La transgénesis es una potente herramienta biotecnológica para la generación de animales modificados genéticamente con aplicaciones en diversas áreas como veterinaria, biomedicina y agricultura. La técnica de transgénesis mediada por espermatozoides (SMGT) se basa en la habilidad intrínseca de las células espermáticas para unir e interiorizar ADN exógeno y permitir su transferencia al interior de los ovocitos tras la fecundación, e integrarse en el genoma del nuevo embrión. El objetivo global de este estudio fue desarrollar un método eficiente de producción in vitro de embriones porcinos y lechones transgénicos aprovechando la capacidad de transferencia de ADN exógeno que presenta el espermatozoide.La combinación de la técnica de ICSI y SMGT es un método eficiente para la producción de lechones y embriones transgénicos, viéndose incrementada su eficiencia mediante el uso de la recombinasa RecA, obteniendo los primeros lechones nacidos en España mediante ICSI, de los cuales 2 fueron transgénicos. / The transgenesis is a powerful biotechnological tool for the generation of genetically modified animal with applications in different areas such as veterinary medicine, biomedicine and agriculture. The technique of sperm mediated gene transfer (SMGT) is based on the intrinsic ability of the spermatozoa to bind exogenous DNA and to allow its transference to the oocytes after fertilization, and to integrate in the genome of the new embryo. The global objective of this study was to develop an efficient method of in vitro production of transgenic embryos and piglets using the spermatozoa capacity to bind to exogenous DNA.The combination of the ICSI technique and SMGT is an efficient method for the production of transgenic embryos and pigs. The efficiency was increased by the use of recombinase RecA, obtaining the first piglets born in Spain by means of ICSI and two of them were transgenic.

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.

La protéine core du virus de l’hépatite C (VHC) serait responsable des principaux effets pathogènes du VHC, dont le développement de fibrose, stéatose, cirrhose et carcinome hépatocellulaire. Un cadre de lecture alternatif existe dans le gène de core, permettant la synthèse d’une autre protéine appelée ARFP (pour alternatate reading frame protein) ou protéine F (pour frameshift), dont le rôle reste encore mal compris. La présence de la protéine F lors de l’étude des fonctions biologiques de core ne pouvant être exclue, il est possible que certains rôles attribués à core reflètent en réalité l’activité de la protéine F. Afin de déterminer les fonctions biologiques de la protéine F dans les hépatocytes et son influence dans la pathogenèse associée au VHC, nous avons généré des lignées transgéniques de poissons zébrés (Danio rerio) dans lesquelles l’expression de deux versions de la protéine F (AF11opti et AUG26opti) a été ciblée au foie par l’utilisation du promoteur de la liver fatty acid binding protein (L-FABP). Le phénotype des poissons transgéniques de génération F2 a été analysé au niveau morphologique, histologique et microscopique afin de rechercher des signes de pathologie hépatique. Nos résultats ont démontré l’implication de la protéine F dans le développement de stéatose hépatique chez les deux lignées transgéniques, mais aucun signe de fibrose ou d’oncogenèse n’a été détecté. L’identification des mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l’accumulation lipidique induite par la protéine F pourrait permettre de mieux comprendre son rôle dans la pathogenèse du VHC, et mener au développement de nouvelles stratégies antivirales. / Hepatitis C virus (HCV) core protein is thought to be responsible for the major pathogenic effects of HCV, including the development of fibrosis, steatosis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. An alternate translational open reading frame exists in the core gene that allows the synthesis of another protein called ARFP (alternate reading frame protein) or F protein (frameshift), the role of which remains poorly understood. Since we cannot exclude the presence of F protein in most studies of core biological functions, it is possible that the roles attributed to core reflect the activity of ARFP. To determine the biological functions of F protein in hepatocytes and their influence on HCV-associated pathogenesis, we generated transgenic lines of zebrafish (Danio rerio) in which the liver fatty acid binding protein (L-FABP) promoter was used to direct liver-specific expression of two forms of ARFP (AF11opti and AUG26opti). The phenotype of F2 transgenic zebrafish was analyzed for morphological, histological and microscopic signs of liver-associated pathology. Our results demonstrated the implication of the HCV F protein in the development of hepatic steatosis in transgenic zebrafish liver but not fibrosis or oncogenesis. Identification of the cellular and molecular mechanisms underlying F protein-induced lipid accumulation will lead to a better understanding of the role of ARFP in HCV-associated pathology, which could lead to the development of novel antiviral strategies.

Spécialisée dans la production d’actifs végétaux, l’entreprise PAT développe une activité innovante de recherche qui consiste à produire ou à modifier par voie enzymatique, des molécules présentes naturellement dans les plantes. L’espèce Ipomoea batatas contient de nombreux dérivés d’acide caféoyl-quinique dont majoritairement du 3,5-dicaféoyl-quinique (3,5-DCQ), une molécule antioxydante très recherchée en cosmétique. Cependant, la voie de biosynthèse est assez méconnue pour pouvoir exploiter les gènes d’intérêt par des approches d’ingénierie métabolique en vue d’augmenter la production. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’une hydroxycinnamoyl transférase (HCT) en vue d’augmenter la production de 3,5-DCQ soit en micro-organismes soit dans des plantes recombinantes. Pour réaliser ces travaux, une banque de données RNAseq a été générée permettant ainsi d'accéder à des séquences codantes. Ces séquences ont été analysées par alignement avec des séquences codant pour des hydroxycinnamoyl transférases (HCT, HQT) impliquées dans la synthèse d’un précurseur potentiel, l’acide chlorogénique. Un premier tri a été mené en utilisant des approches d’expression différentielle de gènes. La fonction des gènes a été étudiée par des approches d’expression hétérologue en système bactérien et de transgénèse végétale. La production des métabolites cibles a été analysée dans des plantes transgéniques et dans des cultures cellulaires. Sur ces plantes, nous avons réalisé des tests de résistance à des pathogènes fongiques. Nous avons identifié une HCT qui partage 85% d’identité avec une HCT de café impliquée dans la synthèse de 3,5-DCQ. Cette activité a pu être démontrée in vitro pour l’HCT d’ipomée. De plus, l’expression du gène codant pour l’HCT conduit à une surproduction de 3,5-DCQ dans les cultures cellulaires de tabacs exprimant les HCT. Cette molécule inhibe la croissance de Botrytis cinerea et de Phytophthora parasitica. Compte tenu des teneurs en 3,5-DCQ très faibles par rapport à la plante d’origine, ces résultats suggèrent l’implication d’autres gènes dans cette voie de biosynthèse. L’activité antifongique du 3,5-DCQ pourrait être exploitée pour des applications agrochimiques / Specialized in the production of plant actives, the company PAT develops an innovate research activity that consists of producing or modifying by enzymatic pathway, molecules naturally present in plants. The species Ipomoea batatas contains numerous caffeoylquinic acid derivatives, predominantly 3,5-dicaffeoylquinic acid (3,5-DCQ), an antioxydant molecule arousing interest in cosmetics. However, biosynthesis pathway of this molecule is poorly established in order to exploit the genes of interest by metabolic engineering approaches to increase the production. The work realized in the frame of this PhD concerns the identification and functional characterization of a hydroxycinnamoyl transferase (HCT) in order to increase the production of 3,5-DCQ either in microorganisms or in recombinant plants. To perform this work, an RNAseq databank was generated allowing to access to coding sequences. These sequences were analysed by alignment of sequences encoding for hydroxycinnamoyl transferases (HCT, HQT) involved in the biosynthesis of a potential precursor, chlorogenic acid. A first screening was performed by utilizing an approach of differential expression of genes. The function of genes was studied by heterologous expression in bacterial systems and by plant transgenesis approaches. The production of target metabolites was analyzed in transgenic plants and cell cultures. On these plants, we conducted tests of resistance to fungal pathogens. We identified an HCT that shares 85% of identity with a HCT isolated from coffee previously characterized in 3,5-DCQ biosynthesis. This activity was shown in vitro for HCT of Ipomee. Moreover, the expression of target gene led to an overproduction of 3,5-DCQ in cell cultures of tobacco expressing HCT. This molecule inhibits growth of Botrytis cinerea and Phytophthora parasitica. Giving that amounts of 3,5-DCQ are very low compared to the plant of origin, these results suggest the involvement of other genes in this biosynthesis pathway. Antifungal activity of 3,5-DCQ could be exploited for agrochimic applications

A baixa eficiência e a dificuldade de reprodução de resultados da técnica de transferência gênica mediada por espermatozoides (TGME) têm como possível explicação à ativação de endonucleases espermáticas. Assim, a inibição desta enzima poderia evitar a fragmentação de DNA (exógeno e genômico), possibilitando assim, o uso de maiores concentrações de DNA exógeno, aumentando a eficiência e garantindo a reprodutibilidade da técnica. O ácido aurintricarboxílico (ATA) é um inibidor geral de endonucleases (HALLICK et al., 1977), inclusive das endonucleases espermáticas (MAIONE et al., 1997; MAGNANO et al., 1998). Deste modo, o presente estudo objetivou avaliar a inibição das endonucleases espermáticas, pelo ácido aurintricarboxílico (ATA). Para isso, três experimentos foram realizados: 1) avaliar a inibição das endonucleases espermáticas pela adição do ácido aurintricarboxílico, após incubação com DNA exógeno; 2) verificar a eficiência do ATA na inibição de fragmentação de DNA genômico e 3) detectar o aumento nos índices de internalização após o uso de ATA. Para o primeiro experimento, um ensaio de digestão plasmidial com os plasmídeos PCX-EGFP e pmGENIE3 e três concentrações de ATA (10µM, 25µM e 50µM) foram testados. As digestões dos vetores plasmidiais ocorreram pela incubação dos plasmídeos PCX-EGFP e pmGENIE3, com e sem a presença de ATA, com extratos espermáticos. As incubações ocorreram durante 1 hora à 37ºC e os produtos foram analisados por eletroforese (2 horas, 100mV) em gel de agarose 0,7%. Os resultados foram avaliados em escala de cruzes, no qual 1 foi considerado digestão total dos plasmídeos e 3, a não digestão. Os resultados foram analisados em nível de significância de 5%. Os resultados demonstraram diferenças nas digestões dos dois vetores plasmidiais, sendo o pmGENIE3 mais susceptível à degradação pelo extrato espermático, demonstrando ausência de bandas em algumas replicatas (mediana=1). O PCX-EGFP apresentou inibição parcial da degradação já com 10µM de ATA. Já o pmGENIE só apresentou inibição da degradação com 25 ou 50µM de ATA. Assim a concentração utilizada nos experimentos consecutivos foi a de 50µM. Para o experimento 2, espermatozoides de camundongos da linhagem Bl-6/DBA (F1) foram incubados com duas concentrações (500 ou 1000ng) do plasmídeo PCX-EGFP, com ou sem pré-incubação com ATA. As incubações ocorreram durante 5 horas, em ar com 5% de CO2 à 37ºC. Assim, os espermatozoides foram submetidos ao teste de susceptibilidade à denaturação ácida e ao ensaio de cometa alcalino para verificar possível fragilidade da cromatina. Os dados demonstraram que o uso do ATA em espermatozoides murinos leva à fragilidade do genoma, independente de serem incubados com DNA exógeno e a concentração do mesmo. Além disso, foi possível verificar que pode existir um limiar de concentração ótima para que as endonucleases causem fragmentação do DNA cromossomal, o qual foi de 500ng. O uso de concentrações maiores, como 1000ng, pode ter agido como fator protetor ao DNA genômico, podendo este DNA exógeno ter sido o alvo primário das endonucleases, já que quando as amostras foram incubadas com essa concentração de plasmídeo, não houve altos índices de fragmentação no DNA endógeno. No experimento 3, espermatozoides de camundongos foram incubados com 500 ou 1000ng de PCX-EGFP/106 células, sendo ou não pré-incubados com ATA. O DNA genômico das células espermáticas foi extraído pelo método de fenol clorofórmio, diluído para concentração de 1ng/µl e submetidos à quantificação de DNA plasmidial pela técnica de quantificação absoluta em tempo real (qPCR). Os resultados demonstraram que o ATA não melhorou a eficiência de incorporação, já que tanto na concentração de 500 quanto na de 1000ng de DNA exógeno, a porcentagem foi menor (0,001% para os dois grupos) em relação aos grupos nos quais este não foi utilizado. Os grupos em que o ATA não foi utilizado não apresentaram diferença entre si demonstrando que a quantidade de 500ng de DNA exógeno foi suficiente na internalização deste ao espermatozoide, sendo a porcentagem de incorporação maior do que 1000ng (0,20% contra 0,10%). Contudo, o uso do inibidor de endonucleases, ao invés de aumentar os índices de incorporação apresentou resultados opostos, indicando que seu uso não trouxe melhorias para a técnica de TGME. / The low efficiency and low repeatability of sperm-mediated gene transfer (SMGT) could be due to the activation of sperm endonucleases. The inhibition of this enzyme would avoid genomic DNA fragmentation enabling the use of higher concentrations of exogenous DNA, increasing the efficiency and ensuring the reproducibility of this technique. Aurintricarboxilic acid (ATA) is a general inhibitor of endonucleases (HALLICK et al., 1977), including sperm endonucleases (MAIONE et al., 1997; MAGNANO et al., 1998). This study aimed to evaluate the inhibition of sperm endonucleases using the aurintricarboxilic acid (ATA). For that, three experiments were set: 1) evaluate the inhibition of sperm endonucleases by adding aurintricarboxilic acid after incubation with exogenous DNA, 2) study the inhibition efficiency of ATA in genomic DNA fragmentation and 3) detect exogenous DNA internalization after the use of ATA. For the first experiment, a plasmid digestion assay with pmGENIE3 and PCX-EGFP and three concentrations of ATA (10µM, 25µM and 50µM) were tested. The digestion of plasmid vector occurred by incubation of PCX-EGFP and pmGENIE3 with and without the presence of ATA with sperm extracts. Incubations took place for 1 hour at 37°C and the products were analyzed by electrophoresis (2 hours, 100mV) in 0,7% agarose gel. The results were evaluated on a cross scale whereas 1 was considered a total plasmid digestion and 3 no digestion. The results were analyzed with a significance level of 5%. The results show differences in the digestion of the two plasmid vectors, being pmGENIE3 more susceptible to degradation by sperm extract, demonstrating absence of bands in some replicates (median = 1). The PCX-EGFP showed a parcial inhibition of the degradation using 10µM ATA. PmGENIE3 presented inhibiting of degradation only using 25 or 50µM of ATA. Thus, the concentration used in the consecutives experiments was 50µM. For experiment 2, sperm from Bl-6/DBA (F1) mice strain were incubated with two concentrations (500 or 1000ng) of the PCX-EGFP plasmid, with and without pre-incubation with ATA. Incubation took place for 5 hours, with 5% CO2 in air, at 37°C. Sperm samples were subjected to acid denaturation susceptibility test and alkaline comet assay to check for possible chromatin fragility. The data showed that the use of ATA in murine sperm leads to a fragility of their genome, independently of the incubation with exogenous DNA and its concentration. Result showed that there might be a threshold concentration for chromosomal DNA fragmentation caused by endonucleases, which was 500ng of plasmid. The use of higher concentrations, as 1000ng, may be a protective factor for genomic DNA integrity, since exogenous DNA seems to be the primary target of endonucleases, showed by, lower DNA fragmentation levels. In experiment 3, sperm were incubated with 500 or 1000ng PCX-EGFP/106 cells, pre-incubated or not with ATA. Genomic DNA was extracted by phenol chloroform method, diluted to concentrations of 1ng/µl and subjected to quantification of plasmid DNA insertions by absolute quantification in real-time PCR (qPCR). The results showed that ATA did not improve the efficiency of DNA internalization, whereas both concentration of 500 and 1000ng presented a lower percentage of exogenous DNA integration (0.001% in both groups) compared with the groups in which ATA was not used. The groups without ATA did not differ indicating that the amount of 500ng of DNA was able to integrate exogenous DNA to sperm, and have higher percentage of incorporation compared to 1000ng (0,20% versus 0,10%). Thereby, the use of an endonuclease inhibitor instead of increasing integration indexes showed opposite results, indicating that its use did not bring improvements to the SMGT technique.

The mechanism to maintain stem cell properties and to exit into differentiation pathways is a pivotal question in stem cell research. Spermatogonia are the adult stem cells of the male germ line, which are used in biomedical research as a source of undifferentiated cells. The communication between germ line stem cells and specialized somatic cells (Sertoli cells and Leydig cells) plays important roles in stem cell maintenance, germ cell proliferation, and differentiation. With regard to the biology of stem cells and spermatogenesis, the medaka (Oryzias latipes) is used as a teleost model organism, and it is also used to assess the effects of endocrine disruptors on reproductive phenomena. However, the lack of suitable molecular markers hampers the detection, isolation and analysis of different testis cells including gonial stem cells and Leydig cells. Therefore, oct4, sox2 and cyp11b were chosen to create transgenic reporter lines for the labeling of stem cells and Leydig cells, respectively. The present study had the aim to examine the temporal and spatial expression of the respective genes during embryonic development and in adult gonads of the medaka, and to describe the application of these transgenic lines in stem cell biology and reproductive biology. The mCherry expression in transgenic fish of the line FSI-Tg(sox2-mCherry)17 marks embryonic stem cells, Leydig cells and interstitial cells in adult testis. Faithful EGFP and DsRed expression in transgenic reporters strains for oct4 and cyp11b mimics the endogenous expression of oct4/pou2 and cyp11b-protein, respectively. The reporter gene expression in the strains FSI-Tg(oct4-EGFP)9 and FSI-Tg(oct4-EGFP)A allows the visualization of oct4 positive cells during embryonic development, PGCs, early germ cells and adult gonial cells. The Leydig cells express brightly green or red fluorescence in the medaka strains FSI-Tg(cyp11b-EGFP)20 and FSI-Tg(cyp11b-DsRed)1434, respectively, allowing the easy identification of Leydig cells in adult testis. The oct4-EGFP reporter labels medaka embryonic and spermatogonial stem cells, in which the spermatogonial stem cells at the ends of the testicular lobules show brightly green fluorescence. The transgenic expression in stem cells is also shown in the flow plot of primary testis cells. The spermatogonia are the largest cells and have the strongest fluorescence, which decreased upon differentiation. Therefore, the oct4-EGFP reporter strains will provide an opportunity to detect and to isolate the EGFP expressing cells for transplantation. These strains will also facilitate further experiments on the effects of drugs or hypoxia on these cells, because the strongest EGFP expressing cells can be easily detected in transgenic lines. Labeling of Leydig cells in cyp11b reporter lines opens a new area to study the seasonal variation of spermatogenesis. The medaka is a seasonal breeder in its natural habitat and the simulation of seasonal changes allows the simultaneous quantitative analysis of oct4-EGFP and cyp11b-DsRed expressing cells under such conditions.

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La construction d’animaux transgéniques est une technique clef qui a permis l’étude de nombreux aspects de la biologie du nématode Caenorhabditis elegans. Les animaux transgéniques peuvent être construits soit en injectant l’ADN exogène dans les gonades syncitiales de l’hermaphrodite adulte, soit en bombardant une population de vers avec des microbilles enrobées d’ADN. Dans les deux cas, l’utilisation de marqueurs génétiques est indispensable pour l’identification des individus transgéniques et la maintenance des lignées. Nous avons développé un vecteur d’expression pour les nématodes contenant le gène de résistance à la néomycine (neo), qui fonctionne comme marqueur génétique. Le gène neo confère la résistance au G-418, un antibiotique qui inhibe la synthèse de protéines chez les eucaryotes et qui est létal pour les nématodes sauvages. Nous avons montré que le marqueur neo est un marqueur génétique très puissant qui permet l’identification rapide des animaux transgéniques et qui permet l’enrichissement des populations transgéniques en présence de l’antibiotique, facilitant ainsi la maintenance des lignées. Ce système ne nécessite aucun contexte génétique particulier pour fonctionner et est donc compatible avec des lignées receveuses mutantes, ainsi que des lignées transgéniques ayant été transformées avec d’autres marqueurs génétiques. De plus, le gène neo est sous le contrôle du promoteur du gène de C. elegans rps-27, codant pour une protéine ribosomale dont la séquence est hautement conservée entre les nématodes. Nous avons utilisé ce gène comme marqueur génétique pour la transgénèse de l’espèce Caenorhabditis briggsae, ce qui suggère que le système neo pourrait aussi être utilisé pour d’autres espèces de la famille Caenorhabditis. Finalement, nous avons aussi montré que le système neo peut être utilisé dans le contexte des techniques d’ingénierie génétique basées sur le transposon Mos1. En conclusion, la sélection en présence de G-418 offre des nouvelles possibilités d’expériences pour la transgénèse de C. elegans et d’autres espèces proches. Les avantages du système neo devraient ainsi contribuer à développer des techniques de transgénèse du ver plus flexibles et efficaces. / The generation of transgenic animals has been instrumental to study many biological aspects of Caenorhabditis elegans biology. Transgenic animals can be obtained by either microinjection of the exogenous DNA into the syncitial gonad of the hermaphrodite or by bombardment of a population of worms with DNA coated microparticles. Both techniques rely on the use of genetic markers to facilitate the recovery of transformed animals and the maintenance of transgenic lines. We developed a nematode expression vector carrying the neomycin resistance gene (neo) as a selection marker. This gene confers resistance to G-418, an antibiotic that normally inhibits protein synthesis in eukaryotes and is lethal for wild-type nematodes. We showed that the neo marker is a potent tool that allows a clear-cut selection of transgenic animals and hands-off maintenance of non-integrated populations on G-418 plates. This system does not imply any prerequisite on the original genotype of the recipient strain and can therefore be used on mutants lines as well as transgenic strains obtained with common markers. Moreover, we placed the neo gene under the control of the C. elegans rps-27 promoter, a highly conserved ribosomal protein throughout the nematode phylogeny. We were able to provide resistance to Caenorhabditis briggsae using this vector; this likely indicates that neo can be used in any species from the Caenorhabditis family. Finally, we demonstrated that this powerful selection system can be used in the context of Mos1 transposon excision-repair methods. Therefore, the neo system offers a wide range of new possibilities for transgenesis both in C. elegans and in other related species. We therefore believe that the benefits of the neo system should contribute to the development of more flexible and efficient techniques for nematode transgenesis.

Bien que partageant une homologie structurelle évidente, les membres antérieurs (MA) sont toujours différents des membres postérieurs (MP). Ceci suggère l’existence d’un programme générique de formation d’un membre, un bauplan, qui doit être modulé de façon spécifique pour engendrer cette différence antéro-postérieure de l’identité. Nous avons donc voulu identifier les mécanismes déployés durant l’évolution pour permettre la mise en place de l’identité des membres. Le laboratoire avait précédemment caractérisé, chez les souris où le gène Pitx1 est inactivé, une transformation partielle des MP en MA couplée à une perte de croissance. Nous avons donc cherché à comprendre les mécanismes en aval de Pitx1 dans la détermination de l’identité postérieure. Notre démarche nous a permis d’identifier les gènes affectés par la perte de Pitx1 dans les MP, où nous avons confirmé une dérégulation de l’expression de Tbx4. Tbx4 et Tbx5 sont des candidats évidents pour déterminer l’identité, leur expression étant restreinte aux MP et MA, respectivement, mais leur implication dans ce processus était sujette à controverse. Nous avons donc évalué l’apport de Tbx4 en aval de Pitx1 dans les processus d’identité en restaurant son expression dans les MP des souris Pitx1-/-. Ce faisant, nous avons pu montrer que Tbx4 est capable de pallier la perte de Pitx1 dans le MP, en rétablissant à la fois les caractères d’identité postérieure et la croissance. En parallèle, nous avons montré que Tbx5 était capable de rétablir la croissance mais non l’identité des MP Pitx1-/-, démontrant ainsi de façon définitive une propriété propre à Tbx4 dans la détermination de l’identité des membres postérieure. La caractérisation de l’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 nous a permis de mettre en évidence un domaine activateur conservé mais aussi un domaine spécifique à Tbx4, répresseur de la transcription. Par ailleurs, une mutation faux-sens de TBX4 dans les patients atteints du syndrome coxo-podo-patellaire, TBX4Q531R, inactive le domaine répresseur, empêchant la compensation de l’identité mais non de la croissance des MP dépourvus de Pitx1, démontrant l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. La caractérisation de l’activité répressive de Tbx4, qui se manifeste seulement dans les membres postérieurs démontre l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. Nous avons aussi été en mesure d’identifier un corépresseur qui est suffisant pour supporter cette activité de Tbx4. Enfin, nous avons pu aussi démontrer l’activité transcriptionnelle d’un représentant du gène ancestral, présent chez Amphioxus, qui se comporte strictement comme un activateur et semble dépourvu du domaine répresseur. En somme, nous avons précisé le rôle de Tbx4 et Tbx5, ainsi que leur mécanisme, dans la détermination de l’identité des membres. Globalement, nos travaux permettent d’élaborer une théorie où une divergence d’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 est responsable de l’identité des membres et même entrevoir que cette divergence d’activité soit à la base de son apparition durant l’évolution. / Forelimbs and hindlimbs are a classical example of serial homology, suggesting they share an evolutionary common generic program that directs their formation. Identity is presumably derived from specific modulations of that program in different limb type. Transcription factors are prime candidates to link these structural differences to specific modulations and three factors with limb-specific expression have been identified. Pitx1 and Tbx4 expression is restricted to the hindlimbs while Tbx5 is restricted to the forelimbs and they have all been ascribed functions in both growth and identity from knockout and overexpression studies. Recent studies have produce evidence that Tbx4 and Tbx5 are interchangeable, sharing identical properties to support growth but not identity of the limbs, the latter being a direct consequence of Pitx1 expression. Indeed, Pitx1 deficient mice have been previously described as undergoing a hindlimb-to-forelimb transformation in addition of growth defects. To better assess the shared and specific properties of Tbx4 and Tbx5, we assessed their capacities to rescue identity and growth defects by expression studies in Pitx1-/- hindlimbs. Specifically, previous studies had shown that Pitx1 deficiency causes the loss of hindlimb features, the transformation of hindlimb features toward forelimb-like morphology, the gain of a forelimb feature and the asymmetric loss of growth at the level of the femur. Targeted expression in the limbs of both Tbx4 and Tbx5 rescued the growth defects similarly. Interestingly, only Tbx4 was able to restore identity features affected in absence of Pitx1. To further assess these shared and specific properties, we conducted transcriptional assays that revealed the presence of a shared and conserved transactivating domain in the C-terminal moiety of these proteins. Moreover, we could identify a repressor domain specific to Tbx4. Human small patella syndrome maps to TBX4 and a coding mutation, TBX4Q531R, that specifically inactivates the repressive properties of Tbx4 prevents it from rescuing identity to the Pitx1-/- hindlimbs but not from rescuing growth. We also conducted a yeast two-hybrid assay that allowed the identification of putative co-factors of Tbx4, of which one seems to act as a co-repressor. Together, our results support the presence of a Tbx4/Tbx5 conserved activating domain required for limb outgrowth that is an integral part of the limb bauplan. Importantly, we identified a molecular basis for the determination of limb identity through the Tbx4-specific repressor domain and reveal a novel path through which limb identity may have emerged during evolution.

L’Astyanax mexicanus est un poisson téléostéen utilisé dans les études de microévolution. Au sein de la même espèce, il existe plusieurs populations. Des poissons de surface (SF), vivant en banc dans les rivières d’Amérique Centrale et plusieurs populations cavernicoles (CF), vivant dans l’obscurité des grottes mexicaines. La majorité des populations cavernicoles sont indépendantes et ont dérivé des populations de surface depuis environ un million d’années. Les CF sont aveugles et dépigmentés. D’un point de vue comportemental, les CF ont, entre autres, perdu l’agressivité qui est un caractère important des SF. Ce travail caractérise finement les différences comportementales entre poissons de surface et cavernicoles, et analyse les modifications des circuits neuronaux qui sont à l’origine de la perte du comportement agressif chez les poissons cavernicoles. Les tests d’agressivité montrent que deux SF s’attaquent dix fois plus que deux CF. La distribution temporelle des attaques diffère également entre les populations. En effet, la majorité des attaques entre CF ont lieu lors des premières minutes du test, alors que chez les SF la fréquence des attaques augmente au cours du temps. L’étude de l’agressivité de SF rendu aveugle ou dans le noir montre que la perte d’agressivité chez les CF n’est pas due au phénotype aveugle. De plus, l’agressivité des poissons hybrides suggère que le comportement agressif des SF est génétiquement codé. Après des expériences pharmacologiques utilisant des composés interférant avec le système sérotoninergique ou soumettant les SF et les CF à différents régimes alimentaires, nous faisons l’hypothèse selon laquelle la perte d’agressivité des CF est une adaptation à la vie cavernicole, ceux-ci recherchant en permanence de la nourriture. En revanche, l’agressivité des SF est étroitement reliée à la hiérarchie existant au sein du banc, la dominance étant elle-même liée en partie à la concentration de la sérotonine présente au niveau du raphé. La concentration de sérotonine est inversement corrélée à l’agressivité. D’un point de vue neuroanatomique, l’organisation du système sérotoninergique est similaire entre les populations. Cependant, l’un des noyaux hypothalamiques est plus large chez les CF et contient plus de neurones. Par ailleurs, l’agressivité et le taux de sérotonine sont connus pour être inversement corrélés chez les vertébrés. De fait, des traitements pharmacologiques augmentant le taux de sérotonine diminuent l’agressivité des SF et modifient leur profil d’agressivité, mimant celui des CF. Cependant, le système sérotoninergique n’est pas le seul à être modifié dans le système nerveux des CF. En réalité, les dosages HPLC montrent que l’ensemble des systèmes aminergiques est amplifié chez les CF, conduisant à l’apparition d’un phénotype « hyper-aminergique ». Les études neuro-anatomiques et enzymologiques des systèmes sérotoninergiques et catécholaminergiques montrent que des variations du nombre de neurones et de l’activité des enzymes de dégradation des neurotransmetteurs aminergiques convergent vers cette amplification et sont à l’origine de ce phénotype. Par ailleurs, et en parallèle, les méthodes de transgénèses stables ont été testées chez l’Astyanax. Cette étude montre que l’utilisation des méganucléases et des transposons sont utilisables chez notre poisson modèle et permettent l’établissement de lignées transgéniques. Cet outil permettra de tester à l’avenir l’importance et la fonction des gènes d’intérêt lors du développement du système nerveux, ainsi que lors de la mise en place des comportements. / Astyanax mexicanus is a teleost fish model used for evolution studies. Among the same species, there are several populations of sighted surface fish (SF) that live in Mexican rivers and at least twenty nine populations of blind cavefish (CF) that live in perpetual darkness. Several of these cave populations are independently-evolved, and they derived from surface fish-like ancestors. CF have lost their eyes and their pigmentation, and they have also evolved a number of behavioral traits. Most CF populations have lost the aggressive behavior that is a trademark of their SF counterparts. Here we characterized behavioural differences between SF and CF and we investigated the modifications of neural networks responsible for the loss of aggressiveness in cavefish. We first characterized aggressive behavior in Astyanax. Using an “intruder assay”, we found that SF not only attack ten times more during a one hour period, but also show a significantly different pattern in the temporal distribution of their attacks: while two CF attack mostly during the first minutes, SF attack more and more frequently as time goes by during the test. Then we demonstrated that the loss of aggressiveness in CF is not due to their blind phenotype, and using hybrids and independently-evolved populations of CF we could suggest that aggressive behavior in SF is genetically-encoded. After pharmacological experiments using compounds modulating serotonin levels or using SF and CF receiving different food regimes, we hypothesized that the loss of aggressiveness of CF may correspond to an adaptation to cave life, as they spend most of their time looking for food. On the other hand, the aggressiveness of SF is closely connected to the hierarchy within the school, dominance itself being mainly due to the levels of serotonin in the raphe. Thus, serotonin levels are inversely correlated with agonistic behavior. Neuroanatomical analyses on SF and CF brains showed an identical organization of their serotonin neuronal networks, but one of the serotonergic hypothalamic nucleus was significantly larger in CF and contained more neurons. Treatments of embryos with cyclopamine, an inhibitor of Sonic hedgehog (Shh) signaling, showed that this enlargement is induced by the Shh signaling pathway, itself known to be amplified during the development of the CF. In fact, the serotonergic system is not only one that is changed in the nervous system of CF. HPLC measurements showed that all aminergic systems are amplified in CF, which show a sort of “hyper-aminergic” phenotype. Studies comparing the neuroanatomy of aminergic systems and the activity of amine-degrading enzymes between SF and CF showed that variations in both the number of neurons and the activity of degrading enzymes converge towards an amplification of aminergic neurotransmission and are responsible for the phenotype. In parallel, we established transgenesis methods in Astyanax. We showed that techniques using meganuclease or transposons are valuable with our fish species to generate transgenic lines. This tool will be used to test the importance and function of genes of interest in the development of the nervous system and associated behaviors.