaire à ce qui avait été fait pour UBF. La perte de fonction d’UBF ou de RRN3 inhibe la transcription par RPI. Par contre, nous démontrons que UBF est responsable du recrutement à l’ADNr des autres facteurs associés à RPI et du maintient de l’état ouvert de la chromatine. En comparaison, RRN3 est requis simplement pour le recrutement de RPI. Dans cette étude, nous avons également identifié une région frontalière en amont de l’ADNr formée de H2A.Z, TTF1, CTCF et des modifications d’histones activatrices. Nous avons également découvert que la perte d’UBF entraine une mort cellulaire synchronisée par apoptose, indépendamment de p53 et ce spécifiquement dans les lignées cellulaires transformées. Ce résultat suggère qu’il pourrait être possible de cibler UBF dans le traitement contre le cancer puisque la perte de UBF dans les lignées cellulaires primaires cause un arrêt de prolifération sans entrainer l’apoptose. Finalement, nous avons observé que le niveau d’activité de l’ADNr dans les cellules pluripotentes est différent que dans les cellules différenciées. Des lignées de cellules souches embryonnaires (ESCs) ont été générées à partir des souris conditionnelles pour UBF et RRN3 et nos résultats préliminaires suggèrent que la totalité des gènes de l’ADNr est active dans les cellules pluripotentes. Ce modèle est idéal pour étudier la régulation de l’ADNr ainsi que le rôle de UBF et RRN3 dans cette régulation après l’induction de la différentiation. En résumé, ces résultats permettront de clarifier le rôle in vivo de UBF et RRN3 dans la transcription de l’ARN ribosomal et dans le maintien de l’intégrité de l’ADNr. / Ribosome biogenesis, or the synthesis of ribosomes, is an important cell process occurring in the nucleolus that utilizes transcription by all three nuclear RNA polymerases. The initial and rate-limiting step is the transcription of the catalytic ribosomal RNAs 28S, 18S and 5.8S in the form of a precursor ribosomal RNA (pre-rRNA/47S) by RNA polymerase I (RPI, also known as Pol1 and POLR1). RPI has a dedicated set of basal factors responsible for its activation. These are the architectural factor UBF, the TBP containing factor SL1, the initiation factor RRN3, and the termination factor TTF1. Ribosomal RNA synthesis is tightly regulated and accounts for 30-50% of total gene transcription. As such, this process is linked to cell growth, transformation, proliferation and the actions of tumour suppressors and oncogenes. Notably, UBF and RRN3 are activated by many of the same growth signaling pathways. The human and mouse haploid genome contain ~200 copies of the ribosomal RNA genes, the ribosomal DNA (rDNA). These ribosomal DNA copies are arranged in tandem repeats on the short arms of acrocentric chromosomes. Interestingly, only a fraction of the rDNA copies are active, and a significant number are epigenetically silenced and heterochromatic. The reason for having so many copies and their regulation in vivo by silencing is not yet understood, though it has been connected with genome stability. This thesis presents the analysis of the in vivo requirements for UBF and RRN3 in rRNA transcription and rDNA chromatin structure. We had previously analyzed the loss of UBF in mouse embryonic fibroblasts using tamoxifen-dependent conditional knockout. As we wanted to compare the loss of RRN3 in a similar model, we re-analyzed the RRN3 knockout mice and created cell lines as was performed for the UBF knockout. Importantly, we find that RRN3 is essential for preimplantation and its loss arrests development at E3.5, contrary to previous work that showed a late E9.5 developmental arrest. Using mouse embryonic fibroblast (MEF) cell lines conditional for UBF or RRN3, we found that the loss of either factor prevented RPI transcription. However, we found that UBF was essential for the recruitment of the other RPI transcription factors and the formation of the preinitiation complex, as well as to maintain an open rDNA chromatin structure, while RRN3 was required only for RPI recruitment. These studies allowed us to identify an upstream boundary element on the rDNA formed of H2A.Z, TTF1, CTCF and activating histone marks, which is independent of RPI activity. We also found that UBF loss, but not RRN3 loss, led to a synchronous and massive p53-independent apoptosis, specifically in oncogenically transformed cells. This strongly suggests that drug targeting UBF could be a viable cancer treatment. Finally, we have observed that the rDNA activity status in pluripotent cells differs from that of differentiated cells. Embryonic stem cells (ESCs) were also generated from the mice conditional for UBF and RRN3. Preliminary results indicate that, unlike somatic cells, all the rRNA genes in these and other pluripotent cell lines are potentially active. This makes ESCs and their differentiation an ideal model in which to study the establishment of rDNA silencing and the role of UBF and/or RRN3 in this process. Together these data define the in vivo roles of UBF and RRN3 in ribosomal RNA transcription and suggest mechanisms by which they maintain rDNA integrity and may drive cell differentiation.

Le trouble majeur de la dépression est un des troubles de santé mentale les plus fréquents dans la société d’aujourd’hui avec plus de 350 millions de personnes atteintes dans le monde. Malgré la présence de différents types de traitement, comme les antidépresseurs ou les thérapies comportementales, les causes de ce trouble ne sont pas encore complètement élucidées. Les lacunes concernant la compréhension de cette pathologie se trouve plus particulièrement au niveau de ses fondements génétiques. A partir d’un grand échantillon de 267 sujets atteints de la dépression, de 286 sujets témoins ainsi que de trois modèles animaux, la présente étude a pour objectif de mettre en évidence différents gènes et fonctions associés de façon significative à cette maladie et de caractériser les différences transcriptionnelles spécifiques au sexe. Pour ce faire, deux grandes étapes composent ce projet. Une analyse de gènes différentiellement exprimés ainsi qu’une de modules de gènes Eigengenes, toutes deux effectuées sur l’humain et sur les modèles animaux. Les résultats ont mis en exergue plusieurs gènes associés à la dépression et partagés entre l’humain et les modèles animaux. Il semblerait que le modèle animal qui reproduit le plus les observations chez l’humain soit celui de l’isolation sociale. De plus, plusieurs fonctions biologiques pertinentes avec la caractérisation du trouble étudié ont été identifiées. Par surcroît, les modules de gènes associés à la dépression chez les femelles étaient en plus grand nombre que chez les mâles et cette observation est bien reproduite dans le modèle du stress variable chronique de l’animal. Cette étude a donc permis une amélioration des connaissances concernant la génétique de la dépression. Il en ressort que les modèles animaux utilisés dans cette étude permettent de bien de reproduire un état dépressif chez l’animal. / Major depressive disorder is one of the most common mental health disorder in modern society affecting more than 350 million people worldwide. While different types of treatment are available, such as antidepressants or behavioural therapies, causes of this disorder are not yet fully understood. A better comprehension of its genetic basis could fulfil the gaps. From a large sample of 267 subjects with depression, 286 control subjects and three animal models, this study aims to identify different genes and functions significantly associated with this disorder and to characterize sex-specific transcriptional differences. This project splits in two major steps: a differentially expressed genes analysis and a gene modules analysis using Eigengenes, both performed on humans and animal models. Results highlight several genes shared between humans and animal models. The animal model that seems to better reproduce the effects observed in humans is that of social isolation. In addition, several biological functions appear to be relevant to major depressive disorder characterization. Furthermore, gene modules associated with depression are more numerous in females than in males and this observation is reproduced in the animal’s chronic variable stress model. This study therefore enhanced knowledge about depression’s genetics and shows that animal models can be effectively used to reproduce a depressive state in animals.

On a longtemps cru que, chez les retrovirus, la production de la totalité des protéines virales dépendait de l'expression d'un transcrit sens de pleine longueur, initié dans le LTR 5'. Alors que la présence de transcription antisens chez les retrovirus a déjà été suggérée il y a plusieurs années, des preuves concrètes de son rôle biologique ont plus récemment été apportées grâce à une étude qui mettait en évidence l'identification d'une nouvelle protéine virale chez HTLV-1. En effet, cette protéine nommée HBZ est codée par un transcrit antisens épissé de façon alternative et initié dans le LTR 3'. De façon intéressante, la protéine HBZ est impliquée dans la régulation de la transcription virale et est capable d'inhiber la transcription dépendante du transactivateur viral Tax. Ces nouvelles données laissaient donc croire que la transcription antisens pourrait également exister chez d'autres retrovirus, compte tenu de la présence d'un ORF conservé dans le brin positif de l'ADN proviral de plusieurs d'entre eux. Les principaux objectifs de ce projet étaient d'étudier la régulation du transcrit antisens chez HTLV-1 et d'évaluer la présence de transcription antisens chez le VIH-1 ainsi que chez les retrovirus humains HTLV-3 et HTLV-4. Premièrement, les résultats obtenus démontrent que la protéine virale Tax est un facteur important dans le contrôle de la transcription antisens chez HTLV-1 et que son action est dépendante de CREB. De plus, nos résultats suggèrent fortement que les sites d'intégration dans le génome de la cellule hôte ont un impact important sur le niveau d'expression du transcrit antisens en absence ou en présence de Tax. De façon intéressante, des analyses de RT-PCR ont permis de démontrer la présence de transcrits antisens épissés dans les cellules transfectées par des clones moléculaires complets d'HTLV-3 et HTLV-4. Des analyses additionnelles ont pu mettre en évidence la localisation majoritairement nucléaire des protéines codées par ces transcrits. Nos résultats démontrent que ces protéines, nommées APH-3 et APH-4, ont également la capacité d'inhiber l'action de Tax. Dans un second temps, l'utilisation d'un protocole de RT-PCR brin-spécifique a permis la détection de transcrits antisens dans plusieurs lignées cellulaires infectées par le VIH-1. La présence de transcription antisens au cours du cycle de replication viral a pu être clairement établie par l'utilisation d'un virus pseudotypé contenant le gène rapporteur luciférase positionné en orientation antisens. La protéine antisens du VIH-1 (ASP) a ensuite été exprimée et détectée efficacement dans les cellules d'insectes SF9 ainsi que dans les cellules de mammifères COS-7 et 293T. Ces nouvelles données indiquent que la transcription antisens est une stratégie répandue chez les retrovirus et suggèrent qu'une analyse approfondie du phénomène est nécessaire à une meilleure compréhension du cycle de replication retroviral.

Le mélanome uveal est la tumeur intraoculaire la plus fréquente dans la population adulte. Malgré un taux de succès élevé dans le traitement de la tumeur primaire, le taux de mortalité chez les patients reste élevé en raison des complications cliniques associées à l'apparition de métastases. L'étude des différents mécanismes qui poussent les cellules cancéreuses à progresser vers un état métastatique est donc essentielle à une compréhension approfondie de la maladie. La capacité des cellules à échapper à leur dépendance à l'acrange à l'égard de la matrice extracellulaire, et dont les intégrines sont d'importants médiateurs, en fait partie. Ainsi, une meilleure connaissance de l'expression et de la régulation des intégrines, ainsi que de leur influence sur les propriétés tumorigènes des cellules, permettra de poser les bases moléculaires du processus métastique. Cette étude porte principalement sur les sous-unités a5 et p5 des intégrines qui présentent des profils d'expression différentiels selon les lignées cellulaires dérivées du mélanome uvéal étudiées

Chez les mammifères euthériens, la détermination du sexe est étroitement contrôlée par l'expression d'un gène clé, appelé SRY, présent sur le chromosome Y. Une étude d'inactivation génique chez la souris a démontré que la protéine Gata-4, un membre de la famille de facteurs de transcription GATA, est essentielle pour la différentiation testiculaire ainsi qu'à l'expression de Sry. Ceci suggère que GATA-4 régule le développement testiculaire via l'activation de SRY. En accord avec cette hypothèse, les promoteurs SRY de porc, de souris et d'humain arborent tous plusieurs sites de liaison pour les facteurs GATA. Le but de mon étude est de vérifier le rôle de GATA-4 dans la régulation transcriptionnelle de SRY du porc et de l'humain par transfections transitoires de différentes constructions promotrices SRY délétées ou mutées dans les sites GATA. Mes résultats démontrent que GATA-4 active le promoteur SRY porcin mais pas celui de l'humain. Donc, malgré la conservation de fonction de SRY entre les espèces, sa régulation génique diffère.

La connaissance des mécanismes de régulation des gènes est essentielle pour combattre certaines maladies et pour comprendre certains concepts biologiques importants. L'utilisation de nouvelles technologies qui permettent d'analyser les gènes en tenant compte de la complexité de l'environnement intracellulaire contribue efficacement à élucider ces mécanismes. Dans la première partie de notre travail, nous avons optimisé le fonctionnement d'une de ces technologies, la réaction de polymérisation en chaîne permise par un adaptateur (ligation-mediated polymerase chain reaction, LMPCR), et en avons facilité l'application, surtout pour les séquences difficiles à analyser. Nous avons par la suite utilisée cette technique pour caractériser le promoteur du gène du retard mental lié à l'X fragile-1 et celui du récepteur B1 des bradykinines à même le noyau de cellules vivantes. Pour ces deux gènes, nous avons identifié les éléments de séquences qui sont associés à la régulation de leur transcription et proposé des mécanismes de régulation de la transcription.

La connaissance des mécanismes qui contrôlent la transcription des gènes, comme l’interaction de facteurs protéiques au niveau des promoteurs, est essentielle pour comprendre plusieurs fonctions biologiques et espérer traiter certaines pathologies. Nous nous sommes attardés à mieux comprendre les mécanismes qui régulent trois gènes humains dont les patrons d’expression sont différents et qui sont impliqués dans diverses pathologies en tentant de mettre en parallèle les différences structurales et fonctionnelles entre ceux-ci. Les gènes AβPP et p21 sont exprimés chez l’adulte alors que GPC3 est exprimé uniquement chez l’embryon de façon spécifique aux tissus. L’expression d’AβPP est aussi spécifique aux tissus et sa surexpression fait partie des mécanismes mis en cause chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer et du syndrome de Down. Le gène p21 est quant à lui exprimé dans plusieurs types cellulaires et est fortement induit suite à des dommages à l’ADN. Enfin, nous avons montré que GPC3 est exprimé de manière différentielle dans le neuroblastome (NB) et la tumeur de Wilms (WT), deux tumeurs embryonnaires. p21 : La caractérisation du promoteur proximal de p21 dans les fibroblastes humains normaux en prolifération nous a permis de localiser sept empreintes protéiques dont une au niveau de la séquence consensus pour NFI. Les études de retard sur gel, de transfection transitoire, d’immunoprécipitation de la chromatine et d’anti-ARN ont permis de confirmer la liaison de NFI et de le définir comme répresseur important de la transcription de p21. AβPP : Nous avons montré que USF et Sp1 se lient au promoteur de AβPP et que leur liaison est essentielle pour générer une activité maximale du promoteur. La caractérisation in cellulo du promoteur dans les neurones et les astrocytes normaux a révélé huit sites d’interaction ADN-protéine, entre-autres au niveau des sites de liaison des facteurs de transcription CTCF, USF et Sp1. GPC3 : La caractérisation du promoteur de GPC3 nous a permis de montrer 1) une struture chromatinienne particulière tout le long du promoteur et 2) plusieurs empreintes protéiniques putatives dont certaines spécifiques à la lignée SJNB-7 qui exprime GPC3. Parmi ces dernières, nous avons mis en évidence la liaison possible d’un facteur de transcription de type NF-Y. / Gene transcription is the first step to the production of any given protein. Understanding of the molecular mechanisms regulating gene expression, such as the binding of transcription factors to genes promoters, is essential to the understanding of biological functions and to develop new powerful therapies against many clinically documented pathologies. We investigated the transcriptional regulatory mechanisms of three human genes very differently expressed and involved in diverse pathologies in an attempt to reveal structurals and functionals differencies between these mechanisms. AβPP and p21 genes are both expressed in adult while GPC3 is only transcribed in a tissus specific manner before birth. The expression of the AβPP gene is also specific to tissue and its over-expression may be involved in Alzheimer disease and Down syndrome. P21 gene is expressed in many types of cells and is strongly induced by DNA damage. Finally, we demonstrated that GPC3 is differently expressed in neuroblastoma and Wilms' tumor. P21 : The characterization of the proximal promoter from the p21 gene in normal human proliferating fibroblasts revealed seven DNA-protein footprints of which one bears a perfect consensus sequence for the NFI family of transcription factors. EMSA, CHIP, anti-RNA and transient transfection of recombinant constructs analyses clearly demonstrated that NFI interact with the most proximal LMPCR footprint on the p21 promoter and functions as a repressor. Upon serum starvation, a change in the electrophoretic mobility of the NFI DNA-protein complex was observed that may contribute to the activation mechanistic of the p21 gene throughout cell senescence and differentiation. AβPP : We demonstrated that Sp1, like USF, recognizes an element in the human AβPP gene that is necessary for full promoter activity. In cellulo footprinting analysis revealed at least eight DNA-protein interactions including CTCF, USF and many Sp1 target sites. These results were further supported by EMSA and transient transfection analysis. GPC3 : The characterisation of the entire GPC3 gene promoter revealed 1) a particular DNA structure in the promoter and 2) eight large protected regions. The use of competitor oligos in EMSA experiments and super-shift assays showed that an NFY-type transcription factor (TF) may explain the GPC3 aberrant expression in SJNB-7.

Face à un environnement changeant, la cellule a dû développer des systèmes de régulation lui permettant de s’adapter et d’assurer son développement et sa survie. Ces systèmes de régulation s’organisent autour de réseaux de régulation transcriptionnelle permettant l’expression des gènes codant pour les protéines dont la cellule a besoin. Dans la plupart des réseaux trancriptionnels, la régulation de la transcription des gènes est « raffinée » par la présence de circuits de rétroaction positifs et négatifs à l’origine de deux types de comportements différents: la multistabilité d’une part, et les comportements homéostatiques ou oscillants d’autre part. Deux réseaux de régulation transcriptionnelle de complexité différente ont été étudiés au cours de cette thèse :le réseau p53-Mdm2 impliqué dans l'arrêt de la croissance cellulaire, la réparation de l’ADN et l’apoptose chez les mammifères, et le réseau de facteurs transcriptionnels GATA impliqué dans la régulation du catabolisme de l’azote chez la levure Saccharomyces cerevisiae. L’analyse théorique du réseau p53-Mdm2 a eu pour principal objectif de reproduire et d’interpréter les données expérimentales disponibles dans la littérature concernant la réponse oscillante de la p53 lorsque l’ADN de la cellule est endommagé. L’analyse théorique des comportements du réseau GATA, quant à elle, a été couplée à une étude expérimentale dans les milieux de qualité intermédiaire en azote peu investigués jusqu’à présent. Pour analyser les propriétés dynamiques de ces deux réseaux, plusieurs approches complémentaires, se situant à différents niveaux de description, ont été utilisées: l’approche logique, différentielle et stochastique.<p>La première partie de cette thèse a été consacrée à l’étude du réseau p53-Mdm2 pour lequel nous avons développé un modèle simple composé d’un circuit de rétroaction positif imbriqué dans un circuit de rétroaction négatif. Les résultats de notre analyse logique montrent que les principales propriétés dynamiques du réseau peuvent être résumées par un petit nombre de diagrammes de bifurcation logique. Ces scénarios de bifurcations diffèrent par la séquence d’activation du circuit positif et négatif composant le réseau et dépendent d’une part de l’affinité de la p53 pour ses gènes cibles et d’autre part de son activité transcriptionnelle. Nous proposons que différents stress et types cellulaires pourraient correspondre à différents scénarios de bifurcation et donc conduire à des réponses différentes après irradiation. Cette première analyse qualitative nous a permis de rendre compte de différents aspects de la dynamique du réseau observés expérimentalement, tels que le changement de fréquence des oscillations en cours de réponse, les oscillations de longue durée de la p53 ou l’amortissement rapide des oscillations à l’échelle d’une population de cellules. Pour nous affranchir des fortes non-linéarités inhérentes au traitement logique, nous avons ensuite traduit le modèle logique en un modèle différentiel et montré que les principaux comportements présentés par le modèle logique sont conservés, suggérant que la structure du réseau détermine dans une large mesure les principales potentialités dynamiques du système. L’analyse des propriétés de bifurcation du modèle différentiel en fonction du niveau de dommage à l’ADN nous a également permis de mettre en évidence la présence de deux régimes oscillants d’amplitude, de valeur moyenne et de fréquence nettement différentes, séparés par une zone de bicyclicité où ces deux régimes coexistent. Cette propriété permet d’expliquer l’existence des deux fréquences d’oscillation différentes qui ont été observées expérimentalement en fonction de la dose d’irradiation. Enfin l’analyse stochastique de notre modèle nous a, en particulier, permis de rendre compte de l’augmentation du nombre de cellules oscillant à des fréquences élevées lorsque la dose d’irradiation augmente, observée expérimentalement.<p>La deuxième partie de notre thèse a été consacrée à l’étude du réseau de facteurs GATA chez la levure S.cerevisiae. Ce réseau, constitué des activateurs Gln3 et Nil1 et des répresseurs Dal80 et Gzf3, comporte plusieurs circuits de rétroaction positifs et négatifs interconnectés. Dans le but d’aider à comprendre le rôle et le fonctionnement du réseau GATA, nous avons effectué une analyse théorique et expérimentale de son comportement dynamique en fonction de la qualité de la source azotée. L’analyse différentielle montre la possibilité d’un comportement bistable dans les milieux de qualité intermédiaire en azote et d’oscillations amorties suite à un transfert nutritionnel d’une condition azotée à une autre, lorsque l’activation des gènes du réseau par Gln3 et Nil1 est synergique ou lorsque le gène Gln3 est supprimé. Gzf3 serait le répresseur clef impliqué dans la bistabilité tandis que Dal80 serait le répresseur clef impliqué dans les comportements oscillants. L’analyse stochastique nous a permis d’étudier l’effet des fluctuations moléculaires sur ces comportements et les distributions de variables importantes du système dans une population de cellules. Pour le modèle synergique de la souche sauvage et celui du mutant gln3°, elle a montré l’existence, dans des milieux de qualité intermédiaire en azote, de deux populations de cellules qui coexistent :une population où l’expression de Dal80 est réprimée, une autre où son expression est activée. Enfin, l’étude de la dynamique du couplage entre la protéine fluorescente Gfp, sous le contrôle du promoteur de DAL80, et le réseau GATA montre que, pour des ordres de grandeur physiologique de la vitesse de disparition de la Gfp, la bimodalité présente au niveau du réseau GATA devrait se refléter au niveau de la Gfp.<p>Les comportements bistables et oscillants mis en évidence dans notre étude théorique du réseau GATA ont ensuite été testés expérimentalement en suivant la Gfp sous le contrôle du promoteur de DAL80 en fonction de la concentration de la source azotée glutamine. Cette étude expérimentale nous a permis de mettre en évidence l’existence d’oscillations amorties de la fluorescence de la protéine de fusion Dal80-Gfp. De telles oscillations cependant n’ont pas été observées dans les expériences réalisées sur les autres souches testées pour lesquelles le gène de la Gfp est fusionné au promoteur de DAL80. Notre étude expérimentale montre également l’existence, chez la souche sauvage, d’une population unique de cellules fluorescentes quelle que soit la concentration du milieu extérieur en glutamine testé (0.2mM à 10mM). Un modèle additif où l’activation des gènes du réseau par Gln3 et Nil1 n’est pas synergique serait donc en meilleur accord avec nos observations. Chez les souches où le facteur Gln3 est inactivé, par contre, deux populations cellulaires, l’une de forte fluorescence et constituée de cellules de grande taille, l’autre de plus faible fluorescence et constituée de cellules de taille plus petite, coexistent pour des concentrations intermédiaires du milieu extérieur en glutamine. La forte corrélation observée entre la taille et la fluorescence des cellules suggère que le comportement bimodal observé au niveau de la fluorescence est lié au comportement bimodal observé au niveau de la taille. Enfin, un modèle phénoménologique de la croissance cellulaire nous a permis de reproduire l’existence de deux populations cellulaires de taille distincte.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Chez une multitude de métazoaires étudiés, une période de quiescence transcriptionnelle est observée chez le jeune embryon suite à la fécondation de l'ovocyte. La durée de cette période est spécifique à chaque espèce et chez le bovin, l'embryon n'active son propre génome qu'aux stades 8- à 16-cellules. Précédemment à cette activation de la transcription, l'embryon subsiste grâce à l'utilisation des ARNm et des protéines fournies par l'ovocyte. C'est également à partir de ces réserves que l'embryon doit puiser les différents facteurs impliqués dans l'activation de son génome au moment requis. Les expériences présentées dans cette thèse étaient destinées à améliorer nos connaissances de l'activation du génome embryonnaire chez le bovin. Dans un premier temps, la caractérisation de l'expression de plusieurs facteurs de transcription chez l'embryon a été effectuée et le rôle envisageable de ces facteurs dans l'activation du génome a aussi été démontré. Par la suite, nous avons établi une liste exhaustive de plus de 300 transcrits embryonnaires exprimés très tôt dès l'activation du génome. Cette étude du transcriptome a permis l'identification d'une multitude de gènes associés à la transcription et au maintient de la pluripotence que l'on retrouve chez les cellules embryonnaires. Afin de définir la fonction ou le rôle des différents joueurs identifiés lors de nos études, nous avons mis au point un procédé qui cible spécifiquement un transcrit donné et induit sa dégradation dans les ovocytes bovins sans toutefois induire des effets collatéraux dommageables sur la compétence au développement de ces ovocytes. Cette méthode utilise l'interférence ARN qui réduit à des niveaux très faibles la présence d'un transcrit ciblé, ce qui permet d'étudier les effets de sa perte de fonction. Cette méthode a permis d'établir le rôle crucial dans l'embryon d'un gène issu de nos premières études : MATRIN 3. La dégradation de l'ARN de MATRIN 3, une composante architecturale de la matrice nucléaire qui agit aussi au niveau de la transcription, s'est avérée avoir des effet néfastes sur la survie embryonnaire. Les informations fournies par la combinaison des études présentées dans cette thèse contribuent à dresser un portrait mieux défini de l'activation du génome chez le bovin.