Avec la récente découverte que plus de 90% du génome humain est transcrit activement, il est raisonnable d'assumer que les mécanismes de régulation post-transcriptionnelle sont les moyens primaires contrôlant le transfert de l'information de l'ARN messager à la protéine. Ces mécanismes de régulation nécessitent généralement plusieurs éléments et motifs d'ARN en cis retrouvés à l'intérieur des ARN messagers. La structure G-quadruplexe sort de l'ordinaire en terme de motif d'ARN. L'empilement des G-quartets, formés de quatre guanines coplanaires interagissant entre elles via des paires de bases Hogsteen, la présence d'un contre-ion et la structure en tétrahélice procurent à la structure G-quadruplexe une stabilité remarquable. Cette stabilité amalgamée à ces caractéristiques structurales uniques, font de ce motif un élément de régulation post-transcriptionnelle en cis très prometteur. Cette thèse présente une étude des capacités de la structure G-quadruplexe à agir comme un élément de régulation de l'ARN. Tout d'abord, j'ai exploré l'habilité d'une structure G-quadruplexe à moduler l'activité catalytique d'un ribozyme en développant et caractérisant une nouvelle classe de ribozyme, le G-quartzyme. Le G-quartzyme résulte de la fusion d’un motif G-quadruplexe au ribozyme VHD antigénomique. Une activité catalytique dépendante de la présence de potassium en solution a été observée pour ce nouveau ribozyme. La caractérisation de cette chimère G-quadruplexe-ribozyme a permis d'apprécier la flexibilité et la capacité du G-quadruplexe à moduler l'activité catalytique d'un ribozyme. Par la suite, j'ai étudié les G-quadruplexes présents dans les 5-UTR des ARNm en utilisant une approche robuste composée de trois étapes, in silico, in vitro et in cellulo. Cette méthodologie a permis d'avoir une vue d'ensemble du phénomène. L'analyse de neuf candidats de front a été la clé afin d'apprécier l'ampleur des G-quadruplexes dans les 5'-UTR agissant comme répresseurs traductionnels. Les résultats obtenus ont permis d'identifier des nouvelles règles régissant la formation de structure G-quadruplexe d'ARN in vitro et in cellulo. Ce travail suggère que ces répresseurs de la traduction sont vastement distribués à travers le transcriptome. Finalement, cette même approche a été utilisée afin d'explorer les G-quadruplexes présents dans les 3’-UTR des ARNm. Cette analyse m'a permis de discerner un nouveau rôle pour cette structure, celui de stimuler la polyadénylation alternative d'un messager. L'étude plus en détail d'un candidat, FXR1, démontre que la présence d'un G-quadruplexe dans son 3'-UTR augmente l'expression d'un transcrit plus court, produit par polyadénylation alternative, contenant moins de sites de liaison aux microARNs résultant en un gain de synthèse protéique. Les résultats recueillis lors de ce travail suggèrent également que la présence de ce motif dans les 3'-UTR diminue l'efficacité d'un site de polyadénylation situé en aval de celui-ci. Clairement, les G-quadruplexes présents dans les 3-UTR possèdent différents rôles pouvant affecter l'expression d'un gène. En conclusion, ces études ont permis de soulever l'importance majeure des G-quadruplexes d'ARN dans différents phénomènes, dont l'expression génique, et de définir de nouvelles règles majorant leur formation et leur interaction dans divers contextes cellulaires. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la structure G-quadruplexe, en plus d'être largement distribuée à travers le transcriptome, possède plusieurs caractéristiques faisant de celle-ci un élément de régulation de l'ARN des plus compétent. L’identification et la caractérisation de phénomènes cellulaires associés aux G-quadruplexes s'avèrent indispensables afin de développer de nouvelles thérapies géniques ciblant ces structures.

Les avancées en biologie moléculaire et cellulaire des dernières décennies ont permis de redéfinir le rôle de l’ARN au sein des cellules de tous les domaines du vivant. Initialement cantonné dans un rôle de support transitoire de l’information génétique du génome (ADN) en direction des effecteurs ou molécules actives (protéines et métabolites), l’ARN est maintenant associé à toutes les sphères de la biologie. Les molécules d’ARN peuvent agir autant comme génome (virus), comme molécules adaptatrices (ARNt), comme messager de l’information génétique (ARNm), comme enzyme (ribozyme) ou encore comme molécules régulatrices en cis (riboswitch) ou en trans (miARN). Nous savons aussi que la grande majorité du génome des cellules eucaryotes est transcrite à un moment ou un autre. Ces implications de l’ARN en font une cible de choix pour la recherche en génomique fonctionnelle, ainsi que pour des applications thérapeutiques. C’est pourquoi, depuis la découverte des ARN catalytiques et de l’interférence à l’ARN, beaucoup d’efforts ont été consacrés pour développer un éventail d’outils moléculaires permettant d’inhiber l’expression de gènes d’intérêt. Le défi qui se dessine aujourd’hui est le développement d’outils plus spécifiques et plus efficaces, entre autres parce que la variété d’ARN qu’un inhibiteur peut rencontrer est beaucoup plus grande qu’initialement estimée. De plus, les données recueillies lors d’essais cliniques montrent la nécessité de combiner un très grand potentiel avec une spécificité accrue. Les travaux de cette thèse se concentrent sur un outil moléculaire qui a le potentiel de répondre positivement à ce défi : le ribozyme SOFA-HDV. Mon projet de recherche visait à démontrer le potentiel de cet ARN catalytique pour le ciblage de gènes in cellulo et de développer son application. Tout d’abord, j’ai démontré que le ribozyme SOFA-HDV pouvait être utilisé pour inhiber la fonction d’un ARN in cellulo. Cette étude a également mis en évidence l’usage de ce ribozyme comme agent antiviral, avec le virus de l’hépatite C comme modèle. Le développement de nouvelles thérapies plus performantes avec peu d’effets secondaires demeure un enjeu important. Au moment de publier ces travaux, en plus d’être le premier exemple exhaustif de l’utilisation du ribozyme SOFA-HDV in cellulo, notre étude contenait le plus grand nombre de ribozymes jamais testés contre le VHC en une seule publication. Bien que modeste, l’effet observé démontre que ce ribozyme peut inhiber la réplication d’un virus dans un modèle in cellulo. Nos résultats exposent aussi la différence d’accessibilité entre les ARN de polarités positive et négative du VHC in cellulo. Par la suite, j’ai participé au développement de ribozymes SOFA-HDV ciblant le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) dans le cadre d’une collaboration. Parmi les ribozymes testés, nous en avons identifié un dont l’activité catalytique réduit la réplication du VIH de plus de 50 % dans un modèle cellulaire. Dans le cadre de cette étude, nous avons identifié un site hautement favorable pour le ciblage par un ribozyme SOFA-HDV ou par un shARN. Des données suggèrent aussi une spécificité élevée du ribozyme SOFA-HDV. Des tests d’inhibition avec différentes souches du VIH montrent que l’activité du ribozyme est affectée avec un seul mésappariement entre le biosenseur (élément du module SOFA resposable de reconnaissance du substrat) et son site de liaison. Finalement, dans un esprit d’intégration des connaissances recueillies au fil des différents projets impliquant le ribozyme SOFA-HDV, je me suis intéressé à leur processus de sélection pour le ciblage génique. J’ai démontré l’impact de la séquence du biosenseur sur l’activité du ribozyme. J’ai également illustré l’autocoupure possible lorsque la séquence du biosenseur crée un prolongement du bloqueur (élément du module SOFA agissant comme verrou) ainsi que l’impact de la structure du substrat autant au niveau des sites de liaison du domaine de reconnaissance que du biosenseur. Ces nouveaux éléments combinés aux données antérieures sur le ribozyme HDV original m’ont permis d’élaborer une marche à suivre pour la présélection des ribozymes SOFA-HDV selon leur potentiel comme ciseaux moléculaires. En conclusion, ces travaux ont contribué à mettre de l’avant le potentiel du ribozyme SOFA-HDV pour des applications de ciblage de gènes, plus particulièrement pour des cibles virales. De ce fait, il existe maintenant des exemples concrets de l’utilisation de ce ribozyme en cellules humaines. Tout indique que la spécificité du module SOFA est préservée in cellulo et serait avantageusement comparable à d’autres technologies. Globalement, cette thèse devrait rendre l’utilisation du ribozyme SOFA-HDV plus accessible et favoriser son développement comme outil moléculaire.

L'infertilité masculine est une préoccupation croissante dans les sociétés modernes. Parmi les différentes causes d'infertilités masculines, certaines ont une origine génétique. C'est le cas de la globozoospermie de type I, une infertilité sévère caractérisée par la production exclusive des spermatozoïdes ayant une tête ronde et sans acrosome. Cette pathologie présente un phénotype complexe associant à l'absence de l'acrosome, des défauts de compaction nucléaire, des lésions de l'ADN et une déficience d'activation ovocytaire.Récemment notre équipe a montré que le gène DPY19L2 est impliqué dans 60 à 80% des cas de globozoospermie de type I et représente donc la cause majeure de la globozoospermie de type I chez l'homme. La fonction de la protéine étant complètement inconnue au moment de l'identification du gène DPY19L2, nous avons alors réalisée une étude fondamentale sur les mécanismes moléculaires expliquant la pathogénie moléculaire de cette maladie et avons démontré, grâce à l'utilisation du modèle des souris KO pour le gène Dpy19l2, que la protéine est localisée dans la membrane nucléaire interne et est nécessaire à l'ancrage de l'acrosome sur l'enveloppe nucléaire. Dans le but d'identifier d'autres acteurs impliqués dans l'attachement de l'acrosome au noyau spermatique, nous nous sommes intéressés à l'étude de la protéine Sun5 de l'enveloppe nucléaire interne située en regard de l'acrosome qui pouvait être un partenaire de Dpy19l2. On a trouvé que les deux protéines n'étaient pas des partenaires puisque Sun5 était, contrairement à ce qui a été décrit dans la littérature, du côté postérieur opposé à l'acrosome. En deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la compréhension des principales causes moléculaires de l'absence de fécondation ou du très faible taux de réussite lors d'ICSI réalisées avec des spermatozoïdes globozoospermiques.Pour ce faire, nous avons recherché la protéine PLC ζ, le principal facteur spermatique activateur de l'ovocyte, dans les spermatozoïdes humains provenant de patients délétés pour le gène DPY19L2 et murins (de souris KO Dpy19l2-/-) et avons montré qu'effectivement cette protéine est absente tant chez les patients que dans le modèle d'étude murin. Nous avons également réalisé une étude comparative des principales étapes de la compaction du génome spermatique entre les souris mâles WT et Dpy19l2-/- et nous avons montré que la compaction du génome des spermatozoïdes globozoospermiques était défectueuse avec un défaut de protamination et une rétention des histones. Ainsi, la déficience en PLC ζ, les défauts de compaction et le taux élevé de fragmentation de l'ADN sont susceptibles d'expliquer l'échec de la fécondation après ICSI, et le développement très réduit des embryons issus des patients déficients pour le gène DPY19L2 ainsi que des souris Dpy19l2-/-. La compréhension de cette physiopathologie devrait permettre la proposition de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant d'améliorer le taux du développement embryonnaire en AMP. / Male infertility is a growing concern in modern societies. Among the various causes of male factor infertility, some have a genetic origin. This is the case of type I globozoospermia, a severe infertility characterized by the presence in the ejaculate of a majority of round spermatozoa devoid of acrosome. This pathology presents a complex phenotype associating to the absence of the acrosome, sperm nuclear compaction defects, DNA damage and failure in egg activation.Recently our team identified the DPY19L2 gene as responsible for a large majority of pure globozoospermia cases (>80%) and therefore represents the major cause of type I globozoospermia in humans. The function of the protein was completely unknown at the time of identification of DPY19L2 gene, we then performed a fundamental study of the molecular mechanisms underlying the molecular pathogenesis of the disease and have shown, through the use of knockout mice model for the Dpy19l2 gene, that the protein is localized in the inner nuclear membrane and is necessary for the anchoring of the acrosome to the nuclear envelope. In order to characterize new actors of acrosome attachment, we assessed the importance of Sun5 (also called Spag4l) in acrosome attachment which was previously shown to be expressed in NE of spermatogenic cells, facing the acrosome and that could be a partner of Dpy19l2. Interestingly we demonstrate that Sun5 and Dpy19l2 are not partners and that Sun5, is not as initially reported, facing the acrosome but is in fact excluded from this zone. We were also interested in understanding the main molecular causes of the poor fertilization ability or the very low success rate in ICSI when performed with globozoospermics sperm.Therefore we have searched the PLC ζ protein, the sperm factor thought to induce the Ca2+ oscillations responsible for egg activation, in human spermatozoa from patients with DPY19L2 deleted gene and in murine spermatozoa from Dpy19l2 Knock-Out mice and showed that actually this protein is absent both in patients and in KO mice. We also made a comparative study of the main stages of genome compaction of sperm from both WT and Dpy19l2 KO mice and we showed that Dpy19l2 deficient sperm displays defective genome condensation and DNA alterations. Thus, PLC ζ deficiency, the compaction defects and the high rate of DNA fragmentation may explain the failure of fertilization after ICSI, and the poor development of embryos from patients deficient for the gene DPY19L2 as well as Dpy19l2 KO mice.Understanding the physiopathology of globozoospermia should allow the proposal of new therapeutic strategies that improves the rate of embryonic development in ART.

L’oviducte joue un rôle central dans le transport et la préparation des gamètes, la fécondation et le développement précoce. Un dialogue embryo-maternel s’établit pour assurer le succès du développement de l’embryon et de son transport vers le site d’implantation. L’objectif principal de ce travail était de confirmer l’existence d’un dialogue moléculaire et fonctionnel précoce grâce à la coculture d’embryons bovins produits in vitro sur des cellules épithéliales tubaires bovines (BOEC). Nous avons montré que les BOEC ont un effet important sur le développement embryonnaire précoce, particulièrement pendant les 4 premiers jours. Cet effet ce traduit par un clivage accéléré, une modulation des gènes exprimés après l’activation du génome embryonnaire, un taux plus élevé de développement au stade de blastocyste et une adaptation de l’expression génique de ces blastocystes. En retour, les embryons induisent dans les BOEC, des changements d’expression de facteurs impliqués dans la réponse à l’interféron. Une spécificité régionale des profils d’expression a également été observée dans l’oviducte. / The oviduct plays a pivotal role in gametes transport and final capacitation, as well as in fertilization and early embryo development. An embryo-maternal communication takes place to ensure the successful early embryo development and transport towards its implantation site. The principal aim of this research was to confirm the existence of such early embryo-maternal molecular and functional dialogue using bovine oviduct epithelial cells (BOEC) as coculture to support the development of in vitro produced bovine embryos. We showed that BOEC had an important effect on early embryo development, especially during the first 4 days. This effect translates into accelerated cleavage kinetics, modulation of gene expression after embryonic genome activation, increased rate of embryo development to the blastocyst stage and improved gene expression profile. Moreover the embryos are triggering a BOEC response by upregulating genes related to interferon signaling. A regional specificity of gene expression profile in the oviduct has also been detected.

De par sa taille (17 Gb), la complexité de son génome (allohexaploïde) ainsi que la forte proportion d’éléments répétés (>80%), l’étude du génome de blé tendre est une tâche particulièrement complexe et s’est souvent retrouvée confrontée aux limites technologies. Grâce une approche de tri de chromosomes, le chromosome 3B (995 Mb) a pu être isolé et séquencé. Ces données ont permis la construction d’une pseudomolécule. Mes travaux de thèse se sont basés sur des données de transcriptomique produites avec une approche RNA-Seq, afin d’investiguer l’impact de la taille de ce chromosome sur l’organisation de l’espace génique. L’annotation du chromosome 3B a permis de mettre en évidence : 5 326 gènes et 1 938 pseudogènes. L’analyse des librairies RNA-Seq pour 15 conditions de développement a permis de mettre en évidence l’expression de 71 % des gènes annotés, ainsi que 3 692 régions nouvellement transcrites (NTR). Nous avons aussi pu détecter des transcrits alternatifs pour 61% des gènes exprimés (en moyenne 6 isoformes). Nous avons donc pu mettre en évidence une structuration de l’espace génique pour le chromosome 3B. En effet, la transcription est répartie sur tout le chromosome, cependant les gènes sont organisés selon un gradient de densité croissant sur l’axe centromère-télomère. En nous basant sur le profil des données de recombinaison, nous avons divisé le chromosome en 3 régions : R1, R2 et R3. La région R2 correspondant à la région centrale du chromosome (647 Mb) où le taux de recombinaison est très faible voir absent. Les régions R1 (58 Mb) et R3 (69 Mb) correspondent respectivement aux parties distales du bras court et du bras long du chromosome, où le taux de recombinaison est le plus fort. Ces trois régions diffèrent par leur niveau et leur spécificité d'expression, ainsi que par leur structure génique (nombre d'exons, taille des introns …). En effet, les gènes ayant une expression tissu-spécifique, ainsi qu’un faible nombre de transcrits alternatifs sont retrouvés dans les régions R1 et R3. Deux modèles peuvent expliquer le lien observé entre la structure des gènes et leur niveau/spécificité d’expression : le modèle de la sélection pour l’économie et le modèle dessin génomique. En conclusion, ce travail a montré et ce, pour la première fois à l’échelle d’un chromosome entier de blé, l’impact de la taille du chromosome sur l’organisation ; mettant en relation la structure des gènes, leur niveau d’expression, leur spécificité d’expression, ainsi que leur nature évolutive. L’assemblage ainsi que l’annotation de pseudomolécules des autres chromosomes permettra de mettre en évidence si cette structure est conservée. Afin de mieux comprendre les mécanismes cellulaires impliqués dans la régulation de l’expression des gènes, une étude du paysage épigénomique a été engagée. / Genome-wide studies of the bread wheat are a complicated task due to its large size (17 Gb), its allohexaploidy and its high content in repeat sequences (>80%). Using a chromosome-specific approach, the chromosome 3B (995 Mb) was successfully isolated and sequenced leading to the assembly of one pseudomolecule. The work presented in this thesis investigated the impact of the 3B chromosome size on the gene space organization. Production of transcriptomic data was achieved using RNA-Seq approach. The chromosome 3B was annotated and we predicted 7 264 features, including 5 326 full genes and 1 938 pseudogenes. We constructed RNA-Seq libraries for 15 developmental wheat conditions. Using this data we detected expression of 71.4% of the predictions, and 3 692 novel transcribed regions (NTR). We also detected alternative transcripts for 61% of the expressed genes, with 5.8 isoforms on average for one gene. Using these transcriptional data, we highlighted a partitioning of the chromosome 3B gene space. Indeed, transcription was found all along the chromosome, but genes were organized according to an increasing density gradient along the centromere-telomere axis. Based on recombination profile, we segmented the chromosome in 3 major regions: R1, R2 and R3. The region R2 was identified with low or no recombination rate corresponding to the centromeric and peri-centromeric regions (647 Mb). The regions R1 and R3 were associated with a higher recombination rate, both localized on the distal part of the short arm (58 Mb) and the long arm (69 Mb) respectively, where the recombination rate is higher. All three regions showed distinct level and specificity of gene expression as well as unique gene structure (variation size, exon number, intron size). Indeed, genes expressed in a specific condition and with a small number of alternatives transcripts were localized on regions R1 and R3. We showed that two evolutionary model could explain the link between gene structure and the level/specificity of expression : “selection for economy” and “genome design”. In conclusion, a transcriptomic studies was achieved along the 3B chromosome for the first time. This study demonstrated a relationship between gene characteristics (structure, expression level, expression specificity and evolution) and the chromosome 3B organization. Future pseudomolecule assemblies will help us to assess the structural organization of these chromosomes. In order to better understand the cellular mechanisms of gene expression, an epigenomic study of the 3B chromosome was started.

Les muscles squelettiques présentent des propriétés individuelles de taille, forme, orientation, site d’attachement, nombre de noyaux, déterminées par l’expression d’une combinaison de facteurs d’identité. Les processus par lesquels ces gènes déterminent les caractéristiques finales du muscle ne sont pas pleinement compris. Découvrir comment ces régulateurs de l’identité sont connectés entre eux, à travers un réseau de gènes spécifiant le destin cellulaire de chaque type de muscle, reste un enjeu majeur. Pour identifier de nouveaux acteurs qui déterminent les caractéristiques individuelles du muscle au cours de l’embryogenèse chez la drosophile, nous avons optimisé l’approche cellule-spécifique TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification) permettant l’isolation des ARNs messagers en cours de traduction. Cette méthode a été utilisée sur deux populations restreintes de muscles (Lms- et Slou-positives) et sur la population musculaire globale (Dufpositive) à trois fenêtres de temps ciblant des processus clés de la myogenèse tels que la spécification de cellules fondatrices, la fusion des myoblastes, l’attachement aux cellules de tendon et l’innervation par les motoneurones. Pour avoir une vue d’ensemble de l’expression des gènes dans ces différentes conditions, des analyses transcriptomiques à l’aide de puces ADNc ont été réalisées. Une étude spatiale nous a permis d’identifier de nouveaux acteurs potentiels du code d’identité nécessaires à la diversification de la population Slou ainsi que l’implication de la protéine de liaison à l’ARN, Boule, dans l’organisation des filaments d’actine au sein des fibres musculaires. Dans un second temps une analyse temporelle des données a révélé un ensemble de gènes codant pour des protéines de liaison à l’actine avec un enrichissemen tspécifique dans la population Lms positive. L’étude plus approfondie des gènes gel et dCryABa permis de déterminer leur rôle au cours de la myogenèse. Ces deux protéines participent de manière importante à la régulation de la croissance des muscles Lms positifs en régulant le nombre d’évènement de fusion, l’élongation et l’attachement des myotubes.A travers ce projet nous avons identifié de nouveaux acteurs potentiels du code d’identité, impliqués dans l’acquisition des propriétés distinctes des sous populations musculaires Slou et Lms au cours de l’embryogenèse en participant soit au contrôle de l’expression des gènes soit à l’acquisition des caractéristiques morphologiques finales. Nous espérons que les données générées permettront dans le futur d’acquérir de nouvelles connaissances sur les fonctions des orthologues de ces gènes au cours de la myogenèse desvertébrés et que cela aura un impact sur la compréhension de certaines myopathies. / Skeletal muscles display specific features (size, shape, orientation, attachment site,number of nuclei), which are tightly controlled by the combinatorial expression of identity factors. Currently, process by which identity genes determine muscle characteristics is not fully understood. Uncovering how identity factors are interconnected and how they control network of genes specifying muscle cell fate remains a major challenge. To discover new actors of the identity code allowing the acquisition of individual muscle characteristics during Drosophila embryogenesis we optimised a genome wide cell specific approach called TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification), which allows the isolation of mRNA engaged in translation. This method has been used on two restricted populations of muscle cells (Slou and Lms positive) and on the global musculature (Dufpositive) at three time windows covering key muscle developmental steps such as founder cell specification, myoblast fusion, attachment to the epidermis via tendon cells and the innervation by motoneurons.To assess gene expression at a global level in these muscle subsets, we performed transcriptomic analyses at targeted developmental windows by using microarray. First, a comparison of spatial gene expression allowed us to identify new potential actors of the identity code for Slou-positive muscles and the involvement of the RNA binding protein Bol in the structural organisation of muscle fibers. We also performed analyses of temporal transition profiles of genes differentially expressed in Slou- and Lms-positive muscles and identified cluster of genes enriched preferentially in the Lms population and encoding actin interacting proteins. We focused on two genes from this cluster, gel and dCryAB and determined their functions during myogenesis. These two proteins control a coordinated growth of the Lms-positive muscles by fine-tuning of both the number of fusion events and the elongation of myotubes to tendon cells. With this project, we have identified new potential actors of the identity code that govern the acquisition of individual properties of Slou and Lms muscle subsets during Drosophila embryogenesis. We hope that the newly generated data will enable to gain further knowledge on the corresponding orthologues during vertebrate myogenesis and will help to understand why particular muscles are affected in some myopathies.

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L’ataxie de Friedreich (AF) est une maladie mitochondriale caractérisée par une ataxie spinocérébelleuse et sensitive, une cardiomyopathie et un diabète. L’AF est due à un déficit en frataxine (FXN), une protéine mitochondriale impliquée dans la synthèse des centres Fe-S et l’homéostasie mitochondriale. L’atteinte cardiaque, pour laquelle il n’existe aucun traitement, est la cause principale de décès. Nous avons montré que l’injection intraveineuse d’un vecteur adéno-associé (AAV) rh10 exprimant la FXN humaine prévient le développement de la cardiomyopathie d’un modèle souris de l’AF mais aussi que l’injection du vecteur à des animaux en insuffisance cardiaque permet la correction complète et rapide du phénotype cardiaque. Ces résultats démontrent la capacité des cardiomyocytes défectueux présentant un défaut bioénergétique à être rapidement corrigés. Nous avons ainsi établi la preuve de concept qu’un traitement par thérapie génique est une approche thérapeutique pertinente pour l’AF. / Friedreich ataxia (FRDA) is a mitochondrial disease with neurodegeneration, hypertrophic cardiomyopathy and diabetes. FRDA is caused by reduced level of frataxine (FXN), an essential mitochondrial protein involved in iron-sulfur cluster biogenesis and mitochondrial homeostasis. Cardiac failure is the most common cause of mortality in FRDA. To date, no treatment exists for FRDA cardiomyopathy. During my PhD, we showed that an adeno-associated vector (AAV) rh10 expressing human FXN injected intravenously not only prevented the onset of the cardiac disease in a faithful FRDA cardiac mouse model, but also, when administered in animals with cardiac failure, reversed rapidly and completely cardiac remodeling and insufficiency. Our results demonstrate the capacity of defective cardiomyocytes with severe energy failure and ultrastructure disorganization to be rapidly corrected and remodeled by gene therapy. Thus, we showed that gene therapy may be a relevant therapeutical approach for FRDA.

La rétine est un tissu spécialisé dans le traitement de l'information visuelle par l'intermédiaire des photorécepteurs, cônes et bâtonnets, et des neurones de deuxième ordre, les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires dont les axones forment le nerf optique. Notre groupe s'intéresse à élucider les mécanismes génétiques impliqués dans les maladies rares stationnaires, comme dans la cécité nocturne congénitale stationnaire (CNCS), ou progressives comme dans la dystrophie de type bâtonnet-cône (DBC). Cette thèse apporte de nombreuses connaissances sur la physiologie rétinienne. D'une part, nous avons identifié GPR179, un nouveau gène impliqué dans la CNCS complète, étudié la localisation de la protéine et la physiopathologie des protéines mutantes. Nous avons également créé et caractérisé fonctionnellement un nouveau modèle souris invalidé pour GPR179 qui nous a permis de mieux approcher la première synapse rétinienne entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires adjacentes. D'autre part, nous avons caractérisé le génotype et le phénotype de l'un des modèles les plus utilisés de la DBC, le rat P23H. Nous avons ensuite développé une approche d'édition génomique pour invalider les mutants RHO ayant un effet dominant négatif en testant in vitro, ex vivo et in vivo les meganucleases, TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) puis le système CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9). / The first steps in vision occur in the retina when rod and cone photoreceptors transform light into a biochemical signal, which gets processed by bipolar cells, ganglion cells and finally by the brain. Our group investigates genetic causes and mechanisms involved in inherited stationary and progressive retinal diseases as congenital stationary night blindness (CSNB), and rod-cone dystrophy (RCD), also called retinitis pigmentosa. This thesis gives several insights on the retinal physiology. On one hand, we identified GPR179, a new gene mutated in complete CSNB, studied the localization and the physiopathology of missense and splice-site mutations. We also delivered a new knock-out mouse model which we functionally characterized, and studied GPR179 partners to provide a better understanding of the first visual synapse between photoreceptors and ON-bipolar cells. On the other hand, we genotypically and phenotypically characterized one of the most popular RCD model, the P23H rat model. There is currently no treatment for RCD and different therapeutic strategies are under investigation. We wanted to deliver the basis for a genome editing approach for RHO mutations, acting as a dominant negative effect, which cannot be addressed by current gene replacement strategies. We opened the field by performing in vitro, ex vivo and in vivo genome editing experiments using meganucleases, TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) and finally CRISPR/Cas9 system (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9) and revealed how challenging the setting of genome editing strategies was.

Depuis bon nombre d’années déjà, la question ne se pose plus ; l’utilisation des pesticides en agriculture est nécessaire puisque sans ces derniers les chances que les terres soient ravagées par les insectes, champignons ou petits rongeurs représenteraient un trop grand risque pour les agriculteurs. Cependant, cette utilisation massive de pesticides en agriculture apporte son lot de questionnements et d’inquiétudes face aux effets néfastes qu’ils pourraient avoir tant sur les humains que sur la faune et la flore. Bien que tous les pesticides utilisés au Canada soient homologués par Santé Canada, et sont donc jugés comme ne représentant pas de risques élevés ni pour l’environnement ni les humains, nul ne connait les effets d’un mélange de pesticides sur nos cellules, notre organisme. Ce projet de recherche vise donc à évaluer les effets d’un mélange de pesticides composé de cinq ingrédients actifs communément utilisés en agriculture sur les niveaux d’expression du gène CYP1A1, un gène cible du récepteur aux hydrocarbures d'aryle (AhR). Ce récepteur, bien qu’impliqué dans bon nombre d’autres réponses cellulaires, joue un rôle important dans la détoxification de l’organisme en activant la transcription de certains gènes dans la famille du cytochrome P450, dont le gène CYP1A1. Tel que mentionné précédemment, le but du présent projet de recherche est d’évaluer les effets d’un mélange composé d’au moins deux ingrédients actifs de pesticides sur l’activation de la voie de AhR. Les résultats du projet de recherche ont démontré que certaines combinaisons donnent lieu à une activation synergique de la voie AhR alors que d’autres donnent plutôt lieu à une activation additive. Dans le cas où la concentration des ingrédients actifs est élevée, on obtient plutôt un effet inhibiteur. N’est-ce pas paradoxal qu’à faibles doses, il y a un effet soit additif ou synergique alors qu’à de hautes concentrations, l’effet est plutôt inhibiteur ? Il ne faut alors pas croire que de fortes doses de pesticides sont bénéfiques puisque les effets sur les niveaux d’expression des gènes cibles de AhR ne signifient pas qu’il en sera de même pour les tous les autres gènes. Les résultats ont également démontré qu’en présence d’œstrogène, les ingrédients actifs seuls ou en combinaison ont le même effet que le 2,3,7,8-Tétrachlorodibenzo-para-dioxine (TCDD) sur l’interaction croisée entre AhR et le récepteur aux œstrogènes ; l’expression du gène CYP1A1 est réprimée alors que l’expression de CYP1B1 demeure inchangée. Maintenant qu’on comprend bien les effets que peuvent avoir une combinaison d’ingrédients actifs de pesticides sur l’activation AhR, il ne reste plus qu’à comprendre pourquoi certains mélanges donnent lieu à une activation synergique et d’autres additive. Une question bien simple, mais à laquelle il est si difficile de répondre.