In this paper I report on a study whose principal aim is to understand the development and decline of the southern Peruvian Nasca culture in the upper Río Grande de Nasca drainage, and its cultural and biological affinities to the preceding Paracas culture. Ancient DNA analyses were conducted on over 300 pre-Columbian individuals from various cemeteries in southern Perú, from periods ranging from the Formative Period to the Middle Horizon. Our results show that the Nasca populations are close related to those of the preceding Paracas culture, and combined with archaeological data, suggest that the Nasca culture was autochthonous to the Río Grande drainage. Furthermore, one can observe how changes in socioeconomic complexity influence the genetic diversity. The pre-Columbian coastal populations of southern Perú differ significantly from both ancient highland and all present-day Peruvian populations. The genetic differentiation between the main cultural areas of western South America seems to fade with the Middle Horizon. / Se presenta aquí un estudio cuyo objetivo principal es la comprensión del desarrollo y decadencia de la cultura Nasca en la parte alta de la cuenca del Río Grande de Nasca, así como sus afinidades biológicas y culturales con su antecesora, la cultura Paracas. Se realizaron análisis de ADN antiguo en más de 300 individuos procedentes de varios cementerios prehispánicos del sur del Perú correspondientes a un lapso que se inicia en el Período Formativo y alcanza el Horizonte Medio. Los resultados muestran que las poblaciones nasca son cercanas a las de su cultura precedente. Esta información, combinada con los datos arqueológicos, sugiere que la cultura Nasca se desarrolló, de manera autóctona, en la cuenca del Río Grande. Más aún, se puede observar que los cambios socioeconómicos de este período influyeron en la diversidad genética. Las poblaciones prehispánicas costeñas del sur del Perú difieren, significativamente, de las antiguas poblaciones de la sierra y de las poblaciones peruanas actuales. La diferenciación genética entre las principales áreas culturales de la parte oeste de Sudamérica parece desaparecer en el Horizonte Medio.

Even though the analysis of DNA from archaeological bone comes with some major limitations, it constitutes the most directmeans of investigating prehistoric population dynamics. The interdisciplinary contextualization of genetic data with the archaeological and palaeoecological record helps to reconstruct past population histories and the demography of ancient populations. For South America, palaeogenetic studies have become increasingly important. Here we review the existing ancient DNA data from pre-Columbian individuals to assess their potential to contribute to our understanding of early South American population history. The spatial and temporal distribution of ancient South American populations analysed to date is very uneven and the data resolution of the analysed genetic markers is low. Nevertheless, the data suggest that there were population dynamic processes accompanying cultural development in Western South America. With the new methodologies and better sampling strategies employed in current paleogenetic projects and more effective interdisciplinary cooperations it will be soon possible to achieve a better understanding of the peopling of the continent and the succeeding population history. / Aún cuando el análisis de ADN de huesos arqueológicos tiene algunas grandes limitaciones, constituye la manera más directa de investigar eventos prehistóricos de dinámica poblacional. La contextualización interdisciplinaria de los datos genéticos con los registros arqueológico y paleoecológico permite reconstruir las historias poblacionales pasadas y la demografía de sociedades antiguas. Por otro lado, el número de estudios paleogenéticos en Sudamérica se está incrementando. En este artículo revisamos los datos de ADN antiguo de individuos prehispánicos que existen en la actualidad con la finalidad de evaluar su potencial para contribuir a nuestro entendimiento de la historia temprana del poblamiento de Sudamérica. La distribución espacial y temporal de las poblaciones sudamericanas antiguas muestreadas a la fecha es muy irregular y la resolución de los marcadores genéticos analizados esbaja. Sin embargo, los datos sugieren que existieron procesos de dinámica poblacional que acompañaron el desarrollo cultural de la parte oeste de Sudamérica. Con las nuevas metodologías y mejores estrategias de muestreo que se emplean hoy en día en los proyectos de paleogenética, y con una cooperación interdisciplinaria más efectiva, pronto será posible lograr un mejor entendimiento del poblamiento del continente, así como de los hechos sucesivos de su historia poblacional.

Les quadruplexes de guanines (G4) sont des structures non canonique d’acides nucléiques à quatre brins formées à partir de séquences ADN ou ARN riches en guanines. Ces structures reposant sur la formation et l’empilement de quartets de guanines sont très polymorphes, leur formation pourrait être envisagé dans de nombreux domaines d’application, aussi bien pour les biotechnologies que les nanotechnologies. L’étude de G4 tétramoléculaires modifiés présentée dans ce manuscrit a participé à la compréhension du mécanisme d’association de ces complexes. En particulier, nous avons montré que l’insertion de 8-méthyle-2’-déoxyguanosine à l’extrémité 5’ de la séquence favorise l’association et la stabilité du G4. Par ailleurs, l’étude de l’ADN en série L (image de l’ADN naturel dans un miroir) a montré la formation d’un G4 tétramoléculaire avec les mêmes propriétés que son énantiomère, à l’exception de sa chiralité, qui est inversée. L’étude a révélé également une auto-exclusion de deux énantiomères (forme D et forme L) démontrant un assemblage contrôlé des brins parallèles. Ce travail de thèse a aussi permis d’introduire un système simple et stable de visualisation de G4 tétramoléculaire antiparallèle, appelé “ADN synaptique”, sur une nanostructure d’ADN origami. In vivo, ces structures pourraient être impliquées de façon transitoire dans de nombreux processus biologiques, en particulier au niveau des télomères. Nous avons réalisé, au cours de cette thèse, une étude comparative de la structure et de la stabilité des séquences télomériques connues de différents organismes. Cette étude a permis d’enrichir les données nécessaires au développement d’un algorithme prédisant la stabilité de G4. Enfin, nous avons développé une méthode facile et peu coûteuse de criblage (G4-FID) sur plaques 96 puits permettant d’identifier l’interaction de ligands avec différentes séquences biologiques pertinentes. La stabilisation du G4 dans certaines régions du génome via des ligands spécifiques pourrait limiter la prolifération de cellules tumorales et est donc intéressante pour les thérapies anticancéreuses. / Guanine quadruplexes (G4) are non-canonical four-stranded nucleic acid structures formed by guanine-rich DNA and RNA sequences. Theses polymorphic structures are built from the stacking of several G-quartets and could be involved in many fields, in biotechnology as well as in nanotechnology. The study of modified tetramolecular G4 presented in this manuscript participated to the understanding of tetramolecular G4 formation. Especially, we showed that the insertion of 8-methyl-2’-deoxyguanosine at the 5’-end of the sequence accelerate G4 formation and increase its stability. Besides, we demonstrate here that short guanine rich L-DNA strands (mirror image of natural DNA) form a tetramolecular G4 with the same properties than their enantiomer, but with opposite chirality. The study revealed also self-exclusion between two enantiomers (D- and L- form), showing the controlled parallel self-assembly of different G-rich strands. This work introduced also a simple and stable system to observe tetramolecular antiparallel G4 formation, called “synaptic DNA”, into a DNA origami nanostructure. In vivo, such structures appear to be implicated in genome dynamics, and especially at telomeres. During this thesis, we dedicated a study to the comparison of G4 folding and stability of known telomeric sequences from different organisms. The present study allowed enriching the dataset necessary to build and refine algorithms predicting G4 stability. Last but not least, we developed a G4 ligand screening method onto 96-well plates allowing the comparison of different biological relevant sequences. The G4 stabilisation by specific ligands in some genome regions may prevent cancer cell proliferation, making it an attractive target for anticancer therapy.

Les interactions sucre-lectine jouent un rôle très important dans de nombreux processus biologiques comme les infections par des virus ou des bactéries. Toutefois, ces interactions étant faibles, la présentation de manière multivalente des résidus saccharidiques est nécessaire pour obtenir une augmentation significative des constantes d'association. Une technique basée sur l'utilisation de glycooligonucléotides et d'une puce à ADN utilisée comme plateforme d'ancrage a permis d'étudier l'affinité d'un grand nombre de composés envers les lectines PA-IL et PA-IIL de Pseudomonas aeruginosa et la lectine BambL de Burkholderia ambifaria. Les glycooligonucléotides ont été synthétisés, à partir de blocs de construction synthétisés en aval, en utilisant la chimie des acides nucléiques supportée et automatisée (phosphoramidites et H-phosphonate) ainsi que des réactions de « click chemistry » (la cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée par le cuivre (I) ou le couplage thiol par addition de type Michael ou par substitution nucléophile d'un dérivé bromoacetamide).Les glycoclusters ayant montrés une bonne affinité envers les lectines cibles ont été sélectionnés et resynthétisés en solution sans l'étiquette ADN à l'échelle de la centaine de milligrammes. Les glycoclusters ainsi synthétisés en deux ou trois étapes avec une seule purification ont pu être évalués par quatre techniques d'analyse des interactions (HIA, ELLA, SPR et ITC) en présence des lectines PA-IL, PA-IIL et BambL. Nous avons trouvé un tétragalactocluster et un tétrafucocluster possédant une forte affinité envers la lectine PA-IL et BambL respectivement avec des valeurs de Kd de 157 nM et 43 nM. / Carbohydrate-lectin interactions play a key role in various biological processes such as infection by viruses or bacteria. As these interactions are weak, the multivalent association of carbohydrate is necessary to increase the binding constant. We used glycooligonucleotide and DNA chip to study the affinity of diverse compounds to PA-IL and PA-IIL lectins of Pseudomonas aeruginosa and Bambl lectin of Burkholderia ambifaria. Glycooligonucleotides were synthesized with previously prepared building blocks, using automated supported nucleic acid chemistry (phosphoramidites and H-phosphonate) and “Click chemistry” (copper (I) catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition, thiol coupling by Michael addition and nucleophilic substitution of bromoacetamide derivative).Glycoclusters showing the better affinities toward the lectins have been synthesized to a hundred milligrams scale in solution without the DNA tag. The synthesis processes in two or three steps and only one final purification. Their interactions with the lectins PA-IL, PA-IIL and BambL were studied by several assays (HIA, ELLA, SPR and ITC). A tetragalactocluster and a tetrafucocluster showed high affinity toward respectively the lectin PA-IL (Kd = 157 nM) and the lectin BambL (Kd = 43 nM).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Les cancers cutanés sont associés à la formation des dimères cyclobutyliques de pyrimidine (DCP) générés par les ultraviolets (UV) du soleil. Nos résultats indiquent que les transversions T-->G retrouvées suite aux UVA sont dues aux DCP formés majoritairement sur les TT. Nous avons également démontré que, contrairement au dogme établi, les protéines réparant les mésappariements n'influencent pas la réparation des DCP. p53 a indéniablement une influence sur la réparation des DCP. Cependant, la lignée SW480, contenant un gène p53 double-muté, est fonctionnelle en réparation par excision de nucléotides des DCP. Normalement, un stress est nécessaire à l'activation des effecteurs de p53. Cependant, la protéine p53 double-mutée des SW480 active constitutivement p21, un effecteur de p53. L'activation des protéines réparant les DCP par p53 se fait probablement de la même façon que p21. L'éclaircissement de ces mécanismes a amené une meilleure compréhension de l'induction des cancers.

A l'heure où la médecine tend vers une généralisation des méthodes prédictives, les biocapteurs occupent le devant de la scène. Se basant sur des méthodes de détection et de transduction variées, différents types de biocapteurs sont développés dans le but d'observer des interactions biomoléculaires. Les domaines d'application sont vastes : détections de polluants ou d'OGM, amélioration de la spécificité d'un médicament (traitement anti-cancéreux) ou encore diagnostic génétique fiable. C'est autour de la problématique de la détection de la maladie génétique de la mucoviscidose que s'architecture mes travaux de recherche. Le biocapteur que nous avons utilisé se base sur un système optique utilisant l'imagerie SPR couplée à une biopuce à ADN. Les molécules sondes sont des simples brins d'ADN de synthèse dont la séquence a été calculée afin de pouvoir détecter dans les simples brins cibles issus de l'ADN de patient les modifications génétiques du gène de la CFTR responsable de la maladie. Ces biopuces sont constituées d'une couche métallique fonctionnalisée par une chimie de surface reposant sur la liaison thiol/or et se terminant par une couche de Streptavidin. Les sondes sont biotinylées et un micro-arrayer les dispose sous forme de matrice sur la surface. Grâce à l'implémentation d'un module de contrôle de température et de différentes études sur le TM des interactions ADN-ADN et grâce à une méthode de correction des données, nous avons réussi à établir le diagnostic génétique d'une SNP sans ambiguïté en moins d'une dizaine de minutes. Les dernières études de ce manuscrit ouvrent la porte à la cartographie expérimentale des structures secondaires des simples brins cibles.

Les virus du genre Chlorovirus (phycoDNAviridae) sont des virus à ADN double-brin de grande taille, qui infectent des algues vertes eucaryotes unicellulaires vivant en eau douce nommées les chlorelles (Trebouxiophyceae). A l'aide d'approches bioinformatiques, j'ai consacré mon travail de thèse à l'étude de la diversité génomique des chlorovirus et de leur histoire évolutive, ainsi qu'à l'étude transcriptomique de l'infection virale chez son hôte.Dans le premier volet de ma thèse, j'ai procédé à l'assemblage et à l'annotation de 50 nouveaux génomes de chlorovirus récemment séquencés (Roche-454). J'ai ainsi été en mesure de mieux caractériser les différences de structure du génome et de contenu en gène des différents chlorovirus en fonction de leurs hôtes. J'ai également mis en évidence l'existence d'un quatrième sous-groupe de chlorovirus, repoussant les limites connues de la diversité de ces virus. Enfin j'ai montré que les Chlorovirus ne suivent pas le même schéma évolutif des autres NCLDV et que l'origine de leurs gènes est encore inconnue, bien que probablement virale.Dans un autre projet, j'ai également étudié les variations de la transcription des gènes de la chlorelle (C. varabilis NC64A) induites par l'infection par un chlorovirus (PBCV-1) grâce au séquençage profond (Illumina) des ARNm polyadénylés présent dans la cellule saine, puis après infection. J'ai ainsi pu montrer que les différentes fonctions cellulaires sont impactées de façon préférentielle par l'infection. / Giant viruses in the genus Chlorovirus (Phycodnaviridae) infect eukaryotic green microalgae known as Chlorella (Trebouxiophyceae). Using bioinformatic approaches, I dedicated my thesis on the study of the genomic diversity and evolutionnary history of the chlorovirus at the genus level, and the transcriptomic of the viral infection.In the first part on my work, I conducted the assembly and annotation of 50 new chlorovirus genomes recently sequenced (Roche-454). I was able to refine the known differences between chloroviruses, both in genome structure and gene content terms. Clues for the existence of a fourth subgroup of chloroviruses were also found. I was also able to show that the chlorovirus does not follow the same evolutionnary pattern as the other NCLDV, and that the origin of their genes is still largely unknown, but presumably of viral origin.In a second project, I studied the variation in the transcription of chlorella's genes (C. variabilis NC64A) during the infection by a chlorovirus (PBCV-1) using the deep-sequencing (Illumina) of all polyadenylated messenger RNA in the healthy or infected cell. This way, I was able to show that the various cellular functions are preferentially impacted by the infection.

Un pontage ADN-protéine se forme lorsqu'une protéine se lie de façon covalente à l'ADN, ce qui a pour conséquence de bloquer certains processus biologiques tels que la réplication, la transcription, la réparation ou la recombinaison. Ces travaux de thèse consistent en l'étude des pontages se produisant lors d'une oxydation à un électron de l'ADN. La guanine possède le potentiel d'ionisation le plus bas parmi les composants de l'ADN; elle est donc facilement oxydée pour former un radical cation, lui-même impliqué dans la formation de nombreuses lésions oxydatives. Des travaux antérieurs ont permis de mettre en évidence la formation d'un adduit entre la guanine et la lysine, résultant de l'oxydation à un électron d'un oligonucléotide TGT en présence d'un peptide trilysine. Le mécanisme de cette réaction est une addition nucléophile de l'acide aminé central par le groupement amine ε, en position C8 du radical cation de la guanine. L'objectif de cette thèse a été de caractériser l'adduit guanine-lysine, de le quantifier dans l'ADN isolé puis dans l'ADN cellulaire, et d'étudier son implication dans la formation des pontages ADN-protéines. Différentes espèces nucléophiles sont capables de s'additionner sur le radical cation de la guanine. Nous nous sommes intéressés au cas des polyamines endogènes, qui sont des cations organiques présents en particulier dans le noyau des cellules. Ces molécules interviennent dans la stabilisation et la condensation de l'ADN, mais elles participent également à de nombreux processus cellulaires. Le lien entre polyamines et cancer a été largement décrit. Cependant le mécanisme par lequel la perturbation de leur métabolisme est impliquée dans le processus cancérogenèse reste à ce jour peu connu.Dans un premier temps, ces lésions ont été synthétisées chimiquement, sous la forme de nucléosides modifiés, afin de les caractériser. Par la suite des méthodes de quantification de ces dommages par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem ont été développées. Ces méthodes analytiques nous ont permis de démontrer que les adduits guanine-lysine et guanine-polyamines pouvaient se former dans l'ADN isolé suite à une oxydation à un électron. Des pontages entre guanine et lysine ont été mis en évidence dans l'ADN extrait de cellules THP1 irradiées par impulsions laser à 266 nm. Nous avons ensuite développé différents modèles de pontages entre un peptide et un oligonucléotide, afin d'étudier la structure chimique du pontage, et de déterminer si celui-ci pouvait se produire entre la guanine et la lysine. Des adduits guanine-polyamines ont également été détectés dans de l'ADN extrait de spermatozoïdes. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension du rôle physiologique des polyamines ainsi que de leur implication dans la fertilité masculine. / A DNA-protein crosslink (DPC) occurs when a protein becomes covalently bound to DNA. This kind of lesions seems to affect several metabolic processes, including DNA replication, transcription, repair and recombination. This PhD work deals with crosslinks which are formed through a one-electron oxidation of DNA. Guanine exhibits the lowest ionization potential among DNA components, therefore it is readily oxidized leading to the formation of a radical cation, which is involved in the formation of numerous oxidative DNA lesions. In a previous study, a crosslink between guanine moiety and a lysine residue, generated subsequently to a one electron oxidation of a TGT oligonucleotide in the presence of a trilysine peptide, has been described. The mechanism of formation of this adduct relies on the nucleophylic addition of the ε amino group of lysine onto the C8 position of the guanine radical cation. The aim of the present work was to characterize the guanine-lysine adduct and to quantify this lesion in isolated DNA and then in cellular DNA, and to investigate their implication in DNA-protein crosslinks. Several nucleophylic species are able to react with the guanine radical cation. We focused on polyamines, which are organic cations localized in the nucleus of cells at millimolar concentration ranges. These molecules are involved in stabilization and condensation of DNA, and participate also in numerous cellular processes. The relation between polyamine and cancer has been widely described. The mechanism by which dysregulation in their metabolism is related to carcinogenesis is still unknown.In the first part of this project, we focused on the synthesis and the characterization of these lesions as modified nucleosides. Subsequently, we have developed and optimized methods of quantification of these damages, using HPLC coupled with tandem mass spectrometry. Thanks to these analytical methods, we have demonstrated that guanine-lysine and guanine-polyamines adducts could be formed in isolated DNA following a one electron oxidation. Crosslinks between guanine and lysine have been highlighted in DNA extracted from THP1 cells exposed to laser pulses at 266 nm. We have then developed several crosslinks models between a peptide and an oligonucleotide, in order to investigate the chemical structure of the crosslink and determine whether it could occur between guanine and lysine. Guanine-polyamines adducts have also been detected in DNA extracted from sperm cells. These results open new prospects in the understanding of the physiological role of polyamines as well as their involvement in male fertility.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse et l'utilisation d'outils chimiques pour l'étude des interactions intermoléculaires dans le domaine des nanostructures et dans celui de la biologie.<br />Dans ce but, nous avons développé une famille de molécules, les triazatrinaphthylènes (TrisK), se caractérisant par un large coeur aromatique ainsi que par la diversité des chaînes latérales qui peuvent y être introduites, leur nature gouvernant le type d'application désirée.<br />L'introduction de chaînes lipophiles confère aux TrisKs des propriétés d'auto-assemblage sur des surfaces. Les monocouches auto-assemblées obtenues sont étudiées par microscopie à effet tunnel (STM). Ces études constituent un premier pas dans la caractérisation des TrisKs en tant qu'éventuels composants actifs dans le domaine des matériaux organiques.<br />La substitution des TrisKs par des chaînes aminées leur apporte de l'hydro-solubilité, les rendant particulièrement adaptés pour le ciblage d'une structure particulière d'ADN,<br />l'ADN G-quadruplexe. Cette structure est actuellement étudiée de manière intensive pour son rôle central dans ce qui pourrait constituer une nouvelle stratégie anti-cancéreuse. Nous avons également développé l'utilisation de complexes de platine pour interagir sélectivement avec ces structures.

La chèvre (Capra hircus) est l'un des premiers ongulés domestiqués il y a plus de 10 000 ans dans le croissant fertile. L'histoire de la domestication a été abordée par l'analyse comparée de la diversité génétique des chèvres domestiques et de celle de son ancêtre sauvage (Capra aegagrus). Nous avons tout d'abord mis au point une méthode standard permettant d'établir une nomenclature claire des haplogroupes mitochondriaux, et aussi de définir de nouveaux haplogroupes lorsque cela s'avère pertinent. Cette méthode a été utilisée pour analyser 2430 séquences d'ADN mitochondrial (fragment HV1 de la région de contrôle), incluant 946 nouveaux échantillons issus de régions très peu étudiées jusqu'ici (notamment le Croissant Fertile). Les haplogroupes mitochondriaux présentent une forte diversité génétique qui est essentiellement distribuée entre haplogroupes au sein des régions géographiques. Même avec un jeu de donnée aussi important que celui-ci, il est très difficile de comprendre l'histoire de la domestication en se basant uniquement sur l'analyse des animaux domestiques. L'étude conjointe de la diversité des chèvres et de leurs ancêtres sauvages (les aegagres) ont apporté les informations permettant de reconstituer l'histoire de la domestication. Ces données ont été acquises à partir de 487 aegagres issus de 43 localités recouvrant l'ensemble de l'aire de répartition de l'espèce. Chez les 308 aegagres génétiquement proches des chèvres, nous avons trouvé la signature d'une croissance démographique plus forte que chez les autres aegagres. Cela suggère un nouveau scénario de domestication de la chèvre en deux étapes. La domestication sensu stricto aurait été précédée d'une phase de gestion des troupeaux sauvages par l'homme (la pré-domestication). Ces processus se sont déroulés sur une vaste zone comprenant l'Est de l'Anatolie, l'ensemble du Zagros, le Plateau Iranien Central et le Nord Est de l'Iran, où les aegagres génétiquement proches des chèvres sont toujours présents. L'analyse comparée de la diversité nucléaire et mitochondriale chez les chèvres et les aegagres démontre qu'une grande partie de la diversité génétique sauvage a été capturée par les domestiques. Il n'y a donc pas eu de goulot d'étranglement au moment de la domestication de la chèvre. Ce scénario est très différent des modèles précédents qui mettaient en avant des processus à échelle réduite, avec des centres de domestication très localisés et une forte réduction de diversité génétique.