La cartographie des réseaux de régulation de la transcription des gènes et des mécanismes moléculaires impliqués sont des problématiques importantes pour les biologistes. Les ressources bibliographiques de biologie moléculaire sont une mine prodigieuse d informations expérimentales qui couvrent l'état de l'art actuel dans le domaine de l expression de gènes. Cependant en raison de la taille gigantesque que représentent les données textuelles du domaine, des méthodes automatisées doivent être mises au point afin d explorer ces données de manière systématique. Dans cette thèse, nous proposons un ensemble de méthodes pour fouiller la littérature de biologie moléculaire et extraire les faits pertinents en relation avec l'expression de gènes humains. Nous présentons tout d'abord une procédure générique destinée à l extraction d'entités nommées candidates à partir des textes. Celle-ci combine une approche d identification à base de règles de groupes nominaux en tant qu entités nommées candidates avec une étape de mise en correspondance au sein de dictionnaires expertisés et élaborés à partir de ressources terminologiques publiques. Des techniques de désambiguïsation spécifiques au domaine sont aussi présentées afin de déterminer la nature réelle de l entité nommée identifiée. Nous détaillons ensuite une méthode qui permet à la fois d extraire les relations pertinentes établies entre les entités nommées et de retrouver certaines caractéristiques de ces associations grâce à une analyse syntaxique dite profonde et l utilisation de structures prédicat-arguments. Nous montrons que l'acquisition de la sémantique à partir de la syntaxe peut être séparée en deux phases distinctes afin de réduire le coût associé à la conception manuelle de règles d'extraction spécifiques au domaine. Finalement, les performances du système sont évaluées à l'aide d'un corpus annoté de pubIications complètes de biologie moléculaire. Les résultats sont prometteurs et malgré la nature hétérogène des données extraites, le système présente des performances à la fois homogènes et compatibles avec la montée en charge.

Dans cette thèse, nous présentons une structure qui comprend tous les méthodes développées pour interpréter des résultats d'expression des gènes en incorporant des annotations sur les gènes. Puis, nous abordons la question de la découverte de « clusters » (algorithmes non-supervisées) parmi des profils d'expression de gène, et nous proposons deux approches spécifiques à ce sujet : CGGA (Co-expressed Gene Groups Analysis) and GENMINER (Gene-integrated analysis using association rules mining). CGGA est une méthode de l'approche a priori qu'intègre l'information issue des données des biopuces, i.e. les profils d'expression des gènes, avec les annotations fonctionnelles des gènes issues des différentes sources d'information génomique tel que Gène Ontologie. GENMINER est une méthode de co-clustering basé dans l'extraction de règles d'association qu'intègre l'information des profils d'expression des gènes (discrétisées) a partir de différentes sources d'information biologique sur les gènes (en incluant la totalité de l'information minimale contenue dans la biopuce). A la fin nous ciblons la question de la découverte de classes par des méthodes supervisés, a ce sujet nous proposons GENETREE (GENE-integrated analysis for biological sample prediction using decision TREEs). GENETREE est une méthode de co-clustering basé dans les arbres de décision qui permet d'intégrer les profils d'expression des gènes et l'information contenue dans les sources d'information biologique relative aux voies métaboliques (en tenant en compte la variable temporelle du processus biologique. Les expérimentations menées avec les trois méthodes ont permis de mettre en évidence les principaux groupes de gènes fonctionnellement riches et co-exprimés dans les différents jeux de données d'expression des gènes qui ont été analysées.

Résumé Dendritic cells (DCs) are professional APCs that have a unique capacity to initiate primary immune responses, including tolerogenic responses. We have genetically engineered bone marrow-derived DCs to express the immunosuppressive cytokine IL-10 and tested the ability of these cells to control experimental asthma. A single intratracheal injection of OVA-pulsed IL-10-transduced DCs (OVA-IL-10-DCs) to naive mice prior to OVA sensitization and challenge prevented all the cardinal features of airway allergy, namely eosinophilic airway inflammation, airway hyperreactivity, and production of mucus, Ag-specific Igs and IL-4. OVA-IL-10-DCs also reversed established experimental asthma and had long-lasting and Ag-specific effects. We furthermore showed, by using IL-10-deficient mice, that host IL-10 is required for mediating the immunomodulatory effects of OVA-IL-10-DCs and demonstrated a significant increase in the percentage of OVA-specific CD4+CD25+Foxp3+IL-10+ regulatory T cells in the mediastinal lymph nodes (MLNs) of OVA-IL-10-DC-injected mice. Finally, adoptive transfer of CD4+ MLN T cells from mice injected with OVA-IL-10-DCs protected OVA-sensitized recipients from airway eosinophilia upon OVA provocation. Our study describes a promising strategy to induce long-lasting Ag-specific tolerance in airway allergy./L’asthme atteint des proportions épidémiques dans les pays développés et a un impact négatif sur la qualité de vie. De plus les coûts des soins de santé relatifs à cette maladie ne cessent d’augmenter. La nette augmentation de l’incidence durant ces dernières décennies reste une énigme, les facteurs environnementaux ayant probablement contribués pour une large part dans ce processus. Bien que le traitement actuel de l’asthme avec des corticostéroïdes inhalés et des agonistes β2 à longue durée d’action est satisfaisant et sans danger, des inquiétudes restent sur les effets à long terme des corticostéroïdes, en particulier lorsqu’on voit que les traitements commencent parfois très tôt dans l’enfance. De plus, la thérapie actuelle ne semble pas inhiber le TGF-β ni les dépôts de collagène, importants dans le remodelage des voies aériennes qui, au final, contribue à augmenter l’HRB des voies respiratoires. La prévalence et la sévérité de l’asthme atopique augmentent de façon alarmante partout dans le monde depuis ces vingt dernières années {Eder, 2006 #2}. Les traits pathophysiologiques de l’asthme allergique, à savoir l’éosinophilie pulmonaire chronique, l’hyperréactivité bronchique des voies aériennes (HRB) à une variété de stimuli non spécifiques, la production excessive de mucus dans les voies aériennes et les niveaux élevés d’IgE dans le sérum, sont tous étroitement liés à une réponse immune de type Th2 aberrante envers des antigènes habituellement inhalés (Ag) {Busse, 2001 #466; Larche, 2003 #467; Ray, 1999 #465; Wills-Karp, 1999 #464}. Les lymphocytes Th2 spécifiques de l’antigène exercent des fonctions effectrices cruciales en produisant un répertoire propre de cytokines, les plus importantes d’entre-elles étant l’IL-4, l’IL-5 et l’IL-13 {Busse, 2001 #466; Larche, 2003 #467; Ray, 1999 #465; Wills-Karp, 1999 #464}. Essentiellement, l’asthme atopique est la manifestation d’une réponse immune Th2 aberrante envers un aéroallergène inoffensif. La condition requise pour développer une réponse immune Th2 est la participation de cellules présentatrices d’antigènes pour les réponses primaires et secondaires à un allergène. Les CDs sont les principales cellules pour activer et différencier les lymphocytes T CD4+ naïfs en sous-groupes distincts. De plus, la délétion des CDs durant la réponse immune primaire et secondaire de l’inflammation allergique des voies respiratoires dans les modèles animaux ont montré que ces cellules devaient absolument être présente au cours de ces deux phases. Les cellules dendritiques (CDs) sont des cellules présentatrices d’antigène professionnelles qui ont la capacité unique d’initier les réponses immunes primaires, incluant les réponses tolérogéniques. Nous avons génétiquement généré des CDs dérivés de cellules de la moëlle osseuse capables d’exprimer une cytokine immunosuppressive, l’IL-10. Nous avons testé leur capacité à contrôler un asthme expéritalement induit. Une simple injection par voie intra-trachéale de CDs transduites avec des lentivirus porteurs du gène codant l’IL-10 et chargées avec la protéine OVA (OVA-IL-10-DCs) à des souris naïves avant de les sensibiliser à l’OVA et de les provoquer à l’OVA prévient tous les traits caractéristiques de l’alargie des voies respiratoires, à savoir l’inflammation éosinophiliques des voies aériennes, l’hyperréactivité bronchique et la production de mucus, d’immunoglobulines spécifiques de l’antigène et d’IL-4. Les cellules OVA-IL-10-DCs réversent ausi l’asthme exprimental établi et ont des effets spécifiques de l’antigène, et ce, à long terme. Nous avons ensuite montré, en utilisant des souris déficientes pour l’IL-10, que l’IL-10 produit par l’hôte est nécessaire pour contrôler les effets immunomodulateurs des cellules OVA-IL-10-DCs. De plus, nous avons enfin une augmentation significative du pourcentage des lymphocytes T régulateurs CD4+CD25+Foxp3+IL-10+ spécifiques de l’OVA dans les ganglions médiastinaux (MLNs) des souris injectées avec les cellules OVA-IL-10-DC. Enfin, le transfert adoptif des lymphocytes CD4+ isolés des cellules de ganglions médiastinaux de souris injectées avec les cellules OVA-IL-10-DCs protège les souris receveuses, préalablement sensibilisées à l’OVA, d’une éosinophilie des voies aériennes suite à une provocation à l’OVA. Notre étude décrit une stratégie prometteuse pour induire une tolérance spécifique de l’antigène à long terme dans le cadre d’une allergie des voies aériennes.

La recombinaison méiotique joue un double rôle de moteur évolutif en participant à la création d'une diversité génétique soumise à la sélection naturelle et de contrôle dans la fabrication des gamètes lors de la méiose. De plus, en association avec certains mécanismes de réparation, la recombinaison, au travers de la conversion génique biaisée manipule les fréquences alléliques au sein des populations. Les connaissances sur le fonctionnement même de ce processus ont considérablement augmenté ces dernières années faisant découvrir un processus complexe, autant dans son fonctionnement que dans son évolution. Le thème général de la thèse est l'analyse, dans un contexte évolutif, des relations entre les différents rôles et caractéristiques fonctionnelles de la recombinaison. Un modèle de la recombinaison prenant en compte des contraintes liées au contrôle de la méiose et le phénomène d'interférence a permis une comparaison entre espèces au sein des vertébrés et des non-vertébrés de même qu'une comparaison entre sexes. Par ailleurs, nous avons montré l'impact de la localisation spécifique aux sexes des points chauds de recombinaison sur l'évolution du contenu en GC des génomes de plusieurs vertébrés. Finalement, nous proposons un modèle à l'échelle de la génétique des populations, permettant d'analyser l'impact de la recombinaison sur la fréquence de mutations délétères dans les populations humaines. Cette thèse, nous l'espérons, apportera sa pierre à l'étude interdisciplinaire de la recombinaison, à la fois au sein de la biologie et par ses relations au travers de la modélisation avec l'informatique et les mathématiques.

Les processus de l'évolution des génomes, particulièrement des génomes de primates, font l'objet de cette thèse. Ont été ainsi creusées les questions de la conservation ou non de séquences nucléiques de précurseurs peptidiques dans la lignée des primates, et de la mise en place, de l'évolution et de l'expression de deux familles de gènes spécifiques des primates. <br /><br />Brassages d'exons, rétrotransposition, duplications... sont impliqués dans la création de nouveaux gènes. L'étude de la création et des premiers temps d'un gène nécessite la mise en évidence de gènes récents, ayant conservé les caractéristiques de leur mise en place. <br /> Deux familles de gènes ont retenu mon attention:<br />1. Les gènes PMCHL ont été créés récemment par des processus de rétroposition, remaniements, insertions/délétions et accumulation de mutations. Des analyses de structure et phylogénétique permettent une meilleure compréhension de l'origine de ces gènes spécifiques des Primates. Les gènes PMCHL sont transcrits, de façon tissu-spécifique, et présentent de nombreux épissages alternatifs. Enfin, l'expression des ARN messagers PMCHL est comparée dans le cerveau de l'Homme et du Macaque. <br />2. Les gènes dérivés de GUSB ont été identifies par hybridation in situ fluorescente chez les Primates. Une recherche systématique dans le génome humain a permis la découverte et la caractérisation d'une grande famille de gènes comptant plus de quinze paralogues chez l'Homme. L'analyse structurale et phylogénétique de ces séquences a permis de préciser l'histoire de leur mise en place et de leur évolution. Certains des membres de cette famille de gènes ont en outre acquis une capacité transcriptionnelle.

La thérapie génique est envisagée pour le traitement de nombreuses maladies du <br />système nerveux. Le transfert de gène peut être utilisé pour compenser l'absence ou le <br />dysfonctionnement d'un gène déficient, coder une protéine thérapeutique, ou inhiber un <br />gène par ARN interférence. L'utilisation de vecteurs lentiviraux pour transférer un gène <br />thérapeutique, est une approche prometteuse pour de futures applications thérapeutiques. <br />Cependant, pour une utilisation sécurisée de ces vecteurs, il est nécessaire de contrôler <br />l'expression des gènes thérapeutiques. Ceci permettra d'adapter le traitement aux besoins <br />du patient ou de l'arrêter en cas de complications graves. Dans ce contexte, mon travail a <br />porté sur la mise au point de systèmes de régulation de l'expression de gènes thérapeutiques <br />inductibles par la tétracycline (Tet-on) au sein d'un seul vecteur lentiviral. <br /><br />Dans une première approche, le système Tet-on a été incorporé au sein d'un vecteur <br />lentiviral unique. Des vecteurs codant la luciférase et la tyrosine hydroxylase (TH) ont été <br />produits et caractérisés in vitro et in vivo. Ces vecteurs ont permis d'exprimer de façon <br />régulée les transgènes avec une expression induite d'un facteur 100 en présence de <br />doxycycline. Le vecteur TH inductible a été par la suite validé dans un modèle de rat de la <br />maladie de Parkinson pour démontrer son efficacité et la possibilité de réguler un gène <br />thérapeutique in vivo. <br /><br />Le deuxième volet de mon travail a porté sur le développement d'un système <br />inductible d'expression des shARN utilisant un nouveau transactivateur dépendant de la <br />doxycycline capable d'induire la transcription de shARN à partir d'un promoteur d'ARN <br />polymérase III minimal. Après intégration dans un vecteur lentiviral, ce système a permis <br />de contrôler efficacement et de manière réversible l'expression de la GFP et de la protéine <br />p53 in vitro. En présence de doxycycline, une extinction de 90 % de l'expression des deux <br />gènes cibles a été obtenue. Cette expression a été réinduite après retrait de la doxycycline. <br />L'efficacité de ce système est dépendante de la dose et du temps de traitement avec la <br />doxycycline. <br /><br />L'intégration de systèmes de régulations efficaces au sein d'un vecteur lentiviral <br />unique constitue une étape cruciale pour une utilisation sécurisée de ces vecteurs en <br />thérapeutique humaine.

L'électrotransfert est une solution prometteuse aux problèmes posés par les méthodes de transfert virales, aussi bien en termes d'applications thérapeutiques qu'en tant qu'outil de recherche. Cependant des progrès doivent encore être réalisés pour augmenter l'efficacité de transfection dans les divers types cellulaires, pour améliorer la connaissance des mécanismes impliqués ainsi que pour confirmer l'innocuité de l'électrotransfert. Dans une étude préliminaire, nous avons démontré que l'efficacité de transfert par injection locale d'ADN seule augmentait avec la vitesse d'injection, impliquant probablement de l'endocytose médiée par récepteur, mais aussi une faible perméabilisation membranaire. Nous avons ensuite confirmé in vivo le rôle perméabilisant des impulsions courtes de fort voltage (HVs) et le rôle électrophorétique des impulsions longues de bas voltage (LVs), lors de l'électrotransfert. Nous avons aussi montré l'influence d'un délai entre le HV et le LV sur l'efficacité et la toxicité des impulsions électriques appliquées. Notre étude de l'impulsion HV semble montrer également que le tissu n'a pas besoin d'être complètement perméabilisé dans le cadre de l'électrotransfert. Nous avons aussi pu confirmer in vivo que plus les cellules du tissu étaient petites, plus le champ électrique à appliquer pour le HV devait être fort, conformément à l'équation de Schwan :

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

L’Ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire entrainant une dégénérescence du cartilage et une ossification de l’os sous-chondral. Elle touche un Canadien sur 10 et pourtant l’origine de cette pathologie est encore inconnue. Dans le cadre de ce projet, la contribution de deux facteurs de transcription, NFAT1 et PITX1, dans la régulation transcriptionnelle du promoteur d’IHH a été examiné compte tenu de l’implication potentielle de la voie hedgehog (Hh) et de ces facteurs dans la pathogenèse de l’OA. La voie de signalisation Hh régule la croissance et la différenciation des chondrocytes. Indian hedgehog (IHH), l’un des trois membres de la famille Hh, contrôle leur prolifération et leur différenciation. / Osteoarthritis (OA) is the most common joint disorder and is characterized by cartilage degradation and endochondral ossification. One in every ten Canadians is affected, yet its aetiopathogenesis remains unknown. In this present study, two new regulators of the IHH promoter, NFAT1 and PITX1, were studied. The downregulation of IHH expression by these factors could contribute to the OA pathogenesis. The Hedgehog (Hh) signaling pathway regulates chondrocyte growth and differentiation in the growth plate. Indian hedgehog (IHH), one of its members, stimulates chondrocyte proliferation and osteoblast differentiation. IHH is essential in skeletogenesis, osteoblastogenesis and cartilage growth.

L’expression génique est un processus qui se fait en trois étapes: la transcription, la maturation des ARNm et la traduction. Il est bien établi que le ribosome est la machinerie macromoléculaire responsable de la traduction. Cependant, nous en connaissons très peu sur la régulation des protéines ribosomales constituant cette machinerie. Une dérégulation de l’expression des protéines ribosomales peut entraîner différentes maladies telles que les anémies, les ribosomopathies, ainsi que des cancers. Il est donc important d’avoir une régulation contrôlée de l’expression des protéines ribosomales maintenant l’homéostasie. Chez la levure, plusieurs études suggèrent que les protéines ribosomales sont impliquées dans la régulation de leurs paralogues. Dans le laboratoire, des travaux ont montré la régulation négative de rpl30-2 par son paralogue Rpl30-1. Mes travaux sur la levure Schizosaccharomyces pombe ont permis de clarifier le mécanisme par lequel Rpl30-1 régule rpl30-2. Sachant que cette régulation est intron dépendant, nous avons vérifié si Rpl30-1 peut lier directement l’intron de rpl30-2 par retardement sur gel. Il faut aussi déterminer la région de l’intron permettant cette liaison. Différentes constructions devaient être générées afin de cibler la région nécessaire à la liaison. Certains problèmes sont survenus et ont persisté nous obligeant à mettre ce projet de côté. Nos travaux ont permis de proposer un nouveau modèle d’autorégulation de la protéine ribosomale S2 (rpS2) chez l’homme. Une lignée stable a été créée permettant de contrôler l’expression du gène de fusion GFV-RPS2 par l’ajout de doxycycline au milieu de culture. Une réduction de la protéine endogène rpS2 est notable lorsque l’expression de GFP-rpS2 est induite. Étonnamment, en excès de rpS2, les niveaux endogènes d’ARNm de RPS2 ne varient pas suggérant une régulation post-transcriptionnelle. De plus, nos résultats suggèrent une régulation indépendante des régions non traduites en 5’ et 3’. Nous avons vérifié la possibilité d’un mécanisme impliquant la stabilité de la protéine. Nos résultats semblent indiquer que la stabilité de rpS2 ne serait pas impliquée. D’autres expériences montrent que GFP-rpS2 semble lier l’ARNm de RPS2. Ce nouveau résultat permet de proposer un nouveau modèle dans lequel rpS2 pourrait lier son transcrit pour venir réprimer la traduction.