Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Au niveau plasmatique, les différentes classes de lipides sont transportées par des complexes macromoléculaires communément appelés lipoprotéines. Ces dernières sont caractérisées par la présence d'une ou plusieurs protéines (ou apolipoprotéines) qui leur confèrent des propriétés déterminant leur structure, ainsi que leur métabolisme intravasculaire. Parmi ces apolipoprotéines, l'apo A-IV se distingue par son rôle et ses multiples fonctions. L'apo A-IV humaine est une glycoprotéine de 46-kd synthétisée exclusivement par l'intestin. Dans le plasma, cette apolipoprotéine est retrouvée sous forme libre ou associée aux lipoprotéines riches en triglycérides (les chylomicrons et les VLDL) et aux lipoprotéines de haute densité (HDL). Elle est étroitement impliquée dans le métabolisme des lipoprotéines en modulant les activités de la lipoprotéine lipase (LPL) et de la lécithine :cholestérol acyltransférase (LCAT), le flux du cholestérol périphérique, le transport inverse du cholestérol et le métabolisme intravasculaire des HDL. Grâce à ces mécanismes, l'apo A-IV réduit considérablement le risque de développer l'athérosclérose. Au niveau du système nerveux central, l'apo A-IV agirait en tant que signal de satiété et serait donc en mesure de réduire l'apport alimentaire. Par ailleurs, l'augmentation des taux de synthèse et de sécrétion de l'apo A-IV suit étroitement un repas riche en matières grasses, ce qui établit, de manière évidente, une relation entre le métabolisme lipidique et l'appétit. Dans le même ordre d'idées, de très récentes découvertes confèrent à l'apo A-IV un rôle de neurotransmetteur et de neuromodulateur capable d'inhiber la sécrétion de l'acide et de la vidange gastriques. En outre, l'apo A-IV peut être régulée par de nombreux facteurs tels que: diverses hormones (hormones thyroïdiennes, insuline, glucocorticoïdes, oestrogènes) stade du développement, plusieurs nutriments (matières grasses, protéines, glucides et nucléotides), ainsi que les fibrates. Le dernier type d'influence est de nature biliaire. Cependant, les composantes biliaires responsables n'ont pas encore été identifiées. Étant donné les nombreuses fonctions importantes de l'apo A-IV, on doit accorder une attention particulière à l'élucidation des mécanismes contrôlant la synthèse et la sécrétion de cette apolipoprotéine. Même si le processus d'absorption des matières grasses module l'apo A-IV intestinale, l'influence des différentes classes d'acides gras sur l'expression génique et la synthèse protéique demeure jusqu'à ce jour inconnue. Par conséquent, l'objectif de ce projet est d'évaluer les effets modulatoires des acides gras oléique (n-9), linoléique (n-6), linolénique (n-3) et docosahexaéndique (n-3) sur l'expression génique, la synthèse protéique et la concentration de l'apo A-IV, et ce, lors de deux périodes d'incubation, l'une de courte durée (30 minutes) et la deuxième, de longue durée (20 heures). Le modèle intestinal utilisé est représenté par les cellules Caco-2, puisque cette lignée cellulaire détient un nombre considérable de caractéristiques morphologiques et biochimiques des entérocytes et récapitule même une partie de leurs fonctions telles que l'absorption et le transport. De plus, dans notre laboratoire ce type de cellules s'est avéré à plusieurs reprises, un modèle approprié lorsqu'on a procédé à l'investigation de la sécrétion des apolipoprotéines. La détermination des niveaux d'ARNm est effectuée par « RT-PCR », combinée à l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide (5%) et à la quantification par Phosphorlmager. La synthèse de l'apo A-IV est mesurée par l'incorporation d'un précurseur radioactif (35[S]-méthionine) et sa concentration par chimiluminescence. Nos résultats révèlent qu'à 30 minutes, la synthèse de novo est abaissée, ce qui se traduit par une diminution des niveaux d'apo A-IV. Par contre, à plus long terme (20 heures), ces deux paramètres sont augmentés en présence d'acides gras. En outre, nos observations mettent en évidence l'augmentation des niveaux d'ARNm d'apo A-IV qui sont certainement responsables de sa biogénèse. Nos données démontrent donc que les acides gras sont en mesure de moduler l'apo A-IV au niveau transcriptionnel. De plus, les acides oléique et docosahéxaénoique semblent avoir un effet plus prononcé que les deux autres acides gras. Cependant, le degré d'insaturation et la longueur de la chaîne carbonée ne semblent exercer aucune influence. En concluant, les présentes données apportent un éclairage nouveau sur le rôle des acides gras monoinsaturés et polyinsaturés. Ces derniers induisent la synthèse de l'apo A-IV, un facteur préventif de l'athérosclérose et limitant la prise excessive d'aliments.

L'asthme est un trait complexe dont le phénotype est régulé par l'interaction de nombreux gènes et de l'environnement. Étant donné sa variabilité phénotypique, plusieurs individus asthmatiques ne répondent pas à la médication disponible. La recherche de nouvelles voies biologiques impliquées dans l'asthme est donc nécessaire. Les études d'expression génomique et les études d'association génomique (GWAS) permettent d'avoir une vue d'ensemble sur les gènes impliqués dans le développement d'un phénotype sans être biaisé par les connaissances actuelles et pourraient permettre la découverte de ces nouvelles voies. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, une étude d'expression génomique a été utilisée pour caractériser les macrophages alvéolaires des individus asthmatiques en comparaison aux individus témoins. Cette étude a permis de cibler la famille des heat shock proteins (HSP), et plus particulièrement le gène HSPD1. De plus, la comparaison des données obtenues d'une étude d'expression génomique antérieure avec celles d'une étude récente a permis de démontrer que les études d'expression génomique sont un outil de sélection pertinent pour cibler de nouveaux gènes d'intérêt. La deuxième partie de cette thèse fait suite à la première GWAS effectuée dans l'asthme. Deux études présentées dans cette thèse ont permis de valider l'association des variants de la région 17q21 avec l'asthme dans un échantillon indépendant. Elles ont également permis d'initier la compréhension du mécanisme d'action par lequel ces variants régulent l'expression de certains gènes de cette région. Des études pour définir l'implication de HSPD1 dans les fonctions du macrophage alvéolaire ainsi que pour valider l'implication des gènes GSDMB, ORMDL3 et ZPBP2 dans l'asthme sont nécessaires afin de valider leur intérêt dans la recherche sur cette pathologie. Finalement, les différents éléments présentés dans cette thèse démontrent l'intérêt des techniques génomiques pour cibler de nouvelles voies biologiques liées au développement d'un phénotype en particulier.

L'objectif de mon travail de doctorat consistait à explorer l'expression génique du cumulus au regard de la compétence au développement de l'ovocyte bovin. Cette exploration tire son intérêt des nombreuses démonstrations du rôle crucial du cumulus auprès de l'ovocyte mammalien. En premier lieu, nous avons appliqué à des vaches de race laitière, un protocole de stimulation ovarienne permettant la modulation de la compétence ovocytaire, en agissant sur la différenciation folliculaire, via l'hormone folliculo-stimulante (FSH). Trois variantes de la compétence développementale de l'ovocyte ont ainsi pu être obtenues : acquisition de compétence en cours, compétence acquise et déclin de compétence. En dépit des différences modérées de compétence engendrées, le transcriptome des cellules du cumulus les reflète quand même. Ces variations bien que minimes, de l'expression génique du cumulus, appuient l'idée générale que la compétence ovocytaire serait le résultat non seulement de changements substantiels par l'environnement, mais aussi d'une régulation beaucoup plus fine des mécanismes folliculaires.Suite aux résultats de la première étude, nous avons voulu obtenir un portrait transcriptomique du cumulus plus contrasté. Pour ce faire, des biopsies de cumulus ont été réalisées sur des complexes ovocyte-cumulus (COC) d'abattoir suivis individuellement, de leur maturation à leur développement in vitro, et catégorisés selon que le développement ce soit arrêté à 2-8 cellules – i.e. avant l'activation du génome embryonnaire – ou qu'il se soit poursuivi jusqu'au stade de blastocyste. De cette manière, les cumuli associés à la formation d'un blastocyste, et donc à des ovocytes compétents, montrent une expression génique clairement différente de ceux dont le développement embryonnaire a échoué. Ces différences concernent des fonctions telles que : la modification post-traductionnelle, le repli des protéines, le métabolisme des acides aminés, la dégradation des protéines ou encore l'épuration des radicaux libres qui se trouvent surexprimées dans les cumuli compétents. Dans un troisième temps, c'est l'implication de l'hormone lutéinisante (LH) dans l'expression génique du cumulus qui a été évaluée. Le même protocole que celui de la première étude a été appliqué, en rajoutant cette fois des injections de Cétrorelix afin de supprimer la sécrétion de LH en fin de croissance folliculaire – i.e. lors de l'acquisition de la compétence au développement. Bien que l'absence de LH n'ait pas eu d'impact significatif sur la compétence ovocytaire, le transcriptome du cumulus a lui été significativement affecté. Ainsi, l'expression de fonctions comme la survie, la prolifération ou la croissance du follicule est inhibée par l'absence de LH. Par ailleurs, des fonctions de maintenance cellulaire telles que la transcription, le métabolisme des acides aminés et des protéines, ainsi que la production d'énergie semblent également pâtir de cette absence. Le soutien de la LH serait donc important pour les fonctions du cumulus lors de la maturation finale du follicule. Finalement, la présence du récepteur à la LH (R-LH) dans le cumulus bovin étant controversée dans la littérature, nous avons cherché à suivre l'expression génique de ce R-LH dans les cellules de COC en cours de maturation in vitro. Nous avons également examiné l'expression de la mévalonate kinase (MVK), dont le transcrit est reconnu en tant que régulateur de l'expression du R-LH ; et aussi surveillé l'expression de différentes enzymes stéroïdogènes ainsi que celle du récepteur à la progestérone (PGR). Le suivi d'expression génique a été réalisé à intervalles de trois heures, de 0 à 24 h de maturation, et n'a pour autant pas permis de détecter la présence de transcrits du R-LH dans le cumulus, tandis que l'expression génique de la MVK augmente au cours de la maturation. Les transcrits des enzymes stéroïdogènes STAR et HSD3β, bien que faiblement exprimés, ont été retrouvés ; et l'expression de CYP11A1 et PGR quant à elle augmente pendant la maturation. Ainsi, d'une part, la supplémentation en LH des milieux de maturation ne semble pas pertinente chez le bovin ; d'autre part, le cumulus pourrait être capable d'utiliser le cholestérol pour la stéroïdogenèse et de répondre à une stimulation par la progestérone puisqu'il en exprime le récepteur. Ces travaux participent ainsi à accroître la connaissance du transcriptome spécifique au cumulus bovin et son lien avec la compétence ovocytaire au développement. Enfin, les données acquises ici offrent de nouvelles pistes à explorer afin d'améliorer la qualité ovocytaire, tant in vitro qu'in vivo. / In this thesis report, the cumulus cell gene expression regarding oocyte developmental competence was explored in bovine. This interest is based on the proven crucial role in the differentiation of the cumulus to the mammalian oocyte. First, we applied an ovarian stimulation protocol to dairy cows which allows modulation of oocyte competence using FSH to influence follicular differentiation. Then, three oocyte competency states were obtained: increasing competence, competence acquired and decreasing competence. In spite of moderated competency fluctuations, cumulus cell transcriptome still reflects them. The small variations in cumulus gene expression reinforce the general idea that oocyte competence is the result not only of substantial changes due to the environment, but also of a much finer regulation of follicular mechanisms. Following the results of the first study, we wanted to obtain a more contrasted transcriptomic picture of the cumulus. To do so, cumulus biopsies were performed on slaughterhouse cumulus-oocyte complexes (COC) monitored individually, from their maturation to their in vitro development, and categorized according to whether the development was stopped at 2-8 cells – i.e. the embryonic genome activation – or continued until the blastocyst stage. In this way, the cumuli associated with a blastocyst formation, and therefore with competent oocytes, show a clearly different gene expression from those whose embryonic development has failed. These differences concern functions such as: posttranslational modification, protein folding, amino acid metabolism, protein degradation or free radical scavenging that are over-expressed in competent cumuli. Thirdly, we evaluated the involvement of luteinizing hormone (LH) in cumulus gene expression. The same protocol as that of the first study was applied, with the addition of Cetrorelix injections in order to suppress the LH secretion at the end of follicular growth – i.e. during developmental competence acquisition. Although the absence of LH did not impacted significantly on oocyte competence, the cumulus cell transcriptome was significantly affected. Thus, the expression of functions such as survival, proliferation or follicular growth is inhibited in the absence of LH. In addition, cell maintenance functions such as transcription, amino acid and protein metabolism, and energy production also seem to suffer from this absence. LH support would therefore be important for cumulus functions during the final maturation of the follicle. Finally, because of the controversy found in literature concerning the presence of the LH receptor (LH-R) in bovine cumulus, we sought to follow the gene expression of this LH-R in in vitro maturing COC cells. Also, we examined the expression of mevalonate kinase (MVK), whose transcript is recognized as a regulator of R-LH expression; and monitored the expression of various steroidogenic enzymes as well as that of the progesterone receptor (PGR). Gene expression observation was performed every 3 hours, from 0 to 24 h of maturation, and did not allow the detection of any R-LH transcripts in the cumulus, while MVK gene expression increases during maturation. The transcripts of the STAR and HSD3β steroidogenic enzymes were found, although weakly expressed; and the expression of CYP11A1 and PGR increases during maturation. Thus, on the one hand, LH supplementation of maturation media does not seem relevant in cattle; on the other hand, cumulus may be able to use cholesterol for steroidogenesis and to respond to a progesterone stimulation since it expresses its receptor. This work thus contributes to increase knowledge of the bovine cumulus transcriptome and its link with oocyte developmental competence. Finally, the data acquired here offer new avenues to explore in order to improve oocyte quality, both in vitro and in vivo.

Les homéoprotéines sont des régulateurs transcriptionnels impliqués dans le développement, l'embryogenèse et la différenciation cellulaire chez plusieurs espèces. Les homéoprotéines sont les produits des homéogènes et elles sont exprimées dans une pléiade de tissus au cours du développement. Dans le but d'approfondir nos connaissances sur les contrôles transcriptionnels qui régissent le développement et la différenciation des organes reproducteurs, je me suis intéressée à l'expression des homéoprotéines dans les cellules de Leydig dû à l'importance de ces facteurs dans les processus développementaux. Nous avons nouvellement identifiés dans les cellules de Leydig, le gène Lbx2 et l'homéoprotéine PBX1. Il n'existe actuellement pas de données sur l'expression de ces gènes au cours de la différenciation du système reproducteur et ce faisant des cellules de Leydig. Cette thèse présente donc l'expression de Lbx2 et PBX1 au cours de la différenciation du système reproducteur dans le testicule, l'épididyme, l'ovaire et les cellules de Leydig. J'ai précisé le profil d'expression du gène Lbx2 au cours du développement testiculaire, épididymaire et ovarien. J'ai déterminé que les transcrits de Lbx2 sont présents durant le développement du testicule, de l'épididyme et de l'ovaire. De plus, mes analyses révèlent également que Lbx2 est un gène dont l'expression est sexuellement dimorphique dans les gonades embryonnaires. L'élaboration du profil d'expression de la protéine PBX1 révèle qu'elle est présente au cours du développement testiculaire et durant la vie adulte. Dans les cellules de Leydig, mes résultats démontrent que PBX1 est principalement exprimée à la puberté. L'expression de PBX1 est plus forte dans les cellules de Sertoli chez l'adulte et dans les cellules myoïdes péritubulaires au cours du développement embryonnaire et postnatal. Les travaux présents dans cette thèse auront également permis d'identifier d'autres nouvelles homéoprotéines, PRRX2, GBX1, MEIS1, PREP1 exprimées dans les organes reproducteurs. Ainsi, la caractérisation du profil d'expression des homéoprotéines au cours du développement du système reproducteur aura permis d'identifier de potentiels régulateurs transcriptionnels du développement et de la différenciation du système reproducteur.

Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription orchestrant l'identité antéro-postérieure du plan corporel des animaux à symétrie bilatérale. La souris Hoxa5-/- a permis de démontrer que ce gène joue un rôle primordial dans la spécification des squelettes axial et appendiculaire, ainsi que dans l'ontogénie de plusieurs organes. À l'aide d'une approche de transgenèse et de délétions successives de la séquence intergénique Hoxa4-Hoxa5, j'ai identifié deux éléments régulateurs responsables de l'expression du gène Hoxa5 dans les systèmes respiratoire et digestif: un fragment d'ADN NcoI-SacI de 163-pb possédant une activité de type activatrice et dirigeant l'expression au niveau du poumon, de l'estomac et de l'intestin, de même qu'un fragment XbaI- BssHII de 259-pb, nécessaire à une expression complète du gène Hoxa5 au niveau du système digestif. Des expériences de retard sur gel (EMSA) et d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) m'ont permis de démontrer la liaison du facteur de transcription YY1 à ces deux séquences d'ADN. En mutant ses sites de liaison dans un contexte de transgenèse, j'ai mis en évidence le rôle de YY1 comme activateur transcriptionnel du gène Hoxa5 dans les organes. Il s'agit d'ailleurs d'un des rares exemples où la protéine YY1 ne réprime pas l'expression des gènes Hox. J'ai également appliqué la technique de ChIP pour confirmer que les facteurs de transcription à boîte homéo CDX4 et HOXB9 se lient tous les deux au fragment d'ADN AvrII-Eco47III de 164-pb situé à l'intérieur de l'élément MES. J'ai donc montré que la protéine HOXB9 participe à restreindre caudalement l'expression du gène Hoxa5 au niveau de la prévertèbre 10, supportant ainsi le concept de prévalence postérieure. De plus, j'ai généré deux lignées de souris transgéniques exprimant la recombinase Cre sous le contrôle de deux combinaisons de séquences régulatrices identifiées du gène Hoxa5. Ces lignées ont été caractérisées et fournissent de nouveaux outils utiles pour étudier la fonction de différents gènes dans certains tissus le long de l'axe antéro-postérieur. Enfin, le locus Hoxa5 produit 4 trasncrits de 1.8, 5.0, 9.5 et 11-kb de longueur se chevauchant et pouvant produire une protéine in vitro. Cependant, j'ai démontré que seul le court transcrit de 1.8-kb, correspondant aux deux exons connus du gène Hoxa5, génère une protéine associée à la fonction du gène in vivo. Les différents résultats obtenus seront présentés et discutés. / Hox genes encode transcription factors, which orchestrate bilaterian anteroposterior patterning. Using Hoxa5-/- mice as model, we have demonstrated that this gene plays a key role in axial and appendicular skeletal patterning as well as in the formation of several organs such as the respiratory and digestive tracts. Using a transgenesis approach and successive deletions in the Hoxa4-Hoxa5 intergenic region, I have identified two distinct regulatory elements responsible for Hoxa5 expression in respiratory and digestive tracts: a 163-bp NcoI-SacI DNA fragment having enhancer activity that drives expression in lung, stomach and intestine, and a 259-bp XbaI-BssHII fragment necessary for a complete Hoxa5 digestive tract expression. Electrophoretic mobility shift (EMSA) and chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays have demonstrated the capacity of the YY1 transcription factor to bind these two DNA sequences. By mutating its binding sites in a transgenesis context, I have highlighted the transcriptional activator role of the YY1 protein in Hoxa5 organ expression, which is very interesting since few examples of Hox gene activation by YY1 are reported in the literature. I have also generated two transgenic mice lines expressing the Cre recombinase under the control of two combinations of identified regulatory sequences. These lines have been charaterized and provide useful genetic tools to study gene function in specific tissues along the anteroposterior axis. I have also applicate ChIP technology to demonstrate the in vivo binding of CDX4 and HOXB9 homeobox transcription factors to the 164-bp AvrII-Eco47III DNA fragment included in the MES regulatory element. Consequently, I have shown that the HOXB9 protein caudally participates to restrict the Hoxa5 gene expression at the level of prevertebra 10, which supports the posterior prevalence concept. Finaly, the Hoxa5 locus encompasses 4 overlapping transcripts of 1.8, 5.0, 9.5 and 11.0-kb that can produce a HOXA5 protein in an in vitro context. However, I have demonstrated that only the short transcript of 1.8-kb corresponding to the two known Hoxa5 gene exons is transcribed into an in vivo HOXA5 protein associated to the gene function. Data will be presented and discussed.

Les spermatozoïdes subissent la maturation lors de leur passage dans l'épididyme sous l'influence de plusieurs facteurs et protéines encore méconnus. Le présent projet concerne l'étude des protéines induites par la présence des spermatozoïdes. Pour y arriver, des cellules épithéliales épididymaires immortalisées de souris ont été misent en co-culture pour étudier l'expression des protéines induites. Par ce procédé, une protéine a été identifiée comme étant sécrétée par les cellules épithéliales. La protéine en question est la fibuline-2 qui est exprimée entre autres, dans les membranes basales et au cours du développement embryonnaire. De plus, le transcriptome des cellules en culture a été étudié par macro-array ce qui a permis l'identification de plusieurs ARNm induits par les spermatozoïdes dont le CD49c qui est exprimé dans des conditions similaires à la fibuline2. En résumé, nos résultats semblent indiquer que la présence de spermatozoïdes pourrait effectivement influencer l'expression de gènes ainsi que la synthèse et la sécrétion de protéines par les cellules épididymaires. / When passing through the epididymis, the spermatozoon becomes mature by acquiring forward motility and fertilizing capacity. This maturation process is under influence of several unknown factors and proteins. Experiments were done to study the modification of transcriptom and proteome modulate by spermatozoa. Cell culture was done with epithelial epididymal cell lines which origined from transgenic mice in coculture with mouse spermatozoa. Experiment allows us to find a protein expressed only in co-incubation conditions named fibulin-2 which is found in basement membrane and during embryonic development. Also, study of transcriptom of PC-1 in presence of spermatozoa by Macro-array determines several mRNA induced by spermatozoa such as CD49c. This protein is expressed in same condition that fibulin-2. Together, these results strongly suggest that spermatozoa can modulate gene expression and de novo protein synthesis and secretion of epididymal cell. This novel finding provides new concept and working hypothesis to clarify how testicular factors, such as spermatozoa itself, initiate the activation and differentiation of epididymal epithelium during the sperm maturation process.

En réponse à des signaux environnementaux, la cellule module son programme transcriptionnel afin de mener à une expression spatio-­temporelle adéquate des gènes. L’orchestration d’une telle adaptation repose entre autres sur la séquence primaire du génome, son organisation au sein de la chromatine, ainsi que sa structure tridimensionnelle au sein du noyau. De plus, de nombreux régulateurs permettent d’intégrer ces différents niveaux de régulation afin de contrôler l’activité de l’ARN polymérase II. Dans ce contexte, le complexe cohésine et son facteur de charge sur l’ADN, NIPBL, jouent un rôle clé dans l’interconnexion fonctionnelle entre l’organisation 3D du génome et la transcription. En effet, ces facteurs modulent l’activation de la transcription en rapprochant des régions enhancers de promoteurs et participent à la formation de domaines d’interactions chromosomiques. Par ailleurs, des mutations de NIPBL et du complexe cohésine sont associées au Syndrome de Cornelia de Lange (CdLS), une pathologie caractérisée par une altération de l’expression des gènes. Toutefois, les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la transcription par NIPBL et cohésine sont encore méconnus. L’objectif général de mon projet de doctorat est de définir le rôle de NIPBL et du complexe cohésine dans la régulation du lien entre la topologie du génome et le contrôle de l’expression des gènes. Dans un premier temps, nous montrons que les gènes dérégulés dans le CdLS sont préférentiellement organisés au sein de communautés de gènes, des structures formées par des interactions d’éléments régulateurs non codants ainsi que de gènes dans l’espace chromosomique tridimensionnel. Au sein de cette organisation, les gènes affectés par des mutations de NIPBL ou de la sous-­unité SMC1A du complexe cohésine sont retrouvés positionnés à portée de régions occupées par cohésine et NIPBL et interagissent par l’intermédiaire de contacts promoteur-­promoteur. Dans un second temps, nous présentons des données suggérant un rôle de cohésine dans la régulation de l’initiation de la transcription et un rôle de NIPBL dans le contrôle de la relâche de la pause. Enfin, nous apportons des évidences d’une fonction de NIPBL et cohésine dans la régulation du niveau basal et de l’activation des gènes dont l’expression est stimulée par des hormones. Dans leur ensemble, ces travaux contribuent à l’amélioration des connaissances sur la contribution de l’architecture des chromosomes aux mécanismes généraux de la régulation de la transcription. / In response to environmental signals, the cell modulates its transcriptional program in order to carry out appropriate spatiotemporal gene expression. The orchestration of this adaptation relies on the primary sequence of the genome, its organization into chromatin, and its tridimensional structure inside the nucleus. Moreover, multiple regulators integrate these different regulation levels in order to control the activity of RNA polymerase II. In this context, the cohesin complex and its DNA loader, NIPBL, play a pivotal role in the functional interconnection between the 3D organization of the genome and transcription. Indeed, these factors modulate the activation of transcription by bringing enhancers and promoters into close proximity and participate in the formation of chromosome interaction domains. Moreover, mutations in NIPBL and the cohesin complex are associated with the Cornelia de Lange Syndrome (CdLS), a pathology characterized by gene expression changes. However, the exact molecular mechanisms involved in the regulation of transcription by NIPBL and cohesin are still not understood. The general aim of my doctoral research is to define the role of the cohesin complex and NIPBL in the regulation of the connection between genome topology and gene expression control. First, we show that genes deregulated in CdLS are preferentially organized into connected gene communities, structures emerging from the interactions of noncoding regulatory elements and genes in the three-­dimensional chromosomal space. Within this organization, genes affected by mutations in NIPBL and the SMC1A subunit of the cohesin complex are positioned within reach of NIPBL-­ and cohesin-­occupied regions through promoter-­ promoter interactions. In addition, we present data suggesting a role of the cohesin complex in the initiation of transcription and a role of NIPBL in the control of pause release. Finally, we show evidence of a function of NIPBL and cohesin in the regulation of the basal level and the activation of genes stimulated by hormones. Ultimately, this work aims to gain insight into the contribution of the architecture of chromosomes to the general mechanisms of transcriptional regulation.

L'impact des graisses alimentaires sur la santé, notamment dans les troubles métaboliques tels que le diabète de type 2 (DT2), varie en fonction du type de graisse consommée, enparticulier les acides gras trans industriels (AGTI) et les acides gras trans ruminants (AGTR). Alors que les AGTI, tels que l'acide élaïdique (EA) présent dans les huiles végétales hydrogénées, ont été associés à des résultats métaboliques défavorables, notamment la résistance à l'insuline et l'inflammation des preuves émergentes suggèrent que la consommation d'AGTR, tels que l'acide trans-palmitoléique (TPA) présent dans les produits laitiers et la viande de ruminants, pourrait offrir des bénéfices pour la santé, comme une amélioration de la sensibilité à l'insuline. Cependant, les mécanismes exacts sous-jacents à ces effets restent peu clairs. De plus, la perception sensorielle des graisses influence les préférences alimentaires, ce qui peut affecter les choix alimentaires et les résultats de santé métabolique. L'étude des préférences gustatives entre différents types d'AGT peut fournir des informations sur leurs effets physiologiques et orienter les stratégies pour atténuer les facteurs de risque métabolique. Cette thèse vise à explorer les implications métaboliques des AGTI et des AGTR sur l'expression génique, la composition du microbiome et les profils métaboliques. En utilisant des méthodologies novatrices telles que les nano-vésicules lipidiques pour la délivrance d'AGT et les systèmes IntelliCage® pour les évaluations des préférences gustatives, cette étude cherche à élucider les mécanismes sous-jacents des réponses métaboliques médiées par les AGT et à évaluer leur impact sur les facteurs de risque de DT2. L'hypothèse suggère que la consommation d'AGTR peut conférer des bénéfices métaboliques par rapport aux AGTI, comme en témoignent les modifications des profils omiques, de la composition du microbiome et des métabolites. En enquêtant de manière approfondie sur l'interaction entre les matières grasses alimentaires, la perception du goût et la santé métabolique, cette recherche vise à contribuer à l'amélioration de notre compréhension des stratégies alimentaires pour la prévention et la gestion des troubles métaboliques. Pour l'étude des préférences des graisses alimentaire, vingt-quatre souris femelles C57BL/6 ont été identifiées par micro-puce et logées dans des IntelliCages®. Des AGT nano-encapsulés ou de la lécithine ont été ajoutés à leur eau de boisson en plus d'un régime alimentaire normal. L'étude a duré cinq semaines, au cours desquelles les souris ont été exposées à diverses eaux et AGT/lécithine. Des mesures hebdomadaires des poids des souris, des visites dans les coins, des piquages de nez (NP) et des nombres de léchages ont été enregistrées. Dans les études sur l'expression génique et le microbiome/les métabolites, des souris male C57BL/6 ont été utilisées. Vingt souris ont été réparties en quatre groupes pour l'étude de l'expression génique, tandis que quarante souris ont été divisées également en quatre groupes pour l'étude du microbiome/ des métabolites. Différentes formulations ont été administrées via l'eau de boisson pendant 28 jours : nano-vésicules de lécithine, nano-vésicules contenant de la lécithine avec de l'EA ou du TPA (86:14 p/p), ou de l'eau (témoin), en plus d'un régime alimentaire riche en matières grasses (18% de calories provenant des matières grasses). Des mesures de poids corporel ont été prises tout au long de l'étude, et des échantillons de sang et de selles ont été prélevés le jour 28 pour l'analyse. Les phospholipides plasmatiques ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse (GC) dans l'étude de l'expression génique, tandis que l'ARN total a été extrait à partir d'échantillons de tissu adipeux et séquencé. Des échantillons de matières fécales et des poids d'animaux ont été collectés les jours 0, 7 et 28 pour l'étude du microbiome/ des métabolites. Les échantillons de matières fécales ont été soumis à un séquençage de l'ARNr 16S pour le profilage du microbiome intestinal et à une analyse GC/MS pour les concentrations de métabolites fécaux. L'étude a assuré une teneur en AGT stable dans les formulations et une taille de gouttelettes d'émulsion optimisée pour une préférence accrue. Les souris ont montré des préférences similaires pour les vésicules d'AGT nano-encapsulées et celles de lécithine seule, indiquant une préférence générale pour les graisses alimentaires. L'analyse de l'expression génique a révélé des altérations distinctes dans les transcriptomes des tissus adipeux, le TPA induisant des changements dans les voies del'inflammation et du métabolisme du glucose par rapport à l'EA. La consommation de TPA a régulé à la hausse les gènes associés aux réponses immunitaires innées, potentiellement bénéfiques dans la défense de l'hôte. Plus spécifiquement, des voies telles que la signalisation de l'Interleukine-17 (Il-17) et du TNF ont été affectées, suggérant des impacts sur le métabolisme du glucose. De même, l'analyse du microbiome et des métabolites fécaux a démontré des effets différentiels de l'EA et du TPA sur le métabolisme du glucose, la consommation de TPA étant associée à des changements bénéfiques dans les taxons microbiens tels qu'une diminution de Staphylococcus et une augmentation des niveaux d'acides gras à chaine courte (AGCCs), y compris l'acide butyrique et l'acide propionique. Ces résultats suggèrent que le TPA pourrait offrir de plus grands avantages métaboliques que l'EA, soulignant l'importance de comprendre les effets divers des AGT sur la santé métabolique. Étant donné les préférences en matières grasses comparables observées pour le TPA et l'EA, substituer l'EA par le TPA pourrait potentiellement conférer des avantages dans le contexte du DT2. / The impact of dietary fat on health, particularly in metabolic disorders like type 2 diabetes (T2D), varies depending on the type of fat consumed, notably industrial trans fatty acids (I-TFA) and ruminant trans fatty acids (R-TFA). While I-TFA such as elaidic acid (EA), found in hydrogenated vegetable oils, has been linked to adverse metabolic outcomes, including insulin resistance and inflammation, emerging evidence suggests potential health benefits from R-TFA intake such as trans palmitoleic acid (TPA) found in dairy products and meatfrom ruminant animals, including improved insulin sensitivity. However, the exact mechanisms underlying these effects remain unclear. Additionally, the sensory perception of fats influences food preferences, potentially affecting dietary choices and metabolic health outcomes. Investigating taste preferences between different types of TFAs can provide insights into their physiological effects and inform strategies for mitigating metabolic risk factors. This thesis aims to explore the metabolic implications of of I-TFA and R-TFA on gene expression, microbiome composition, and metabolite profiles. Utilizing novel methodologies such as lipid nanovesicles for TFA delivery and IntelliCage® systems for taste preference assessments, this study seeks to elucidate the mechanisms underlying TFA-mediated metabolic responses and evaluate their impact on T2D risk factors. The hypothesis suggests that R-TFA intake may confer metabolic benefits compared to I-TFA, as evidenced by alterations in omics profiles, microbiome, and metabolite composition. By comprehensively investigating the interplay between dietary fats, taste perception, and metabolic health, this research aims to contribute to our understanding of dietary strategies for preventing and managing metabolic disorders. For the fat preference study, twenty-four female C57BL/6 mice were microchipped and housed in IntelliCages®. Nano-encapsulated TFA or lecithin were added to their drinking water alongside a normal diet. The study lasted five weeks, during which mice experienced various water and TFA/lecithin exposures. Weekly measurements of mouse weights, corner visits, nose pokes (NP), and lick numbers were recorded to measure preference for each corner. In both the gene expression and microbiome/metabolite studies, C57BL/6 mice were utilized. Twenty mice were allocated to four groups for the gene expression study, while forty mice were divided equally into four groups for the microbiome/metabolite study. Different formulations were administered via drinking water over 28 days: lecithin nanovesicles, nanovesicles containing lecithin with EA or TPA (86:14 w/w), or water (control), alongside a regular fat diet (18% calories from fat). Body weight measurements were taken throughout, and samples were collected on day 28 for analysis. Plasma phospholipids were analyzed via gas chromatography in the gene expression study, while total RNA was extracted from adipose tissue samples and sequenced. Fecal samples and animal weights were collected on days 0, 7, and 28 for the microbiome/metabolite study. Fecal samples were subjected to 16S rRNA sequencing for gut microbiome profiling and GC/MS analysis for fecal metabolite concentrations. Mice showed similar preferences for TFA vesicles and blank lecithin vesicles, indicating a general preference for dietary fat. Gene expression analysis revealed distinct alterations in adipose tissue transcriptomes, with TPA inducing changes in inflammation and glucose metabolism pathways compared to EA. TPA intake upregulated genes associated with innate immune responses, potentially beneficial in host defense. Similarly, microbiome and fecal metabolite analysis demonstrated differential effects of EA and TPA on glucose metabolism, with TPA intake associated with beneficial shifts in microbial taxa such as decreased Staphylococcus and increased short chain fatty acids (SCFA) levels, including butyric and propionic acids. These findings suggest that TPA may offer greater metabolic benefits than EA, emphasizing the importance of understanding TFA's diverse effects on metabolic health. Given the comparable fat preferences observed for TPA and EA, substituting EA with TPA could potentially confer benefits in the context of T2D.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 novembre 2023) / Le sevrage est une étape cruciale dans l'élevage des chevrettes laitières. Une gestion inadéquate de cette phase peut entraîner non seulement des problèmes de morbidité et de mortalité, qui coûtent cher à l'éleveur, mais peut aussi avoir des répercussions défavorables sur la croissance corporelle et le développement de la glande mammaire des chèvres. L'objectif de cette recherche était d'examiner l'impact du moment de sevrage sur divers aspects tels que la croissance et la reproduction des chèvres, sur la production et la composition du lait et son rendement fromager, ainsi que sur l'expression des gènes impliqués dans le métabolisme protéique et lipidique de la glande mammaire. L'étude a été réalisée sur 40 chevrettes, qui ont été séparées de leur mère à la naissance et réparties en trois groupes selon le moment du sevrage (à 6, 8 et 10 semaines). Les résultats ont montré que les chevrettes sevrées tardivement (à 10 semaines) présentaient un poids significativement plus élevé que celles sevrées plus tôt (à 6 semaines), avec une différence moyenne de poids de 3 kg (P < 0,05) aux deuxième, troisième et quatrième mois, suite à quoi aucune différence significative n'a été notée et ce jusqu'à 200 jours de lactation (P > 0,10). Les chèvres ont en moyenne mis bas à l'âge de 373 jours, ont eu 1,60 chevreaux par chèvre, ceux-ci ayant un poids moyen de 4,17 kg par chevreau (P > 0,10). Concernant la production de lait, il a été observé que toutes les chèvres produisaient en moyenne 2,9 kg de lait par jour, indépendamment du moment du sevrage, et ce pendant les 200 jours de lactation (P > 0,10) et aussi pour les deuxième (3,95 kg par jour) et troisième lactations (4,66 kg par jour) (P > 0,10). Le moment du sevrage n'a pas eu d'impact sur la composition du lait en termes de matières grasses et de protéines. Aucune différence significative n'a non plus été observée quant la répartition des caséines, le profil des acides gras et le rendement fromager (P > 0,10). En revanche, l'étude a mis en évidence un effet significatif de la période de lactation sur ces paramètres. En particulier, une diminution de la teneur en matière grasse, des protéines, de la quantité de caséines et du rendement fromager a été observée au cours de la lactation, notamment aux jours 18, 45 et 100 (P < 0,01). L'étude de l'expression des gènes liés à la lactation de la lactation n'a pas révélé d'effet significatif du moment du sevrage sur l'expression des gènes liés au métabolisme protéique et lipidique de la glande mammaire (P > 0,10). Toutefois, elle a mis en évidence des corrélations significatives entre l'expression de certains gènes et le métabolisme des acides gras. La concentration en acides gras de novo a été positivement corrélée à l'expression des gènes FASN, ACACA, GPAM, G6PD, SREBF1 et PPARA (0,25 ≤ r ≤ 0,81; P < 0,01). D'autre part, la concentration en acides gras préformés dans le lait était positivement corrélée à l'expression des gènes LPL, FADS1, SCD1, CD36, FABP3 et PPARG (0,29 ≤ r ≤ 0,72; P < 0,01). Ces résultats soulignent l'importance de ces gènes dans la régulation de la composition de la matière grasse laitière chez la chèvre.

L’étude faisant l’objet de ce mémoire avait pour but d’évaluer les effets des caractéristiques moléculaires du gène de la leptine ovine, une hormone impliquée dans le contrôle des réserves énergétiques de l’organisme et de la satiété, sur les caractères liés à la qualité de la viande et de la carcasse dans une population d’agneaux lourds provenant du Québec. La population à l’étude était composée de 128 individus (½mâles, ½femelles) provenant de deux génotypes : ½Suffolk ¼Romanov ¼Dorset (xSU) et ½Arcott Canadien ¼Romanov ¼Dorset (xCD). Le gène LEP a été séquencé. Le gène a ensuite été séquencé pour chaque individu et ses parents, entre l’exon 2 et l’exon 3, afin d’y chercher des variations dans un segment d’ADN de 2328 paires de bases. Vingt-trois polymorphismes ont été recensés; de ceux-ci, 12 ont été étudiés et ont montré des effets sur la qualité de la viande et de la carcasse. L’expression du gène LEP a été mesurée dans le tissu adipeux sous cutané, à l’aide de la méthode du PCR en temps réel. Des corrélations significatives ont été établies entre l’activité du gène et des variations de paramètres liés à la couleur de la viande chez les agneaux mâles xCD. L’épaisseur du muscle mesurée aux ultrasons chez ce même les animaux de ce même croisement était positivement liée à l’activité du gène. Des corrélations ont aussi été établies entre la concentration de la leptine dans le sang, l’expression du gène LEP et quelques caractères liés au rendement en maigre du muscle longissimus dorsi de même qu’à la couleur de la viande. Les résultats du projet offrent des pistes pouvant mener au développement de marqueurs génétiques qui pourraient aider dans la sélection des ovins reproducteurs, dans le but d’améliorer la qualité de la carcasse et de la viande des agneaux produits au Québec. / The purpose of this study was to evaluate the effects of the molecular characteristics of the ovine leptin gene (LEP) on characteristics related to meat and carcass quality in a lamb population from the Province of Quebec. The studied population consisted of 128 individuals (½ males, ½ females) from 2 crossbreeds : ½Suffolk ¼Romanov x¼ Dorset (xSU) and ½Arcott Canadian ¼Romanov ¼Dorset (xCD). Sequencing of the LEP gene was performed. The gene was then sequenced for each individual and its parents, between exon 2 and exon 3, in order to search for variations within a 2328 base pairs DNA strand. Twenty-three polymorphisms were identified; 12 have been the subject of further studies and have shown interesting effects on meat and carcass quality. Expression of the LEP gene was measured in subcutaneous adipose tissue using the real-time PCR method. Significant correlations were established between gene activity and variations in meat color parameters in male lambs of the xCD crossbreed. The thickness of the muscle measured with ultrasound in this same crossbreed was positively related to the activity of the LEP gene. Correlations were also established between leptin concentration in blood, LEP gene expression, and a few characteristics related to lean yield of the longissimus dorsi muscle as well as the color of the meat. The study of the sheep leptin gene, as part of this project, offers some avenues that could lead to the development of genetic markers that could help in the selection of breeding sheep to improve the meat and carcass quality of lamb produced in Québec.