Au cours du développement précoce de l'embryon, une importante vague de reprogrammation épigénétique efface et rétablit les profils de méthylation d’ADN (metADN) à travers le génome. Cependant, des régions spécifiques telles que les gènes à empreinte doivent échapper à cette vague de reprogrammation et maintenir leurs profils de metADN précis par l’activité constante de l’enzyme DNMT1 (ADN méthyltransférase 1) pour assurer le bon développement embryonnaire. En utilisant un modèle de cellules souches embryonnaires (mES) de souris avec une répression inductible de Dnmt1 (Dnmt1tet/tet), nous avons précédemment montré que la perte temporaire de Dnmt1 déclenche la perte permanente des profils de metADN sur les régions à empreinte et régions similaires, ainsi que sur d'autres régions du génome. Nous ne comprenons toujours pas pourquoi certaines séquences génomiques sont incapables de rétablir leurs profils de metADN normaux après la ré-expression de Dnmt1, et comment d'autres marques épigénétiques (e.g. les modifications des histones) sont altérées. Notre hypothèse est qu’un réarrangement erroné des marques d’histones aux régions promotrices, suivant une perte temporaire du maintien de la méthylation d’ADN par DNMT1, empêchera l’expression normale dans les cellules souches embryonnaires de souris. Pour ce faire, nous avons collecté des cellules mES Dnmt1tet/tet avant l'inactivation de Dnmt1, après l'inactivation de Dnmt1, puis après la réactivation complète de l'expression de Dnmt1. Nous avons ensuite utilisé la technique ChIP-Seq pour les marques d'histones (H3K4me3, H3K27me3, H3K27ac, H3K9me3, H3K4me1), celle de RRBS pour la méthylation de l'ADN et la technique de RNA-Seq pour l'expression des gènes. En définissant une liste de 18 166 promoteurs uniques, nous les avons classés en quatre catégories (Actif, Bivalent, Déplété et Réprimé). Nous montrons que l'inactivation de Dnmt1 mène à une dérégulation drastique des marques d'histones à travers les types de promoteurs. Cependant, lors de la réactivation de Dnmt1, la plupart de ces défauts ont été corrigés. Pourtant, dans l’ensemble des catégories, nous observons des promoteurs avec des dysrégulations persistantes des marques d'histones ainsi qu'un nombre significatif de gènes avec une expression différentielle. Dans l'ensemble, nos résultats montrent qu'une absence temporaire de DNMT1 a un impact plus important sur la conservation des profils des marques d'histones et l'expression des gènes que sur le maintien des profils de metADN sur les régions promotrices, dans les cellules souches embryonnaires de souris. Cela suggère que l'absence temporaire de maintien de la méthylation d’ADN déclenche une série d'événements qui conduisent à des dérégulations permanentes de marques d'histones aux promoteurs, lesquelles ne sont pas directement associés aux altérations sous-jacentes de la méthylation d’ADN dans les régions promotrices. / During early embryo development, a major epigenetic reprogramming wave erases and re-establishes DNA methylation (DNAmet) profiles across the genome. However, specific regions such as imprinting loci must escape this reprogramming wave and maintain their precise DNAmet profiles by constant DNMT1 (DNA methyltransferase 1) activity to ensure the proper development. Using a mouse embryonic stem (mES) cell model with inducible Dnmt1 repression (Dnmt1tet/tet), we previously showed that the temporary loss of Dnmt1 triggers the permanent loss of DNAmet profiles on imprinted and imprinted-like regions, as well as on other regions across the genome. We still do not understand why particular genomic sequences are unable to re-establish their normal DNAmet profiles following Dnmt1 re-expression, and how other epigenetic marks (e.g., histone modifications) are altered. Our hypothesis is that an erroneous rearrangement of histone marks on promoter regions following a temporary lack of DNAmet maintenance by DNMT1 will prevent proper gene expression in mouse embryonic stem cells. To test this, we collected mESDnmt1tet/tet cells prior to Dnmt1 inactivation, after Dnmt1 inactivation, and following complete reactivation of Dnmt1 expression. We then performed ChIP-Seq for histone marks (H3K4me3, H3K27me3, H3K27ac, H3K9me3, H3K4me1), RRBS for DNA methylation and RNA-Seq for gene expression. By defining a list of 18 166 unique promoters we categorized them in four categories (Active, Bivalent, Depleted and Repressed). We show that inactivation of Dnmt1 lead to drastic dysregulation of histone marks across types of promoters. However, upon reactivation of Dnmt1, most of these defects were rescued. Still, across categories, we observe promoters with persistent histone mark dysregulations as well as a significant number of associated genes with differential expression. Overall, our results show that a temporary lack of DNMT1 has a greater impact on the conservation of histone mark profiles and gene expression than it has on the maintenance of DNAmet profiles on promoter regions in mouse embryonic stem cells. This suggests that the temporary lack of methylation maintenance triggers a series of events that leads to the permanent dysregulation of histone marks in promoter regions, which are not directly associated with underlying DNA methylation alterations in the promoter regions.

L'objectif de la thérapie génique est de guérir des déficiences génétiques et de nombreuses maladies acquises par l'introduction d'acides nucléiques dans les cellules mammifères. Les vecteurs chimiques sont une alternative aux vecteurs viraux pour le transfert de gène, leur immunogénicité est réduite, en plus de leur faible coût et de la facilité de leur production. Jusqu'à présent, les liposomes et les polymères cationiques sont les vecteurs chimiques les plus étudiés et utilisés pour le transfert d'ADN plasmidique (ADNp) thérapeutique. Parmi les multiples barrières biologiques, la diffusion cytosolique limitée de l'ADNp est critique pour le niveau d'expression du transgène. Le but de ce travail de thèse était d'identifier un peptide de liaison à la dynéine, qui serait capable de recruter la protéine motrice dynéine et de faciliter le transport d'ADNp vers le noyau le long des microtubules. Nous avons donc étudié le réseau d'interaction de la protéine adénovirale E3-14.7K. E3-14.7K est indirectement en interaction avec la chaîne légère de la dynéine TCTEL1 par l'intermédiaire de FIP-1. Différentes techniques ont été utilisées pour analyser les interactions de ces différentes protéines telles que Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM), immunoprécipitation et Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). La technique de BRET nous a permis d'identifier un peptide de 20 acides aminés d'E3-14.7K (P79-98) responsable de son interaction avec FIP-1. Associé à des Quantum Dots P79-98 (P79-98-Qdot) colocalise avec les microtubules isolés et dans les cellules HeLa. Nous avons mis au point une méthode de greffage du peptide directement sur l'ADNp. Une fois greffé avec P79-98 l'ADNp est capable d'interagir avec les microtubules dans les cellules HeLa et de migrer activement jusqu'au noyau. P79-98 améliore l'efficacité de la transfection des HeLa jusqu'à 77%.

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

Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à deux modifications épigénétiques dans les cellules humaines, la méthylation de l'ADN et les modifications d'histones, et à leur relation avec deux processus cellulaires fondamentaux : l'expression génique et la réplication de l'ADN, en accordant une attention particulière aux gènes hétéro-chromatiques. J'ai étudié ces relations à travers des projets distincts en utilisant le syndrome ICF (Immunodeficiency, Centromeric instability, Facial abnormalities) comme modèle commun. Causé par un défaut épigénétique constitutif (inactivation de la DNA méthyltransfèrase 3B), le syndrome ICF (OMIM #242860) représente une source exclusive d'informations sur le rôle des modifications épigénétiques chez l'Homme. Dans un premier projet, nous avons montré que les gènes hétérochromatiques sont soumis à une hypométhylation importante et échappent à la répression transcriptionnelle dans le syndrome ICF, avec la conservation des marques d'histones. Dans une deuxième étude, nous avons observé que dans les cellules ICF la réplication du génome était plus rapide, concomitant avec une réduction de la longueur de phase S. De plus, nous avons observé un timing de réplication avancé au niveau de deux loci hétérochromatiques chez les patients ICF analysés. En parallèle de ces deux projets, j'ai mené un troisième projet, plus appliqué, centré sur le cancer colorectal.Dans ce projet, nous avons étudié la fiabilité d'un nouveau biomarqueur épigénétique (hypométhylation des loci B melanoma antigen) dans la détection des lésions pré-cancéreuses et montré que l'hypométhylation des loci BAGE est un événement précoce de la transformation des cellules du colon et est fréquent dans les adénomes histologiquement avancés. / During my PhD I studied two epigenetic modifications that occur in human cells, DNA methylation and histone modifications, and their relationship with two fundamental cellular processes: gene expression and DNA replication, with a particular attention to heterochromatic genes. I investigated this relationship in distinct projects using ICF (Immunodeficiency, Centromeric instability, Facial anomalies) syndrome as a common model. ICF syndrome (OMIM ID #242860) represents an exclusive source of information on the role of epigenetic modifications in humans, being caused by a constitutive epigenetic defect (i.e. de novo DNA methyltransferase 3B mutations). In a first project we showed that heterochromatic genes undergo hypomethylation and escape from silencing in ICF syndrome, with preservation of histone marks. In a second study we observed that whole-genome DNA replication is faster in ICF cell lines, with a concomitant shortening of the S-phase length. Besides, we observed earlier replication timing at two heterochromatic loci. In addition to these two studies, I carried out a third more applicative project focused on colorectal cancer. In this project we investigated the reliability of a new epigenetic biomarker (hypomethylation of B melanoma antigen loci) in the detection of pre-cancerous lesions and showed that BAGE loci hypomethylation is an early event in colon transformation and is frequent in histologically advanced adenomas.

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

L’endothéline-1 (ET-1) est un puissant agent vasoconstricteur dont la production est dérégulée dans plusieurs maladies inflammatoires où l’expression des cyclooxygénases-1/2 (COX-1/2) est augmentée. Puisqu’il est connu que la voie p38 MAPK est impliquée dans la régulation de l’ET-1 au niveau de l’ARNm, nous avons étudié le rôle de l’un de ses substrats, la kinase MK2 dans la régulation post-transcriptionnelle de l’ET-1 et des COX. Pour ce faire, nous avons utilisé des souris MK2-déficientes (MK2-/-) ainsi que des contrôles (MK2+/+) issus de la même portée. Des paramètres de la fonction cardiaque ont été mesurés sous anesthésie à l’aide d’un cathéter Millar et la réactivité vasculaire de l’artère fémorale a été mesurée par myographe. L’expression de ET-1, COX-1 et COX-2 a été quantifiée dans la cellule endothéliale aortique (CE) par qPCR. En réponse à l’ET-1 (100 nM), l’expression de la préproET-1 dans les CE augmente en fonction du temps (p<0.05) : cette variation est accentuée chez les souris MK2-/-. Bien que la pression artérielle soit similaire entre les souris MK2+/+ et MK2-/-, l’inhibition de COX (indométacine, 1 μM) augmente (p<0.05) la contraction à l’ET-1 des vaisseaux isolés provenant de souris MK2+/+ mais pas des MK2-/-. Ces données suggèrent un rôle de MK2 dans la réponse vasculaire à l’ET-1 et possiblement dans la signalisation post-récepteur de l’ET-1 en général. / Endothelin-1 (ET-1) is a potent vasoconstrictor whose production is deregulated in many inflammatory related diseases in which the cyclooxygenase-1/2 (COX-1/2) is up-regulated. Since it is known that the p38 MAPK pathway regulates ET-1 expression at the mRNA level, we studied the implication of the downstream kinase MK2 in the post-transcriptional regulation of ET-1 and COX. To accomplish this, MK2-deficient mice (MK2-/-) and their wild type littermate controls (MK2+/+) were used. Cardiac function parameters were measured using a Millar catheter under anesthesia and isometric reactivity of the isolated femoral artery was measured subsequently using a wire myograph. Aortic endothelial cell (EC) ET-1, COX-1 and COX-2 expression was quantified by qPCR. In response to ET-1 (100 nM), EC expression of preproET-1 increased in a time-dependant manner (p<0.05): this change in mRNA was greater in MK2-/- mice. Although arterial pressure was similar in MK2+/+ and MK2-/- mice, inhibition of COX (indomethacin, 1 μM) increased (p<0.05) the contraction of isolated vessels to ET-1 from MK2+/+ but not MK2-/- mice. These data suggest a role of MK2 in the vascular response to ET-1 and, possibly, ET-1 post-receptor signalling in general.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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

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