Cette thèse est une enquête sur le concept de niche et quelques grands cadres théoriques qui y sont apparentés: la théorie de la niche et la théorie neutraliste en écologie, la théorie de la construction de niche en biologie évolutive, et la niche des cellules souches en écologie intra-organisme. Le premier chapitre retrace l'histoire du concept de niche et confronte la théorie de la niche à une théorie concurrente, la théorie neutraliste. Le concept de niche apparaît comme devant être un explanans de la diversité des espèces et de la structure des écosystèmes. Le deuxième chapitre confronte la théorie évolutive standard à la théorie de la construction de niche, dans laquelle un organisme peut modifier son environnement et ainsi influer sur la sélection à venir. Nous montrons comment caractériser cette confrontation en termes d'échelles temporelles des processus en jeu, ce qui nous permet d'identifier le domaine de validité véritablement propre à la théorie de la construction de niche plus explicitement qu'il ne l'a été par le passé. Le troisième chapitre développe les recherches des deux chapitres précédents dans le cadre de la modélisation d'une thérapie génique comme un processus écologique de compétition et de construction de niche par les cellules. Nous présentons une famille de modèles appliqués à différentes échelles temporelles de la dynamique cellulaire, entre lesquelles le modélisateur précautionneux ne saurait choisir sans résultats expérimentaux spécifiques. Nous concluons sur les conceptions de la relation entre un organisme et son environnement attachées aux diverses facettes du concept.

La thérapie génique représente l'un des défis de la médecine des prochaines décennies dont la réussite dépend de la capacité d'acheminer l'ADN thérapeutique jusqu'à sa cible. Des structures non virales ont été envisagées, dont le chitosane, polymère cationique qui se combine facilement à l’ADN. Une fois le complexe formé, l’ADN est protégé des nucléases qui le dégradent. Le premier objectif de l'étude est de synthétiser et ensuite évaluer différentes nanoparticules de chitosane et choisir la mieux adaptée pour une efficacité de transfection sélective in vitro dans les cellules carcinomes épidermoïdes (KB). Le deuxième objectif de l'étude est d'examiner in vivo les effets protecteurs du gène de l'IL-1Ra (bloqueur naturel de la cytokine inflammatoire, l’Interleukine-1β) complexé aux nanoparticules de chitosane sélectionnées dans un modèle d'arthrite induite par un adjuvant (AIA) chez le rat. Les nanoparticules varient par le poids moléculaire du chitosane (5, 25 et 50 kDa), et la présence ou l’absence de l’acide folique (FA). Des mesures macroscopiques de l’inflammation seront évaluées ainsi que des mesures de concentrations de l’Interleukine-1β, Prostaglandine E2 et IL-1Ra humaine secrétés dans le sérum. Les nanoparticules Chitosane-ADN en présence de l’acide folique et avec du chitosane de poids moléculaire de 25 kDa, permettent une meilleure transfection in vitro. Les effets protecteurs des nanoparticules contenant le gène thérapeutique étaient évidents suite à la détection de l’IL-1Ra dans le sérum, la baisse d'expressions des facteurs inflammatoires, l’Interleukine-1 et la Prostaglandine-E2 ainsi que la diminution macroscopique de l’inflammation. Le but de cette étude est de développer notre méthode de thérapie génique non virale pour des applications cliniques pour traiter l’arthrite rhumatoïde et d’autres maladies humaines. / Considered to be one of the medical challenges of the coming decade, the success of gene therapy depends on the ability to deliver therapeutic DNA to target cells. Non-viral polymers, such as chitosan (Ch), a cationic polymer, can be easily combined with DNA. Once a complex is formed, DNA is protected from degradation by nucleases. The first objective of this study was to define the characteristics of the best-suited Ch nanoparticle for maximum selective transfection in human epidermoid carcinoma (KB) cells in vitro. Nanoparticles varied by the presence or absence of folic acid (FA) and Ch’s molecular weight (MW 5, 25 and 50 kDa). They were then selected and combined with interleukin-1 receptor antagonist (IL-1Ra) gene, a natural blocker of the inflammatory cytokine interleukin-1beta (IL-1β). The second objective was to inject these carriers by the hydrodynamic method in a rat model of adjuvant-induced arthritis and to evaluate the inhibitory effects of IL-1Ra against inflammation in vivo. Ch-DNA nanoparticles with FA and Ch25 demonstrated selective transfection and significantly increased it in KB cells in vitro. The inhibitory effects of IL-1Ra gene therapy in vivo were evident from lower expression levels of inflammatory factors (IL-1 and prostaglandin E2) and decreased macroscopic limb inflammation. The results also revealed the presence of human recombinant IL-1Ra protein in rat sera. Non-viral gene therapy with Ch-PEG-FA-DNA nanoparticles containing the IL-1Ra gene appears to significantly decrease inflammation in this experimental model of arthritis.

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes. / Classical major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules are cell-surface glycoproteins specialized in the presentation of peptides, mainly derived from extracellular pathogens, to the antigen receptors of CD4+ T cells in the adaptive immune system. They are encoded, with those of the MHC class I, by the most polymorphic genes known to date, with multiple loci and high allelic diversity at each one. Moreover, the polymorphism within MHCII genes is not restricted to coding sequences. It has also been observed in promoters where it was shown to affect the expression level of the genes. Variation in gene regulation is believed to be an important factor from which modification in morphology, physiology or behaviour can be observed in all organisms. Repeated DNA sequences with functional roles in this regulation have been identified within the non-coding parts of the genomes. On the other hand, pathogen-driven selection is also believed to be important in the evolution and maintenance of the polymorphism of the MHC genes in vertebrates. Studies have shown the implication of different MHC alleles in disease resistance or susceptibility. In this study, our aims were to characterize the polymorphism of the MHIIb gene in brook charr (Salvelinus fontinalis), to document its effects on the survival conferred by specific alleles and/or genotypes following an infection and on the variation of the expression level of the gene in different environmental conditions. In a first part, we identified a total of 6 MHIIb alleles, designated Safo-DAB*0101 to Safo-DAB*0601, showing a high similarity to coding sequences from teleost fish and human. Analysis of the b1 domain sequences indicates the effect of a positive selection pressure to select polymorphic mutations in that region of the molecule. Four of these alleles were tested in a challenge experiment against the pathogen Aeromonas salmonicida to evaluate their effect on fish survival. We found that one allele, DAB*0101, was significantly associated with resistance to furonculosis. In addition to homozygotes for this allele, its resistance effect was also detected in the heterozygote individuals of the DAB*0101/*0201 genotype. In contrast, other allelic combinations, namely heterozygous genotypes DAB*0201/*0301 and DAB*0301/*0401 were significantly associated with increased susceptibility. Given that its frequency was relatively low in the population, the negative frequency dependant selection hypothesis could explain the advantage associated with the allele DAB*0101 over the other alleles and highlight the importance of this mechanism to sustain variation at the MHC in brook charr. In a second part, we reported the identification of a polymorphic minisatellite formed of a 32 nucleotides motif in the second intron of MHIIb gene, and for which distinctive repeat numbers of the motif were associated to each alleles (69, 27, 20, 40, 19 and 25 repeats for the DAB*0101 to DAB*0601 alleles respectively). Relative expression levels of four alleles were determined in heterozygous fish at temperature of 18 ºC and 6 ºC. Results indicate that alleles carrying the longest minisatellite showed a 1.67 to 2.56-fold reduction in the transcript expression relatively to the shortest one. In contrast, no significant differences were seen in the expression levels between alleles with comparable minisatellite length at both temperatures. Furthermore, the repressive activity associated to the longest minisatellite was more effective at temperature of 18 ºC in fish from three different genotypes. We finally observed a significant 2.08-fold up-regulation of the total MHII transcript amount at 6 ºC. The results support the implication of repeated DNA sequences in the regulation of the gene transcriptional activity and suggest that a temperature-sensitive minisatellite could potentially be submitted to selective forces and therefore play an important role in gene expression and evolution in ectothermic organisms.

Les habitudes de consommation de substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits cardiovasculaires associés seraient en partie reliés aux mêmes facteurs génétiques. Afin d’explorer cette hypothèse, nous avons effectué, chez 119 familles multi-générationnelles québécoises de la région du Saguenay-Lac-St-Jean, des études d’association et de liaison pangénomiques pour les composantes génétiques : de la consommation usuelle d’alcool, de tabac et de café, de la réponse au stress physique et psychologique, des traits anthropométriques reliés à l’obésité, ainsi que des mesures du rythme cardiaque (RC) et de la pression artérielle (PA). 58000 SNPs et 437 marqueurs microsatellites ont été utilisés et l’annotation fonctionnelle des gènes candidats identifiés a ensuite été réalisée. Nous avons détecté des corrélations phénotypiques significatives entre les substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits hémodynamiques. Par exemple, les consommateurs d’alcool et de tabac ont montré un RC significativement diminué en réponse au stress psychologique. De plus, les consommateurs de tabac avaient des PA plus basses que les non-consommateurs. Aussi, les hypertendus présentaient des RC et PA systoliques accrus en réponse au stress psychologique et un indice de masse corporelle (IMC) élevé, comparativement aux normotendus. D’autre part, l’utilisation de tabac augmenterait les taux corporels d’épinéphrine, et des niveaux élevés d’épinéphrine ont été associés à des IMC diminués. Ainsi, en accord avec les corrélations inter-phénotypiques, nous avons identifié plusieurs gènes associés/liés à la consommation de substances psychoactives, à la réponse au stress physique et psychologique, aux traits reliés à l’obésité et aux traits hémodynamiques incluant CAMK4, CNTN4, DLG2, DAG1, FHIT, GRID2, ITPR2, NOVA1, NRG3 et PRKCE. Ces gènes codent pour des protéines constituant un réseau d’interactions, impliquées dans la plasticité synaptique, et hautement exprimées dans le cerveau et ses tissus associés. De plus, l’analyse des sentiers de signalisation pour les gènes identifiés (P = 0,03) a révélé une induction de mécanismes de Potentialisation à Long Terme. Les variations des traits étudiés seraient en grande partie liées au sexe et au statut d’hypertension. Pour la consommation de tabac, nous avons noté que le degré et le sens des corrélations avec l’obésité, les traits hémodynamiques et le stress sont spécifiques au sexe et à la pression artérielle. Par exemple, si des variations ont été détectées entre les hommes fumeurs et non-fumeurs (anciens et jamais), aucune différence n’a été observée chez les femmes. Nous avons aussi identifié de nombreux traits reliés à l’obésité dont la corrélation avec la consommation de tabac apparaît essentiellement plus liée à des facteurs génétiques qu’au fait de fumer en lui-même. Pour le sexe et l’hypertension, des différences dans l’héritabilité de nombreux traits ont également été observées. En effet, des analyses génétiques sur des sous-groupes spécifiques ont révélé des gènes additionnels partageant des fonctions synaptiques : CAMK4, CNTN5, DNM3, KCNAB1 (spécifique à l’hypertension), CNTN4, DNM3, FHIT, ITPR1 and NRXN3 (spécifique au sexe). Ces gènes codent pour des protéines interagissant avec les protéines de gènes détectés dans l’analyse générale. De plus, pour les gènes des sous-groupes, les résultats des analyses des sentiers de signalisation et des profils d’expression des gènes ont montré des caractéristiques similaires à celles de l’analyse générale. La convergence substantielle entre les déterminants génétiques des substances psychoactives, du stress, de l’obésité et des traits hémodynamiques soutiennent la notion selon laquelle les variations génétiques des voies de plasticité synaptique constitueraient une interface commune avec les différences génétiques liées au sexe et à l’hypertension. Nous pensons, également, que la plasticité synaptique interviendrait dans de nombreux phénotypes complexes influencés par le mode de vie. En définitive, ces résultats indiquent que des approches basées sur des sous-groupes et des réseaux amélioreraient la compréhension de la nature polygénique des phénotypes complexes, et des processus moléculaires communs qui les définissent. / Links among substance use, obesity, stress and related cardiovascular outcomes may be in part due to shared genetic factors. To investigate this hypothesis, we performed genome-wide linkage and association scans for genetic components of habitual alcohol, tobacco and coffee use, response to mental and physical stress, obesity related anthropometric traits and heart rate (HR) and blood pressure (BP) measurements in 119 multigenerational French Canadian families from founder population of Saguenay-Lac-St-Jean region using 58000 SNPs and 437 microsatellite markers and followed with functional annotation on resulted genes. We found significant phenotypic correlations among substance use, obesity, stress and hemodynamic traits. For instance, alcohol and tobacco users had attenuated HR response to mental stress; moreover, tobacco users had lower BP compared to non users; Hypertensives had stronger HR and systolic blood pressure (SBP) response to mental stress and higher body mass index (BMI), compared to normotensives; Use of tobacco seemed to increase the epinephrine level in body and higher epinephrine level was correlated with lower BMI. Consistent with phenotypic relatedness, we found numerous shared genes associated / linked to substance use, obesity-related traits, response to mental and physical stress and hemodynamic traits including CAMK4, CNTN4, DLG2, DAG1, FHIT, GRID2, ITPR2, NOVA1, NRG3 and PRKCE forming protein interaction network, involved in synaptic plasticity and highly expressed in brain related tissues; moreover, pathway analysis on identified genes pointed (P = 0.03) to Long-Term Potentiation pathway. Large portions of variation of studied traits were explained by sex and hypertension status, focusing on tobacco use we noted that degree and the direction of correlations of obesity, hemodynamic and stress related traits with tobacco use vary according to sex and hypertension status; for instance, while in males, current tobacco users were slender compared to never or former tobacco users, there were no such differences in females; moreover, we found several obesity related traits that their correlations with smoking behavior seemingly root in genetic factors rather than smoking effect itself. Sex- and hypertension differences in heritabilities of many of these traits were also observed; meanwhile, specific subgroup genetic analyses uncovered additional shared synaptic genes among these traits including CAMK4, CNTN5, DNM3, KCNAB1 (Hypertension-specific), CNTN4, DNM3, FHIT, ITPR1 and NRXN3 (Sex-specific) having protein interactions with genes driven from general analysis; moreover, the results of pathway analysis and reported gene expression profiles of resulted genes from subgroup analyses revealed similar characteristics to those from general analysis. The substantial overlap among genomic determinants of substance use, stress, obesity and hemodynamic traits supports the notion that the genetic variations in pathways of synaptic plasticity may be a common interface behind them as well as observed sex and hypertension genetic differences, we also think synaptic plasticity may underlie many complex phenotypes in which life style is a contributing factor; moreover, our findings indicate considering subgroup and network-based approaches enhance understanding of polygenic nature of complex phenotypes as well as shared molecular underpinnings among them.

La découverte du système des peptides natriurétiques (NP), au début des années 80, fut une découverte majeure qui révéla le rôle endocrinien du cœur. Les connaissances sur la relaxation vasculaire, la diurèse et la natriurèse provoquées par ce système ont évolué vers un niveau de complexité insoupçonné à cette époque. Nous savons à présent que les NP sont impliqués dans plusieurs autres mécanismes dont la prolifération cellulaire, l’apoptose, l’inhibition du système rénine-angiotensine-aldostérone (RAAS) et le métabolisme des adipocytes. Le métabolisme des lipides est maintenant devenu une cible de choix dans la lutte contre l’obésité. Cette condition aux proportions pandémiques est un facteur de risque majeur dans l’apparition de l’hypertension et du syndrome métabolique (MetS). La compréhension des mécanismes et des défauts de la voie des NP pourrait avoir un impact positif sur le contrôle du MetS et de l’hypertension. L’expression du récepteur des peptides natriuretiques de type 1 (NPR1/GCA) est contrôlée par plusieurs agents incluant son propre ligand, le peptide natriurétique de l’oreillette (ANP). La découverte d’une boucle de retro-inhibition, dans les années 90, a été un événement majeur dans le domaine des NP. En effet, suite à une stimulation à l’ANP, le NPR1/GCA peut inhiber l’activité transcriptionnelle de son propre gène par un mécanisme dépendant du cGMP. Notre groupe a identifié un élément cis-régulateur responsable de cette sensibilité au cGMP et mon projet consistait à identifier la ou les protéine(s) liant cet élément de réponse au cGMP (cGMP-RE). Nous avons identifié un clone liant le cGMP-RE en utilisant la technique du simple hybride chez la levure et une banque d’ADN complémentaire (ADNc) de rein humain. Ce clone provient d’un ADNc de 1083-bp dont le gène est localisé sur le chromosome 1 humain (1p33.36) et codant pour une protéine dont la fonction était inconnue jusqu’ici. Nous avons nommé cette nouvelle protéine GREBP en raison de sa fonction de cGMP Response Element Binding Protein. Des essais de liaison à l’ADN ont montré que cette protéine possède une affinité 18 fois plus élevée pour le cGMP-RE que le contrôle, tandis que des expériences de retard sur gel (EMSA) ont confirmé la spécificité des interactions protéine-ADN. De plus, l’immuno-précipitation de la chromatine (ChIP) a prouvé que GREBP lie le cGMP-RE dans des conditions physiologiques. La liaison de GREBP au cGMP-RE inhibe l’expression du gène rapporteur luciférase sous contrôle du promoteur de npr1/gca. L’inhibition de GREBP à l’aide d’ARN interférant active le promoteur de npr1/gca. Dans les cellules NCI-H295R, l’ANP stimule l’expression de grebp de 60% après seulement 3 heures et inhibe l’expression de npr1/gca de 30%. GREBP est une protéine nucléaire surtout exprimée dans le cœur et ayant le facteur eIF3F comme partenaire. Les variations nucléotidiques du gène sont plus fréquentes chez les patients hypertendus que chez des patients normotendus ou hypertendus souffrant de MetS. Nous rapportons ici l’existence d’un gène spécifique à l’humain qui agit comme répresseur transcriptionnel de npr1/gca et potentiellement impliqué dans le développement de l’hypertension. / The natriuretic peptide (NP) system was a milestone discovery that revealed the endocrine role of the heart for the first time in the early 1980s. From its vasodilatory, natriuretic and diuretic actions, knowledge about this system has evolved to a degree of complexity unsuspected at that time. Now, through cGMP generation, NPs are involved in several other mechanisms, such as cell proliferation, apoptosis, renin-angiotensine-aldosterone system (RAAS) inhibition, and fat cell function. The latter point is of growing interest in lipid metabolism and has become an important issue in the fight against obesity. This pandemic condition is one of the main risk factors leading to hypertension development and metabolic syndrome (MetS) progression. Thus, understanding, at least in part, the lipid mobilization pathways controlled by NPs could have a positive impact in MetS management. As with hypertension, identifying defects in signaling pathways will certainly help to identify mechanisms implicated in lost sensitivity of the NP system. Natriuretic peptide receptor 1 (npr1/gca) expression is controlled by several agents including its own ligand, the atrial natriuretic peptide (ANP). A major finding in NPs field occured in the mid-90s when a mechanism involving a retro-inhibition loop was described. Indeed, after ANP stimulation, NPR1/GCA down-regulates the transcriptional activity of its gene via a cGMP-dependent mechanism. Since our group previously identified a cis-acting element responsible for this cGMP sensitivity, I proceeded to explore novel putative protein binding to the cGMP-response element (cGMP-RE). Using the yeast-one-hybrid technique with a human kidney cDNA library, we identified a strongly positive clone able to bind cGMP-RE. The clone was derived from a 1083-bp long cDNA of a gene of yet unknown function localized on human chromosome 1 (1p33.36). We named this new protein GREBP for cGMP-Response Element-Binding Protein. DNA-binding assays showed 18-fold higher cGMP-RE-binding capacity than the controls while electromobility shift assay (EMSA) indicated a specific binding for the cGMP-RE and chromatin immuno-precipitation (ChIP) confirmed the binding of GREBP to the element under physiological conditions. By acting on cGMP-RE, GREBP inhibited the activity of a luciferase-coupled NPR1 promoter construct. In H295R cells, ANP heightened GREBP expression by 60% after just 3 hours of treatment while inhibiting npr1/gca expression by 30%. Silencing GREBP with specific small interfering RNA increased the activity of the luciferase-coupled NPR1/GCA promoter and NPR1/GCA mRNA levels. GREBP is a nuclear protein mainly expressed in the heart and has the eIF3F factor as partner. Its nucleotide variations are more frequent in non-obese hypertensive patients than normotensive subjects or hypertensive patients suffering from MetS. We report here the existence of a human specific gene acting as a transcriptional repressor of npr1/gca gene that could be implicated in hypertension development.

Parmi les agents qui modulent la dynamique des populations, le parasitisme est important mais souvent négligé. Il est urgent non seulement d’inventorier les différentes espèces de parasites, mais aussi de comprendre la sensibilité des hôtes à l’infection (notamment des bivalves) et étudier les interactions entre les parasites et les autres facteurs environnementaux. Par conséquent, cette thèse avait comme objectif principal de caractériser et de quantifier les communautés de trématodes (les plus abondants et répandus des macroparasites de bivalves dans les eaux côtières) qui infectent Cerastoderma edule (coque) et Donax trunculus (telline), deux des bivalves les plus importants au Portugal et en France d’un point de vue écologique et économique.Dans un premier temps, la dynamique des populations de bivalves a été étudiée en tenant compte de la relation entre la température et la période de recrutement et des effets en retour du recrutement sur la biomasse adulte. Pour cela, une base de données a été analysée couvrant 17 ans d’observations mensuelles d’une population de coques dans une réserve nationale (Banc d’Arguin, Arcachon, France). Ces observations à long terme ont montré que la durabilité d’une population de coques dépend du succès du recrutement. Pour les coques, le succès du recrutement a été montré comme étant en partie, mais pas totalement, dépendant de la température. Ainsi, la durée de vie d’une cohorte pourrait être estimée plus tôt, grâce à des indices se produisant en amont du recrutement. Suite à ces résultats, le rôle du parasitisme dans la dynamique des populations de bivalves a été étudié.Premièrement, en raison de leur forte pathogénicité pour les bivalves, une attention particulière a été accordée aux parasites Bucephalus minimus et Bacciger bacciger qui utilisent C. edule et D. trunculus, respectivement, comme premier hôte intermédiaire (où se développe le stade parasitaire sporocyste). [...]Deuxièmement, cette étude s’est concentrée sur l’infection des bivalves par les métacercaires, c’est-à-dire lorsqu’ils servent de second hôte intermédiaire dans le cycle de vie du parasite. […]Enfin, la sensibilité des bivalves à l’infection parasitaire a été évaluée expérimentalement lorsqu’ils sont confrontés à des facteurs liés au changement climatique (salinité, température et pH) et à la contamination (arsenic). Les résultats ont montré que l’exposition de l’hôte à des conditions de stress liées à des scénarios de changement global peut modifier le succès de l’infection parasitaire et altérer les réponse biochimiques de l’hôte.Les résultats présentés dans cette thèse ont amélioré la connaissance des effets de différentes variables sur les bivalves, soulignant le rôle crucial du parasitisme. S’ils sont appliqués, ces nouveaux concepts peuvent promouvoir la gestion durable des bivalves, une ressource marine importante, en augmentant son potentiel de production et donc son potentiel économique. / Among population dynamics drivers, parasitism is significant but often neglected. Beyond inventory of the various parasites, it is urgent to understand the susceptibility of hosts, namely bivalves, to infection, and to investigate the interaction among parasites and other environmental conditions.In this way, the present study aimed to characterize and quantify the trematode macroparasites, the most abundant and prevalent in coastal waters, infecting Cerastoderma edule and Donax trunculus, which are among the most ecologically important and economically explored bivalve species in Portugal and France.The first step was to study bivalve population dynamics, evaluating the relationship between temperature and recruitment timing and the reciprocal effects of recruitment on adult biomass. For this, a large database spanning 17 years of monthly observations of a cockle population inhabiting a national protected area (Banc d’Arguin, Arcachon, France) was analysed. Long-term observations showed that the sustainability of a cockle population is recruitment-success dependent. In cockles, recruitment success showed to be partly, but not only, dependent on temperature. Hence, the sustainability of a cohort could be set earlier, i.e. by processes happening before recruitment. Following this clue, the role of parasitism on the bivalve host population dynamics was explored.Firstly, due to high pathogenicity for bivalves, special attention was given to the parasites Bucephalus minimus and Bacciger bacciger which use C. edule and D. trunculus, respectively, as first intermediate hosts (where their sporocysts parasitic stage develops). […]Then, the study focused on metacercariae infection in its bivalve second intermediate host, a relationship that is usually reported as less deleterious. […]Lastly, the susceptibility of bivalves to parasites infection when challenged by climate change related factors (salinity, temperature and pH) and contamination (Arsenic) was experimentally assessed. Main results showed that hosts exposure to stressful conditions related to global change scenarios can modify the parasite infection success and induced host biochemical response alterations.The findings presented in this thesis improved the knowledge on the effects of different constraints on bivalves, highlighting the crucial role of parasitism. If applied, these new insights can promote the sustainable management of bivalves, such an important marine resource, with greater production and economic potential. / Entre os agentes que modulam a dinâmica populacional, o parasitismo é significativo masmuitas vezes negligenciado. É urgente não só inventariar as várias espécies de parasitas, bem comocompreender a suscetibilidade dos hospedeiros à infeção (nomeadamente os bivalves) e investigar ainteração entre os parasitas e outras condições ambientais. Pelo que, esta tese teve como objetivoprincipal caracterizar e quantificar os macroparasitas trematodes (os mais abundantes e prevalentesem águas costeiras) que infetam Cerastoderma edule (berbigão) e Donax trunculus (conquilha), doisdos bivalves mais importantes em Portugal e França tanto do ponto de vista ecológico comoeconómico.Primeiramente, a dinâmica populacional dos bivalves foi estudada, tendo em conta a relaçãoentre a temperatura e o período de recrutamento e os efeitos recíprocos do recrutamento nabiomassa de adultos. Para isso, foi analisada uma base de dados abrangendo 17 anos deobservações mensais de uma população de berbigões que habitam uma área nacional protegida(Banc d’Arguin, Arcachon, França). Estas observações de longa duração mostraram que asustentabilidade de uma população de berbigão é dependente do sucesso do recrutamento. Emberbigões, o sucesso do recrutamento mostrou ser em parte, mas não totalmente, dependente datemperatura. Por esta razão, a sustentabilidade de uma coorte pode estar a ser estabelecida maiscedo, isto é, por processos que acontecem antes do recrutamento. Seguindo esta pista, o verdadeiropapel do parasitismo na dinâmica populacional dos bivalves foi mais explorado.De seguida e devido à elevada patogenicidade para os bivalves, foi dada especial atençãoaos parasitas Bucephalus minimus e Bacciger bacciger que usam C. edule e D. trunculus,respetivamente, como primeiros hospedeiros intermediários (onde o estádio parasítico esporocisto sedesenvolve). […].Depois, este estudo focou-se na infeção dos bivalves por metacercariae, ou seja, quandoservem de segundos hospedeiros intermediários no ciclo de vida do parasita. […]Por fim, foi experimentalmente avaliada a suscetibilidade dos bivalves à infeção por parasitasquando desafiados por fatores relacionados com as alterações climáticas (salinidade, temperatura epH) e contaminação (Arsénio). Os resultados mostraram que a exposição dos hospedeiros acondições de stress relacionadas com cenários de alterações globais podem modificar o sucesso dainfeção parasitária e induzir alterações na resposta bioquímica do hospedeiro.As descobertas apresentadas nesta tese melhoraram o conhecimento dos efeitos dediferentes variáveis nos bivalves, salientando o papel crucial do parasitismo. Se aplicados, estesnovos pontos de vista podem promover a gestão sustentável dos bivalves, um recurso marinho tãoimportante, aumentando o seu potencial de produção e económico.

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This thesis addresses the use of machine learning techniques to develop clinical diagnostic tools for breast cancer using molecular data. These tools are designed to assist physicians in their evaluation of the clinical outcome of breast cancer (referred to as prognosis).<p>The traditional approach to evaluating breast cancer prognosis is based on the assessment of clinico-pathologic factors known to be associated with breast cancer survival. These factors are used to make recommendations about whether further treatment is required after the removal of a tumor by surgery. Treatment such as chemotherapy depends on the estimation of patients' risk of relapse. Although current approaches do provide good prognostic assessment of breast cancer survival, clinicians are aware that there is still room for improvement in the accuracy of their prognostic estimations.<p>In the late nineties, new high throughput technologies such as the gene expression profiling through microarray technology emerged. Microarrays allowed scientists to analyze for the first time the expression of the whole human genome ("transcriptome"). It was hoped that the analysis of genome-wide molecular data would bring new insights into the critical, underlying biological mechanisms involved in breast cancer progression, as well as significantly improve prognostic prediction. However, the analysis of microarray data is a difficult task due to their intrinsic characteristics: (i) thousands of gene expressions are measured for only few samples; (ii) the measurements are usually "noisy"; and (iii) they are highly correlated due to gene co-expressions. Since traditional statistical methods were not adapted to these settings, machine learning methods were picked up as good candidates to overcome these difficulties. However, applying machine learning methods for microarray analysis involves numerous steps, and the results are prone to overfitting. Several authors have highlighted the major pitfalls of this process in the early publications, shedding new light on the promising but overoptimistic results. <p>Since 2002, large comparative studies have been conducted in order to identify the key characteristics of successful methods for class discovery and classification. Yet methods able to identify robust molecular signatures that can predict breast cancer prognosis have been lacking. To fill this important gap, this thesis presents an original methodology dealing specifically with the analysis of microarray and survival data in order to build prognostic models and provide an honest estimation of their performance. The approach used for signature extraction consists of a set of original methods for feature transformation, feature selection and prediction model building. A novel statistical framework is presented for performance assessment and comparison of risk prediction models.<p>In terms of applications, we show that these methods, used in combination with a priori biological knowledge of breast cancer and numerous public microarray datasets, have resulted in some important discoveries. In particular, the research presented here develops (i) a robust model for the identification of breast molecular subtypes and (ii) a new prognostic model that takes into account the molecular heterogeneity of breast cancers observed previously, in order to improve traditional clinical guidelines and state-of-the-art gene signatures./Cette thèse concerne le développement de techniques d'apprentissage (machine learning) afin de mettre au point de nouveaux outils cliniques basés sur des données moleculaires. Nous avons focalisé notre recherche sur le cancer du sein, un des cancers les plus fréquemment diagnostiqués. Ces outils sont développés dans le but d'aider les médecins dans leur évaluation du devenir clinique des patients cancéreux (cf. le pronostique).<p>Les approches traditionnelles d'évaluation du pronostique d'un patient cancéreux se base sur des critères clinico-pathologiques connus pour être prédictifs de la survie. Cette évaluation permet aux médecins de décider si un traitement est nécessaire après l'extraction de la tumeur. Bien que les outils d'évaluation traditionnels sont d'une aide importante, les cliniciens sont conscients de la nécessité d'améliorer de tels outils.<p>Dans les années 90, de nouvelles technologies à haut-débit, telles que le profilage de l'expression génique par biopuces à ADN (microarrays), ont été mises au point afin de permettre aux scientifiques d'analyser l'expression de l'entièreté du génôme de cellules cancéreuses. Ce nouveau type de données moléculaires porte l'espoir d'améliorer les outils pronostiques traditionnels et d'approfondir nos connaissances concernant la génèse du cancer du sein. Cependant ces données sont extrêmement difficiles à analyser à cause (i) de leur haute dimensionalité (plusieurs dizaines de milliers de gènes pour seulement quelques centaines d'expériences); (ii) du bruit important dans les mesures; (iii) de la collinéarité entre les mesures dûe à la co-expression des gènes.<p>Depuis 2002, des études comparatives à grande échelle ont permis d'identifier les méthodes performantes pour l'analyse de groupements et la classification de données microarray, négligeant l'analyse de survie pertinente pour le pronostique dans le cancer du sein. Pour pallier ce manque, cette thèse présente une méthodologie originale adaptée à l'analyse de données microarray et de survie afin de construire des modèles pronostiques performants et robustes. <p>En termes d'applications, nous montrons que cette méthodologie, utilisée en combinaison avec des connaissances biologiques a priori et de nombreux ensembles de données publiques, a permis d'importantes découvertes. En particulier, il résulte de la recherche presentée dans cette thèse, le développement d'un modèle robuste d'identification des sous-types moléculaires du cancer du sein et de plusieurs signatures géniques améliorant significativement l'état de l'art au niveau pronostique. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Parmi plus de 20000 espèces de trématodes hermaphrodites, les Schistosomatidae ont un statut particulier car ils sont gonochoriques (i.e. deux sexes séparés). Le gonochorisme chez ces espèces, et leur dimorphisme sexuel, seraient en fait une stratégie d’adaptation à leur habitat : le système veineux des vertébrés à sang chaud, dont l’Homme. Malgré un mode chromosomique de déterminisme du sexe (i.e. hétérogamétie femelle ZW), les individus mâles et femelles demeurent phénotypiquement identiques durant tous les stades larvaires de leur cycle de vie hétéroxène. La différenciation sexuelle n’a lieu qu’après l’infestation de leur hôte définitif. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux facteurs moléculaires déclenchant cette différenciation chez Schistosoma mansoni. Nous avons établi le profil d’expression sexe-dépendant de gènes conservés de la cascade de détermination/différenciation chez les animaux : les DMRT (Double-sex and Male-abnormal-3 Related Transcription Factors). Nous avons par ailleurs généré un transcriptome comparatif mâle/femelle (RNA-seq) sur 5 stades de développement in vivo, dont 3 stades « schistosomules » inédits. Cela nous a permis d’identifier de potentiels gènes « clés » de la différenciation sexuelle et de souligner l’importance de l’interaction hôte-parasite. Enfin, par la combinaison de cette approche transcriptomique et d’une analyse épigénomique (ChIP-seq), nous avons montré une dynamique de la compensation de dose génique au cours du cycle de vie chez les femelles ainsi que la mise en place d’une stratégie transcriptionnelle particulière chez les mâles, optimisant leur développement dans l’hôte et ainsi, leur succès reproducteur. / Parasitic flatworms include more than 20.000 species that are mainly hermaphrodites. Among them, the hundred species of Schistosomatidae are intriguing because they are gonochoric. The acquisition of gonochorism in these species is supposed to provide genetic and functional advantages to adapt to their hosts: warm-blooded animals. Sex of schistosomes is genetically determined at the time of fertilization (i.e. ZW female heterogametic system). However, there is no phenotypic dimorphism through all the larval stages of its complex lifecycle: sexual dimorphism appears only in the definitive host. The molecular mechanisms triggering this late sexual differentiation remain unclear, and this is precisely the topic of our present work. We performed transcriptomic (RNA-Sequencing and quantitative-PCRs) and structural (ChIP-Sequencing) analyses at different stages of Schistosoma mansoni development. Here, we present data suggesting that the sexual differentiation relies on a combination of genetic and epigenetic factors. In a genetic point of view, we show a sex-associated expression of the DMRT genes (Double-sex and Mab-3 Related Transcription Factors) that are known to be involved in sex determination/differentiation through all the animal kingdom. In addition, we propose new potential sex-determining key genes and a pivotal role of host-pathogen interaction at the time of development. In a structural point of view, we highlight a dynamic status of dosage compensation in females and chromatin modifications in males. This intense remodeling reveals a specific transcriptomic strategy which optimizes male development and beyond that, schistosomes reproductive success.

La thérapie génique est une recherche biomédicale qui a rencontré un certain succès, notamment la mise sur le marché du premier médicament en 2013. La thérapie génique souffre d’un encadrement juridique complexe en raison d’une disparité des règles applicables. L’encadrement des recherches biomédicales met à la charge du promoteur et de l’investigateur des obligations strictes visant à assurer la sécurité et la protection du patient. Cependant, on ne peut pas parler de droit spécial des recherches biomédicales, les rapports entre le patient et l’investigateur possèdent toutes les caractéristiques classiques de la relation médicale ordinaire. Bien que largement critiquée par la doctrine, la qualification des rapports entre l’investigateur et le patient ne peut être autre que celle de contrat médical. En conséquence, l’uniformisation du droit administratif et du droit civil est nécessaire en matière médicale. La reconnaissance du contrat médical dans les établissements de soins privés et publics est la première étape de cette uniformisation. Outre les rapports contractuels existants entre le médecin et le patient, la loi fournit une protection nécessaire au patient contre les manipulations génétiques. Parfois insuffisante, cette protection mérite discussion. / Gene therapy is a biomedical research that has met some success, including the placing on the market the first drug in 2013. The frame law of gene therapy is complex due to disparity rules. The frame law of biomedical researches imposes on the sponsor and the investigator obligations to ensure the safety and the protection of the patient. However, we can not talk about special rights in biomedical researches. The relationship between the patient and the investigator is not special, it have all the classic features of current medical relationship. Although widely criticized by the doctrine, the medical contract appears useful and irreplaceable in public or private health institutions. In consequence, civil law and administrative law must be standardized in medical field. The recognition of medical contract is the first step of this standardization. In addition to the contractual relationship between the patient and the physician, the law provides necessary protection to the patient against genetic engineering. Sometimes insufficient, this protection deserves discussions.