L'objectif de cette thèse était d'analyser le déterminisme génétique de la croissance foliaire (LER) du maïs (Zea mays L.). Nous avons combiné plusieurs approches visant à (i) résumer l'information génétique tirée de trois populations de cartographie de QTL (une d'origine tropicale et deux tempérées), (ii) tester l'effet de l'introgresssion de diversité allélique dans les QTL les plus prometteurs, (iii) évaluer jusqu'à quel point les QTL de croissance foliaire affectent la croissance d'autres organes de la plante (iv) disséquer des QTLs d'intérêt par cartographie fine ou génétique d'association locale. La première partie de ce travail concerne le déterminisme génétique de la croissance foliaire maximale (LERmax) évaluée dans des conditions optimales la nuit. LERmax, telle que mesurée en plateforme de phénotypage, partage dans une forte proportion, son contrôle génétique avec la croissance d'autres organes. Des QTL qui affectaient LERmax ou/et la croissance d'autres organes ont alors été disséqués. Une région génomique a été cartographiée avec 23 lignées quasi-isogéniques (NILs) séquentiellement introgressées dans les bins 1.10-11, réduisant ainsi l'intervalle de confiance du QTL d'un facteur 3. Une seconde région génomique a été analysée par une méthode innovante fondée sur une étude d'association ciblée sur une région génomique dans un série allélique générée par introgression de 62 allèles donneurs tirés des lignées parentales d'hybrides cultivés et de populations historiques de maïs d'Amérique Latine dans une lignée élite. L'étude d'association dans cette région relativement petite révèle plus de polymorphismes causaux qu'attendus (six SNP en faible déséquilibre de liaison vs trois QTL consensus).La seconde partie de ce travail considère la sensibilité de la croissance foliaire à la demande évaporative et au déficit hydrique du sol. Un détermisme génétique commun aux deux sensibilités a été mis en évidence par méta-analyse de QTLs initialement détectés dans trois populations en ségrégation et par le test de NILs. Huit métaQTL situés dans quatre régions génomiques ont été testés avec 6 à 17 allèles introgressés pour identifier des NILs qui manifestaient les plus forts effets sur le phénotype. Nous avons initié une cartographie fine dans une de ces régions génomiques à partir d'une populations de recombinants issues de l'introgresssion d'un donneur d'origine tropicale dans B73. / The objective of this thesis was to analyze the genetic control of the Leaf Elongation Rate (LER) of maize (Zea mays L.). We combined approaches that (i) summarize the QTL information of three mapping populations (one tropical, two temperate), (ii) tested the impact of the introgression of allelic diversity at most promising QTLs, (iii) test to what extent QTLs of LER affect different traits (iv) dissect QTLs of interest by fine mapping or local association mapping.The first part of this document focuses on the genetic control of maximum LER (LERmax) measured in near-optimal conditions during the night. LERmax, as measured in a phenotyping platform, shares an appreciable proportion of its genetic control with the growth abilities of other organs. QTLs affecting LERmax and/or the growth of other organs were therefore dissected. One genomic region was fine-mapped with 23 Near-Isogenic Lines (NILs), sequentially introgressed in the bins 1.10-11, resulting in a reduction of the confidence interval by a factor 3. A second genomic region was analysed after the development of an innovative method of local association mapping on a collection of NILs, introgressed with 62 donor parents from historical populations from different altitude and latitudes in Latin America. This relatively small region harbors more causal polymorphisms than expected (six associated markers in low linkage disequilibrium vs three cQTLs).The second part focuses on the sensitivities of LER to evaporative demand or to soil water deficit. The two sensitivities share a large part of their genetic control as demonstrated by a metaQTL analysis on three mapping populations and the test of NILs. Eight metaQTLs in four genomic regions were tested with 6 to 17 different alleles to find the NILs that best impact the phenotype. We started a fine mapping on one genomic region by using one population of NILs involving a tropical donor.

Le domaine Dlk1-Dio3 est l’un des rares domaines imprimés contrôlés par une région de contrôle d'impression méthylée sur le chromosome paternel, nommée IG-DMR. Dans l’embryon, au niveau du domaine Dlk1, Rtl1 et Dio3 les gènes codant pour des protéines sont exprimés à partir du chromosome paternel, tandis que les ARNs non-codants dont Meg3, les snoRNAs à boite C/D et les micro-ARNs sont exprimés à partir du chromosome maternel.Il a été montré que la copie maternelle de l'IG-DMR est nécessaire pour l'expression des gènes imprimés de ce domaine et que les ARNs de types enhancer (de la même région) activent la transcription des ARNs non-codants. Cependant, les mécanismes qui régulent l'expression imprimée de gènes codant pour des protéines restent indéterminés. Dans ce projet, nous avons cherché à élucider les mécanismes qui contrôlent l'expression spécifiquement paternelle des gènes codant pour des protéines ainsi que le rôle possible des ARNs non-codants dans ce processus.Pour nos études alléliques, nous avons utilisé des cellules ES hybrides qui ont été obtenues en croisant des lignées de M. musculus domesticus et M. musculus molossinus. Ces cellules ont été différenciées in vitro dans des lignées neurales. Dans les cellules ES, l'expression Dlk1 est détectée à partir des deux chromosomes parentaux à des niveaux très bas. Lors de la différenciation, l'allèle paternel de Dlk1 devient actif tandis que le niveau d'expression de l'allèle maternel reste faible. Nos études de la chromatine ont montré que cette surexpression est due à l’activation de la chromatine sur l'allèle paternel de Dlk1.L'un de nos objectifs était d'explorer le rôle de Meg3 (un long ARN non-codant) dans la régulation de l’empreinte de Dlk1. A cet effet, nous avons généré des cellules souches embryonnaires déficientes en Meg3. Dans toutes les lignées déficientes, de suppressions maternelles ou bi-alléliques, nous avons constaté une perte d’expression de tous les ANRs non-codants. De plus, l’expression de Dlk1 devient bi-allélique dans ces cellules. Pour élucider le mécanisme de l'empreinte de ce gène, nous avons décidé d'étudier les caractéristiques de la chromatine au niveau du promoteur Dlk1 dans les cellules déficientes en Meg3. Nous avons examiné les modifications activatrices et répressives des histones ainsi que l'occupation de l'ARN Pol II. Nous avons observé l'acquisition des marques d’une chromatine active sur les deux chromosomes ainsi que le recrutement bi-allélique de l'ARN Pol II.Bien que nous n’ayons pas pu détecter une perte de la marque répressive H3K27me3 suite à la surexpression de Dlk1, nous avons observé un gain d'acétylation sur ce résidu lysine. Afin de comprendre davantage le rôle de la marque H3K27me3 sur l’empreinte de Dlk1, nous avons généré des cellules ES dépourvues de EZH2, la méthyltransférase de H3K27. L’expression de Dlk1 dans les cellules différenciées dépourvues de H3K27me3 est bi-allélique.Enfin, ces données suggèrent que l'expression des ARNs non-codant empêche l'activation de Dlk1 sur le chromosome maternel via l’activité de EZH2 au cours du développement. / The Dlk1-Dio3 imprinted domain is one of the few imprinted domains that are controlled by a paternally methylated imprinting control region, IG-DMR. Protein-coding genes of the domain, Dlk1, Rtl1 and Dio3 are expressed from the paternal chromosome, and non-coding RNAs (ncRNAs) including Meg3, C/D box snoRNAs and microRNAs are expressed from the maternal chromosome exclusively in the embryo. Maternal copy of the IG-DMR is required for the imprinted gene expression at this domain. Enhancer RNAs transcribed from this region are involved in activation of ncRNA expression on the maternal chromosome. However, the regulation of imprinted expression of protein-coding genes remains unknown. In this project, we aimed to elucidate the mechanisms controlling the paternal specific expression of protein-coding genes and a possible role of ncRNAs in this process.For our allelic studies, we made use of hybrid ES cells that were obtained by crossing M. musculus domesticus and M. musculus molossinus strains. These cells were differentiated in vitro into neural lineages. In ES cells, Dlk1 expression is detected from both parental chromosomes at very low levels. Upon differentiation, paternal allele of Dlk1 gets activated while low level of expression is detected from maternal allele. Our chromatin studies showed that this upregulation is through the acquisition of active chromatin on the paternal allele of Dlk1.One of our aims was to explore the role of Meg3 long non-coding RNA (lncRNA) in the regulation of Dlk1 imprinting. For this purpose, we generated ES cells deficient in Meg3. In all maternal or biallelic deletion lines, we observed complete loss of all ncRNA expression. Interestingly, in these cells Dlk1 expression becomes biallelic. To elucidate the mechanism of imprinting of this gene, we set out to study the chromatin features at the Dlk1 promoter in Meg3 deficient cells. We looked into active and repressive histone modifications and RNA Pol II occupancy. We observed acquisition of active chromatin marks on both chromosomes as well as biallelic recruitment of RNA Pol II.Although we could not detect a loss of repressive mark H3K27me3 upon Dlk1 upregulation on the paternal allele, we observed gain of acetylation on this lysine residue. To further investigate the role of H3K27me3 mark on Dlk1 imprinting, we generated ES cells that lack functional EZH2, the H3K27 methyltransferase. Dlk1 is biallelically expressed in the differentiated cells that are devoid of H3K27me3.Combined, these data suggest a model in which non-coding RNA expression prevents the developmental activation of Dlk1 on the maternal chromosome by a process that also requires the activity of EZH2.

Les cancers de l’ovaire constituent la cinquième cause de cancer chez la femme et la principale cause de décès pour cancer gynécologique. Ce mauvais pronostique est lié à un diagnostic tardif de la maladie et à l’acquisition de la résistance au sel de platine. L’individualisation thérapeutique est nécessaire compte tenu de l’évolution très clinique hétérogène malgré une histologie et un stade similaire. Les facteurs pronostiques classiques comme l’âge, le stade FIGO, le type histologique, le grade et le résultat chirurgical, ne sont pas suffisants pour prédire la réponse thérapeutique et le pronostique. Cette hétérogénéité clinique est probablement expliqué par l’existence des formes biologiques différentes. La réponse clinique initiale à la chimiothérapie chez la plupart des patientes suivi d’une récidive dans plus de la moitié des cas suggère l’existence d’une subpopulation des cellules qui développe des mécanismes de résistance et survivent. Le TGCA a retrouvé des mutations au niveau de TP53 dans plus de 95% des patientes avec un cancer séreux de l’ovaire à haut grade. Ils ont trouvé une prévalence élevé de mutations somatiques mais peu récurrentes, avec un nombre important des variations du nombre de copies. La recombinaison homologue est défectueuse dans la moitié des tumeurs analysées et les voies de signalisation NOTCH et FOXM1 sont également impliqués. La mutation TP53 et les défets de réparation d’ADN provoquent une instabilité génétique et favorisent une diversité génétique. Il y a des données dans la littérature sur l’hétérogénéité existante entre différentes localisations des cancers de l’ovaire en fonction du moment de la maladie chez la même patiente et chez des patientes différentes avec la même histologie. Nous avons centré notre étude sur la caractérisation de l´expression génique des métastases péritonéales sur une série de patientes avec un cancer sereux de haut grade de l’ovaire en carcinose péritonéale. Nous avons montré des profils géniques différents entre les localisations péritonéales et la tumeur primitive. Nous avons mis en évidence que les gènes présentant des variations d’expression génique les plus marquées au niveau du péritoine codaient pour des protéines impliquées dans les voies de signalisation des principales cytokines intervenant dans l’oncogenèse dont la voie JAK/STAT. Ces voies de signalisation sont probablement impliquées dans la réponse des tumeurs à leur microenvironnement au niveau du péritoine (J Translational medicine 2012). Nous avons réalisé une deuxième étude pour combiner le séquençage génomique et transcriptomique au niveau des prelevements multi-site des patientes avec un cancer de haut grade de l´ovaire afin d’évaluer s’il existe des différences d’expression allélique. 43 gènes montrent des variants alléliques communs à tous les patients. La majorité des gènes presentent une expresión preferentielle par site mais les voies de sigalisation sont similaires pour les localisations peritoneales et pour les tumeurs primitives. Ces produits codent des protéines impliquées dans les voies de signalisation impliquées dans l’adhésion, la migration cellulaire, la réparation de l’ADN ou la croissance cellulaire et peuvent être des cibles thérapeutiques éventuelles (PLOS Genetics under final review). / Ovarian cancer is the fifth most common cause of cancer in women and the leading cause of death in gynaecological cancer. This low survival rate is due to the frequent diagnosis of epithelial ovarian cancer at an advanced stage, and to intrinsic and acquired resistance to platinum-based chemotherapy. Individualisation of treatment is necessary since EOC is a heterogeneous disease. Patients with morphologically similar, advanced-stage tumours display a broad range of clinical outcomes. Prognostic features, including patient’s age, performance status, FIGO stage, histological tumour grade and subtype, and initial surgery results, are insufficient to capture the important individual variations in response to chemotherapy and survival. This heterogeneous outcome suggests the existence of biologically different forms. The Cancer Genome Atlas (TCGA) found that TP53 mutations are present in more than 95% of HGSOC. They found a high prevalence of somatic mutations, but there is a low prevalence of recur¬rent mutations; and there are large-scale copy number aberrations. Initial analyses also suggest that homologous recombination is defective in about half of the tumours analysed, and that NOTCH and FOXM1 signalling are involved in ovarian cancer pathogenesis. However, TP53 mutation and frequent germline and somatic DNA repair defects lead to genetic instability with the potential to generate genetic diversity. Indeed, genetic heterogeneity by different mutational profiles throughout time among different tumor localisations within the same patient, and between patients have been reported.We have focused our research on the charecterisation of peritoneal gene expression profiles compared to primary ovarian lesions. High-density gene expression arrays demonstrate significant different gene expression profiles compared to theirs matched ovarian primary tumors. Differentially expressed genes are enriched in specific pathways, including cell adhésion, cytokine signaling and specifically JAK-STAT pathway. Underlying copy number variation significantly affect gene expression, and patients with copy number alterations displayed greater gene expression différences between their peritoneal and matched primary ovarian lesions (J Translational medicine 2012). In a second study, we performed a combined genome and transcriptome analysis form multi-site samples form ovarian cancer patients to identify preferentially expressed alleles. 43 genes shared across all patients presented significant allele variants. Patients clustered together but every sample and site clustered independently at the variant level. Most genes seemed site-specific but there were similar pathways in the primary and metastatic sites. Preferentially expressed alleles could act as cancer drivers and therefore they can constitute a new therapeutic target (PLOS Genetics under final review).

Nous avons voulu évaluer si les gènes CHE2, ATM et TP53, associés à un risque intermédiaire de cancer du sein, étaient soumis à une différence d'expression allélique (DEA). Nous avons étudié des lignées cellulaires lymphoblastiques (LCLs) dérivées de patientes à haut risque, négatives pour des mutations dans CRCA1 et BRCA2. Nous avons développé une méthode basée sur la "fusion haute-résolution" (High-resolution melting curve analysis, HRM) et l'utilisation d'une sonde d'hybridation fluorescente pour détecter de la DEA chez des individus hétérozygotes pour un SNP marqueur exonique. Cette méthode permet de corréler le signal fluorescent à la quantité relative des transcrits alléliques. Nous avons développé un outil d'analyse adapté aux besoins spécifiques de l'étude de la DEA par HRM. Dans nos échantillons, une DEA statistiquement significative a été identifiée pour le gène CHEK2, chez les porteurs de la mutation tronquante 1100delC. En revanche, en combinant les données du criblage mutationnel des gènes candidats et de l'étude de DEA, nous n'avons pas identifié de variant régulateur localisé en cis qui induirait de la DEA significative dans les gènes étudiés, dans le contexte de régulation transcriptionnelle propre aux LCLs proliférant librement. Nos résultats montrent que le HRM est une méthode sensible et précise pour mesurer de la DAE et qui peut être appliquée à d'autres tissus, mammaires ou sanguins. Ces derniers présentent un grand intérêt pour les études de criblage mutationnel à haut-débit cherchant à identifier des variants dysfonctionnels dans les régions régulatrices de gènes candidats. / We aimed to assess whether the breast-cancer intermediate-risk genes CHEK2, ATM ant TP53 were subject to differential allelic expression (DAE) in lymphoblastoid cell lines (LCLs) from high-risk breast cancer patients for whom no mutation in BRCA1 or BRCA2 had been identified.We implemented an assay based on high-resolution melting curve analysis (HRM) of single labeled fluorescent probes to detect allelic expression imbalance. The method relies on the distinction of the two alleles of an exonic marker SNP in heterozygous individuals with a fluorescent signal correlated to the relative abundance of each transcript. We developed an analysis tool for HRM data processing, specifically dedicated to DAE assessment. In our series, we found evidence for DAE for CHEK2, in carriers of the truncating mutation 1100delC. When combining mutation-screening data and assessment of DAE, we did not identify functional regulatory variant located in cis of the studied genes that would lead to DAE, in the transcriptional regulatory milieu of freely proliferating LCLs. Our results support that HRM is a method with high sensitivity and accuracy that can be used for DAE assessment. This approach can be applied to study breast and blood tissue samples. The latter would be of great interest for high-throughput mutation screening projects aiming to identify dysfunctional regulatory variants in candidate genes.

Genetic mapping contributes to the understanding of functional mechanisms that underlie the constitution of living organisms and their physiology. For example, genetic mapping can be used in conceiving new treatments of congenital or infectious diseases and in selecting plants and animals that have a higher and better production. The most common approaches of genetic mapping exploit the allelic segregation in a pedigree during only a few number of generations and, consequently, they do not have a sufficient resolution to allow an effective gene isolation and cloning. An alternative to these approaches is to study allelic associations along the history of a population. This requires accurate models of population demography, genetic inheritance and allelic associations. This thesis contributes to the modelling of allelic associations (linkage disequilibrium, LD) and to the assessment of the effects of selection and inbreeding. In a simulation framework, we fitted the multimarker-multiallelic LD with an exponential function characterised by two parameters: the distance (R) at which LD is independent of the genetic distance and the LD reached at this distance (residual LD, rs). As an application of this approach, the LD was estimated in five populations of pigs. We observed a long range LD (>10cM) that was explained by the random drift. Moreover, significantly increased LD was found in regions harbouring selected QTL (quantitative trait loci), suggesting an effect of selection. Fitting LD with the exponential model proposed in simulations indicated that mapping methods using LD (LDM) can achieve a resolution of ~3cM in the populations of pigs we have studied and can be powerful with a marker spacing of 5-10cM. As illustrated with these data from pigs, the model that we used to fit LD offers opportunities to characterise allelic association in populations, estimate the required marker density for genome-wide LD studies and determine the expected resolution of LDM. It is also shown that the proposed model can help overcoming the assumptions of asymptotic linkage equilibrium and independence between markers that are commonly made in LDM but are not always fulfilled.

Le chien présente de nombreuses maladies génétiques dont les rétinopathies auxquelles je me suis intéressée. Historiquement, l’homme a appliqué aux chiens une sélection artificielle extrêmement forte, créant ainsi près de 400 races répondant à des besoins spécifiques. En uniformisant ainsi de nombreux traits phénotypiques et comportementaux, l’homme a sélectionné les allèles recherchés mais a également concentré involontairement des allèles délétères responsables de maladies génétiques. Ces maladies étant pour beaucoup cliniquement et génétiquement similaires aux maladies humaines, le chien constitue alors un modèle de choix pour en rechercher les bases génétiques et développer de nouvelles thérapies pour un bénéfice mutuel pour l’homme et le chien. J’ai travaillé sur l’Atrophie Progressive de la Rétine (APR) dans deux races avec le concours du Dr Gilles Chaudieu et des clubs de race : le border collie et le berger picard. Concernant l’APR du border collie, les analyses réalisées avant mon arrivée avaient identifié un locus de 20Mb sur le chromosome X. J’ai tout d’abord mis à jour les données épidémiologiques et cliniques d’environ 500 chiens et poursuivi la collecte de prélèvements. Une analyse de liaison génétique pangénomique sur 130 chiens m’a permis de confirmer le mode de transmission et le locus. J’ai ensuite conduis plusieurs analyses génétiques (« homozygosity mapping », analyses des génotypes, séquençage de gènes candidats) sans pour autant réduire le locus ni identifier de mutation causale. Dans ce contexte et grâce à l’avènement des nouvelles technologies de séquençage, j’ai choisi de séquencer le génome complet de trois chiens atteints et deux porteurs apparentés. Ce travail m’a permis d’identifier 117variants dont 9 dans le locus d’intérêt, mais aucun dans des régions codantes. Je me suis donc focalisée sur les variants de régions régulatrices pour 13 gènes candidats. De plus, j’ai identifié cinq variants structuraux, encore en cours d’étude. Concernant l’APR du berger picard, nous avons relancé le projet par la collecte de prélèvements et la réalisation d’un pedigree de 154 chiens. Ce travail a amené à une collaboration tripartite internationale par le séquençage de deux chiens atteints et deux indemnes d’APR, dont les analyses sont en cours. Cette thèse m’a permis d’aborder la génétique d’une maladie génétique rare chez l’homme grâce à un modèle spontané original ; et même si ce travail n’a pas abouti à l’identification de mutations à ce jour, ces APR restent de bons modèles génétique et thérapeutique pour les rétinites pigmentaires humaines. / Dogs are affected by numerous genetic diseases including retinopathies, the subject of my thesis. Historically, humans have exerted a very strong artificial selection to dogs, thus creating some 400 breeds to perform specific tasks or to harbour specific traits. By such an homogenisation of phenotypic and behavioural traits, humans have selected desired alleles but also concentrated undesired deleterious alleles responsible of genetic diseases. These diseases are clinically and genetically similar to human genetic diseases, making dogs a model of choice to search for the genetic bases of such genetic diseases and to develop new therapies for a mutual benefit for dogs and humans. I worked on Progressive Retinal Atrophies (PRA) in two breeds, thanks to the contribution of the veterinary ophthalmologist Dr. Gilles Chaudieu and the breed clubs of border collies and berger picard. Concerning the border collie PRA, genetic analyses performed before my thesis allowed the identification of a locus of 20Mb on the X chromosome. I first completed and supplemented the epidemiological and clinical data for about 500 dogs and continued the sample and data collection. A first genetic linkage analysis on 130 dogs allowed to confirm the transmission mode and the locus. I then performed several genetic analyses (« homozigosity mapping », genotypes analyses, candidate gene sequencing) without significantly reducing the locus,neither finding the causal mutation, unfortunately. In this context and thanks to the development of new sequencing technologies, I chose to sequence the entire genome of three PRA affected border collies and two unaffected related dogs. This work allowed the identification of 117variants, 9 in the locus but none in coding regions. I thus focused my research on genetic variants from potential regulatory regions for 13 candidate genes. In addition, I identified five structural variants. The analysis of these variants is still ongoing. Concerning the berger picard PRA, we have re-initiated the project by collecting samples and designing a large pedigree of 154 dogs. This workled to an international collaboration by the sequencing of the entire genomes of 2 affected and 2 unaffected bergers picards for which the statistical analyses are ongoing. This thesis allowed me to work on the genetics of rare diseases in humans with a spontaneous and original animal model and even if thiswork has not yet reached the identification of the mutations, these two PRAs in these two breeds remain good genetic and therapeutic models for human RP RetinitisPigmentosa.

Les thérapies ciblées ont amélioré la survie des patients atteints de mélanome cutané métastatique, toutefois certains patients échappent au traitement. La réponse au traitement met en jeu des paramètres dépendants du patient, de la biologie de la tumeur, et de la survenue de mécanismes de résistance largement étudiés.Le but de ce travail est d’étudier deux marqueurs mesurables en pratique clinique lors du suivi des patients, pour leur potentiel prédictif de réponse aux inhibiteurs de BRAF en monothérapie, l’un biologique et l’autre pharmacologique : la charge allélique mutée (CAM), définie par le rapport muté/total, des oncogènes BRAF et NRAS, et la concentration plasmatique de vemurafenib (CPV).Nous rapportons pour la première fois la prévalence et les mécanismes du déséquilibre allélique des oncogènes BRAF et NRAS, défini par une CAM élevée (>60%) ou faible (≤30%), par opposition à une CAM « hétérozygote » équilibrée (entre 30 et 60%). Des arguments in vitro et in vivo soutiennent l’hypothèse qu’une CAM BRAFV600E >60% puisse être associée à une meilleure réponse aux inhibiteurs de BRAF. La CAM de NRAS ne semble pas être un marqueur pronostique au moment du diagnostic de mélanome, toutefois sa valeur prédictive sur la réponse aux inhibiteurs de MEK sera intéressante à étudier.Nous montrons pour la première fois l’impact du dosage de la CPV lors du suivi des patients traités en monothérapie. Une CPV basse serait prédictive d’une progression ; ainsi, la CPV semble être un marqueur prédictif original de réponse, pour lequel la valeur seuil ainsi que les mécanismes pharmacogénétiques impliqués restent à déterminer. / Targeted therapies have improved survival in patients with metastatic cutaneous melanoma, but some patients escape treatment. Response to treatment involves parameters dependent of the patient, the tumor biology, and the occurrence of resistance mechanisms extensively investigated. The aim of this work is to study two measurable markers in clinical practice in patient monitoring, for their predictive potential of response to BRAF inhibitors monotherapy; the first one is biological and the other one is pharmacological: mutant allele burden (MAB), defined by the ratio mutant/total, of BRAF and NRAS oncogenes, and plasma vemurafenib concentration (PVC).We report for the first time the prevalence and the mechanisms of BRAF and NRAS oncogenic allelic imbalance, defined by a high (>60%) or a low (≤30%) MAB, as opposed to a balanced “heterozygous” MAB (30 to 60%). In vitro experiments and in vivo data support the hypothesis that a BRAFV600E MAB >60% may be associated with a better response to BRAF inhibitors. NRAS MAB does not seem to be a baseline prognostic marker, but its predictive value of response to MEK inhibitors will be interesting to investigate.We demonstrated for the first time the impact of CPV assay during the monitoring of patients treated with monotherapy. A low CPV would be predictive of progression; thus, CPV appears to be an original predictive marker of response, for which the threshold value and the involved pharmacogenetic mechanisms remain to be determined.

La prise en charge du mélanome métastatique a été bouleversée par les thérapies ciblées comme les inhibiteurs de RAF (RAFi) et les inhibiteurs de MEK (MEKi). Les RAFi permettent dans le mélanome BRAF V600 muté d’améliorer la survie mais leur effet est limité en monothérapie par l’hyperactivation paradoxale de la voie des MAPK dans les cellules non BRAF V600 mutée qui est responsable de l’apparition de mélanomes primitifs induits. Dans ce travail nous montrons la différence entre les modifications transcriptomiques induites par les RAFi dans des lignées cellulaires de mélanome BRAF mutées par rapport à celles induites dans des lignées non BRAF mutées ce qui a permis d’identifier des gènes potentiellement impliqués dans le développement de mélanomes induits. L’efficacité des RAFi est également limitée dans le temps par la survenue de résistances acquises. Nous montrons qu’une charge allélique mutée (CAM) de BRAF V600 élevée est potentiellement associée à une bonne réponse au traitement par RAFi et que la plasticité cellulaire induite par ZEB1 est associée à la résistance aux RAFi. Il n’existe pour le moment pas de thérapie ciblée approuvée dans le mélanome métastatique NRAS muté. Les MEKi sont limités par des résistances qui ne leur ont pas permis d’améliorer significativement la survie des patients. Nous montrons qu’une amplification de NRAS et la mutation MEK P124L sont responsables de résistance aux MEKi dans le mélanome NRAS muté. Nous avons testé le tramétinib (MEKi) en association avec d’autres thérapies ciblées dans des PDX de mélanome NRAS muté afin de mettre en évidence des combinaisons qui améliorent l’efficacité anti tumorale des MEKi dans cette indication / Targeted therapies like RAF inhibitors (RAFi) and MEK inhibitors (MEKi) have completely changed the therapeutic landscape in metastatic melanome. RAFi offer increased survival in patients with BRAF V600 mutated metastatic melanoma but they are limited in their use as single agents by an hyperactivation of the MAPK signaling pathway in non BRAF mutated cells that is responsible for the developpement of treatment induced primary melanomas. In this work we show the differences in the transcriptomic modifications induced by RAF inhibitos in BRAF mutated melanoma cell lines and NRAS mutated cell lines and we identified potential genes implicated in the development of treatment induced melanomas. The anti-tumor efficacity of RAFi is also limited by the acquired resistances that appear after several months of treatment. We show that a high BRAF V600E mutant allelic burden is potentially associated with a good response to RAFi and that ZEB1 induced cell plasticity is responsible for resistance to RAFi. No targeted therapy is approuved for NRAS mutated melanoma. Innate and acquired resistances limit the developpment of MEKi in this setting. We show that NRAS amplification and a MEK P124L mutation are responsible for resistance in NRAS melanoma. Finally, we tested five targeted therapies in combination with trametinib in NRAS mutated PDXs to identify combinations that improve the anti-tumoral effect of MEKi in this setting

Les téosintes Zea mays ssp. parviglumis et ssp. mexicana sont les apparentés sauvages les plus proches du maïs cultivé. Elles occupent au Mexique des niches écologiques distinctes bien délimitées par l’altitude. Zea mays ssp. parviglumis pousse dans des environnements chauds et humides situés à moins de 1800m d’altitude, tandis que Zea mays ssp mexicana pousse dans des environnements plus secs et froids (au-dessus de 1800m). Nous nous sommes intéressés aux bases génétiques de l’adaptation locale des téosintes à l’altitude. Dans ce but, 37 populations ont été échantillonnées le long de deux gradients altitudinaux, utilisés comme réplicats biologiques. Deux populations extrêmes de chaque gradient ainsi que deux populations de moyenne altitude de chaque sous-espèce du gradient 1 ont été séquencées à faible profondeur afin de découvrir des polymorphismes dont les fréquences alléliques sont contrastées entre les extrêmes tout en contrôlant pour la différenciation entre les sous-espèces. A partir de méthodes de détection de la sélection intra- et inter-populationnelle, des locus candidats ont été détectés. Une revue bibliographique a permis d’établir des correspondances entre nos candidats et des régions précédemment décrites pour leurs effets phénotypiques sur des caractères adaptatifs. Nous montrons ainsi un rôle important des interactions sol-plante et de la pilosité des feuilles dans l’adaptation à l’altitude. Pour valider certains de nos candidats, 270 polymorphismes ont été génotypés sur les 37 populations afin de réaliser des études de clines de fréquence. Parallèlement, nous avons mis en œuvre un dispositif de caractérisation phénotypique (2 lieux x 2 années) afin de tester l’association entre ces polymorphismes et 18 caractères mesurés en champ. Nous discutons des apports méthodologiques de notre étude aussi bien du point de vue des technologies haut débit que de la détection de la sélection. Notre dispositif devra être pleinement exploité pour valider nos candidats. Les perspectives incluent la poursuite de l’étude sur d’autres types de polymorphismes ainsi qu’un suivi temporel des populations. / Teosintes Zea mays ssp parviglumis (parviglumis) and Zea mays ssp mexicana (mexicana) are the closest wild relatives of cultivated maize. They occupy distinct ecological niches in Mexico, well separated by altitude. Zea mays ssp. parviglumis encountered below 1800m grows in wet and warm conditions, while mexicana grows in drier and colder climates (above 1800m). In order to investigate the genetic bases of local adaptation to altitude, we sampled 37 populations along two altitudinal gradients. We sequenced the two most extreme populations of each gradient as well as two intermediate populations - one from each subspecies along gradient 1. We searched for polymorphisms with contrasted allele frequencies between the extremes while accounting for subspecies differentiation. Using both inter- and intra- population methods we identified several candidate loci. Based on a literature review, we confronted them with regions previously described as involved in phenotypic variation of adaptive traits. Our results highlight the role of plant-soil interactions and leaves hairiness in the adaptation to altitude. To validate further a subset of 270 polymorphisms chosen among our best candidates, we genotyped them on the 37 populations with the aim of performing clinal analyzes of allele frequencies. In parallel, we undertook phenotypic evaluation trials (2 locations x 2 years) to test the association of these polymorphisms with 18 traits measured in the field. We discuss the methodological contributions of our study both from the standpoint of high throughput technologies and detection of selective footprints. Our setting will be fully exploited to validate our candidates. Perspectives include the discovery and assessment of the contribution of other types of polymorphisms and the temporal follow-up of populations.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.