Le vieillissement et la sédentarité peuvent contribuer à aggraver les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires (MCV) et métaboliques. En raison de l'importante influence du muscle squelettique sur le métabolisme énergétique, de la détérioration du profil métabolique et de l'administration de la thérapie hormonale (TH) chez la femme postménopausée, il s'avère impératif de comprendre comment la prise de TH peut modifier le métabolisme énergétique du tissu musculaire à l'intérieur de cette population. Aussi, l'entraînement en endurance permet l'amélioration de plusieurs facteurs de risque modifiables rattachés aux MCV, à l'obésité et au syndrome métabolique. La compréhension des mécanismes moléculaires responsables de ces adaptations bénéfiques, particulièrement chez la personne âgée, demeure toutefois incomplète. Le premier objectif de cette maîtrise était de caractériser les effets aigus d'une injection d'estradiol sur le transcriptome du muscle squelettique de souris femelles ovariectomisées. L'analyse de l'expression génique a montré une modulation distincte à 3 h et 18 h vs. 6 h et 24 h suivant l'injection. Principalement, cette étude suggère la modulation concomitante de transcrits fonctionnellement rattachés à la détermination de la typologie musculaire, à la structure et à la croissance de la fibre musculaire, ainsi qu'au métabolisme énergétique. Le second objectif de cette maîtrise était de caractériser les effets de six semaines d'entraînement à intensité modérée, fixée au seuil lactique (SL), sur le transcriptome du muscle squelettique d'hommes âgés. Cet entraînement a eu pour effet d'améliorer plusieurs paramètres métaboliques tels la capacité aérobie et le taux de lipoprotéines de haute densité (HDL-cholestérol). L'analyse transcriptomique a aussi révélé une transition de la typologie musculaire allant du type rapide vers le type lent, une augmentation du nombre de transcrits codés par l'ADN mitochondrial, ainsi que l'induction de transcrits associés à la matrice extracellulaire et à la phosphorylation oxydative. Ces résultats suggèrent une amélioration du métabolisme des glucides et des lipides chez les hommes âgés suite à l'entraînement en endurance à intensité SL. Finalement, ces deux études ont montré la modulation de transcrits partiellement caractérisés ou non caractérisés à ce jour. Elles contribuent également à l'amélioration de la connaissance des mécanismes d'adaptations du Ill transcriptome du muscle squelettique face à la TH et à l'entraînement en endurance chez l'individu âgé.

Les maladies rares affectent approximativement 500 000 enfants au Canada toutefois peu de protocoles permettent de les traiter puisqu'elles touchent une faible proportion de la population. Heureusement, certains outils d'édition ciblée des génomes permettraient de les corriger. En l'occurrence, les *base editors* peuvent notamment convertir les adénines en guanine ou les cytosines en thymine. De plus, ceux-ci représentent une classe d'enzymes d'intérêt puisque le mécanisme de certains d'entre eux est indépendant du cycle cellulaire. Autrement, les *base editors* minimisent l'apparition de mutations indésirées puisqu'ils n'hydrolysent généralement qu'un seul des brins de l'ADN. Malgré tout, ceux-ci sont présentement restreints par le répertoire des séquences auxquelles les nucléases Cas9 nous donnent accès ainsi que la capacité physique limitée des vecteurs de livraison viraux contemporains, ce qui motive leur optimisation. Dans ce mémoire en deux chapitres, nous détaillons d'abord comment nous avons adapté des nucléases Cas9 de souches de la bactérie *Streptococcus thermophilus* en *base editors*, comment nous avons caractérisés ces derniers dans la lignée cellulaire K562, et comment nous avons identifié les contextes génétiques qui leur sont favorables. Nous décrivons par la suite comment nous avons optimisé l'architecture de nos nouveaux *base editors* afin de la rendre compatible avec la capside d'un vecteur viral adénoassocié (AAV) par l'introduction d'une mutation d'intérêt thérapeutique au locus *HPD*. Grâce à la nature compacte des nucléases St1Cas9 ainsi que l'efficacité des *base editors* qui en sont dérivés, nos nouveaux outils représentent une option envisageable d'effecteurs à utiliser dans les protocoles thérapeutiques *in vivo* pour lesquels le traitement serait administré grâce à un vecteur AAV. Nous postulons donc que nos nouveaux outils permettraient d'effectuer la correction phénotypique *in vivo* d'une maladie métabolique rare de l'enfant chez un modèle murin de la tyrosinémie héréditaire de type I par la modification ciblée de l'exon 14 du gène *HPD*.

Le développement récent des prime editors (PE) a introduit un nouvel outil de modification génomique précis, qui permet un large éventail de modifications génétiques ciblées sans nécessité de modèles d'ADN donneur. L'édition primaire utilise la transcription inverse amorcée par la cible pour inscrire des séquences modifiées dans le génome. Cette approche permet l'installation de toutes les variantes de nucléotides uniques ainsi que de courtes insertions et délétions, offrant la méthode la plus polyvalente et précise d'édition génomique à ce jour. Cependant, les PE sont actuellement limités par une faible efficacité. Dans le cadre du premier chapitre de cette thèse, nous avons développé une méthode à haut débit, l'essai de séquençage Peptide Self-Editing sequencing assay (PepSEq), pour mesurer comment la fusion de 12 000 peptides de 85 acides aminés influence l'efficacité de PE. Nos résultats démontrent que l'intégration de la fusion de peptides augmente significativement les capacités de PE. Spécifiquement, nous avons identifié que les peptides améliorant l'édition, lorsqu'ils sont combinés de manière synergique, conduisent à des améliorations substantielles de l'édition dans une variété de lignées cellulaires et sur de nombreux sites cibles génomiques. Notamment, la configuration la plus efficace de double peptide-éditeur primaire a considérablement augmenté l'efficacité de PE. Le mécanisme sous-jacent de cette construction semble être une amélioration de l'efficacité de la traduction, les établissant comme des outils universellement applicables pour optimiser l'édition primaire. Dans le cadre du deuxième chapitre de cette thèse, nous avons décrit une approche de mutagenèse saturante utilisant les PE. Nous exploitons le système PE en conjonction avec une plateforme de criblage à haut débit qui incorpore un rapporteur intégré pour mesurer les résultats d'édition et leurs ramifications phénotypiques afin d'évaluer efficacement les variants associés aux maladies. Ensuite, nous appliquons cette stratégie dans un essai de captation de LDL fluorescent, pour une interprétation fonctionnelle précise de variants complexes, tels que ceux affectant la captation de LDL. Ce travail établit un nouveau référentiel pour l'évaluation fonctionnelle des variants génétiques en fournissant une compréhension plus nuancée de la pathogénicité des variants et de ses mécanismes structurels. / The recent development of prime editors (PE) has introduced a novel, precise genome editing tool that enables a broad array of targeted genetic modifications without the need for donor DNA templates. Prime editing uses target-primed reverse transcription to write altered sequences into the genome. This approach allows for the installation of all single-nucleotide variants as well as short insertions and deletions, offering the most versatile and precise method for genome editing to date. However, PEs are currently limited by low efficiency. As part of the first chapter of this thesis, we developed a high-throughput method, Peptide Self-Editing sequencing assay (PepSEq), to measure how fusion of 12,000 85-amino acid peptides influences prime editing efficiency. Our findings demonstrate that the integration of peptide fusion significantly augments prime editing capabilities. We identified that prime-enhancing peptides, when synergistically combined, lead to substantial improvements in prime editing across a variety of cell lines and at numerous genomic target sites. Notably, the most effective dual peptide-prime editor configuration substantially elevated prime editing efficiency. The underlying mechanism of this construct appears to be an enhancement of translation efficiency, establishing them as universally applicable tools for optimizing prime editing. As part of the second chapter of this thesis, we describe a saturation mutagenesis approach using PEs. We leverage the PE system in conjunction with a high-throughput screening platform that incorporates an integrated reporter for measuring editing outcomes and their phenotypic ramifications to efficiently evaluate disease-associated variants. Then, we apply this strategy in a fluorescent LDL uptake assay for precise functional interpretation of complex variants, such as those affecting LDL uptake. This work sets a new benchmark for the functional assessment of genetic variants by providing a more nuanced understanding of variant pathogenicity and its structural mechanisms.

Le genre Leishmania regroupe des parasites protozoaires transmis par piqûre d’un insecte vecteur et qui sont responsables des leishmanioses. Le cycle de Leishmania alterne entre promastigotes dans l’appareil digestif de l’insecte et amastigotes dans les phagolysosomes des macrophages d’un hôte mammifère. Les delta-amastines sont une famille de protéines membranaires qui jouent potentiellement un rôle dans la virulence. L’expression exclusivement au stade intracellulaire de l’un de ces gènes est permise par une accumulation préférentielle de l’ARNm et la stimulation de la traduction, toutes deux chez les amastigotes. L’objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes permettant l’expression différentielle de l’ARNm de la delta-amastine. Ces organismes ont divergé rapidement des autres eucaryotes, ce qui engendre plusieurs différences fonctionnelles, dont notamment l’absence de régulation transcriptionnelle. Notre hypothèse est que la présence d’une région riche en uridines (URE) dans l’extrémité 3’ non traduite (3’UTR) du transcrit peut être impliquée dans la dégradation de l’ARNm. Nous démontrons que le URE est responsable d’une dégradation du transcrit au stade promastigote, par un phénomène indépendant de la déadénylation. Nous avons identifié une protéine à domaine Alba, LiAlba20, liant l’ARNm de la delta-amastine dans une région proche de l’URE. La suppression de cette protéine réduit l’accumulation du transcrit au stade amastigote. Ainsi, deux mécanismes complémentaires sont responsables de l’expression différentielle de ce transcrit. Le génome de Leishmania code pour une seconde protéine à domaine Alba, LiAlba13. Ces protéines interagissent ensemble, mais LiAlba13 n’affecte pas l’abondance de l’ARNm de la delta-amastine. Les protéines Alba ont une évolution exceptionnelle puisqu’elles stabilisent l’ADN chez les Archaea, et sont retrouvées dans les complexes RNase P/MRP chez les eucaryotes supérieurs. Nos résultats montrent qu’elles régulent l’expression de protéines spécifiques du stade amastigote, ce qui concorde avec les récents travaux chez d’autres parasites protozoaires. Ces protéines sont cytoplasmiques dans les deux stades de développement. Cependant, pendant la différenciation, elles s’accumulent dans le flagelle et le nucléole, respectivement décrits comme senseur et coordinateur de la réponse au stress. Nos travaux suggèrent donc l’implication du flagelle et du nucléole dans la coordination de la régulation de facteurs de virulence pendant la différenciation du parasite. / The Leishmania genus encompasses protozoan parasites which are transmitted through the bite of an insect vector and are responsible for leishmaniasis. The Leishmania life cycle alternates between promastigote forms within the gut of the insect vector and amastigotes which multiply in the phagolysosomal vacuoles of the mammalian host’s macrophages. Delta-amastins are part of a multigenic family of membrane proteins that potentially act in parasite virulence. One of the delta-amastin's exclusive expression in the intracellular stage is mediated by mRNA accumulation and translation stimulation, both taking place in the amastigote stage. The aim of this thesis is to characterize the mechanisms implicated in the differential expression of delta-amastin mRNA. Leishmania splits early in evolution from other eukaryotes and this split correlates with many functional differences, including the absence of transcriptional control of gene expression. Our hypothesis is that the presence of a uridine-rich element (URE) within the 3’ untranslated region (3’UTR) of the transcript might be implicated in an mRNA decay mechanism. We reveal that the URE is responsible for a fast mRNA decay only in the promastigote stage, performed by an unusual deadenylation-independent pathway. We next identified an Alba domain protein, LiAlba20, which binds to the delta-amastin mRNA in a region flanking the URE. Depletion of this protein leads to a reduced mRNA accumulation in the amastigote stage specifically. Therefore, we identified two complementary mechanisms taking part in the transcript’s differential expression. The Leishmania genome encodes a second Alba domain protein, LiAlba13. These proteins interact together, but LiAlba13 does not affect the delta-amastin mRNA level during the parasite life cycle. Alba domain proteins have a remarkable evolution, being involved in DNA stabilization in Archaea and subunits of the RNAses P/MRP complexes in higher eukaryotes. In addition, our data show that these proteins regulate stage-specific protein expression, which is in agreement with recent works in other protozoan parasites. Alba domain proteins are constitutively expressed in the cytoplasm of both parasite life cycle stages. Nevertheless, during the differentiation, those proteins accumulate in flagellar and nucleolus compartments, respectively described as sensor and stress response coordinators in higher eukaryotes. Our work suggests that the flagellum is implicated in the coordination of stage-specific transcript expression in response to stress in Leishmania.

Le parasite Leishmania est un protozoaire de l’ordre des Kinetoplastidae et de la famille des Trypanosomatidae, responsable de maladies appelées leishmanioses. En tant qu’eucaryote unicellulaire, Leishmania possède de nombreux mécanismes d’adaptation aux stress environnementaux. En effet, plusieurs mécanismes de résistance peuvent être développés par le parasite pour répondre au stress et sont basés sur la modulation du génome, comme l’amplification génique ou l’introduction de mutations. De fait, l’étude de l’intégrité génomique et des mécanismes sous-jacents l’acquisition de la résistance sont des éléments clés de la compréhension du fonctionnement de ce parasite. L’amplification génique est rendue possible par la présence de nombreuses séquences répétées distribuées à travers le génome de Leishmania et qui permettent la formation d’amplicons circulaires et linéaires contenant des gènes essentiels à l’acquisition de la résistance. Les mécanismes sous-jacents la formation des amplicons restent encore à élucider mais les protéines de réparation de l’ADN semblent jouer un rôle majeur dans l’amplification génique. Dans le laboratoire, il a été démontré que l’amplification circulaire reposait essentiellement sur la protéine de réparation de l’ADN RAD51. Cependant, les acteurs impliqués dans la formation d’amplicon linéaire restaient inconnus. Les travaux de cette thèse ont permis de caractériser les fonctions de la protéine MRE11 chez Leishmania, protéine majeur de la réparation de l’ADN par recombinaison homologue, et qui possède une activité de liaison à l’ADN ainsi qu’une activité nucléase. MRE11 semble impliquée dans l’amplification linéaire puisque son inactivation conduit à une diminution du nombre d’amplicons linéaires dans la cellule. De plus, inhiber l’activité nucléase de MRE11 conduit à une augmentation de l’amplification circulaire, suggérant ainsi un rôle prépondérant de cette activité nucléase dans la formation d’amplicons. Cette étude a également permis d’étudier l’implication des protéines de réparation de l’ADN dans le maintien de l’intégrité du génome. / Nous avons pu établir un lien entre MRE11 et RAD50, deux protéines agissant au sein d’un même complexe MRN (MRE11-RAD50-NBS1), et l’instabilité génomique. En effet, l’inactivation de MRE11 et RAD50 a conduit à des réarrangements chromosomiques qui semblent être survenus par micro-homologie. Ces travaux ont donc permis de mettre en lumière qu’en l’absence des protéines majeures de la recombinaison homologue, un mécanisme de réparation par micro-homologie indépendant de MRE11 se met en place dans la cellule. De plus, l’inactivation du gène RAD50 dans une souche sauvage s’est révélée impossible alors qu’elle l’était dans une souche préalablement inactivée pour MRE11, suggérant une certaine hiérarchie dans le complexe MRN. Cette thèse présente également l’étude de l’acquisition de mutations ponctuelles dans le gène du transporteur de miltéfosine qui conduit à la résistance des parasites à cette drogue. La technologie de séquençage à profondeur élevée (« deep-sequencing ») nous a permis de séquencer ce gène à différents stades intermédiaires de la résistance, afin de déterminer la fréquence d’acquisition et la stabilité de ces mutations. Nous avons pu observer que les mutations ponctuelles dans le gène du transporteur de miltéfosine ne sont pas présentes dans les premiers stades de la résistance mais acquises à des concentrations plus élevées. L’analyse du gène a également démontré un plus grand nombre de mutations au fur et à mesure que la pression de sélection s’intensifie ainsi qu’une certaine stabilité des mutations après retrait de la pression de drogue, laissant entrevoir un maintien de la résistance. Ces résultats mettent en évidence l’implication des protéines de réparation de l’ADN dans la stabilité génomique chez Leishmania, mais surtout un rôle dans l’amplification extra-chromosomique liée à la résistance. L’utilisation des nouvelles technologies de séquençage nous a également permis d’étudier la dynamique d’acquisition de mutations ponctuelles impliquées dans la résistance.

Les fusions de MLL peuvent générer trois types de leucémies aiguës (LLA-B, LMA et LLA-T). Les cellules souches/progénitrices de sang de cordon humain purifiées par une méthode de sélection négative ont été infectées par un rétrovirus contrôle exprimant la EGFP ou un rétrovirus exprimant un gène de fusion de MLL et la EGFP, avant d’être injectées dans le fémur de souris immunodéficientes. Après 20 semaines, les souris ont été sacrifiées et les organes hématopoïétiques ont été analysés par FACS. MLL-ENL a généré exclusivement des LLA-B, MLL-ELL des LLA-B et LMA, et MLL-AF9 des LLA-B et mixte. Il semble que certains partenaires peuvent jouer un rôle important dans le phénotype et que le microenvironnement murin peut favoriser le phénotype LLA-B. Cette étude peut aider à comprendre le rôle instructif des MLL-ENL, MLL-ELL et MLL-AF9 sur le phénotype leucémique et leur capacité à initier la transformation des cellules normales en cellules leucémiques. / MLL fusion genes may generate three different types of acute leukemia (B-ALL, AML and T-ALL). Purified human cord blood cells by negative selection technique (Lin-CB) and having CD34+ > 70% were transduced by control retrovirus expressing the EGFP or other retrovirus expressing an MLL fusion gene and the EGFP, and then injected into the immune-deficient NSG mouse femur to test the leukemogenic potential. After 20 weeks, the mice were sacrificed and organs were analysed by FACS. MLL-ENL exclusively produced B-ALL, MLL-ELL B-ALL and AML, and MLL-AF9 B-ALL and mixed. It seems that some MLL partner genes may play an important role in phenotype, and the murine microenvironment of our in vivo model may promote the B-ALL phenotype. This study may help understand the instructive role of MLL-ENL, MLL-ELL and MLL-AF9 fusion genes in leukemic phenotype and their ability to induce the transformation of normal hematopoietic stem/progenitor cells into leukemic cells.

Introduction: Le développement pré-implantatoire et particulièrement la formation d'un blastocyste de qualité constitue l'un des événements les plus importants pour l'implantation et l'induction de la grossesse. In vitro, 30% à 40% seulement des ovocytes aboutissent à la formation de blastocystes et juste une faible proportion de ces derniers, supposés morphologiquement être "en bonne santé" sont capables de réussir le développement post-implantation. Cette limitation pose un grand problème pour les technologies de fécondation in Vitro (FIV) ce qui nécessite le développement d'une bonne approche permettant de se prononcer sur la compétence embryonnaire. La notion de compétence demeure difficile à définir sur des bases morphologiques et cinétiques. Considérant que la sélection d'un blastocyste de qualité est l'un des objectifs majeurs de la FIV chez l'humain et que le bovin représente un très bon modèle pour telle une étude, nous nous sommes fixés comme objectif d'analyser le profil d'expression génique du blastocyste bovin à trois stades de développement (début cavité, en expansion et éclos). Cette étude nous renseignera non seulement sur la régulation moléculaire de l'expansion et l'éclosion du blastocyste mais nous permettra également de définir des marqueurs potentiels de la compétence au développement et d'avoir un outil utile pour caractériser les différentes étapes de ces changements morphologiques (classification) Méthodes: Les blastocystes sont produits in vitro et collectés au stade début cavité (apparition d'une petite cavité), en expansion (diamètre supérieur à une zone pellucide normale) et éclos (sans zone pellucide). Pour procéder à notre étude transcriptomique, l'ARN est extrait, amplifié, marqué puis hybride en "loop design experiment" (biopuce maison ADNc, BlueChip). Pour valider les résultats des biopuces, certains gènes candidats ont été sélectionnés et confirmés par Q-RT-PCR. Résultats: À l'issue de l'analyse des données de biopuces, différents gènes impliqués par exemple dans l'implantation, l'adhésion cellulaire et la digestion de la matrice extracellulaire ont été trouvés comme sur-exprimés au stade éclos. Les blastocystes au stade début cavité, ont été en contre partie plutôt enrichis en gènes dont les produits sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire, la traduction et la transcription. Les résultats de la Q-RT-PCR ont positivement validé les résultats de biopuce à un taux de 87,5% (7/8). Certains de ces gènes candidats confirmés par Q-RT-PCR (IFNT, PLAC8, SSLP1, AKR1B1, HNRNPA2B1, ARGFX, NANOS et CCNB1) s'avèrent particulièrement intéressants comme marqueurs potentiels de la compétence embryonnaire surtout qu'on a détecté leur expression aussi tôt que le stade blastocyste. Conclusions: Notre étude procure de nouvelles connaissances sur la régulation moléculaire de la formation du blastocyste. D'autres part, la liste des gènes différentiellement exprimés pourra faciliter dans lefutur, le choix et l'étude de marqueurs éventuels de la compétence ainsi que la classification des blastocystes lorsqu'il s'agirait d'investiguer l'effet du traitement sur le développement embryonnaire.

L'analyse par réseau de co-expression de gènes est un outil entré il y a 15 ans dans l'ensemble des outils disponibles pour l'analyse transcriptomique. En étudiant la variation de synchronisation de l'expression des gènes, cet outil permet de révéler de nouveaux gènes impliqués dans des maladies ou phénotypes dont l'expression seule n'est pas significativement différente. Il est également capable de détecter des groupes de gènes, ou modules, interagissant préférentiellement et sur lesquels il est possible d'effectuer une exploration étendue. Il est ainsi possible d'utiliser des méthodes avec injection de connaissance préalable comme l'enrichissement de gènes ou l'association phénotypique, ou des méthodes guidées par les données comme l'analyse topologique ou la co-expression différentielle. Pourtant, ce type d'analyse reste sous exploitée actuellement par rapport à son potentiel, et notamment dans certaines maladies ou phénotypes où l'altération est une désorganisation du système comme le vieillissement. Afin de faciliter à tout chercheur l'emploi de cette méthode, un progiciel R disponible sur Bioconductor et nommé GWENA a été développé. Organisé comme un pipeline d'analyse simplifié et allant de la construction du réseau jusqu'à l'aide à l'interprétation des modules entre différentes conditions, c'est également le seul pipeline actuel à intégrer la co-expression différentielle. Pour assister l'utilisateur, il comprend de nombreux avertissements sur l'intégrité des données rentrées et sur la plausibilité des résultats. Afin d'éviter de devoir recourir à d'autres logiciels, il contient également un système de visualisation des réseaux. Enfin, GWENA est un outil dont l'architecture modulaire lui permettra d'évoluer avec le temps. L'efficacité de GWENA a été démontrée dans une première étude du vieillissement du muscle squelettique humain où un sous ensemble de gènes a été priorisé pour l'étude de la sarcopénie. Il a également permis de préciser une topologie du réseau spécifique du vieillissement et observée auparavant : la perte de connectivité du réseau, ou déconnexion. En effet, parallèlement à la déconnexion, il a été constaté grâce à GWENA une reconnexion locale située au niveau des gènes pivots. Pour étudier cette topologie à large échelle, l'analyse a été répétée sur un ensemble élargi de tissus humains. Par un recoupement des modules différentiellement exprimés, des phénomènes communs du vieillissement entre tissus sont apparus ainsi que des phénomènes spécifiques à certains tissus. L'analyse topologique, notamment de la déconnexion, des gènes inclus dans ces recoupements pour deux exemples, un phénomène commun et un phénomène spécifique, a à son tour permis la priorisation de gènes encore mal étudiés ou inconnus dans ces phénomènes. En finalité, les travaux présentés au cours de cette thèse auront amené à la création d'un outil utile à la communauté de biologistes comme bio-informaticiens pour faciliter l'accès à une analyse à a haut potentiel dans l'analyse du vieillissement et toute autre condition, notamment celles axées sur la dérégulation de l'expression systémique. / Gene co-expression network analysis is a tool that entered the transcriptomics analysis toolbox 15 years ago. By studying the variation in the synchronization of gene expression, this tool can reveal new genes involved in diseases or phenotypes whose expression alone is not significantly different. It is also able to detect groups of genes, or modules, that interact preferentially and on which it is possible to carry out an extended exploration. It is therefore possible to use knowledge-driven methods such as gene enrichment or phenotypic association, or data-driven methods such as topological analysis or differential co-expression. Nevertheless, this type of analysis is currently under-exploited compared to its potential, especially in certain diseases or phenotypes where the alteration is a disorganization of the system such as aging. In order to facilitate the use of this method by any researcher, an R software package available on Bioconductor and named GWENA has been developed. Organized as a simplified analysis pipeline from the construction of the network to the interpretation of the modules between different conditions, it is also the only current pipeline to integrate the differential co-expression. To assist the user, it includes numerous warnings about the integrity of the data entered and the plausibility of the results. In order to avoid having to use other software, it also contains a network visualization system. Finally, GWENA is a tool whose modular architecture allows it to evolve overtime. The effectiveness of GWENA has been demonstrated in a first study of human skeletal muscle aging, where a subset of genes was prioritized for the study of sarcopenia. It also allowed to clarify a network topology specific to aging and previously observed: the loss of network connectivity, or disconnection. Indeed, in parallel to the disconnection, a local reconnection located at the level of hub genes was observed thanks to GWENA. To study this topology on a large scale, the analysis was repeated on an extended set of human tissues. By cross-referencing differentially expressed modules, common aging phenomena between tissues were identified as well as tissue-specific phenomena. Topological analysis, including disconnection, of the genes included in these overlaps for two examples, a common and a specific phenomenon, in turn allowed the prioritization of genes still poorly studied or unknown in these phenomena. Overall, the work presented in this thesis will have led to the creation of a useful tool for the community of biologists as bioinformaticians to facilitate access to a high-potential analysis in the analysis of aging and any other condition, especially those focused on the deregulation of systemic expression.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par un déficit du métabolisme énergétique cérébral. À la surface des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), GLUT1 constitue le principal transporteur de glucose au cerveau. Cette protéine serait sous-exprimée dans les CECC de patients atteints de la MA, limitant ainsi la capacité d’utilisation du glucose par le cerveau. L’objectif général de ce projet était de surexprimer GLUT1 dans les CECC afin de corriger ce déficit. Six plasmides ont été conçus et transfectés sur des cellules en culture. Nous avons mis au point un essai pour mesurer la captation d’un analogue fluorescent du glucose. Nous avons ensuite encapsulé deux des plasmides pour les injecter chez des souris témoins. Même si nos résultats ne permettent pas encore de confirmer le potentiel de GLUT1 comme cible thérapeutique dans la MA, nous avons des plasmides fonctionnels pour poursuivre les essais in vivo futurs. / Impaired brain glucose metabolism is known to be one of the best predictors of cognitive decline in patients with Alzheimer’s disease (AD). A decrease in glucose transporter 1 (GLUT1) in the brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB) is observed in AD patients and animal models and might contribute to impaired brain glucose uptake in the disease. The main objective of the present work was to upregulate GLUT1 in the BCECs with a targeted delivery approach using plasmids encoding for GLUT1. Six plasmids were assembled and transfected in two cell lines. GLUT1 activity was assessed with a fluorescent glucose analog. Two plasmids were then encapsulated within an immunoliposome formulation and injected to Balb/c mice. We have generated well-characterized GLUT1-expressing plasmids for future work to confirm GLUT1 as a potential therapeutic target for AD.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Les AAV constituent des vecteurs viraux très utilisés en thérapie génique. Cependant une limite à leur utilisation est leur large tropisme, soit leur capacité à infecter plusieurs types de cellules. Pour y remédier, il a été question dans ce projet de produire des AAV2 recombinants dont la capside a été modifiée par l'insertion d'un anticorps à domaine unique (single domain antibody, sdAb) pour permettre une transduction spécifique de cellules du cancer de l'ovaire : les SKOV3. Ces cellules expriment à leur surface le récepteur tyrosine kinase Axl et l'anticorps inséré dans la protéine VP1 de la capside virale, lui est spécifique. Les AAV contenant l'anticorps (AAV-sdAb) ont été produits par transfection transitoire de cellules HEK293SF-3F6, puis purifiés par ultracentrifugation avec différents gradients d'Iodixanol et concentrés par filtration tangentielle avec des membranes à fibres creuses (Hollow fibers). L'insertion de l'anticorps dans la capside de l'AAV2 a été faite en utilisant 2 types de séquences de liaison : une courte et une longue. La production des AAV-sdAb avec courte séquence de liaison et exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) comme gène rapporteur s'est avéré difficile alors que celle avec la plus longue séquence a permis d'obtenir des titres vingt fois plus élevés. Pour démontrer une transduction spécifique des cellules cibles SKOV3, les plasmides permettant de produire les AAV-sdAb ont été mutés pour inhiber le site d'attachement des AAV2 au sulfate d'héparine, principal récepteur auquel il se lie à la surface des cellules hôtes. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que le tropisme des AAV2 a été altéré par les mutations et que les AAV-sdAb infectent de façon spécifique les cellules SKOV3 qui expriment le récepteur Axl auquel l'anticorps inséré est spécifique. Ce projet a ainsi démontré qu'il est possible de modifier le tropisme des AAV à l'aide d'anticorps à domaine unique. / The use of adeno-associated viruses (AAV) as vectors for gene therapy has increased in recent years. However, a major drawback to their use is the large tropism, allowing the infection of many types of cells. To overcome that issue, we incorporated in this project a single-domain antibody (sdAb) into the capsid of AAV serotype 2 (AAV2) to enable it to specifically bind to a receptor tyrosine kinase Axl expressed on the surface of ovarian cancer cells SKOV3. The sdAb against Axl was inserted into the VP1 capsid subunit of AAV2. In order to investigate their targeting efficacy, AAV with the modified capsid (AAV-sdAb) were produced by transient transfection of HEK293SF-3F6 cells, purified by ultracentrifugation using Iodixanol step-gradients and concentrated by tangential-flow filtration using Hollow fiber membranes. In this study, two types of linker sequences, short and long were used for the insertion of the sdAb into VP1. Production of infectious AAV particles expressing GFP as a reporter proved to be difficult when using the short linker sequence, while production using the longer linker led to titers twenty times higher. To prove a specific transduction of Axl-expressing cells (SKOV3), plasmids required for AAV-sdAb production were mutated to inhibit the binding of AAV2 to its main receptor on cell surface: heparan sulfate. Characterization of those AAV-sdAb showed that the mutations led to an altered tropism for AAV2's natural receptor and more importantly, the viral vectors infect specifically the Axl-expressing cells SKOV3 as a result of the inserted anti-Axl antibody. Therefore, this study proved that it is possible to modify the tropism of AAV by using a single-domain antibody.