Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les principes de la génétique mendélienne gouvernent l'essentiel de l'évolution des génomes et forment la base de la compréhension moderne de la génétique et de l'évolution. Les gènes encodés sur les chromosomes nucléaires sont répliqués exactement une fois par cycle cellulaire et ségrègent indépendamment durant la méiose. En contrepartie, certaines composantes des génomes eucaryotes échappent aux lois de la génétique mendélienne. Deux classes d'éléments génétiques non-mendéliens ubiquitaires sont les éléments transposables (TEs) et l'ADN mitochondrial (ADNmt). Les TEs sont des séquences capables de se répliquer de manière semi-autonome. Ce cycle de réplication distinct du reste du génome génère des copies additionnelles insérées à de nouveaux locus, formant des familles de séquences répétées. L'ADNmt est un génome cytoplasmique maintenu et exprimé dans les mitochondries qui est essentiel au métabolisme respiratoire. Les ADNmt se répliquent et ségrègent indépendamment du cycle cellulaire, ce qui rend possible l'hétérogénéité intracellulaire (hétéroplasmie) et de la ségrégation mitotique. L'hybridation cause le flux génétique entre des populations séparées et peut survenir entre des populations parentales avec divers degrés de divergence génétique. En raison de leurs dynamiques particulières, les éléments génétiques non-mendéliens peuvent avoir des conséquences profondes dans un contexte d'hybridation. Par exemple, les TEs peuvent être réactivés chez les hybrides en raison d'incompatibilités au niveau de leur régulation, menant à des effets délétères. L'évolution rapide des ADNmt entraîne une accélération de la coévolution avec les gènes du génome nucléaire, ce qui favorise l'émergence d'incompatibilités génétiques mitonucléaires qui peuvent compromettre les fonctions métaboliques mitochondriales chez les hybrides. Un objectif fondamental est d'obtenir une meilleure compréhension de la dynamique des éléments génétiques non-mendéliens en réponse à l'hybridation, particulièrement en fonction du degré de divergence évolutive séparant les génomes parentaux d'un génotype hybride. Notamment, une prédiction est qu'un plus haut degré de divergence renferme un potentiel supérieur pour les incompatibilités génétiques pouvant affecter les éléments génétiques non-mendéliens. Mes travaux de doctorat se concentrent sur l'évolution des TEs et des ADNmt dans les hybrides d'une espèce eucaryote modèle, la levure Saccharomyces paradoxus. Elle est l'espèce sœur de la levure Saccharomyces cerevisiae, qui est un modèle fondamental en biologie cellulaire, en génétique et en génomique. S. paradoxus est une espèce non-domestiquée structurée en plusieurs populations naturelles divergentes en Amérique du Nord, incluant des populations hybrides. La caractérisation des éléments génétiques non-mendéliens dans les populations naturelles permet d'inférer certains aspects de leur dynamique évolutive passée et récente. Une approche complémentaire est un type d'évolution expérimentale en laboratoire appelé accumulation de mutations (MA), qui minimise l'efficacité de la sélection naturelle et permet de caractériser l'évolution neutre des génomes. Le premier chapitre de ma thèse a testé l'hypothèse selon laquelle les populations hybrides accumulent davantage de TEs que leurs populations parentales. La caractérisation du contenu génomique en TEs dans les populations naturelles de S. paradoxus n'a révélé aucune trace de réactivation chez les hybrides. Nous avons réalisé une expérience d'évolution par MA à large échelle sur une diversité de génotypes hybrides entre les populations naturelles de S. paradoxus et S. cerevisiae. Cette expérience a montré que le degré de divergence entre les parents d'un hybride ne prédit pas le changement d'abondance des TEs. Le second chapitre de ma thèse a caractérisé la charge en TEs dans les lignées MA avec une grande résolution par l'emploi d'une technologie de séquençage à longues lectures. Ces données ont montré que la transposition a un rôle mineur dans l'évolution de la charge en TEs comparativement à d'autres formes de variation génomique structurale. Des essais de transposition in vivo ont montré que la mobilisation des TEs varie en fonction de plusieurs aspects spécifiques aux génotypes hybrides individuels. Le troisième chapitre de ma thèse a caractérisé la résolution de l'hétéroplasmie mitochondriale dans les lignées MA. Les résultats ont montré que le taux de recombinaison des ADNmt n'est pas prédit par le degré de divergence parentale des hybrides. Le taux de larges délétions mitochondriales causant la perte de fonction du métabolisme respiratoire était corrélé positivement avec le degré de divergence parentale, suggérant l'existence d'incompatibilités génétiques menant à l'instabilité de l'ADNmt. Ces travaux soulignent plusieurs aspects contre-intuitifs de la dynamique des éléments génétiques non-mendéliens chez les hybrides, notamment l'absence fréquente de relation avec la divergence parentale et des effets hautement spécifiques à certains génotypes hybrides individuels. / The principles of mendelian genetics govern the largest part of the evolution of genomes and constitute the basis of the modern understanding of genetics and evolution. Genes encoded on nuclear chromosomes are replicated exactly once per cell cycle and segregate independently during meiosis. In contrast, many components of eukaryotic genomes escape the laws of mendelian genetics. Two classes of ubiquitous non-mendelian genetic elements are transposable elements (TEs) and mitochondrial DNAs (mtDNAs). TEs are sequences capable of semi-autonomous replication. This replication cycle distinct from the rest of the genome generates additional copies at new insertion loci, creating families of repeated sequences. MtDNAs are cytoplasmic genomes maintained and expressed within mitochondria that are essential for respiratory metabolism. MtDNAs replicate and segregate independently from the cell cycle, which enables intracellular heterogeneity (heteroplasmy) and mitotic segregation. Hybridization causes gene flux between distinct populations, which can be separated by various levels of parental genetic divergence. Because of their singular dynamics, non-mendelian genetic elements can have profound consequences in the context of hybridization. For instance, TEs can be reactivated in hybrids as a consequence of incompatibilities in their regulation, leading to deleterious effects. The rapid evolution of mtDNAs accelerates the coevolution with interacting nuclear-encoded genes, which favors the emergence of mitonuclear genetic incompatibilities that can compromise mitochondrial metabolic functions in hybrids. A fundamental objective is to gain a better understanding of the dynamics of non-mendelian genetic elements in response to hybridization, especially as a function of the level of evolutionary divergence between the parental genomes of a hybrid genotype. Notably, one prediction is that higher divergence levels have superior potential for genetic incompatibilities that can affect non-mendelian genetic elements. The work presented in this thesis focuses on the evolution of TEs and mtDNAs in hybrids of a model eukaryotic species, the yeast Saccharomyces paradoxus. It is the sister species of the yeast Saccharomyces cerevisiae, a fundamental model species for cell biology, genetics and genomics. S. paradoxus is an undomesticated species structured in many divergent natural populations in North America, including many hybrid populations. The characterization of non-mendelian genetic elements in natural populations allows to infer certain aspects of their past and recent evolutionary dynamics. One complementary approach is a type of experimental evolution termed mutation accumulation (MA), which minimizes the efficiency of natural selection and enables the characterization of neutral genome evolution. The first chapter of my thesis tested the hypothesis stating that hybrid populations accumulate more TEs than their parental populations. The characterization of genomic TE content in natural populations of S. paradoxus revealed no evidence for reactivation in hybrids. We performed a large-scale evolution experiment by MA on a diversity of hybrid genotypes between natural populations of S. paradoxus and S. cerevisiae. This experiment showed that parental divergence levels cannot predict the resulting change in TE abundance. The second chapter of my thesis decomposed the TE load in MA lines at a high resolution with a long-read sequencing technology. These data showed that transposition has a minor role in TE load evolution in comparison to other types of structural genomic variation. In vivo transposition assays showed that TE mobilization is modulated by many aspects specific to individual hybrid genotypes. The third chapter of my thesis characterized the resolution of mitochondrial heteroplasmy in MA lines. The results showed that the recombination rate of mtDNAs is not predicted by the level of parental divergence in hybrids. The rate of large mtDNA deletions causing the loss of function of respiratory metabolism was positively correlated with the level of parental divergence, suggesting the existence of genetic incompatibilities leading to mtDNA instability. This work highlights many counter-intuitive aspects of the dynamics of non-mendelian genetic elements in hybrids, including the frequent absence of a relationship with parental divergence levels and effects that were highly specific to certain individual hybrid genotypes.

À l'heure actuelle, la détection efficace et abordable des maladies infectieuses est considérée par l'organisation mondiale de la santé comme l'enjeu du développement biotechnologique le plus critique pour l'amélioration de la santé humaine et animale. À ce propos, plusieurs approches ont été proposées mais la plupart d'entre elles se basent sur la technique communément appelée PCR (Polymerase Chain Reaction). Une méthode de détection développée dans notre laboratoire est basée sur la réponse d'un biocapteur le poly(3-alkoxy-4-méthylthiophène) à son environnement. La particularité de ce biocapteur réside dans sa susceptibilité à reconnaître l'événement d'hybridation d'une chaîne d'ADN et à le traduire en un signal mesurable (optique, électrochimique...). Parallèlement à nos travaux de détection de l'ADN, une étude plus approfondie a été menée sur certains facteurs inhérents aux molécules d'ADN tels que la longueur de la chaîne d'ADN (sonde et cible), ainsi que l'enchaînement de la séquence d'ADN. Cette étude a été réalisée principalement par des techniques de colorimétrie (UV-visible) et de mesure de la fluorescence. Cette dernière à montre que l'hybridation se fait très difficilement lorsqu'on a une différence de longueur entre les deux brins d'ADN et que l'intensité de fluorescence change d'une séquence à l'autre.

HHV-6B, l'agent étiologique de la roséole infantile, infecte près de 90% de la population mondiale avant l'âge de 2 ans. Comme d'autres herpèsvirus, HHV-6B établit une latence à long terme dans la cellule hôte. Cette latence est toutefois distinguée des autres herpèsvirus par l'intégration du génome viral dans les télomères des cellules infectées. HHV-6B peut être hérité lorsque son génome est intégré dans des cellules germinales et a été identifié comme un agent prédisposant à l'angine de poitrine et à la prééclampsie chez la femme enceinte. Des séquences homologues aux télomères situées dans le génome de HHV-6B sont essentielles à l'intégration, cependant les mécanismes moléculaires sous-jacents sont inconnus. Puisque l'intégration du génome viral requiert la présence de séquences homologues, nous avons étudié la relation entre HHV-6B et la machinerie de réparation de l'ADN. Nos travaux démontrent que le virus inhibe la signalisation de réparation des cassures double brin de l'ADN dans les cellules infectées. Plus précisément la protéine immédiate précoce 1 (IE1) de HHV-6B récapitule à elle seule les effets inhibiteurs observés en termes d'infection. Nous avons pu démontrer que les fonctions de la protéine cellulaire NBS1, un acteur initial de la signalisation des dommages à l'ADN, sont inhibées par IE1, ce qui empêche ainsi l'activation de la kinase ATM et la phosphorylation du marqueur de dommage d'ADN H2AX. Nous avons aussi constaté une interaction entre IE1 et NBS1 et caractérisé leur domaine d'interaction. Nos résultats démontrent donc que HHV-6B affecte la machinerie de réparation de l'ADN, mais la raison est toutefois encore inconnue et nécessite davantage d'étude.

L’épidermolyse bulleuse dystrophique récessive est une maladie génétique rare causée par des mutations dans COL7A1 codant pour le collagène de type VII. Cette protéine est produite par les kératinocytes de l’épiderme et les fibroblastes du derme et permet la formation des fibrilles d’ancrages dont le rôle est l’adhésion de l’épiderme au derme sous-jacent. Les patients atteints de l'EBDR souffrent de décollements de la peau et des muqueuses et aucun traitement ne permet de guérir cette maladie. Le but de ce projet est de construire un vecteur viral sécuritaire contenant l'ADNc de COL7A1 et de générer un clone de cellules productrices de virus à haut titre permettant de transduire assez de kératinocytes souches pour produire des peaux reconstruites et traiter les patients atteints de l'EBDR. Divers vecteurs rétroviraux "self-inactivated" exprimant l'ADNc de gfp ou de COL7A1 ont été générés. Les vecteurs GFP ont permis de déterminer que le remplacement de la région U3 du LTR 5' par l'enhancer et le promoteur du CMV, l'ajout de la séquence WPRE en 3' UTR du transgène, l'insertion de la séquence de polyadénylation du SV40 dans la région R du LTR 3' et l'ajout de la séquence de polyadénylation de bGH en aval du LTR 3', génèrent les titres viraux les plus élevés. L'ADNc de COL7A1 a été introduit dans un rétrovirus SIN optimisé puis transfecté dans une lignée d’encapsidation exprimant l’enveloppe Amphotropique 4070A. Un clone de cellules productrices produisant 9,8 x 105 particules virales par mL a été isolé. Le virus produit par ce clone est capable de transduire les kératinocytes et fibroblastes de patients atteints de l'EBDR à un taux de transduction de 37 % et 24 % respectivement. En somme, un clone de cellules productrices d’un vecteur rétroviral sécuritaire portant COL7A1 a été généré et a le potentiel d’être utilisé pour la thérapie génique de l’EBDR. / Recessive dystrophic epidermolysis bullosa is a rare genetic disorder caused by mutations in COL7A1 encoding type VII collagen. This protein is produced by the epidermal keratinocytes and dermal fibroblasts and allows the formation of anchor fibrils whose role is the adhesion of the epidermis to the underlying dermis. Patients with EBDR suffer from skin and mucosal detachments and no treatment can cure this disease. The goal of this project is to construct a safe viral vector containing COL7A1 cDNA and to generate a high-titer virus-producing cell clone in order to transduce enough keratinocytes stem cells to produce reconstructed skins to treat patients with EBDR. Various self-inactivated retroviral vectors expressing gfp or COL7A1 cDNA have been generated. The GFP vectors allowed us to determine that the replacement of the U3 region of the 5' LTR by the CMV enhancer and promoter, the addition of the WPRE sequence to the 3 'UTR of the transgene, the insertion of the SV40 polyadenylation sequence into the R region of 3' LTR and the addition of the polyadenylation sequence of the bGH downstream of the 3' LTR generate the highest viral titers. COL7A1 cDNA was introduced into an optimized SIN retrovirus and transfected into a packaging cell line expressing the Amphotropic envelope 4070A. A clone of packaging cells producing 9.8 x 105 viral particles per mL was isolated. The virus produced by this clone is capable of transducing the keratinocytes and fibroblasts of patients with EBDR at a transduction rate of 37 % and 20 % respectively. In sum, a clone of cells producing a safe COL7A1 retroviral vector has been generated and has the potential of being used for gene therapy of EBDR.

Les infections causées par les staphylocoques, streptocoques et entérocoques sont en constante augmentation, en particulier dans les infections nosocomiales. Ainsi, une identification rapide et précise des bactéries responsables de ces infections est primordiale pour l'administration d'un traitement antimicrobien adapté. Cependant, dans les laboratoires de microbiologie clinique, les méthodes d'identification bactérienne actuelles requièrent plusieurs jours. Dans ce contexte, mon projet de doctorat a eu pour but de développer des outils de diagnostic moléculaire rapides pour identifier ces différentes espèces. Pour cela, nous avons mis au point, pour la première fois, un essai PCR en temps réel pour identifier spécifiquement l'espèce Streptococcus pseudopneumoniae. Nous avons, par la suite, élaboré une puce à ADN pour identifier, en moins d'lh30, 59 espèces bactériennes impliquées dans les septicémies, directement à partir d'hémocultures positives. Au cours de ce projet, nous avons en outre isolé et caractérisé deux nouvelles espèces d'entérocoques provenant d'échantillons d'eau. Les analyses phylogénétiques ont montré que ces bactéries font partie du groupe E. faecalis. La première espèce a été nommée Enterococcus quebecensis sp. nov. tandis que la deuxième a été désignée Enterococcus ureasum sp. nov.. Nos travaux ont ainsi permis de développer de nouveaux outils de diagnostic rapides pour identifier les espèces appartenant aux genres Staphylococcus, Streptococcus et Enterococcus et ont permis de décrire deux nouvelles espèces d'entérocoques retrouvées dans l'eau potable.

Cette thèse de doctorat présente quatre études portant sur la détection des agents bactériens aéroportés associés au bioterrorisme. Tout d’abord, un rappel historique des guerres biologiques et du bioterrorisme permettra de mieux comprendre cette menace. Pour cibler la problématique actuelle, les agents biologiques, les procédures d’intervention des organisations de sécurité et de santé publique ainsi que les méthodes de détection seront ensuite introduites. La capacité de détection rapide des agents biologiques est une des lacunes importantes des procédures d’intervention. La détection et l’identification de ces agents biologiques nécessitent plusieurs étapes critiques interreliées. Elles consistent en l’échantillonnage, la préparation des analytes contenues dans des matrices complexes et finalement l’identification du micro-organisme en décodant des macromolécules signatures, et ce, notamment par des méthodes génotypiques. Certaines particules peuvent potentiellement être employées pour la préparation d’armes biologiques aéroportées. De plus, des poudres inoffensives (p. ex., farine) peuvent être utilisées pour terroriser certains individus, des organisations ou la population. Ces composés peuvent toutefois interférer avec les méthodes de détection moléculaire. C’est pourquoi la première étude traite de l’interférence sur la détection par la PCR de 23 échantillons poudreux ou environnementaux autres. Cet article présente une méthode séparant des spores de Bacillus de matrices poudreuses afin d’enlever ces particules nuisibles à la détection. La procédure conceptualisée est simple d’exécution (10 étapes), rapide (≤ 10 minutes), peu coûteuse (~ 10 $) et permet de traiter une plus grande variété d’échantillons par rapport à l’art antérieur. En second lieu, une lyse de spores bactériennes basée sur la sonication rapide (45 secondes) a permis d’extraire l’ADN génomique avec des rendements comparables à une autre méthode de lyse commercialisée performante nécessitant cinq minutes. Le Module fluidique de lyse ultrasonique a été confectionné pour être décontaminé et transféré d’une zone contaminée à une zone sécurisée, ce qui est un avantage important dans le contexte du bioterrorisme. Le troisième projet concerne le développement d’un essai de détection basé sur l’amplification PCR de type large spectre du gène tuf et l’identification sur biopuce de séquences d’ADN signatures grâce à une hybridation en microfluidique. Cet essai a permis de détecter rapidement (75 minutes) 12 des 13 agents bactériens aéroportés associés au bioterrorisme listés par les CDC. Finalement, les analyses de séquences du gène cible, tuf, chez le genre Yersinia, ont montré un haut niveau de divergence entre les gènes dupliqués intragénomiques, tufA et tufB (8,3 à 16,2 %). Ce résultat inattendu pourrait montrer les circonstances particulières permettant à des gènes dupliqués d’acquérir de nouvelles fonctions. De plus, cette étude a permis de faire une analyse phylogénétique de 14 des 17 espèces décrites du genre Yersinia et d’apporter des informations sur leur classification taxonomique. Prochainement, il serait intéressant de juxtaposer les différentes étapes de détection des agents biologiques présentées ici dans un système intégré d’analyse totale. Par conséquent, l’automatisation pourrait faciliter leur utilisation sur le terrain pour détecter et identifier rapidement (~1 h) des agents biologiques associés au bioterrorisme permettant de prendre en charge les victimes plus efficacement et de contribuer à enrayer la propagation. / This doctoral thesis presents four studies regarding the detection of airborne bacterial biothreat agents. First of all, a historical review of biological warfare and bioterrorism will allow for better understanding of this threat. To focus on the current problematic, biological agents, intervention procedures of public security and health organisations, as well as detection methods will then be introduced. The lack of systems for the reliable and rapid detection of biological agents is an important limitation of intervention procedures. Many interrelated steps are required to detect and identify biological agents. They consist of sampling, sample matrix processing, and finally, microbial identification by decoding macromolecule signatures, notably using genotyping methods. Some particles potentially employed to produce airborne biological weapons could interfere with molecular detection methods. Moreover, inoffensive powders (e.g. flour) can be used as hoaxes to terrorise individuals, organisations, or the population. Therefore, the first article studied the interference on PCR detection of 23 powdery or other environmental samples. This study presents a method to separate Bacillus spores from powdery matrices to alleviate the impact of these interfering compounds. The developed procedure is fast (≤10 minutes), inexpensive (~ 10$), allows easy handling (10 steps) and treatment of a wider sample variety compared to prior art. Secondly, a bacterial spore lysis based on rapid sonication (45 seconds) allowed extraction of genomic DNA in yields comparable to a robust commercialised lysis procedure requiring 5 minutes. The Fluidic Ultrasonic Lysis Module can be decontaminated and transferred from a contaminated to a secured area, which is advantageous in the context of bioterrorism. The third project shows the development of a detection assay based on a bacterial broad-spectrum PCR amplification of the target gene tuf and the identification of signature DNA sequences using a microfluidic microarray system. This assay allowed the rapid (75 minutes) detection of 12 of the 13 airborne bacterial biothreat agents listed by the CDC. Finally, analyses of tuf gene sequences from the Yersinia genus showed a high level of divergence between intra-genomic tufA and tufB sequences (8.3 to 16.2 %). This unexpected result could reveal particular circumstances allowing duplicated genes to acquire new functions. Moreover, this study allowed a phylogenetic analysis of 14 of the 17 described Yersinia species and added information about their taxonomical classification. In the near future, it would be interesting to combine the different biothreat detection steps presented here into a total analysis system. Hence, automation could facilitate its utilisation in the field to detect and identify (~1 h) biothreat agents resulting in more efficient medical management of victims and contribute to stop propagation.

D'après notre stratégie de clonage, nous avons obtenu des protéines recombinantes dérivées de la PARP-1 correspondantes au premier doigt de Zn (Znl), au deuxième doigt de Zn (Zn2), au troisième doigt de Zn (Zn3), au domaine DB-WRG-CAT et au domaine WRG-CAT. Pour démontrer que Znl et Zn2 interagissent avec l'ADN simple brin nous avons utilisé des essais de retard sur gel (EMSA). Nos résultats suggèrent que Znl et Zn2 ont la capacité de se lier à l'ADN simple brin avec une haute préférence pour poly (dA), poly (T) et poly (dC). Parmi les sondes d'ADN simple brin, Zn3 a montré une affinité pour poly(T), poly(dG) et poly(dC). Remarquablement, Zn3 a montré une forte Uaison aux sondes d'ARN. Ce résultat nous pennet de suggérer un rôle de Zn3 dans le processus de transcription. L'enzyme pourrait être en contact avec des hybrides ARN-ADN lors de ce processus. Cependant le rôle précis de Zn3 reste encore à établir. Les doigts de Znl, Zn2 et Zn3 ainsi que le fragment WGR-CAT n'ont montré aucune affinité pour l'ADN double brin. Par ailleurs, nous avons clone une région de 60 acides aminés situés entre le domaine BRCT et le domaine WRG de la protéine PARP-1; nous l'avons baptisée région DB. Le fragment DB-WRG-CAT a montré une forte affinité par l'ADN double brin. Ce résultat suggère que la région DB est responsable de l'interaction de la protéine PARP-1 avec l'ADN double brin. Pour déterminer si la PARP-1 se lie à une structure de l'ADN simple brin et double brin, et pour démontrer si cette interaction est capable d'activer l'enzyme, nous avons construit différentes structures d'ADN qui comportent une boucle d'adénine ou de thymidine. Nos résultats suggèrent que l'ADN qui comporte une jonction entre simple et double brin agit comme un activateur potentiel de la PARP-1. Finalement, nous proposons un modèle qui pennet de comprendre l'interaction de la PARP-1 avec l'ADN qui est retrouvé dans plusieurs processus biologiques.

La base moléculaire de la progression du cancer ovarien epithelial (COE) est encore peu comprise. Récemment, l'importance de la perturbation épigénétique de la régulation de gènes par l'hypométhylation globale du génome a commencé à être plus appréciée. L'hypométhylation est très peu étudiée dans le COE bien que l'on ait déjà montré qu'il existe une relation entre hypométhylation de l'ADN et la progression, l'invasion tumorale ainsi que la formation de métastases. Cette étude vise à identifier des gènes qui pourraient être activés par l'hypométhylation de leur région promotrice, ce qui contribuerait à la progression tumorale. Afin d'identifier de nouveaux gènes hypométhylés, quatre lignées cellulaires ovariennes (Skov3, Tovll2, Tov21 et Ovcar3) ont été traitées avec un donneur de groupement méthyl, du S-Adenosylmethionine (AdoMet), afin d'inhiber la déméthylation de l'ADN. Plusieurs gènes sous-exprimés après traitement ont été identifiés par l'analyse de l'expression génique globale en utilisant la technique de micropuces à ADN. Cette analyse a permis d'identifier le gène TMPRSS3 comme une cible potentielle d'hypométhylation dans le COE. Le gène TMPRSS3-D est connu pour son implication dans la migration et invasion dans le COE. Le statut de méthylation de la région promotrice du gène TMPRSS3 a été vérifié par analyse Methylation-Spécific PCR (MSP) et par Bisulfite Specific PCR (BSP). L'évaluation de son rôle potentiel dans l'étiologie du COE a été faite par la technique d'interférence à l'ARN. L'analyse d'expression génique globale en utilisant le clone où l'expression de TMPRSS3-D a été supprimée et son contrôle correspondant a permis de mieux comprendre l'effet moléculaire de TMPRSS3-D. Pris ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire confirment le rôle potentiel du gène TMPRSS3-D dans l'invasion et métastase du COE et plus important, nos données indiquent que la surexpression de TMPRSS3-D dans le COE est due aux mécanismes épigénétiques reliés à l'hypométhylation de sa région promotrice.

Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Il est à présent établi que les mutations de l'information génétique des cellules initient et participent à son développement, et que certaines mutations transmises au sein des familles prédisposent à son apparition. C'est le cas notamment des mutations des gènes BRCA1 et BRCA2 qui prédisposent aux cancers du sein et de l'ovaire. Les protéines produites par ces gènes sont directement impliquées dans la protection de l'information génétique puisqu'elles participent à la réparation des cassures se produisant dans le support de cette information : l'ADN. L'ADN peut être endommagé par diverses lésions mais les plus déstabilisatrices de l'information génétique sont les cassures double-brin. Afin de protéger son génome, la cellule possède de nombreux mécanismes de réparation dont la recombinaison homologue qui permet une réparation fidèle, c'est-à-dire sans perte ou modification de l'information génétique, permettant ainsi de prévenir l'apparition du cancer. La recombinaison homologue repose principalement sur l'activité de la protéine RAD51 qui nécessite l'utilisation des médiateurs BRCA2 et PALB2. Tout comme les gènes BRCA1 et BRCA2, PALB2 est un gène suppresseur de tumeur et ses mutations ont été associées avec une susceptibilité aux cancers du sein, de l'ovaire et du pancréas. En plus de la chirurgie, le traitement de ces cancers implique la radiothérapie et la chimiothérapie. Celles-ci font l'objet d'intenses recherches afin de proposer de nouveaux traitements plus efficaces avec moins d'effets secondaires. De nouvelles stratégies chimiothérapeutiques ont notamment émergé et on s'oriente à présent vers le développement de traitements personnalisés qui sont basés sur une meilleure connaissance des spécificités moléculaires des tumeurs. Les travaux présentés dans cette thèse apportent de nouvelles informations concernant le rôle de PALB2 dans la protection du génome lors du stress réplicatif et sur la régulation de ses fonctions par le contrôle de sa localisation cellulaire. Plus précisément, nous montrons que PALB2 et BRCA2 permettent de maintenir la Polymérase η au niveau des fourches de réplication bloquées et stimulent son activité de synthèse de l'ADN pour réinitier la réplication. Grâce à l'analyse de mutations germinales identifiées dans des cancers du sein et de l'ovaire, nous révélons la présence d'une séquence d'export nucléaire qui provoque l'exclusion de PALB2 du noyau vers le cytoplasme. Enfin, nous rapportons le développement d'une nouvelle molécule chimiothérapeutique, SFOM-0046, qui provoque des cassures double-brin de l'ADN en induisant un stress réplicatif et qui potentialise les effets de l'UCN-01, une molécule qui a été étudiée en clinique. Nous proposons l'utilisation de cette nouvelle molécule comme agent d'amélioration de thérapies ciblées existantes ou pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses personnalisées.

Abstract: It is well established that ionizing radiation induces a variety of damage in DNA by direct effects that are mediated by one-electron oxidation and indirect effects that are mediated by the reaction of water radiolysis products, e.g., hydroxyl radicals (•OH). In cellular DNA, direct and indirect effects appear to have about an equal effect toward DNA damage. We have shown that ϒ-(gamma) ray irradiation of aqueous solutions of DNA, during which •OH is the major damaging ROS can lead to the formation several lesions. On the other hand, the methylation and oxidative demethylation of cytosine in CpG dinucleotides plays a critical role in the gene regulation. The C5 position of cytosine in CG dinucleotides is frequently methylated by DNA methyl transferees (DNMTs) and constitutes 4-5% of the total cytosine. Here, my PhD research work focuses on the analysis of oxidative base modifications of model compounds of methylated and non methylated oligonucleotides, isolated DNA (calf-thymus DNA) and F98 cultured cell by gamma radiation. In addition, we identified a series of modifications of the 2-deoxyribose moiety of DNA arising from the exposure of isolated and cellular DNA to ionizing radiation. We also studied one electron oxidation of cellular DNA in cultured human HeLa cells initiated by intense nanosecond 266 nm laser pulse irradiation, which produces cross-links between guanine and thymine bases (G*-T*). To achieve these goals, we developed several methods based on mass spectrometry to analyze base modifications in isolated DNA and cellular DNA. / Résumé : Les radiations ionisantes induisent une variété de dommages à l'ADN selon des effets directs, correspondant à une oxydation suite à l’éjection d’un électron, et indirecte, médiés par une réaction avec les produits issus de la radiolyse de l’eau environnante, tels que les radicaux hydroxyles (•OH). Au sein d’une cellule, l’importance relative des effets directs et indirects semble être quantitativement similaire en ce qui concerne les dommages induits à l'ADN cellulaire. Nous avons démontré que l'irradiation par rayons Υ-(gamma) de solutions aqueuses d'ADN, dont l’action délétère est principalement véhiculé e par l’intermédiaire des radicaux hydroxyles, peut induire sur l’ADN la formation de toute une palette de modifications. D'autre part, la méthylation et la déméthylation oxydative de la cytosine au sein de couples de dinucléotides CpG jouent un rôle essentiel dans la régulation des gènes. La position C5 de cette cytosine se retrouve fréquemment méthylée par les méthyltransférases (DNMTs) et constitue alors 4-5% de l’ensemble de la cytosine présente au sein de l’ADN. Mon projet de recherche est centralisé autour de l'analyse de la modification des bases de l’ADN suite à leur oxydation dans des composés modèles constitués d'oligonucléotides méthylés et non-méthylés, puis dans l'ADN isolé (extrait de cellules de thymus de veau) et enfin au sein de cultures cellulaires F98 ayant subies une irradiation par rayons Υ-(gamma). De plus, nous avons identifié une série de modifications spécifiques au groupement fonctionnel 2-désoxyribose de l'ADN résultant de l'exposition de l'ADN isolé et cellulaire aux rayonnements ionisants. Nous avons également étudié les conséquences de l’irradiation par des impulsions lasers nanoseconde à 266 nm de cultures cellulaires de lignée humaine (HeLa). Responsable d’une réaction d’oxydation suite à l’éjection d’un électron, l’identification des modifications induites à l’ADN cellulaire suite à l’irradiation laser a permis de mettre en évidence des pontages ADN-ADN caractéristiques entre les bases guanine et thymine (G*-T*). Pour atteindre ces objectifs, nous avons développé plusieurs méthodes d’analyse des modifications de bases au sein de l’ADN isolé et de l'ADN cellulaire basées sur la spectroscopie de masse.