O câncer de mama é a principal causa de mortalidade por câncer entre as mulheres. Alguns biomarcadores e características clínicas são utilizados para avaliar o prognóstico e prever a resposta a uma série de abordagens terapêuticas. A Homocisteína é conhecida como um fator de risco para doença vascular aterosclerótica, mas sua participação na biologia do câncer ainda é incerta. Cisteína é o aminoácido sulfurado derivado da Homocisteína no ciclo da Metionina. Este ciclo metabólico origina as bases nitrogenadas e também determina o nível de metilação da molécula de DNA. É atualmente reconhecido que a hipometilação global do genoma é um evento chave na transformação maligna das células. O objetivo deste estudo foi avaliar os níveis séricos de homocisteína e cisteína como biomarcadores de sobrevida e de progressão da doença em câncer de mama. Também foi avaliado o efeito de um curso de curta duração (um mês) de tratamento hormonal sobre os níveis de Homocisteína, Cisteína e metilação do DNA. Amostras de sangue foram obtidos por ocasião da biópsia inicial (pré-tratamento) em todas as pacientes e, de tumor e de tecido normal adjacente, ao diagnóstico eem um mês após, para as pacientes que receberam o regime hormonal neo-adjuvante (pré-operatório). Todas as pacientes eram mulheres na pós-menopausa, com tumores de mama ressecáveis, acompanhadas em dois hospitais públicos, que consentiram em participar de outros dois protocolos de pesquisa prévios. Homocisteína e Cisteína foram analisadas por HPLC e a metilação global do DNA do tecido foi determinada por meio da técnica de MSRE (Methylation-Sensitive Restriction Enzyme). Foi observada uma diferença significativa entre os níveis pré e póstratamento de Homocisteína e Cisteína em tumores avançados, sugerindo um papel prognóstico em pacientes com características clínicas reservadas. As variações nos níveis de Homocisteína se mostraram significativamente correlacionadas com a sobrevida livre de doença. O modelo de risco proporcional de Cox demonstrou que os níveis de homocisteína e o status dos linfonodos representaram fatores prognósticos independentes em termos de sobrevida livre de doença. Embora mais estudos sejam necessários para confirmar estes resultados, nossa pesquisa sugere que a Homocisteína pode ser usada como um biomarcador de prognóstico para câncer de mama / Breast cancer is the leading cause of cancer mortality among women. Some biomarkers and clinical features are used to evaluate prognosis and to predict response to a range of therapeutic approaches. Homocysteine is well known as a risk factor in atherosclerotic vascular diseases, but its participation in cancer biology is still unclear. Cysteine is a sulfur amino acid derived from Homocysteine in the Methionine cycle. This metabolic cycle originates the nitrogenous bases and determines the methylation level of the DNA molecule as well. It is currently recognized that the global hipomethylation of the genome is a key event in the malign transformation of cells. The aim of this study was to evaluate serum Homocysteine and Cysteine as biomarkers of survival and disease progression in breast tumor, as well as the methylation status of tumor and normal tissues. The effect of a short course (one month) of hormonal treatment on Homocysteine, Cysteine and DNA methylation levels was also evaluated. Blood samples were collected during the initial biopsy (pretreatment) in all patients and, tumor samples and normal adjacent tissue, at diagnosis and one month after, for the patients that received neo-adjuvant hormonal regimen (pre-treatment). All patients were post-menopausal women, with resectable breast tumors, followed at two public hospitals, and that had consented to participate in two previous research protocols related to their disease. Serum Homocysteine and Cysteine were analyzed by HPLC and tissue global DNA methylation was determined by the MSRE (Methylation- Sensitive Restriction Enzyme) technique. A significant difference was observed between pre- and post-treatment levels of Homocysteine and Cysteine in advanced tumors, suggesting a prognostic role in patients with poor clinical characteristics. Variations in Homocysteine levels were significantly correlated with disease free survival. Cox proportional risk model demonstrated that nodal status and Homocysteine levels were independent prognostic factors for Disease Free Survival. Although more studies are needed to confirm these results, our research suggests that Homocysteine might be used as a prognostic biomarker for breast cancer

Dans la première partie du travail, nous avons étudié l’expression génique dans les cancers thyroïdiens survenus après l’explosion de la centrale nucléaire de Tchernobyl. L’incidence des cancers thyroïdiens papillaires a fortement augmenté après l’accident de Tchernobyl chez les enfants, offrant l’opportunité exceptionnelle d’étudier les caractéristiques moléculaires des cancers thyroïdiens radioinduits. Contrairement aux études précédentes qui comportaient toutes des facteurs confondants, nous avons pu investiguer l’expression des ARN messagers des tumeurs et de leurs tissus contra-latéraux normaux de patients exposés et de patients non exposés aux retombées radioactives, en utilisant une cohorte de patients appariés pour l’âge et l’ethnicité. L’irradiation d’une population conduit au développement de cancers dans une fraction de cette population. Les individus atteints peuvent l’avoir été de manière stochastique, ou à cause d’une prédisposition ou sensibilité particulière à l’irradiation. La comparaison des tumeurs exposées et non exposées permet d’étudier l’effet de l’irradiation, et celle des tissus normaux contralatéraux offre la possibilité d’étudier la susceptibilité aux radiations dont les implications sont nombreuses en médecine (radio-diagnostic, cancers secondaires) et en radioprotection. L’expression génomique complète a été analysée sur puces Affymetrix pour les tissus de 45 patients. Vingt-deux de ces patients ont été exposés aux retombées de Tchernobyl, vingt-trois autres, appariés selon l'âge et résidant dans les mêmes régions de l'Ukraine, n'ont pas été exposés à l’irradiation. Notre travail a mis en évidence l’existence d’une signature transcriptionnelle permettant de différencier les tissus normaux exposés des non exposés, les gènes qui composent cette signature ayant trait à la prolifération ;nos résultats suggèrent qu’un niveau plus élevé de prolifération dans les tissus normaux pourrait être associé aux cancers radioinduits, soit en tant que facteur prédisposant au cancer, soit en tant que conséquence de la radiation.<p><p>La deuxième partie du travail a été consacrée à la caractérisation in vitro de différentes lignées cellulaires humaines de cancers thyroïdiens. Ces lignées sont souvent employées comme modèles pour l’étude et le développement d’approches thérapeutiques pour ces cancers mais notre laboratoire a démontré que ces lignées s’étaient dédifférenciées au cours de leur propagation in vitro et que leurs profils transcriptionnels se rapprochaient essentiellement des tumeurs les plus dédifférenciées, les cancers anaplasiques. Nous avons tenté de ré-induire dans ces lignées l’expression des marqueurs de différenciation de la thyroïde au moyen d’agents épigénétiques, l’idée étant que ces gènes dont l’expression est caractéristique de la thyroïde ne s’expriment plus suite à l’action de mécanismes épigénétiques comme la méthylation au niveau de leurs promoteurs. Les cancers thyroïdiens dédifférenciés étant les plus agressifs et ayant perdu l’expression des facteurs de différenciation dont le transporteur sodium/iodure (NIS), ils sont inaccessibles au traitement par l’iode radioactif I131. La réexpression des marqueurs de différenciation thyroïdienne permettrait d’une part d’employer plus adéquatement les lignées comme modèle d’étude des cancers différenciés, et d’autre part d’envisager l’emploi de(s) substances(s) qui ont permis cette réexpression en tant que médicaments pour les cancers dédifférenciés. Nos travaux montrent que les traitements épigénétiques des lignées cancéreuses ne permettent pas une réinduction significative de la différenciation mais tendent à démontrer que l’inactivation épigénétique provoque dans ces lignées la perte de l’expression de gènes n’ayant aucun rôle utile pour la cellule au cours des milliers de réplications in vitro / In the first part of the work, we studied gene expression in thyroid cancers following the explosion of the Chernobyl nuclear power plant. The incidence of thyroid papillary cancers rose sharply after the Chernobyl accident in children, providing an exceptional opportunity to study the molecular characteristics of radiation-induced thyroid cancers. Unlike previous studies that included confounding factors, we were able to investigate the expression of messenger RNA from tumors and their normal contra-lateral tissue of patients exposed and not exposed to the fallout using a cohort of patients matched for age and ethnicity. The irradiation of a population leads to the development of cancer in a fraction of the population. Affected individuals may have been stochastically, or because of a particular predisposition or susceptibility to irradiation. Comparison of tumors exposed and unexposed allows to study the effect of irradiation, and the contra-lateral normal tissue offers the possibility to study the susceptibility to radiation whose implications are numerous: medical (radio - diagnosis, secondary cancers ) and radiation protection. The complete gene expression was analyzed on Affymetrix for tissues of 45 patients. Twenty- two of these patients were exposed to fallout from Chernobyl, twenty-three, matched for age and residing in the same regions of Ukraine have not been exposed to radiation. Our work has demonstrated the existence of a transcriptional signature allowing to differentiate exposed and unexposed normal tissues, and the genes that compose the signature are related to proliferation; our results suggest that a higher level of proliferation in normal tissues may be associated with radiation-induced cancers, either as a predisposing factor for cancer,or as a result of the radiation.<p><p>The second part was devoted to the in vitro characterization of different human cell lines of thyroid cancer. These lines are often used as models for the study and development of therapeutic approaches for these cancers, but our laboratory has demonstrated that these cell lines dedifferentiated during their in vitro propagation and their transcriptional profiles are essentially closer to the most dedifferentiated tumors, the anaplastic cancers. We tried to re- induce in these lines the expression of differentiation markers of thyroid using epigenetic agents, the idea being that these genes whose expression is characteristic of thyroid are no longer expressed due to epigenetic mechanisms such as methylation of their promoters. Dedifferentiated thyroid cancers are more aggressive and have lost the expression of differentiation factors including sodium/iodide transporter(NIS), they are inaccessible to treatment with radioactive iodine I131. Re-expression of thyroid differentiation markers could allow in one hand to use more adequately cell lines as models to study differentiated cancers, and secondly to consider the used substances that helped this re-expression as drugs for the dedifferentiated cancers. Our work shows that epigenetic treatments for cancer cell lines do not allow a significant re-induction of differentiation but tend to demonstrate that the epigenetic inactivation in these cell lines causes the loss of expression of genes that have no useful role in the cells over thousands of replication in vitro .<p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les altérations mnésiques associées au trouble de stress post-traumatique (TSPT) constituent un aspect fondamental de la symptomatologie de cette pathologie. Cette altération qualitative de la mémoire inclut à la fois une hypermnésie, c’est-à-dire une intensification de la mémoire vis-à-vis du coeur de l’événement traumatique, et une amnésie de type déclaratif pour les éléments contextuels péri-traumatiques. Les données chez l’Homme suggèrent que ces altérations mnésiques pourraient être sous-tendues par une hyper-activation amygdalienne et un dysfonctionnement hippocampique, respectivement. Cependant, les bases neurobiologiques, et en particulier moléculaires, du TSPT restent largement méconnues. Un modèle comportemental développé chez la souris au laboratoire et basé sur un conditionnement aversif permet précisément de comparer une mémoire de peur normale, c’est-à-dire « contextualisée » et adaptée, à une mémoire pathologique de type TSPT, c’est-à-dire « décontextualisée » et focalisée sur un élément saillant du trauma. Dans la mesure où il a été montré que le développement d’une mémoire de peur contextuelle implique certaines modifications épigénétiques spécifiques, nos travaux ont eu pour objectif de déterminer les altérations des modifications post-traductionnelles d’histones qui sous-tendent le développement d’une mémoire traumatique au lieu d’une mémoire de peur normale. Nos résultats révèlent (1) que des profils spécifiques différents des états d’acétylation/méthylation de l’histone H3 dans le réseau hippocampo-amygdalien sont associés à une mémoire de peur normale et à une mémoire traumatique de type TSPT. Spécifiquement, une mémoire de peur normale est associée à une forte acétylation de H3K9 hippocampique, tandis qu’une mémoire traumatique de type TSPT s’accompagne d’une hyperméthylation de H3K9 dans l’hippocampe, traduisant une répression transcriptionnelle, ainsi que d’une diminution de la tri-méthylation de H3K27 dans l’amygdale latérale, caractéristique d’une activation transcriptionnelle. De plus, nos travaux montrent (2) qu’une modulation pharmacologique de la balance des états d’acétylation/méthylation de H3K9 dans l’hippocampe permet de promouvoir ou de prévenir le développement d’une mémoire traumatique. Enfin, (3) une dernière série d’expériences révèle (i) qu’un stress prénatal est un facteur de risque au développement d’une mémoire traumatique, (ii) que cette dernière est associée à des profils épigénétiques spécifiques, et (iii) qu’une telle vulnérabilité peut se transmettre de manière intergénérationnelle. / Memory alterations associated with post-traumatic stress disorder (PTSD) are a fundamental feature of this pathology. PTSD is characterized both by hypermnesia for simple salient trauma-related stimuli and amnesia for peri-traumatic contextual cues. In humans, this disorder is associated with hippocampal hypofunction and amygdalar hyperfunction, which may underlie such paradoxical memory pattern. However, neurobiological bases of PTSD, particularly at the molecular level, remain largely unknown. A behavioral model based on aversive conditioning was developed in mice by our team. This model allows the comparison between a normal, i.e. “contextualized” and adaptive, fear memory, and a PTSD-like pathological fear memory, i.e. “decontextualized” and focused on a salient cue of the trauma. Since specific epigenetic alterations have been involved in the development of contextual fear memory, our aim was the identification of the alterations in post-translational histone modifications underlying the development of traumatic memory instead of normal fear memory. Our results first reveal that normal and PTSD-like fear memory are associated with distinct acetylation/methylation profiles of histone H3 in the hippocampal-amygdalar network. Specifically, we show that, compared to normal fear memory, PTSD-like memory is associated with a switch from H3K9 hyperacetylation (marker of transcriptional activation) to H3K9 hypermethylation (marker of transcriptional repression) in hippocampal CA1, as well as a significant reduction of H3K27 trimethylation, which results in an increased transcription, in the lateral amygdala. Second, we show that the pharmacological manipulation of the acetylation/methylation balance of H3K9 in the hippocampus can prevent or promote the development of PTSD-like memory. Finally, a last series of experiments shows that (i) prenatal stress is a risk factor for the development of PTSD-like memory, (ii) which is associated with specific epigenetic alterations and (iii) that such vulnerability to stress can be transmitted to subsequent generations.

La consommation d’alcool pendant la grossesse peut entraîner des conséquences néfastes sur le développement de l’enfant et mener aux troubles du spectre de l’alcoolisation fœtale (TSAF). Cependant on en connaît peu sur son effet durant la période de préimplantation. Cette période est reconnue comme étant sensible à l’environnement, majoritairement dû au fait qu’elle est caractérisée par la reprogrammation dynamique des profils de méthylation de l’ADN. L’alcool est reconnu pour altérer les mécanismes impliqués dans les processus de méthylation de l’ADN (e.g., cycle du folate, actions des DNMTs). Récemment, nous avons démontré qu’une exposition prénatale à l’alcool éthylique durant la préimplantation altère les futurs profils de méthylation de l’ADN du cerveau et augmente le nombre de défauts morphologiques à la mi-gestation. Il n’y a présentement aucun traitement pour les TSAF, mais certaines études suggèrent qu’une diète enrichie en donneurs de groupement méthyles (e.g., folate, choline), nécessaires aux réactions de méthylation, pourrait atténuer les effets d’une exposition prénatale à l’alcool. C’est pourquoi nous avons voulu déterminer si une diète enrichie en donneurs de groupements méthyles pouvait apporter une protection aux embryons ayant subi une exposition prénatale à l’alcool durant la préimplantation. Pour ce faire, une diète standard ou enrichie a été donné à des souris 4 semaines avant la gestation et pendant celle-ci. Les femelles gestantes ont reçu une dose d’alcool au jour E2.5, puis nous avons récolté les embryons à E10.5 et E18.5 pour évaluer les anomalies physiques et faire l’analyse de la méthylation des cerveaux antérieurs. Nos résultats démontrent que la diète enrichie prévient ou élimine un certain nombre de défauts morphologiques à E10.5 et E18.5. Nous avons aussi observé que la diète enrichie n’affectait pas la mise en place et le maintien de la méthylation et l’expression des gènes à empreintes durant le développement. La diète enrichie en donneurs de groupements méthyles aide donc à prévenir certains effets nuisibles de l’exposition prénatale à l’alcool survenant durant la préimplantation. / Alcohol consumption during pregnancy can have a significant impact on the development of the child and lead to fetal alcohol spectrum disorders (FASD). Nonetheless, little is known about its effect during the pre-implantation period. However, we know that this period is very sensitive to the environment, mainly because of major reprogramming of DNA methylation patterns. Moreover, alcohol can alter the mechanisms involved in DNA methylation processes (e.g., folate cycle, actions of DNMTs). Recently, we have shown that prenatal alcohol exposure (PAE) during preimplantation alters future DNA methylation patterns of the young embryo brain and increases the number of morphological defects. There is currently no treatment for FASD, but studies suggest that a diet enriched in methyl donors (e.g., folate, choline), which are necessary for methylation reactions, may mitigate the effects of PAE. Therefore, we wanted to determine if a diet enriched in methyl group donors could provide protection to embryos against a PAE during preimplantation. To do so, a standard or enriched diet was given to mice 4 weeks before and during gestation. Pregnant females were exposed to alcohol at day E2.5, then we harvested embryos (E10.5, E18.5) to assess physical abnormalities and analyse forebrain methylation. Our results demonstrate that the enriched diet reduces or eliminate defects at E10.5 and E18.5. We also observed that the fortified diet did not affect the establishment and maintenance of methylation and expression of imprinted genes during development. Thus, our results show that a methyl enriched diet can prevent some of the adverse effects of prenatal alcohol exposure occurring during preimplantation.

X-Chromosom-Inaktivierung (XCI) ist der Mechanismus, den Säuger zur Dosiskompensierung zwischen weiblichen und männlichen Zellen verwenden. XCI wird ausgelöst durch die monoallelische Hochregulation der langen nicht-kodierenden RNA Xist von einem der zwei X-Chromosomen in weiblichen Zellen. Die Xist RNA vermittelt dann das Ausschalten der Gene auf diesem X-Chromosom. Das wirft einige interessante Fragen auf: Wie zählen Zellen ihre X-Chromosomen und stellen sicher, dass genau eines aktiv bleibt? Wie entscheiden sie, welches X-Chromosom aktiv bleibt und welches ausgeschaltet wird? Und wie erinnern sie sich an diese Entscheidung und behalten sie stabil bei durch alle weiteren Zellteilungen? Mithilfe eines stochastischen Modells zeigen wir, dass diese XCI Regulation prinzipiell durch nur zwei Regulatoren erklärt werden kann: Ein global (in trans) agierender XCI Aktivator und ein lokal (in cis) agierender XCI Repressor. Dieses Netzwerk aus nur zwei Regulatoren kann die Xist Expressionsmuster in verschiedenen Säugerspezies reproduzieren, von der Maus bis zum Mensch. Es sagt außerdem voraus, dass Zellen in der Lage sind, biallelische zu monoallelischer Xist Expression zu korrigieren, eine Vorhersage, für die wir tatsächlich experimentelle Belege finden. Mit einem mechanistischen Modell zeigen wir, dass das cis-Gedächtnis über den Xist Expressionszustand durch Antisense-Transkription zustande kommen könnte. Auf dieser Hypothese aufbauend untersucht der zweite Teil der Arbeit das Potential von Antisense-Transkription, ein lokales Gedächtnis über den Expressionszustand eines Gens zu generieren, genauer. Diese Analyse sagt vorher, dass Antisense-Repression den Expressionszustand eines Lokus tatsächlich für einige Tage stabil erhalten kann. / X-chromosome inactivation (XCI) is the mechanism for dosage compensation between the sexes in mammals. It is initiated through monoallelic upregulation of the long non-coding RNA Xist from one X chromosome, which mediates almost complete transcriptional silencing of this X chromosome. XCI regulation raises intriguing and thus far unanswered questions: How do cells count their X chromosomes and ensure that exactly one stays active? How do they make a mutually exclusive choice for one inactive X chromosome, and how do they then stably maintain this choice throughout subsequent cell divisions? Using stochastic modeling, we show that XCI onset only requires two regulators: A trans-acting Xist activator that ensures female specificity and a cis-acting Xist repressor that allows stable maintenance of alternative Xist expression states. This two-regulator network can recapitulate Xist expression patterns across different species and makes a novel prediction that is validated experimentally: Cells are able to revert biallelic Xist expression to monoallelic expression. With a mechanistic stochastic model we show that Xist's antisense transcript Tsix might be the cis-acting Xist repressor, uncovering the molecular mechanism behind the stabilization of the alternative Xist expression states. Building upon Tsix' possible functional role in stabilizing alternative Xist expression states on the active and inactive X chromosome, the second part of this thesis investigates the potential of antisense transcription to maintain a transient transcriptional memory. We find that mutual repression between a pair of antisense genes can allow the locus to remember the transcription state it has acquired due to a past signal for several days.

Die molekulare Charakterisierung von genetischen Veränderungen der Akuten Myeloischen Leukämie (AML) wurde vor allem bei jungen Patienten vorangebracht, hingegen fehlen Analysen für die AML bei älteren Patienten. Entsprechend ergab sich die Rationale, genetische und epigenetische Alterationen bei älteren AML Patienten zu untersuchen, um spezifische Signaturen zu identifizieren. Wir untersuchten ältere 93 AML Patienten aus dem Study Alliance Leukemia (SAL) Register. Es wurden 555 Gene auf der Illumina HiSeq2000 Plattform sequenziert und DNA Methylierungsprofile mittels dem Illumina 450K Array untersucht. Insgesamt wurden 814 molekulare Alterationen in 281 Genen detektiert. Besonders hohe Mutationsfrequenzen wurden in den Genen DNMT3A (33%), TET2 (24%), SRSF2 (23%) und ASXL1 (21%) notiert. Alterationen in epigenetischen Regulatoren (85%) und in Genen, die in Splicing involviert sind (38%), wurden gehäuft beobachtet. Ältere AML Patienten mit Mutationen in DNMT3A oder DNA Reparaturgenen wiesen eine geringere Lebenserwartung im Vergleich zu der restlichen Kohorte auf. Wir verglichen die Meythlierungsdaten aus der SAL mit denen der TCGA Kohorte, umso die Methylierungsmuster von älteren mit denen von jüngeren Patienten zu differenzieren. Es konnte ein distinktes Methylierungsprofil in den DNA Proben von älteren AML Patienten nachgewiesen werden. Die im Vergleich zu jüngeren AML Patienten unterschiedlich methylierten Regionen bei älteren AML Patienten überlappten mit Genen verschiedener Signalwege, die Hallmarks von Alterungsprozessen und Krebs entsprechen. Zusammenfassend konnten wir für die Kohorte älterer AML Patienten genetische Alterationen nachweisen und mit spezifischen Profilen von Mutationen in epigenetischen Regulatoren korrelieren. Diese molekulare Kategorisierung unterstreicht distinkte biologische Mechanismen in älteren AML Patienten und die Notwendigkeit von spezifischen Therapieansätzen für diese Kohorte mit ungünstiger Prognose. / Despite advances in the characterization of molecular alterations in younger acute myeloid leukemia (AML) patients, comprehensive studies in elderly AML are lacking. Thus, we investigated genetic and epigenetic alterations and probed for specific signatures to understand the unfavorable outcomes of elderly AML. We studied 93 AML patients (65 to 90 years old), enrolled in the Study Alliance Leukemia registry (SAL). To capture a broad spectrum of alterations, we sequenced 555 genes on an Illumina HiSeq2000 platform and investigated DNA methylation profiles using the Illumina 450K array. Overall, we detected 814 molecular alterations in 281 genes, with a median of 7 genes mutated per patient. Particularly high mutation frequencies were identified for DNMT3A (33%), TET2 (24%), SRSF2 (23%) and ASXL1 (21%). We observed frequent alterations in epigenetic regulators (85%) and in splicing factors (38%). Notably, SAL elderly AML patients with mutations in DNMT3A or DNA repair genes (in absence of mutations in NPM1 or splicing factors) had an inferior survival of only 9 months (compared to 17 months for the remaining patients). In addition, for the analysis of elderly AML DNA methylation, we integrated the SAL cohort with TCGA methylation data for comparisons of methylation levels to younger patients. A distinct DNA methylation profile was observed in older AML patients, which correlated with the presence of mutations in IDH1/2, RUNX1 and ASXL1 and epigenetic similarities with TP53/Complex samples. The differential methylated regions of elderly AML (compared to younger AML samples) were shown to overlap genes from several pathways that are hallmarks of both age and cancer. In conclusion, we unraveled distinct patterns of genetic alterations and correlated specific epigenetic profiles of elderly AML to high rate mutated epigenetic regulators. This molecular categorization underscored the distinct biology and the need for specific therapeutic approaches in elderly AML.

Une exposition prénatale à l’alcool peut altérer le développement embryonnaire et causer le Trouble du Spectre de l’Alcoolisation Fœtale (TSAF). Les mécanismes moléculaires menant aux symptômes observés chez les enfants atteints sont toutefois méconnus. Plus encore, bien que les taux de consommation excessive d’alcool (binge-drinking) et de grossesses non-planifiées soient en hausse à travers le monde, les impacts d’une exposition prénatale à l’alcool pendant la préimplantation de l’embryon, sont inconnus et peu étudiés. Dans cette thèse, je souhaitais caractériser les impacts morphologiques d’une exposition à l’alcool pendant la préimplantation sur l’embryon en développement. De plus, je voulais définir les mécanismes moléculaires impliqués dans le cerveau antérieur ainsi que dans le placenta embryonnaire, en plus d’évaluer l’effet d’une exposition à l’alcool pendant la préimplantation sur certaines fonctions cognitives au stade post-natal. Notre hypothèse de recherche est qu’une exposition à l’alcool de type aigu pendant la préimplantation entrainera des erreurs dans l’établissement du programme épigénétique embryonnaire, causant des altérations dans les profils de méthylation d’ADN et d’expression des gènes chez l’embryon et son placenta qui persisteront tout au long de la gestation. Plus encore, nous croyons que ces dérégulations moléculaires altèreront les fonctions cognitives à long terme chez les souriceaux exposés. Pour répondre à ces questions, nous avons établi un modèle murin d’exposition à l’alcool de type aigu pendant la préimplantation en injectant des femelles gestantes au jour embryonnaire 2.5 (E2.5), correspondant au stade 8-cellules, avec deux doses de 2.5g/kg d’alcool séparées par 2 heures d’intervalle. Nous avons récolté des embryons à mi-gestation (E10.5), évaluer la morphologie puis nous avons isolé le cerveau antérieur pour étudier la méthylation d’ADN et l’expression génique. Nous avons aussi récolté des embryons en fin de gestation (E18.5) et leur placenta pour procéder à des analyses de méthylation d’ADN et de l’expression génique, en plus d’effectuer des analyses histologiques des placentas. Finalement, nous avons aussi laissé naître des souris issues de notre modèle d’exposition à l’alcool pendant la préimplantation pour évaluer certaines fonctions cognitives, notamment l’anxiété, la sociabilité et la mémoire, en procédant à des tests de comportement. Nous avons d’abord observé une augmentation des anomalies morphologiques chez l’embryon à mi-gestation à la suite de l’exposition prénatale à l’alcool. Nous avons aussi découvert que l’exposition prénatale, pendant la préimplantation, engendrait des différences de méthylation d’ADN dans le cerveau antérieur à mi-gestation et en fin de gestation, dans plusieurs voies biologiques reliées au développement embryonnaire et au fonctionnement du système nerveux. La plupart des régions différentiellement méthylées (DMRs) et des gènes différentiellement exprimés (DEGs) étaient spécifiques à chaque sexe, avec peu de régions partagées entre les mâles et les femelles. Nous avons aussi identifié des DMRs et DEGs spécifiques à chaque sexe ou partagés entre les deux sexes, dans les placentas en fin de gestation en plus de démontrer une baisse du poids fœtal chez les embryons mâles exposés à l’alcool. Enfin, nous avons démontré que l’exposition prénatale pendant la préimplantation causait une baisse de la sociabilité et de la mémoire à court-terme, sans avoir d’effet sur le niveau d’anxiété des souris En conclusion, nous avons démontré qu’une exposition prénatale à l’alcool en tout début de grossesse affecte le développement embryonnaire, via l’épigénome et le transcriptome du cerveau antérieur et du placenta, et entraine des conséquences à plus long terme sur les fonctions cognitives. En perspective, nous souhaitons établir les profils de méthylation d’ADN et d’expression génique précisément dans certains sous-types cellulaires du cerveau, dont les interneurones GABAergiques afin de mieux définir les mécanismes moléculaires derrière les altérations observées. / Prenatal alcohol exposure can alter embryonic development and lead to Fetal Alcohol Spectrum Disorder (FASD). However, the molecular mechanisms underlying the symptoms in affected children remain poorly understood. Furthermore, despite the increasing rates of binge drinking and unplanned pregnancies worldwide, the impacts of prenatal alcohol exposure during the preimplantation stage of embryonic development are largely unknown and understudied. In this thesis I aimed to characterize the morphological effects of alcohol exposure during preimplantation on developing embryos. Additionally, we sought to define the extent of DNA methylation defects and gene expression in the anterior brain and embryonic placenta. Furthermore, we aimed to evaluate the effects of our preimplantation alcohol exposure on certain cognitive functions in the postnatal stage. Our research hypothesis is that acute alcohol exposure during preimplantation will lead to errors in establishing the embryonic epigenetic program, causing alterations in DNA methylation profiles and gene expression in both the embryo and its placenta, persisting throughout gestation. We also believed that these molecular dysregulations would result in long-term cognitive impairments in exposed pups. To address these questions, we established a preclinical mouse model of acute alcohol exposure during preimplantation by injecting pregnant females on embryonic day 2.5 (E2.5), corresponding to the 8-cell stage, with two doses of 2.5g/kg of alcohol, separated by a 2-hour interval. We collected embryos at mid-gestation (E10.5), assessed for morphological defects and isolated the forebrain for DNA methylation and gene expression studies. We also collected embryos at late gestation (E18.5) along with their placenta for DNA methylation and gene expression analyses, as well as histological examinations of fixed placentas. Finally, we allowed mice from our preimplantation alcohol exposure model to be born and assessed specific cognitive functions such as anxiety, sociability, and memory through behavioral tests. First, we observed an increase in morphological anomalies in mid-gestation embryos following prenatal alcohol exposure and discovered that prenatal exposure during preimplantation led to DNA methylation differences in the forebrain at mid-gestation and late gestation, affecting various biological pathways related to embryonic development and nervous system function. Most of the differentially methylated regions (DMRs) and differentially expressed genes (DEGs) were sex-specific, with only few regions shared between males and females. We also identified sex-specific and shared DMRs and DEGs in late gestational placentas. Additionally, we demonstrated a decrease in fetal weight in male embryos and showed that preimplantation alcohol exposure caused reduced sociability and short-term memory without affecting the anxiety levels of the mice. In conclusion, we have shown that early preimplantation alcohol exposure affects embryonic development through the epigenome and transcriptome of the anterior brain and placenta, leading to long-term cognitive consequences. Moving forward, we intend to establish DNA methylation and gene expression profiles specifically in certain brain cell subtypes, including GABAergic interneurons, to better define the molecular mechanisms underlying the observed alterations.

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Many imprinted genes are necessary for normal human development. Approximately 70 imprinted genes have been identified in humans. I developed a novel approach to identify candidate imprinted genes in humans using the premise that imprinted genes are often associated with nearby parent-of-origin-specific DNA differentially methylated regions (DMRs). I identified parent-of-origin-specific DMRs using sodium bisulfite-based DNA (CpG) methylation profiling of uniparental tissues, mature cystic ovarian teratoma (MCT) and androgenetic complete hydatidiform mole (AnCHM), and biparental tissues, blood and placenta. In support of this approach, the CpG methylation profiling led to the identification of parent-of-origin-specific differentially methylated CpG sites (DMCpGs) in known parent-of-origin-specific DMRs. I found new DMRs for known imprinted genes NAP1L5 and ZNF597. Most importantly, I discovered many new DMCpGs, which were associated with nearby genes, i.e., candidate imprinted genes. Allelic expression analyses of one candidate imprinted gene, AXL, suggested polymorphic imprinting of AXL in human blood.

Many imprinted genes are necessary for normal human development. Approximately 70 imprinted genes have been identified in humans. I developed a novel approach to identify candidate imprinted genes in humans using the premise that imprinted genes are often associated with nearby parent-of-origin-specific DNA differentially methylated regions (DMRs). I identified parent-of-origin-specific DMRs using sodium bisulfite-based DNA (CpG) methylation profiling of uniparental tissues, mature cystic ovarian teratoma (MCT) and androgenetic complete hydatidiform mole (AnCHM), and biparental tissues, blood and placenta. In support of this approach, the CpG methylation profiling led to the identification of parent-of-origin-specific differentially methylated CpG sites (DMCpGs) in known parent-of-origin-specific DMRs. I found new DMRs for known imprinted genes NAP1L5 and ZNF597. Most importantly, I discovered many new DMCpGs, which were associated with nearby genes, i.e., candidate imprinted genes. Allelic expression analyses of one candidate imprinted gene, AXL, suggested polymorphic imprinting of AXL in human blood.