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

Au-delà de l'intérêt cognitif de la démarche, la compréhension des mécanismes qui régissent le développement pancréatique humain reste la clé pour décrypter les acteurs physiopathologiques des maladies du pancréas et pour développer des approches thérapeutiques innovantes. En outre, alors que la cellule bêta de rongeurs et la cellule bêta humaine partagent un grand nombre de similitudes, certaines données indiquent également des différences marquées entre les espèces. L'absence de systèmes expérimentaux robustes , à partir de matériel humain, n'a pas permis un examen détaillé du développement pancréatique humain jusqu'à présent. Dans le laboratoire, il a été précédemment validé un modèle de xénogreffe de pancréas immature humain sous la capsule rénale de souris immuno-incompétentes SCID. Il a été démontré que celui-ci permettait de récapituler l'ensemble des étapes du développement endocrine humain. Néanmoins le site de greffe limitait les possibilités de modifier ce développement, notamment par infection virale. Dans ce travail, nous avons développé et validé un nouveau site de greffe dans le muscle squelettique, plus simple et plus superficiel. En outre, nous démontrons qu'il est possible de créer un pancréas humain partiellement transgénique in vivo en réalisant du transfert de gènes médié par des lentivirus, après injection directe de la solution virale dans le greffon. Ce modèle de greffe dans le muscle est une nouvelle approche permettant d'envisager des études longitudinales, dans lesquelles il serait possible d'étudier la régulation de certains gènes ou le devenir de certaines lignées marquées par des gènes rapporteurs apportés par le virus à différents stades de développement.

Au-delà de l’intérêt cognitif de la démarche, la compréhension des mécanismes qui régissent le développement pancréatique humain reste la clé pour décrypter les acteurs physiopathologiques des maladies du pancréas et pour développer des approches thérapeutiques innovantes. En outre, alors que la cellule bêta de rongeurs et la cellule bêta humaine partagent un grand nombre de similitudes, certaines données indiquent également des différences marquées entre les espèces. L'absence de systèmes expérimentaux robustes , à partir de matériel humain, n'a pas permis un examen détaillé du développement pancréatique humain jusqu’à présent. Dans le laboratoire, il a été précédemment validé un modèle de xénogreffe de pancréas immature humain sous la capsule rénale de souris immuno-incompétentes SCID. Il a été démontré que celui-ci permettait de récapituler l’ensemble des étapes du développement endocrine humain. Néanmoins le site de greffe limitait les possibilités de modifier ce développement, notamment par infection virale. Dans ce travail, nous avons développé et validé un nouveau site de greffe dans le muscle squelettique, plus simple et plus superficiel. En outre, nous démontrons qu’il est possible de créer un pancréas humain partiellement transgénique in vivo en réalisant du transfert de gènes médié par des lentivirus, après injection directe de la solution virale dans le greffon. Ce modèle de greffe dans le muscle est une nouvelle approche permettant d’envisager des études longitudinales, dans lesquelles il serait possible d’étudier la régulation de certains gènes ou le devenir de certaines lignées marquées par des gènes rapporteurs apportés par le virus à différents stades de développement. / Whilst sporadic human genetic studies have permitted some comparisons between rodent and human pancreatic development, the lack of a robust experimental system has not permitted detailed examination of human pancreatic development. We previously developed a xenograft model of immature human fetal pancreas grafted under the kidney capsule of immune-incompetent mice, which allowed the development of human pancreatic beta cells. Here, we compared the development of human and murine fetal pancreatic grafts either under skeletal muscle epimysium or under the renal capsule. We demonstrated that human pancreatic beta cell development occurs) both by differentiation of pancreatic progenitors and by proliferation of developing beta cells. The superficial location of the skeletal muscle graft and its easier access permitted in vivo lentivirus-mediated gene transfer which targeted specific cells. This model of engraftment under the skeletal muscle epimysium is a new approach for longitudinal studies, which allows localized manipulation to determine the regulation of human pancreatic development.

Le principe d'Équivalence en Substance (É.S.) est développé en 1993 par l'OCDE et implémenté en 1996 par la FAO/OMS, pour remédier au manque de régulation au niveau de la gestion des risques concernant les végétaux à caractère nouveau (VCN). Ce concept est un outil de comparaison des composantes biochimiques permettant de faire le parallèle entre un produit transgénique et un homologue issu de l'agriculture traditionnelle, dont l'innocuité est prouvée; une É.S. permet alors de conclure à l'innocuité du VCN. Cependant, il semble difficile de parvenir à établir une équivalence alors qu'aucun critère n'est défini. La substance qui doit être équivalente n'est pas non plus déterminée et peut étymologiquement porter à confusion. Comment comprendre ce concept devant le paradoxe qu'est la vente d'un produit"similaire, mais différent"? Ce principe est très limité. Il a été démontré que seule, la composition biochimique ne peut définir la toxicité d'un aliment, il faut alors chercher ailleurs que là vers où nous guide l'É.S. L'homme entretient aussi une dynamique sociale particulière avec la nourriture. C'est pourquoi d'autres aspects tels que l'équivalence éthique et l'équivalence quantitative doivent être pris en compte pour évaluer un VCN. Comment alors doit-on comprendre ce principe? Ne l'avons-nous tout simplement pas mal interprété et utilisé de manière erronée en tant que processus plutôt qu'en tant que simple outil? Certes, mais il est aussi insuffisant et demande à être échangé au profit d'une méthode plus"pratique".

La compréhension des mécanismes régissant la recombinaison méiotique chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) devient essentielle puisqu’elle est le levier principal utilisé par les sélectionneurs pour le brassage génétique et obtenir de nouvelles variétés élites comportant des introgressions de régions d’intérêt provenant de ressources génétiques exotiques. A cette fin, l’utilisation chez le blé tendre d’une nouvelle biotechnologie de ciblage de la recombinaison méiotique développée chez la levure par la société Meiogenix semble être prometteuse. Cette biotechnologie, nommée SpiX, fait intervenir un domaine protéique de liaison à l’ADN couplé à la protéine SPO11 responsable des cassures double-brins de l’ADN, initiatrices de la recombinaison méiotique ou crossovers (CO). Le développement d’une nouvelle technique de conservation des embryons immatures a permis d’améliorer les conditions de transformation par biolistique du blé tendre pour l’application de la technologie SpiX. L’exploitation de la séquence du génome du blé a permis d’isoler les gènes codant pour les protéines SPO11 du blé tendre. La complémentation hétérologue inédite de mutants pour les protéines SPO11 d’Arabidopsis thaliana avec les orthologues ainsi découverts chez le blé tendre montre leur grande conservation de séquence et de fonction au sein des plantes et leur potentielle fonctionnalité pour la biotechnologie SpiX. Enfin le test de différents domaines de liaison à l’ADN et de différentes cibles le long du chromosome 3B de blé tendre montre que la biotechnologie SpiX requiert des ajustements en fonction de l’espèce chez laquelle celle-ci doit fonctionner. Ces résultats sont ainsi l’opportunité de lever un premier voile sur le ciblage de la recombinaison méiotique chez une espèce de grande culture et de mieux comprendre les mécanismes de détermination des sites de cassures double-brins initiatrices de la recombinaison méiotique chez le blé tendre. / Understanding the mechanisms governing meiotic recombination in bread wheat (Triticum aestivum L.) is essential since it is the main tool used by breeders for genetic admixing and obtaining new elite varieties with introgression of regions of interest from exotic genetic resources. To this end, the use in bread wheat of a new biotechnology targeting meiotic recombination developed in yeast by Meiogenix seems to be promising. This biotechnology, named SpiX, involves a DNA-binding domain fused to the SPO11 protein responsible for DNA double-strand breaks, initiating meiotic recombination or crossovers (CO). The development of a new conservation protocol for wheat immature embryos has improved the conditions for bread wheat transformation through biolistic, and thus for the application of SpiX technology. The exploitation of the wheat genome sequence made it possible to isolate the bread wheat genes for SPO11 proteins. A novel heterologous complementation of Arabidopsis thaliana mutants for SPO11s with the bread wheat orthologous freshly discovered shows their great conservation of sequence and function within plants and their potential functionality for SpiX biotechnology. Finally, the testing of different DNA-binding domains and different targets along bread wheat 3B chromosome shows that SpiX biotechnology requires adjustments depending on the species in which it has to function. These results are the opportunity to uncover the targeting of meiotic recombination in a widely cultivated crop species and to understand the mechanisms determining sites for double-strand breaks prior to meiotic recombination in wheat.

Parmi les espèces de levures du clade CTG, certaines sont responsables de candidoses tandis que d’autres présentent des potentiels en biotechnologie. Depuis quelques années, nous assistons à une intensification des recherches sur ces levures. Cependant, leur code génétique particulier a ralenti la mise au point d’outils génétiques pour la plupart d’entre elles. Cette thèse vise à développer des outils moléculaires standardisés pour un grand nombre d’espèces de levures du clade CTG. Nous avons d’abord conçu des vecteurs d’expression adaptés à l’espèce M. guilliermondii. Par la suite, nous avons caractérisé le gène de résistance à l’acide mycophénolique IMH3.2 afin de l’utiliser comme marqueur de sélection lors de la transgénèse d’espèces du clade CTG. Enfin, nous avons mis au point une série de vecteurs permettant la manipulation génétique de ces espèces. Ce travail a conduit à la conception d’une large gamme d’outils utilisable dans un grand nombre de ces levures, pré-requis essentiel aux futurs recherches en mycologie médicale et au développement de stratégies de biologie synthétique. / The fungal CTG clade includes well-known yeasts of clinical importance and/or biotechnological potential. Thus, albeit being intensively studied over the last 30 years, their uncommon genetic code precludes the use of the widely available markers and reporter systems for genetic approaches in these microorganisms. We provide here a toolbox to genetically manipulate a wide range of CTG clade species. Firstly, we developed a new series of versatile controllable expression vectors for M. guilliermondii. After, we characterized MPA-resistant gene IMH3.2 et used it as a drug resistance marker in several yeast species. Finaly, we provide a molecular toolbox suitable to genetically manipulate a broad range of prominent species from the CTG clade. This versatile toolkit represents a new starting point for successful developments of research in medical mycology in the CTG clade but also will expedite synthetic biology strategies in these microorganisms for biotechnological applications.

Les arbovirus (virus transmis par des arthropodes) sont à l'origine de maladies humaines telles que la dengue, le chikungunya ou encore le Zika. Le moustique Aedes aegypti, est le vecteur majeur de ces trois arbovirus. La faible efficacité des méthodes de contrôle des populations de moustiques, principalement réalisées au moyen d'insecticides chimiques ouvre un champ de développement de nouvelles approches en lutte antivectorielle. Le moustique, hôte vecteur, contrôle la réplication virale en limitant les réponses immunitaires antivirales. La machinerie RNA interférence (RNAi) est la voie jouant un rôle majeur dans l'immunité antivirale chez le moustique. Alors que le rôle des deux voies, siRNA (" small interfering RNA ") et piRNA (" piwi-interfering RNA "), est de mieux en mieux compris dans les réactions antivirales du vecteur, peu de connaissances sont disponibles à ce jour en ce qui concernent les interactions entre la voie miRNA (" micro RNA ") et les arbovirus. Ainsi, nous proposons une analyse détaillée des mécanismes par lesquels les miARN tentent de réguler la réplication virale chez le moustique. Dans la première partie de la thèse, nous avons effectué une analyse génomique pour identifier les miRNAs pouvant interagir chez Ae. aegypti avec divers lignées/génotypes des virus chikungunya (CHIKV), de dengue (DENV) et de Zika. Avec l'aide d'outils de prédiction faisant appel à divers algorithmes, plusieurs sites de liaison de miARN avec différents lignées/génotypes de chaque arbovirus ont été identifiés. Nous avons ensuite sélectionné les miARN pouvant cibler plus d'un arbovirus et nécessitant un faible seuil d'énergie lors de la formation des complexes entre l'ARNm. / Mosquito-borne arboviruses cause some of the world’s most devastating diseases and are responsible for recent dengue, chikungunya and Zika pandemics. The yellow-fever mosquito. Aedes aegypti, plays an important role in the transmission of all three viruses. The ineffectiveness of chemical control methods targeting Ae. aegypti makes urgent the need for novel vector-based approaches for controlling these diseases. Mosquitoes control arbovirus replication by triggering immune responses. RNAi machinery is the most significant pathway playing a role on antiviral immunity. Although the role of exogenous siRNA and piRNA pathways in mosquito antiviral immunity is increasingly better understood, there is still little knowledge regarding interactions between the mosquito cellular miRNA pathway and arboviruses. Thus further analysis of mechanisms by which miRNAs may regulate arbovirus replication in mosquitoes is pivotal. In the first part of the thesis, we carried out genomic analysis to identify Ae. aegypti miRNAs that potentially interact with various lineages and genotypes of chikungunya (CHIKV), dengue (DENV) and Zika viruses. By using prediction tools with distinct algorithms, several miRNA binding sites were commonly found within different genotypes/and or lineages of each arbovirus. We further analyzed the miRNAs that could target more than one arbovirus and required a low energy threshold to form miRNA-vRNA (viral RNA) complexes and predicted potential RNA structures using RNAhybrid software. Thus, we predicted miRNA candidates that might participate in regulating arboviral replication in Ae. aegypti. In the second part of the thesis, we developed a miRNA-based approach that results in a dual resistance phenotype in mosquitoes to dengue serotype 3 (DENV-3) and chikungunya (CHIKV) viruses for stopping arboviruses spreading within urban cycles. The target viruses are from two distinct arboviral families and the antiviral mechanism is designed to function through the endogenous miRNA pathway in infected mosquitoes. Ten artificial antiviral 4 miRNAs capable of targeting ~97% of all published strains were designed based on derived consensus sequences of CHIKV and DENV-3. The antiviral miRNA constructs were placed under control of either an Aedes PolyUbiquitin (PUb) or Carboxypeptidase A (AeCPA) gene promoter triggering respectively expression ubiquitously in the transgenic mosquitoes or more locally in the midgut epithelial cells following a blood meal. Challenge experiments using viruses added in blood meals showed subsequent reductions in viral transmission efficiency in the saliva of transgenic mosquitoes as a result of lowered infection rate and dissemination efficiency. Several components of mosquito fitness, including larval development time, larval/pupal mortality, adult lifespan, sex ratio, and male mating competitiveness, were examined: transgenic mosquitoes with the PUb promoter showed minor fitness costs at all developing stages whereas those based on AeCPA exhibited a high fitness cost. Further development of these strains with gene editing tools could make them candidates for releases in population replacement strategies for sustainable control of multiple arbovirus diseases.

La ligne latérale postérieure embryonnaire du poisson-zèbre est composée d'un ensemble d'organes sensoriels, appelés neuromastes, qui permet au poisson de détecter les mouvements de l'eau. Le primordium qui génère la ligne latérale postérieure embryonnaire migre de la tête vers l'extrémité de la queue le long d'une piste de cellules sécrétrices de SDF-1, et dépose des groupes de cellules précurseurs des neuromastes. Cette migration dépend de la présence de CXCR4, le récepteur de SDF-1, dans la région en tête du primordium et de la présence du second récepteur de SDF-1, CXCR7, dans la région en queue du primordium. L'objectif de ma thèse est d'identifier des régulateurs de l'expression de cxcr4b au sein du primordium. Nous avons montré que l'inactivation du récepteur des strogènes ESR1 induit l'expression ectopique de cxcr4b dans les cellules de queue du primordium alors que sa surexpression induit une réduction du domaine d'expression de cxcr4b, suggérant que ESR1 agit comme un répresseur de cxcr4b. Cette découverte expliquerait pourquoi les strogènes diminuent la capacité métastatique des cellules du cancer du sein strogéno-dépendants. L'inactivation de ESR1 conduit aussi à l'extinction de l'expression de cxcr7b dans les cellules de queue du primordium, cet effet étant toutefois indirect et induit par la signalisation ectopique SDF-1/CXCR4 dans ces cellules. L'inactivation et la surexpression de ESR1 provoquent toutes deux une migration défectueuse du primordium, confirmant l'importance de ce récepteur dans le contrôle de la migration dépendante de SDF-1. Nous avons aussi montré qu'un effecteur majeur de la signalisation Wnt canonique, LEF-1, contribue au contrôle de l'expression de cxcr4b et de cxcr7b dans les cellules en tête du primordium. Nous montrons que la prolifération cellulaire, qui assure une taille constante du primordium en dépit des dépositions successives de cellules, est réduite en absence de LEF-1, et que cela conduit à une ligne latérale postérieure incomplète. / The zebrafish embryonic posterior lateral line is componed by a set sense organs, called neuromasts, allowing the fish to detect the water movements. The primordium that generates the embryonic posterior lateral line of zebrafish migrates from the head to the tip of the tail along a trail of SDF-1-producing cells, and deposits cell groups that will become the neuromasts. This migration critically depends on the presence of the SDF-1 receptor CXCR4 in the leading region of the primordium and on the presence of a second SDF1 receptor, CXCR7, in the trailing region of the primordium. The aim of my thesis is to identify regulators of the cxcr4b expression within the primordium. Here we show that inactivation of the estrogen receptor ESR1 results in ectopic expression of cxcr4b throughout the primordium, whereas ESR1 overexpression results in a reciprocal reduction in the domain of cxcr4b expression, suggesting that ESR1 acts as a repressor of cxcr4b. This finding could explain why estrogens significantly decrease the metastatic ability of ESR-positive breast cancer cells. ESR1 inactivation alsoleads to extinction of cxcr7b expression in the trailing cells of the migrating primordium; this effect is indirect, however, and due to the down-regulation of cxcr7b by ectopic SDF-1/CXCR4 signaling in the trailing region. Both ESR1 inactivation and overexpression result in aborted migration, confirming the importance of this receptor in the control of SDF-1-dependent migration. We also showed that a major effector of the canonical Wnt signaling, LEF-1, contributes to the control of both cxcr4b and cxcr7b expression in the leading cells of the primordium. We show that cell proliferation, which ensures constant primordium size in spite of sucessive rounds of cell deposition, is reduced upon lef1 inactivation, leading in a truncated posterior lateral line.

Le développement de Caenorhabditis elegans est finement régulé et aboutit au nombre constant de 959 cellules par individu. Une partie de ces régulations repose sur les microARN, ARN simple brin d’environ 22 nucléotides. Ils peuvent diminuer l'expression des gènes en ciblant des séquences homologues dans les régions 3' non transcrites (3'UTR) des ARN messagers. Pour déterminer l'impact de cette régulation, nous utilisons une méthode permettant de visualiser in vivo une différence d'expression induite post-transcriptionnellement. Cette méthode se base sur l'utilisation de deux protéines fluorescentes : la GFP (verte) et la mCherry (rouge) exprimées sous le contrôle du promoteur du gène d'intérêt. La mCherry est suivie par un 3'UTR contrôle et reflète l'activité du promoteur. La GFP est suivie par le 3'UTR du gène d'intérêt et subit les mêmes régulations que le gène endogène. La différence d'expression entre les deux protéines devrait donc refléter la régulation s'opérant sur le 3'UTR du gène. La transparence de C. elegans permet de localiser les protéines rapportrices par microscopie en fluorescence à tous les stades du développement dans l'organisme entier. Initialement, le 3'UTR du gène unc-54 (myosine de type II) a été choisi comme contrôle. Le rapporteur bicolore a révélé une régulation s’opérant sur unc-54 3’UTR jusqu’ici considérée comme permissif. La régulation observée s’opère dans les muscles et les neurones ADF. La caractérisation de cette régulation a permis de mettre en évidence le rôle potentiel de mir-1820. Le profil d’expression de mir-1820 a pu être établi grâce à une fusion avec la GFP et correspond au profil des régulations observées sur unc-54 3’UTR. / Caenorhabditis elegans development is very tightly regulated, leading to the same number of cells in each individual. Part of this regulation network relies on small single strand RNAs (miRNAs), which can target homologous sequences in the 3’ untranslated regions (3’UTR) of messenger RNAs. We want to investigate the contribution of miRNAs during neurons differentiation. In order to study the miRNA contribution to gene regulation we use double fluorescent reporters that allow us to visualize the posttranscriptional contribution to regulation throughout development. The GFP and the mCherry are expressed under the control of the gene promoter, but followed by either the 3’UTR of interest, or a control 3’UTR. We first chose as a control 3’UTR the unc-54 3’UTR (myosin class II). The gene unc-54 is expressed through all larval stages and in the adult worms. The two colors reporter system showed that unc-54 3’UTR undergoes a regulation in the ADF pair of neurons and partially in the body wall muscle. The characterization of this regulation pointed out a potential role for mir-1820. The GFP was cloned between mir1820 5’ and 3’ sequences and the construction displayed an expression profile overlapping with the regulation pattern observed on unc-54 3’UTR.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est une des principales causes d’hépatite chronique. La protéine F du VHC est codée par un cadre de lecture alternatif du gène de la capside, Core. La protéine F a été découverte après que l’on ait associé Core à plusieurs des fonctions pathogènes du VHC. Nous proposons donc que certaines fonctions biologiques et pathogènes attribuées à la protéine Core résultent de l’activité de la protéine F. Nous avons choisi de développer trois lignées de poissons zébrés (Danio rerio) qui expriment différentes versions de la protéine F afin d’étudier les effets de la protéine F et leur incidence dans la pathogenèse du VHC. Deux versions de la séquence codant pour la protéine F (AF11 et AUG26) et une version mutante du gène core (CoremutI) ont été introduites sur les vecteurs d’un système d’expression répressible spécifique au foie. Ces vecteurs ont été co-injectés dans des embryons unicellulaires de poissons zébrés pour générer les poissons fondateurs des lignées transgéniques. 19, 21 et 36 poissons ont été choisis comme fondateurs pour les lignées AF11, AUG26 et CoremutI respectivement. De ce nombre, 9, 11 et 11 poissons ont atteint la maturité, dans l’ordre pour les mêmes lignées, et seront croisés pour donner naissance à des lignées transgéniques stables. Les résultats de ces expériences nous permettront de mieux cerner les propriétés biologiques de la protéine F et de définir son rôle dans la pathogenèse du VHC. / Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of liver steatosis, fibrosis and hepatocellular carcinoma. HCV F protein is expressed from an alternative reading frame within the Core sequence. F protein was discovered after many of the pathogenic determinants of HCV had been associated with the effects of Core. Hence, we propose that a part of the functions attributed to Core result from the activity of the F protein. We produced and selected 19, 21 and 36 transgenic zebrafish (Danio rerio) to give rise to 3 independent lines expressing different versions of the F protein. Of these founders, 9, 11 and 11 were raised to maturity and will be bred to generate stable transgenic lines. Characterizing the phenotype of these transgenic fish will help determine the precise role of the F protein in the pathogenesis of hepatitis C.