L'analyse par réseau de co-expression de gènes est un outil entré il y a 15 ans dans l'ensemble des outils disponibles pour l'analyse transcriptomique. En étudiant la variation de synchronisation de l'expression des gènes, cet outil permet de révéler de nouveaux gènes impliqués dans des maladies ou phénotypes dont l'expression seule n'est pas significativement différente. Il est également capable de détecter des groupes de gènes, ou modules, interagissant préférentiellement et sur lesquels il est possible d'effectuer une exploration étendue. Il est ainsi possible d'utiliser des méthodes avec injection de connaissance préalable comme l'enrichissement de gènes ou l'association phénotypique, ou des méthodes guidées par les données comme l'analyse topologique ou la co-expression différentielle. Pourtant, ce type d'analyse reste sous exploitée actuellement par rapport à son potentiel, et notamment dans certaines maladies ou phénotypes où l'altération est une désorganisation du système comme le vieillissement. Afin de faciliter à tout chercheur l'emploi de cette méthode, un progiciel R disponible sur Bioconductor et nommé GWENA a été développé. Organisé comme un pipeline d'analyse simplifié et allant de la construction du réseau jusqu'à l'aide à l'interprétation des modules entre différentes conditions, c'est également le seul pipeline actuel à intégrer la co-expression différentielle. Pour assister l'utilisateur, il comprend de nombreux avertissements sur l'intégrité des données rentrées et sur la plausibilité des résultats. Afin d'éviter de devoir recourir à d'autres logiciels, il contient également un système de visualisation des réseaux. Enfin, GWENA est un outil dont l'architecture modulaire lui permettra d'évoluer avec le temps. L'efficacité de GWENA a été démontrée dans une première étude du vieillissement du muscle squelettique humain où un sous ensemble de gènes a été priorisé pour l'étude de la sarcopénie. Il a également permis de préciser une topologie du réseau spécifique du vieillissement et observée auparavant : la perte de connectivité du réseau, ou déconnexion. En effet, parallèlement à la déconnexion, il a été constaté grâce à GWENA une reconnexion locale située au niveau des gènes pivots. Pour étudier cette topologie à large échelle, l'analyse a été répétée sur un ensemble élargi de tissus humains. Par un recoupement des modules différentiellement exprimés, des phénomènes communs du vieillissement entre tissus sont apparus ainsi que des phénomènes spécifiques à certains tissus. L'analyse topologique, notamment de la déconnexion, des gènes inclus dans ces recoupements pour deux exemples, un phénomène commun et un phénomène spécifique, a à son tour permis la priorisation de gènes encore mal étudiés ou inconnus dans ces phénomènes. En finalité, les travaux présentés au cours de cette thèse auront amené à la création d'un outil utile à la communauté de biologistes comme bio-informaticiens pour faciliter l'accès à une analyse à a haut potentiel dans l'analyse du vieillissement et toute autre condition, notamment celles axées sur la dérégulation de l'expression systémique. / Gene co-expression network analysis is a tool that entered the transcriptomics analysis toolbox 15 years ago. By studying the variation in the synchronization of gene expression, this tool can reveal new genes involved in diseases or phenotypes whose expression alone is not significantly different. It is also able to detect groups of genes, or modules, that interact preferentially and on which it is possible to carry out an extended exploration. It is therefore possible to use knowledge-driven methods such as gene enrichment or phenotypic association, or data-driven methods such as topological analysis or differential co-expression. Nevertheless, this type of analysis is currently under-exploited compared to its potential, especially in certain diseases or phenotypes where the alteration is a disorganization of the system such as aging. In order to facilitate the use of this method by any researcher, an R software package available on Bioconductor and named GWENA has been developed. Organized as a simplified analysis pipeline from the construction of the network to the interpretation of the modules between different conditions, it is also the only current pipeline to integrate the differential co-expression. To assist the user, it includes numerous warnings about the integrity of the data entered and the plausibility of the results. In order to avoid having to use other software, it also contains a network visualization system. Finally, GWENA is a tool whose modular architecture allows it to evolve overtime. The effectiveness of GWENA has been demonstrated in a first study of human skeletal muscle aging, where a subset of genes was prioritized for the study of sarcopenia. It also allowed to clarify a network topology specific to aging and previously observed: the loss of network connectivity, or disconnection. Indeed, in parallel to the disconnection, a local reconnection located at the level of hub genes was observed thanks to GWENA. To study this topology on a large scale, the analysis was repeated on an extended set of human tissues. By cross-referencing differentially expressed modules, common aging phenomena between tissues were identified as well as tissue-specific phenomena. Topological analysis, including disconnection, of the genes included in these overlaps for two examples, a common and a specific phenomenon, in turn allowed the prioritization of genes still poorly studied or unknown in these phenomena. Overall, the work presented in this thesis will have led to the creation of a useful tool for the community of biologists as bioinformaticians to facilitate access to a high-potential analysis in the analysis of aging and any other condition, especially those focused on the deregulation of systemic expression.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique à trait complexe, c'est-à-dire possédant une composante génétique et une composante environnementale. Plusieurs gènes ont démontré leur implication dans la physiopathologie, mais une part de l'héritabilité de la maladie est toujours manquante. L’épigénétique pourrait contribuer à documenter une fraction de cette héritabilité. Parmi les gènes associés à l’asthme, la majorité exerce des fonctions connues qui sont reliées à l’activité de certaines cellules impliquées dans la physiopathologie du trait notamment la cellule épithéliale bronchique qui forme la première barrière contre les allergènes et les pathogènes de l'environnement. Ce type cellulaire est aussi reconnu pour sa composante immunologique puisqu'il peut sécréter des médiateurs de l'inflammation dont l'interleukine (IL) 33, l’un des gènes les plus rapportés comme étant associés à l’asthme. L’objectif du présent projet était d’évaluer l’impact de la méthylation de l’IL33 et de deux autres gènes de sa voie biologique (interleukin-1 receptor like 1 (IL1RL1) et éotaxine-3 (CCL26)) dans des cellules épithéliales bronchiques isolées de biopsies bronchiques d’individus asthmatiques. Ainsi, la méthylation de l'ADN a été mesurée chez 10 individus asthmatiques et 10 individus sains. Les promoteurs des gènes IL33 et CCL26 ont démontré un niveau de méthylation plus faible chez les personnes asthmatiques (Δβ=15%, p=0,005; Δβ=5%, p=0,009). Il a aussi été possible d'observer une expression génique plus élevée de CCL26 chez les individus asthmatiques (augmentation de 1,5 fois; p=0,04) et une tendance semblable pour les deux autres gènes malgré une absence de significativité (IL33 : augmentation de 4,3 fois; p=0,09; IL1RL1: augmentation de 1,5 fois; p=0,06), ce qui est en accord avec les résultats de méthylation. Finalement, le séquençage d'IL33 et de CCL26 a permis d'identifier 12 polymorphismes (SNP) dont trois d'entre eux étaient associés à une différence de méthylation pour le gène IL33 (Δβ=14%, p=0,05). Les résultats obtenus démontrent l'importance d'étudier le patron de méthylation des gènes associés au trait et de faire le lien de celui-ci avec la structure génétique des gènes ciblés afin de contribuer à documenter une partie de l’héritabilité inexpliquée de l’asthme.

L'utérus est un tissu complexe fonctionnant sous le contrôle d'hormones stéroïdiennes et hypophysaires, et faisant intervenir de nombreux facteurs. Les hormones stéroïdiennes ovariennes jouent un rôle particulièrement important au niveau des changements morphologiques et de la différenciation vasculaire de l'utérus. Bien que l'utérus tienne une place fondamentale dans le domaine de la fertilité et de la santé des femmes, les mécanismes hormonaux, cellulaires, et moléculaires qui contrôlent le fonctionnement de l'utérus ne sont pas entièrement définis. Ainsi, nos travaux visaient l'identification des gènes modulés par l'oestradiol (E2) et la dihydrotestostérone (DHT) dans l'utérus de souris ovariectomisées. Plus précisément, l'analyse de ces gènes avait pour but de caractériser ou de raffiner la compréhension des sentiers métaboliques et/ou signalétiques impliqués dans la régulation du fonctionnement de l'utérus, et ultimement, de déterminer des gènes pouvant potentiellement servir de cibles thérapeutiques. Mettant à profit les récentes avancées technologiques pour l'acquisition et l'analyse de données génomiques, nous avons entrepris l'étude détaillée du profil de l'expression génique induit par l'E2 ou la DHT dans l'utérus de souris. Ces investigations ont confirmé l'activation par E2 d'une série d'événements transcriptionnels, potentiellement impliqués dans le contrôle de l'effet utérotrophique de l'oestradiol. Il ressort également de nos analyses que la DHT module la transcription de gènes liés au contrôle du cycle cellulaire, et que cette hormone pourrait éventuellement participer aux modifications périodiques de la couche endométriale de l'utérus. Cette étude n'a toutefois pas encore permis la caractérisation de nouveaux sentiers métaboliques ou signalétiques. En résumé, les résultats présentés dans ce mémoire ont non seulement permis de préciser les profils d'expression génique induits par l'E2 ou la DHT dans l'utérus de souris, mais également de mettre en évidence les sentiers IGF1 (pour E2) et ATM/Gadd45g (pour DHT), et d'émettre ainsi de nouvelles hypothèses à tester par des approches de biologie moléculaire classique.

La technologie des microarrays est une technique d’analyse d’expression génique à grande échelle qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques (Shena et al, 2000). Dans notre étude nous avons employé cette technique pour mieux comprendre deux pathologies thyroïdiennes: les carcinomes papillaires (PTC) et les adénomes autonomes hyperfonctionnels.<p>L’étude des profils d’expression génique de 9 carcinomes papillaires thyroïdiens sporadiques et de 13 carcinomes papillaires post-Chernobyl a été effectuée en utilisant les lames commerciales de Perkin-Elmer (comportant 2400 cDNA) et en les comparant à leurs tissus normaux adjacents. Les PTC post-Tchernobyl constituent une population de cancers à cause bien définie puisqu’ils sont directement reliés à l’exposition du même agent mutagène, pendant une même période. L’étude des profils d’expression indique qu’il n’y a pas de signature génique spécifique permettant de distinguer les carcinomes papillaires sporadiques des post-Tchernobyl. La comparaison de ces profils d’expression à celui obtenu avec 13 adénomes autonomes a permis de mettre en évidence une signature de 6 gènes (créatine kinase B, annexine A1, clusterine, métallothionéine 1x, Fc fragment of IgG binding protein et tissue inhibitor of metalloproteinase 1) séparant les carcinomes papillaires malins des adénomes autonomes bénins. <p>Nous avons également analysé l’expression génique sur des mélanges de tumeurs et de leurs contrôles respectifs sur des lames à 17000 cDNA fabriquées au MAF (VIB Microarray Facility, Leuven). Un mélange de 14 cancers papillaires sporadiques, un mélange de 20 cancers papillaires provenant de la région de Tchernobyl et un mélange de 5 adénomes autonomes ont été analysés par microarray et comparés aux études existantes comme celles effectuées sur les lames Perkin-Elmer ou par d’autres groupes (Huang et al, 2001 ;Wasenius et al, 2003 ;Jarzab et al, 2005 ;Eszlinger et al, 2004). <p>De ces données microarray ont résulté des listes de gènes sur- et sous-exprimés dans les tumeurs comparées à leurs tissus normaux adjacents. Plusieurs gènes différentiellement exprimés ont déjà été confirmés dans différentes études réalisées aussi bien dans notre laboratoire que dans d’autres. Nous avons confirmé la modulation de plusieurs gènes intéressants par RT-PCR en temps réel (Taqman) ainsi que certaines modulations au niveau protéique (par Western Blot ou immunohistochimie). L’étude immunohistochimique nous a donné également des informations sur la distribution cellulaire et tissulaire de ces protéines. <p>La modulation d’expression génique dans ces tumeurs reflète des caractéristiques physiopathologiques connues (comme l’hyperactivité fonctionnelle, la faible augmentation de l’AMPc ou encore la diminution de l’apoptose dans les adénomes autonomes et la dédifférenciation ou l’invasivité dans les carcinomes papillaires), mais elle nous a également permis d’identifier des caractéristiques physiopathologiques jusqu’ici encore inconnues de ces tumeurs (comme la surexpression de la N-cadhérine et la diminution de la cavéoline1, deux marqueurs présumés de malignité, dans les tumeurs bénignes et un changement de population cellulaire aussi bien dans les adénomes autonomes que dans les carcinomes papillaires). Ces études nous ont donc permis de définir des gènes potentiellement importants dans la pathologie des différentes tumeurs étudiées, mais également des nouveaux marqueurs diagnostiques potentiels. Ainsi, l’étude immunohistochimique sur des tissu-arrays nous a permis de confirmer la surexpression de l’annexine A1 dans les carcinomes papillaires et de la créatine kinase B dans les adénomes autonomes et pas dans les autres tumeurs thyroïdiennes étudiées. L’immunomarquage de ces protéines nous a également aidé à définir la malignité d’une série d’adénomes atypiques. L’annexine A1 est un marqueur potentiel particulièrement intéressant car cette protéine n’est fortement exprimée que dans les carcinomes papillaires. Une hypothèse, encore à confirmer, sur sa fonction dans cette pathologie est décrite dans ce travail. Finalement, nous avons émis une hypothèse expliquant la raison pour laquelle les réarrangements Ret/PTC mènent à la formation de carcinomes papillaires, tandis qu’une mutation activatrice de Ras, l’effecteur directe du récepteur à activité tyrosine kinase Ret, mène à la formation de tumeurs folliculaires. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pour améliorer la compétitivité de l'industrie porcine, le porc canadien doit être attrayant et présenter un avantage unique qui permettrait à cette industrie de se démarquer des autres produits alimentaires. La carnosine pourrait offrir un tel avantage et ainsi aider l'industrie porcine à obtenir une plus grande part de marché, tout en modifiant les perceptions négatives liées à la consommation de viande. La carnosine fut, en 1900, le premier peptide jamais isolé à partir de matériel biologique. Chez l'homme, certaines propriétés curatives ont été associées à la consommation de carnosine. Ces propriétés peuvent être expliquées, en partie, par la capacité de la carnosine à inhiber la glycation non enzymatique des protéines et leurs agrégations au cours du vieillissement. Mais son potentiel d'améliorer la qualité de la viande de porc est tout aussi intéressant à développer. En effet, la carnosine musculaire agirait comme tampon de pH, ce qui permettrait de ralentir l’acidification dans le muscle squelettique. La carnosine présente également des propriétés antioxydantes, ce qui peut aussi contribuer à améliorer la qualité de la viande. Ce projet de maîtrise fait partie d’un programme de recherche plus large ayant pour objectif d'augmenter la teneur en carnosine musculaire chez le porc en croissance afin de différencier et de donner une valeur ajoutée au porc canadien. Dans cette étude, nous avons supposé qu’un contenu élevé en carnosine musculaire serait associé à de meilleurs paramètres de qualité de la viande chez le porc en croissance et que l'expression des gènes liés au métabolisme de la carnosine serait modulée chez les porcs ayant différents niveaux de carnosine musculaire, de même que dans les muscles de porcs de différentes races. En second lieu, nous avons supposé que des polymorphismes d'un seul nucléotide (SNP), observés sur les gènes liés au métabolisme de la carnosine, pourraient aussi affecter le dépôt de carnosine musculaire chez le porc. Un total de 282 porcs de race pure a été utilisé pour ce projet, incluant 85 Duroc, 92 Landrace et 105 Yorkshire, lesquels provenaient de 16 producteurs différents à travers le Canada. Ces porcs sont entrés à la station de Deschambault (Québec, Canada) entre 10 à 16 jours d’âge, ont tous été élevés dans des conditions similaires et abattus à 120 kg de poids vif. Les carcasses ont été suivies individuellement à l’abattoir pour permettre l’échantillonnage du muscle longissimus thoracis immédiatement après la mort de l’animal et de prendre les mesures de qualité de la viande, 24 h postmortem. Les valeurs de qualité de la viande et de carnosine musculaire étaient disponibles au début de ce projet de maîtrise (projet de recherche antérieur). Dans un premier temps, les niveaux d’expression génique de gènes du métabolisme de la carnosine ont été mesurés par la méthode de PCR en temps réel. Les gènes sélectionnés incluent des enzymes (ABAT, 4-aminobutyrate aminotransferase; CARNS1, carnosine synthase 1; CNDP1, CNDP dipeptidase 1; CNDP2, CNDP dipeptidase 2; HDC, histidine decarboxylase) et des transporteurs (SLC6A6, solute carrier family 6, member 6; SLC15A1, solute carrier family 15, member 1; SLC15A2, solute carrier family 15, member 2; SLC15A3, solute carrier family 15, member 3; SLC15A4, solute carrier family 15, member 4; SLC36A1, solute carrier family 36, member 1) reliés au métabolisme de la carnosine. Les gènes ABAT, CDNP1, HDC, SLC15A1 et SLC15A2 ont été abandonnés puisque leurs transcrits étaient indétectables ou présents à de très faibles quantités. En ce qui concerne les autres gènes, l’analyse des résultats a révélé un effet de race pour l’expression génique de CARNS1, CNDP2 et SLC36A1, les valeurs les plus élevées étant observées chez les porcs de race Duroc, lesquels présentent également des niveaux plus élevés en carnosine musculaire. Pour chaque race, les animaux ont été regroupés en trois catégories selon leur teneur en carnosine musculaire (Bas, Moyen et Élevé). Pour les Duroc, l'abondance en ARNm de la CARNS1 est plus élevée pour le groupe Bas que pour les groupes Moyen et Élevé en carnosine. Ce résultat laisse croire à un possible rétrocontrôle de la carnosine musculaire sur la transcription de la CARNS1, l’enzyme responsable de sa synthèse. Pour les gènes SLC15A3 et SLC15A4, nous observons des niveaux d’ARNm plus élevés chez les animaux à haute teneur en carnosine. Ainsi, des niveaux plus élevés de carnosine musculaire pourraient entrainer une augmentation de la transcription de SLC15A3 et SLC15A4, deux gènes impliqués dans le transport de la carnosine. Dans un deuxième temps, l’effet de la quantité de carnosine musculaire sur différents caractères de qualité de la viande a aussi été étudié. Ces résultats nous démontrent que les porcs ayant des niveaux de carnosine élevés, présentent également une meilleure qualité de la viande, tel que démontré par un pH à 24h plus élevé, une meilleure capacité de rétention d’eau et une diminution des indices de couleur b* (couleur jaune) et L* (luminance).Enfin, une recherche de polymorphismes d’ADN a aussi été effectuée sur quatre gènes cibles (CARNS1, SLC6A6, SLC15A3 et SLC15A4) ayant un fort potentiel d’affecter les niveaux de carnosine musculaire. Les séquences codantes et 3’UTR de chacun de ces gènes ont tout d’abord été séquencées sur une population restreinte de 28 Duroc, 27 Landrace et 30 Yorkshire, incluant des porcs présentant de faibles et de hauts niveaux de carnosine musculaire. Un total de 27 SNPs ont été identifiés pour ces quatre gènes. De ce nombre, quatre SNPs furent sélectionnés pour effectuer le génotypage de la population entière (n = 590). De ces SNPs, deux entrainent un changement d’acide aminé dans le gène SLC15A4 (SNP c.658A>G : Ile220Val; SNP c.818G>A : Ser273Asn)) et deux autres SNPs dans le gène SLC15A3 se retrouvent sur un site reconnu par un micro-ARN (c.*35C>T and c.*52C>T). Des analyses d’association ont ensuite été effectuées afin de déterminer l’effet des différents SNPs et diplotypes sur les caractères de qualité de la viande et sur les niveaux de carnosine et d’ansérine (analogue méthylé de la carnosine). Nos résultats démontrent qu’une sélection en faveur du génotype c.658AA ou du diplotype AA/GG pour le gène SLC15A4 résulterait en une augmentation de carnosine musculaire et une amélioration de certains paramètres de qualité de la viande tels que la couleur, la rétention d’eau et le pH à 24 h. Collectivement ces résultats montrent que les porcs présentant de hauts niveaux de carnosine musculaire présentent également une meilleure qualité de la viande. De plus, les niveaux d’expression de certains gènes du métabolisme de la carnosine sont modulés selon la race de porc (influence génétique possible) et aussi selon le contenu de carnosine musculaire. Enfin, une amélioration générale de la qualité de la viande serait possible par la sélection d’allèles favorables du gène SLC15A4. Cependant, les fréquences observées pour les allèles mineures du SNP c.658A>G (i.e. Duroc, 0.01; Landrace, 0.09) suggèrent une amélioration génétique limitée chez les Duroc et les Landrace.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus répandu dans le monde avec plus d’un million de patients diagnostiqués chaque année, dont 50% auront une évolution métastatique de leur maladie. Les récentes études pour améliorer les traitements du cancer colorectal métastatique (CCRm) ont permis le développement d’anticorps monoclonaux, le cetuximab et le panitumumab, capables d’inhiber l’activation des récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR) et les voies de signalisation en aval (RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR), responsables de la croissance cellulaire, la prolifération, l’inhibition de l’apoptose, l’invasion et de l’évolution métastatique. Cependant, dans les études incluant des patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage », c’est à dire exemptes de mutation des gènes KRAS et NRAS, le taux de réponse aux thérapies à base de cetuximab ou du panitumumab sont de l’ordre de 40 à 60% seulement, ce qui signifie qu’une grande partie des patients traités échappent au traitement par le biais d’autres mécanismes. La présence d’altérations d’autres gènes comme PIK3CA, BRAF est responsable en partie des cas où les patients ne présentent pas de réponse. De plus, la surexpression ou l’altération de protéine comme PTEN, PI3K, AKT impliquées dans les voies de signalisation RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR peuvent avoir un impact significatif sur la prolifération cellulaire ou l’apoptose. L’absence ou la surexpression des protéines sous leur forme active phosphorylée pourrait présenter un intérêt pour prédire la réponse aux anti-EGFR chez les patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage ». Dans ce travail, nous avons tout d’abord développé des techniques pour le génotypage des gènes RAS et PIK3CA à partir d’échantillons de tumeurs colorectales fixées au formol et incluses en paraffine, puis dans un second temps, nous avons validé ces méthodes selon la norme ISO 15189, puis dans un dernier temps, nous avons étudié l’expression des phosphoprotéines en aval des récepteurs à l’EGF ainsi que les statuts mutationnels des gènes KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA à partir de 100 échantillons de tumeurs congelées issues de patients atteints d’un CCRm et traités par un anti-EGFR. Sur 100 échantillons de tumeurs, 60 ne présentaient pas de mutation des gènes RAS. Parmi les patients dont les tumeurs ne présentaient pas de mutation des gènes RAS, 45,0% présentaient une réponse tumorale partielle ou complète et 55,0% étaient en maladie stable ou évolutive lorsqu’ils étaient traités par un anti-EGFR. Les patients dont les tumeurs présentaient une mutation des gènes RAS avaient une survie sans progression (PFS) significativement plus faible (HR=3.04 [1.91; 4.83];p<0.001) ainsi qu’une survie globale (OS) plus faible (HR=2.49 [1.56; 3.97];p<0.001). La PFS et la survie globale (OS) étaient significativement plus élevées chez les patients dont les tumeurs étaient « RAS sauvage ». L’expression de pAKT, pERK1/2 et pMEK1 étaient significativement plus faibles chez les patients dont les tumeurs étaient sauvages que chez les patients présentant des tumeurs RAS mutées (p=0,0246 ; p=0,004 ; p=0,0110 respectivement) et aucune différence significative d’expression entre les tumeurs RAS sauvage et RAS mutées n’a été démontrée pour pEGFR, pGSK3, pIGFR et pP90SRK. Chez les patients présentant des tumeurs RAS sauvage, le taux de réponse était significativement supérieur pour les tumeurs surexprimant pEGFR et pAKT au dessus des seuils calculés (p=0,0258 et p=0,0277 respectivement). Aucune différence significative n’a été trouvée entre le taux de réponse et l’expression des autres phosphoprotéines. Notre étude montre qu’associer la mesure de l’expression des phosphoprotéines de signalisation en aval d’EGFR, à l’analyse du statut mutationnel des gènes RAS, BRAF, PIK3CA pourrait présenter un intérêt dans la prédiction de la réponse aux thérapies anti-EGFR chez les patients atteints d’un cancer colorectal métastatique / Colorectal cancer is the third most common cancer worldwide with more than one million patients diagnosed each year, among 50% will develop metastatic disease. Recent efforts to improve the treatment of metastatic colorectal cancer (mCRC) has led to the development of monoclonal antibodies such as cetuximab and panitumumab, that inhibit the activation of the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) and its downstream pathways (namely RAS/RAF/MAPK and PI3K/AKT/mTOR) that promote cell growth, proliferation, inhibition of apoptosis, invasion and metastasis. However, from studies including “RAS wild-type” i.e. KRAS and NRAS wild-type tumors, the response rates to cetuximab or panitumumab therapy ranged from only 40 to 60% which results in a large fraction of patients without any known causes for treatment failure. The presence of alterations in other genes such as PIK3CA or BRAF in the EGFR-dependent signaling pathways is responsible for some of the non-responding cases. Moreover, overexpression or alterations of proteins such as PTEN, PI3K, AKT, involved in the RAS/RAF/MAPK or PI3K/AKT/mTOR signaling pathways can have a significant impact on cell proliferation or apoptosis. Absence or overexpression of proteins under their active phosphorylated forms may be of interest to predict response to anti-EGFR in RAS wild-type patients. In this work, we first developed assays to assess RAS and PIK3CA mutations in formalin fixed paraffin embedded colorectal tumors, then we validated these assays according to ISO 15189 and we finally studied expression of downstream signalling phosphoproteins and KRAS, NRAS, BRAF and PIK3CA status in 100 frozen samples of patients with mCRC and treated with anti-EGFR. Among the 100 tumor samples, 60 were RAS wild-type. Among the RAS wild-type patients, 45.0% achieved a complete or partial response, and 55.0% had a stable disease or progression (p<0.001) when treated with anti-EGFR. Patients with a RAS mutation had significant lower progression-free survival (PFS) (HR=3.04[1.91; 4.83];p<0.001) and overall survival (OS) (HR=2.49[1.56; 3.97];p<0.001). PFS and OS were significantly higher in RAS wild-type patients. Expression of pAKT, pERK1/2 and pMEK1 was significantly lower in RAS wild-type patients than in RAS mutated patients (p=0.0246; p=0.004; p=0.0110 respectively) and no significant difference was observed between RAS wild-type and RAS mutated tumors in the expression of pEGFR, pGSK3, pIGFR, pP70S6K and pP90SRK. In RAS wild-type patients, response rate was significantly higher for tumors that overexpressed pEGFR and pAKT above the calculated threshold (p=0.0258 and p=0.0277 respectively). No significant relation was found between response rate and the level of expression of the other phosphoproteins. Our study shows that combining the analysis of the expression of EGFR downstream signalling phosphoproteins, RAS, BRAF or PIK3CA status could be of interest to predict the response to anti-EGFR therapies in patients with mCRC

Une meilleure connaissance des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la régulation de l’expression lentivirale est essentielle pour (i) maitriser l’expression d’un transgène dans le cadre d’un transfert de gène et (ii) mieux comprendre l’absence/la perte de l’expression du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) observé en cas de latence virale après infection. Dans ce contexte, les facteurs cellulaires impliqués dans la reconnaissance et la réparation des cassures de l'ADN, activés dès les étapes précoces du cycle viral, pourraient participer au contrôle de l’expression rétrovirale. Dans la première partie de cette étude, nous avons généré une collection de vecteurs lentiviraux codant le transgène green fluorescent protein (gfp) avec des design variés : promoteur du VIH-1 [long terminal repeat (LTRs)] ou d’origine hétérologue [e.g., promoteur viral CMV (cytomegalovirus), ou humain PGK (phosphoglycerate kinase)], intégrase native ou mutée, LTRs natifs ou self inactivating (SIN). En particulier, nous avons caractérisé l’impact de l’insertion de différentes séquences hétérologues au sein des SIN-LTRs sur l’expression du transgène gfp au cours du temps dans un contexte compétent ou déficient pour l’intégration. Nous avons mis en évidence un phénomène de modulation du niveau d’expression du transgène (d’un facteur 0,3 à 1,8; comparé aux vecteurs sans insertion) qui est dépendant de la séquence insérée et de son orientation. L’expression transgénique résulterait donc d’une balance coûts/bénéfices associés à l’insertion d’éléments aux extrémités des vecteurs qui pourrait déterminer le niveau d’expression du transgène à partir de vecteurs modifiés. Dans la seconde partie, nous avons réalisé une analyse systématique et comparative de l’expression lentivirale au sein des cellules humaines de carcinome de côlon HCT 116 déplétées pour le complexe Ku. Ce complexe, qui est essentiel à la survie chez l’homme et est impliqué dans les processus de réparation de l’ADN, a été identifié comme une cible anti-VIH potentielle. Nous avons mis en évidence que la déplétion en Ku induit une diminution de l’expression précoce du VIH-1 de façon spécifique du LTR et indépendante de Tat. Même si l’action de Ku nécessite l’intégration du VIH-1, sa déplétion ne modifie pas l’efficacité d’intégration virale mais agit plutôt au niveau transcriptionnel. Da façon importante, la réactivation de l’expression du transgène après traitement par l’activateur de NF-κB (Nuclear Factor κB), le TNFα (tumor necrosis factor α) ou un inhibiteur des déacétylases d’histones, la trichostatine A est favorisée par la déplétion en Ku. A l’inverse, en présence d’un niveau normal en Ku, les cellules exprimant le VIH-1 seraient contre-sélectionnées dans le temps. Ainsi, la déplétion en Ku pourrait promouvoir l’établissement d’un état (reactivable) de latence transcriptionelle associé à une moindre contre-sélection des cellules transduites. Les résultats issus de ce travail de thèse démontrent que l’expression lentivirale varie en fonction de nombreux paramètres, dont (i) le design des vecteurs, (ii) le type cellulaire transduit et son fond génétique, et (iii) le temps écoulé depuis la transduction, reflétant ainsi des interactions différentielles entre le vecteur et son hôte. / An improved knowledge of the viral and cellular determinants implicated in the regulation of the lentiviral gene expression is crucial (i) for a better control of transgene expression in strategies designed for gene transfer and (ii) for uncovering the mechanisms of viral latency observed after infection with the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and accounting for the absence/loss of HIV-1 expression. Cellular factors involved in the mechanism of detecting/repairing DNA lesions are largely activated during the initial steps of viral cycle and, thus, may participate in the control of lentiviral expression. In the first part of this study, we generated a set of lentiviral vectors encoding for the transgene green fluorescent protein (gfp) with various design: the original promoter [long terminal repeat (LTRs)] or of heterologuous origins (e.g., the viral cytomegalovirus, CMV or the human phosphoglycerate kinase, PGK), wild-type or mutated integrase and wild-type or self inactivating (SIN) LTRs. By taking advantage of these constructs, we characterized the impact of the insertion of distinct heterologuous sequences within SIN-LTRs on the expression of gfp over the time in conditions of proficiency or deficiency for the integration. We put in evidence a phenomenon of modulation of the level of the transgene expression due to the insertion (by a factor of 0.3 to 1.8, as compared to vectors without insert) that was dependant from the nature and/or the orientation of the insert. We speculate that a balance between the costs and the benefits associated to insertion at the extremities of lentiviral vectors may dictates the level expression of transgene from this engineered construct.In the second part, we performed a systematic and comparative analysis of the lentiviral expression on human HCT 116 colon carcinoma cells depleted from the complex Ku. This complex, which is essential for the survival in humans and has a described role in DNA repair process, has been previously identified as a potential target against HIV-1. Here, we showed that Ku depletion induced a decrease of the HIV-1 early expression in a fashion that was specific for LTR and independent from Tat. Although Ku action needed HIV-1 integration to host genome, its depletion did not modify the viral integration efficiency but rather acted at transcriptional level. Importantly, the reactivation of transgene expression by administering either the NF-κB (Nuclear Factor κB) activator, tumor necrosis factor α (TNFα) or the histone deacetylase inhibitor named trichostatin A was favored in a condition of Ku depletion. On the contrary, in presence of normal level of Ku, cells expressing HIV-1 displayed a high level of counter-selection over the time. Thus, our observations pleased to favor the hypothesis that Ku depletion promotes the establishment of a state of (reactivable) transcriptional latency associated to a lesser counter-selection of transduced cells. Altogether, the results obtained during this thesis demonstrate that lentiviral expression vary depending on (i) specific vector design, (ii) the transduced cell line and its genetic backbone, and (iii) the time elapse from transduction, as a consequence of modified interactions between the vector and its host.

L'acide abscissique (ABA) est une phytohormone universellement conservée dans les plantes terrestres qui coordonne plusieurs aspects de la réponse des plantes au déficit hydrique telles que l'architecture de la racine, la dormance des graines et la régulation de la fermeture des stomates. Un mécanisme de transduction du signal de l'ABA a été proposé incluant des récepteurs intracellulaires (ABA PYR/PYL/RCARs) qui coopèrent avec les phosphatases PP2Cs et des protéines kinases SnRK2 régulant ce système tripartite. Le but de cette étude était d'identifier et de caractériser pour la première fois les gènes orthologues de ce système tripartite chez Coffea. Ainsi, les séquences de protéines d'Arabidopsis, de citrus, du riz, du raisin, de la tomate et de la pomme de terre ont été choisis pour la requête des gènes orthologues dans le Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). L'expression différentielle dans les tissus tels que les feuilles, les graines, les racines et les organes floraux a été vérifié par le biais des analyses in silico. L'expression des gènes in vivo a été également réalisée par RT-qPCR dans les feuilles et les racines des clones Conilon de C. canephora tolérant (DT 14, 73 et 120) et susceptibles soumis (ou non) à la sécheresse (DS 22). Les profils d'expression des genes du système tripartite CcPYL-PP2C-SnRK2 ont également été analysés dans des feuilles de C. arabica (Ca) et de C. canephora (Cc) cultivées dans des conditions hydroponiques et soumis à un traitement d´ABA exogène (500 uM). Cette approche a permis l'identification et la caractérisation de 24 gènes candidats (9 PYR/PYL/RCARs, 6 PP2Cs et 9 SnRK2s) dans le génome de Cc. Les motifs protéiques identifiés dans les séquences de café ont permis la caractérisation de ces gènes comme des membres de la famille des récepteurs PYL /RCARs, les phosphatases PP2Cs ou kinase SnRK2 de la voie de réponse dépendante d'ABA. Ces familles ont été fonctionnellement annotés dans le génome de Cc. Les analyses in vivo ont révélées que huit gènes étaient surexprimé en condition de sécheresse dans les feuilles et les racines. Parmi eux, trois gènes codant phosphatases se sont exprimés dans tous les clones (DT et DS), suggèrant qu'ils ont été activés comme une réponse générale face au stress de la sécheresse. Cependant, deux autres gènes de la phosphatase de codage n´ont été surexprimé que dans les clones DT, suggèrant qu'ils constituent les principaux gènes de tolérance à la sécheresse chez ces clones. Les clones DT ont également montré des profils d'expression génique différents pour les cinq autres gènes, renforçant ainsi l'idée que des multiples mécanismes biologiques sont impliqués dans la tolérance à la sécheresse en Cc. En réponse à l´ABA exogène, 17 gènes se sont exprimés dans les feuilles des plantes Cc et Ca. Plusieurs gènes se sont exprimés differament chez le clone DT 14, soit en traitement contrôle ou après 24h de traitement avec ABA. En condition contrôle, cinq gènes se sont surexprimés aussi bien chez le Cc que chez le Ca DT. La kinase CcSnRK2.6 a été soulignée comme un gène exprimé spécifiquement chez le Cc (DT et DS) après 72h de traitement avec ABA. En géneral, on a observé que la voie de signalisation de l'ABA est retardée chez le DS Ca Rubi. Ces preuves moléculaires sont confirmées par des analyses de microscopie montrant que le clone DT 14 était plus efficace dans le contrôle de la fermeture des stomates que d'autres plantes de café en réponse au traitement d´ABA. Tous ces évidences nous aideront à identifier le déterminisme génétique de la tolérance à la sécheresse par la voie de l´ABA, essentielle pour obtenir des marqueurs moléculaires qui pourraient être utiles dans les programmes de sélection du café. / Abscisic acid (ABA) is a phytohormone universally conserved in land plants which coordinates several aspects of the plant response to water deficit such as root architecture, seed dormancy and regulation of stomatal closure. A mechanism of ABA signal transduction has been proposed, evolving intracellular ABA receptors (PYR/PYL/RCARs) interacting with PP2Cs phosphatases and SnRK2 protein kinases regulating this tripartite protein system. The goal of this study was to identify and characterize for the first time the orthologs genes of this tripartite system in Coffea. For this purpose, protein sequences from Arabidopsis, citrus, rice, grape, tomato and potato were chosen as query to search orthologous genes in the Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). Differential expression in tissues as leaves, seeds, roots and floral organs was checked through in silico analyses. In vivo gene expression analyses were also performed by RT-qPCR in leaves and roots of drought-tolerant (DT 14, 73 and 120) and drought-susceptible (DS 22) C. canephora Conilon clones submitted (or not) to drought. The expression profiles of the tripartite system CcPYL-PP2C-SnRK2 genes were also analyzed in leaves of C. arabica (Ca) and C. canephora (Cc) plants grown under hydroponic condition and submitted to exogenous ABA treatment (500 µM). This approach allowed the identification and characterization of 24 candidate genes (9 PYL/RCARs, 6 PP2Cs and 9 SnRK2s) in Cc genome. The protein motifs identified in the predict coffee sequences enabled characterize these genes as family’s members of PYL/RCARs receptors, PP2Cs phosphatases or SnRK2 kinases of the ABA-dependent response pathway. These families were functionally annotated in the Cc genome. In vivo analyses revealed that eight genes were up-regulated under drought conditions in both leaves and roots tissues. Among them, three genes coding phosphatases were expressed in all (DT and DS) clones therefore suggesting that they were activated as a general response to cope with drought stress. However, two other phosphatase coding genes were up-regulated only in the DT clones, suggesting that they constitute key-genes for drought tolerance in these clones. The DT clones also showed differential gene expression profiles for five other genes thus reinforcing the idea that multiple biological mechanisms are involved in drought tolerance in Cc. In response to exogenous ABA, 17 genes were expressed in leaves of Cc and Ca plants. Several genes were differentially expressed in the DT clone 14 either in control condition or after 24h with ABA treatment. Under control condition, five genes were higher expressed as in the Cc as in Ca DT plants. The kinase CcSnRK2.6 was highlighted as a gene specifically expressed in the Cc plants (DT and DS) after 72h of ABA treatment. Overall, it was observed that ABA signaling pathway is delayed in the DS C. arabica Rubi. Those molecular evidences corroborated with microscopies analyses which showed that the DT clone 14 was more efficient to control the stomatal closure than other coffee plants in response to ABA treatment. All these evidences will help us to identify the genetic determinism of drought tolerance through ABA pathway essential to obtain molecular markers that could be used in coffee breeding programs