Dans tous les organismes animaux la réponse immunitaire est divisée en deux composantes : la réponse humorale, qui consiste en la production d'un grand nombre de molécules toxiques pour le pathogène, et la réponse cellulaire, qui met en jeu des cellules immunitaires produites lors de l'hématopoïèse. Chez les mammifères adultes, l'hématopoïèse se déroule dans la moelle osseuse, où un microenvironnement particulier appelé " niche hématopoïétique " contrôle l'auto-renouvèlement, la prolifération et la différenciation des Cellules Souches Hématopoïétiques (CSH) à l'origine de l'ensemble des cellules sanguines/immunitaires. Suite à une infection par un pathogène, l'homéostasie du système hématopoïétique est modifiée, afin de permettre la mise en place d'une réponse immunitaire cellulaire adaptée. Le rôle de la niche hématopoïétique dans le contrôle de l'hématopoïèse suite à une infection reste à ce jour mal connu. La drosophile est utilisée comme système modèle pour étudier in vivo l'hématopoïèse et la réponse immunitaire. L'hématopoïèse a lieu chez la drosophile au stade larvaire dans un organe spécialisé appelé Glande Lymphatique (GL). Au sein de cet organe, un petit groupe de cellules, le Centre de Signalisation Postérieur (PSC), contrôle l'équilibre entre progéniteurs hématopoïétiques et cellules immunitaires différenciées, et a donc un rôle équivalent à celui de la niche hématopoïétique des mammifères. Suite à un stress immun, tel que le parasitisme par des guêpes, une différenciation massive de cellules immunitaires spécifiques, les lamellocytes, a lieu dans la GL; puis la dispersion de la GL permet la libération des lamellocytes dans la circulation lymphatique. Lors du parasitisme, la guêpe pond un œuf dans le corps de la larve de drosophile. En absence de réponse immunitaire cellulaire, l'œuf de guêpe se développe au dépend de son hôte, entraînant sa mort. En formant une capsule autour de l'œuf de guêpe, les lamellocytes neutralisent son développement et permettent la survie de l'hôte. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à la réponse immunitaire cellulaire de la larve de drosophile au parasitisme par des guêpes. Je me suis plus particulièrement intéressée au rôle de la " niche hématopoïétique " dans cette réponse. Pour cela, j'ai initié une approche transcriptomique ayant pour but d'identifier les gènes spécifiquement exprimés dans le PSC en réponse au parasitisme. En parallèle, j'ai caractérisé le rôle de la voie de signalisation Toll/NF?B dans la GL lors de la réponse au parasitisme. La voie Toll/NF?B joue un rôle essentiel dans la réponse immunitaire humorale et son rôle dans la réponse immunitaire cellulaire reste à définir. Mes travaux indiquent que la voie Toll/NF?B est activée dans le PSC suite au parasitisme. Son activation est médiée par le facteur de transcription NF?B "Dorsal-related Immunity Factor" (Dif), qui est requis dans le PSC pour permettre la différenciation rapide et massive de lamellocytes et la dispersion des cellules de la GL. De plus, j'ai établi un réseau génique, impliquant les deux voies de signalisation Toll/NF?B et EGFR ainsi que les espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans le contrôle de la réponse au parasitisme. Une augmentation du niveau de ROS dans le PSC et l'activation de la voie EGFR dans les cellules immunitaires ont été décrits comme nécessaires à l'encapsulation des œufs de guêpe après parasitisme. Mes données établissent qu'ils sont en plus requis respectivement dans les cellules du PSC et dans les progéniteurs hématopoïétiques pour permettre la dispersion de la GL après parasitisme. Basé sur la forte conservation des voies de signalisation et processus moléculaires contrôlant l'hématopoïèse entre les mammifères et la drosophile, mes résultats posent la question de la conservation du réseau génique établi chez la drosophile et du rôle de la voie NF?B dans la niche hématopoïétique des mammifères lors d'une réponse à une infection. / In all organisms, the immune response is divided into two parts: the humoral response, which consists of producing a large number of molecules to combat the pathogen, and the cellular response, which relies on immune cells produced during hematopoiesis. In adult mammals, hematopoiesis occurs in the bone marrow, where a particular microenvironment called the "hematopoietic niche" controls self-renewal, proliferation and differentiation of Hematopoietic Stem Cells (HSCs), which give rise to all blood cell types. Following a pathogenic infection, the hematopoietic system's homeostasis is modified in order to obtain an adapted cellular immune response. The role that the hematopoietic niche plays during an immune response remains unclear. Drosophila is used as a model system to study in vivo hematopoiesis and the immune response. In drosophila, hematopoiesis occurs at the larval stage in a specialized organ called the Lymph Gland (LG). Within this organ, a small group of cells termed the Posterior Signalling Center (PSC), controls the balance between hematopoietic progenitors and differentiated immune/blood cells, a role similar to the mammalian hematopoietic niche. Following an immune challenge, especially in response to wasp parasitism, a massive differentiation of specific immune cells called lamellocytes occurs in the LG. The LG subsequently disperses to release lamellocytes into the hemolymph. During parasitism, the wasp lays an egg in the drosophila larva. In the absence of a cellular immune response, the wasp egg will develop and kill its host. By forming a capsule around the wasp egg, lamellocytes impede the pathogen's development and permit the host's survival. During my PhD, I studied the drosophila larva cellular immune response to wasp parasitism. I focused my research on the role of the "hematopoietic niche". I therefore initiated a transcriptomic study, in order to identify genes expressed by the PSC in response to parasitism. In parallel, I characterized the role of the Toll/NF?B signalling pathway in the LG during parasitism. The Toll/NF?B pathway plays a key role in the humoral response both in drosophila and mammals; however its role in the cellular immune response remains unknown. My results indicate that the Toll/NF?B pathway is activated in the PSC following parasitism. Its activation is mediated by the NF?B transcription factor " Dorsal-related Immunity Factor " (Dif), which is required in the PSC for rapid lamellocyte production and LG dispersion. Furthermore, I established the existence of a genetic network comprising the Toll/NFkB and EGFR signalling pathways and Reactive Oxygen Species (ROS), in order to control the immune response to parasitism. An increase in ROS levels in the PSC and EGFR pathway activation in the immune cells, have been described as required for wasp egg encapsulation. My data suggest that the ROS and the EGFR pathway are also required for LG dispersion following wasp parasitism, in PSC cells and in hematopoietic progenitors, respectively. Based on the high conservation of signalling pathways and molecular processes controlling hematopoiesis, my results raise the question of whether such a network is conserved in the mammalian hematopoietic niche in response to pathogenic infections.

Les leucémies lymphoïdes de type T et B sont des maladies malignes typiques des cellules sanguines. Afin d'approfondir nos connaissances concernant ces dernières, nous avons utilisé le rétrovirus murin Graffi. Pendant longtemps, on pensait que ce rétrovirus ne provoquait que l'apparition des leucémies myéloïdes pour constater, plus tard avec des outils moléculaires et plus perfectionnés, qu'il était capable d'induire différents types de leucémies (lymphoïdes et non lymphoïdes). Pour mieux caractériser les leucémies lymphoïdes et dans le but de trouver des gènes potentiellement impliqués dans ce type de leucémie ou dans le processus de l'hématopoïèse, la technique des microarrays a été retenue. Cette technique permet de mesurer en une seule expérience le niveau d'expression de plusieurs milliers de gènes. Les analyses ont porté sur 8 échantillons de souris constitués de 3 sous types de leucémies T (CD4+/CD8+, CD4+/CD8-, CD4-/CD8+), de 3 sous-types de leucémies B (CD45R low/CD19+, CD45R+/CD19+, CD45R+/CD19+/SCA1+) et d'un contrôle constitué de lymphocytes T (CD4+/CD8+) et B (CD45R+/CD19+) exprimant les marqueurs de surface exprimés à la surface de chacun des types de leucémies. Différentes approches d'analyse des résultats obtenus par les microarrays ont été appliquées de façon à distinguer ou à regrouper les gènes dont l'expression est altérée dans les différents types de leucémies analysées. Ceci nous a permis de sélectionner 56 gènes qui étaient soit spécifiques aux leucémies T, soit spécifiques aux leucémies B, soit communs à ces deux types. Parmi ces gènes se trouvent des gènes qui sont connus dans d'autres types de cancers mais qui n'ont pas encore été impliqués dans la leucémie. D'autres ne sont connus que dans les leucémies non lymphoïdes ou encore n'ont jamais été impliqués ni dans la tumorigénèse ni dans la leucémogénèse mais qui ont des fonctions physiologiques nécessaires au bon fonctionnement de l'organisme. Pour certains autres gènes, aucune information n'était disponible. L'application des microarrays a donc permis de créer une liste constituée des gènes potentiellement impliqués dans le développement de leucémies et qui pourraient servir de marqueurs diagnostiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Rétrovirus, Rétrovirus murin Graffi, Leucémies lymphoïdes, Leucémies non lymphoïdes, Cytométrie de flux, Tri cellulaire, Micropuces à ADN, Gènes différentiellement exprimés, Oncogènes.

La voie de signalisation des récepteurs à domaine de mort (RDM) intervient dans l'hématopoïèse. En effet, l'invalidation de FADD, la molécule adaptatrice des RDM, dans le compartiment lymphocytaire murin résulte en une absence totale de lymphocytes B en périphérie. Nos travaux ont révélé que l'invalidation de la fonction FADD inhibe profondément la production de cellules hématopoïétiques humaines à la fois B et non-B. Ces données suggèrent une implication de FADD dans l'expansion des CSH et des progéniteurs hématopoïétiques humains. Outre les RDM, les récepteurs Toll (TLR), dévolus à la reconnaissance des pathogènes, sont également capables de recruter FADD. Ceci nous a conduit à nous intéresser au rôle des TLR dans l'hématopoïèse humaine. Nous avons montré que les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques humains expriment des TLR fonctionnels (TLR1, 2, 3 et 6 notamment). Nos résultats démontrent que la stimulation des TLR sur les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques humains est susceptible de remodeler le développement hématopoïétique en favorisant l'engagement myéloïde au détriment du développement lymphocytaire B. Ce processus pourrait contribuer au renforcement du bras de l'immunité innée au cours des infections microbiennes

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

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Des études récentes ont mis en évidence qu’au moins 70% du génome humain est transcrit et produit une myriade d’ARN non codants. Au début de ma thèse j’ai utilisé des données de RNA-Seq sens-spécifique pour identifier les transcrits divergents dans les tissus primaires de souris. J’ai utilisé aussi des données ChIP-Seq afin d’analyser leurs caractéristiques épigénétiques. Nous avons trouvé que la transcription divergente est associée de manière significative à des gènes liés à la régulation de la transcription et le développement.Dans un deuxième temps, je me suis intéressé à l'identification et la caractérisation des lncRNA chez l'homme. J’ai appliqué des approches statistiques pour quantifier leur expression et identifier ceux qui sont (dé)régulés dans un contexte normal ou leucémique Dans un troisième temps. Au cours de ma thèse, je me suis attaché à étudier le mécanisme moléculaire épigénomique ainsi qu'à développer un pipeline bioinformatique permettant d'identifier les gènes (codant ou non codant) associés à des profils H3K4me2/3 étendus. Ainsi, j’ai mis en évidences que ces profils étendus étaient directement dépendants d'un processus transcriptionelle impliquant des nouveaux mécanismes de régulation. Cette étude a donné aussi lieu à une publication dont je suis cosignataire en premier auteur. (Zacarias, Belhocine et al. Journal of Immunology 2015). Cette nouvelle approche devrait s'avérer très utile dans d'autres modèles développementaux et/ou pathologiques et peuvent être utilisé comme outil de prioritisation des candidats les plus relevant dans des approches plus globale. / Recent studies indicate that at least 70% of the human genome is transcribed into a myriad of both coding and non-coding RNAs. at the beginning of my thesis I used RNA-Seq data to identify divergent transcripts in mouse primary tissues. I also used the ChIP-Seq data to analyze their epigenetic characteristics. The results demonstrated that divergent transcription was significantly associated with genes related to transcription regulation and development. In a second phase, I was interested in the LncRNAs identification and characterization during the development of human T lymphocytes and in T acute lymphoblastic leukemia (T-ALL). I applied statistical approaches to quantify their expression and identify those that are regulated in a normal or leukemic contextSubsequently, I determined the most appropriate approach to prioritize the functional role of LncRNAs. Indeed, I focused on studying the molecular epigenomic mechanism marking and developed a bioinformatics pipeline to identify genes (coding or non-coding) associated with the extended profiles of H3K4me2/3. Evidence generated through the pipeline demonstrated that these extended profiles were directly dependent on specific transcriptional process involving new regulatory mechanisms.In conclusion, this body of work has resulted in a more comprehensive approach to determining the true functional role of LncRNAs in both normal biological context and in human disease.

L'hématopoïèse est le processus développemental qui permet la formation des cellules qui composent le sang. Au niveau moléculaire, de nombreux facteurs de transcription permettent une régulation fine de ce processus et la dérégulation de leur activité, en affectant la différenciation ou la prolifération des cellules sanguines, peut conduire à l'apparition d'hémopathies telles que les leucémies. De manière intéressante, de nombreux gènes contrôlant l'hématopoïèse sont conservés entre la Drosophile et l'homme. Ces dernières années, cet insecte a donc émergé en tant que modèle pour l'étude du développement normal et pathologique des cellules hématopoïétiques. En tirant profit de cette conservation, mon travail de thèse a visé à caractériser, chez la Drosophile, le rôle et le mode d'action des protéines de la famille " Myeloid Leukemia Factor " (MLF). En effet, bien que le membre fondateur de cette famille soit impliqué dans le développement de Leucémies Aigües Myéloïdes chez l'homme, ces protéines restent très peu caractérisés. Les travaux réalisés dans l'équipe montrent que MLF contrôle l'homéostasie du système sanguin de la Drosophile, et qu'un aspect conservé de la fonction des protéines MLF est de réguler l'activité de facteurs de transcription de type RUNX dont Lozenge (LZ). Dans ce contexte, j'ai cherché à déterminer plus précisément la fonction de MLF dans l'hématopoïèse et à comprendre comment MLF régule les facteurs RUNX. In vivo, j'ai montré que MLF contrôle non seulement le nombre de cellules sanguines RUNX+/LZ+ mais aussi leur différenciation en "cellules à cristaux". L'établissement par RNAseq du transcriptome de ces cellules en contexte sauvage ou mutant pour mlf m'a permis d'identifier de nouveaux marqueurs de ce lignage et de montrer que mlf régule l'expression de nombre d'entre eux. De plus j'ai mis en évidence que ces deux aspects de la fonction de mlf passent par la régulation de LZ. Ainsi, bien que lz soit nécessaire au développement des cellules à cristaux, une diminution de son expression s'accompagne d'une augmentation du nombre de ces cellules qui présentent alors des caractéristiques " hyper-différenciées " et une sur-activation de la voie de signalisation Notch. Ces données mettent en exergue l'importance de la régulation du niveau du facteur RUNX LZ par MLF au cours de l'hématopoïèse. D'autre part, en utilisant une lignée de cellules sanguines de Drosophile en culture (cellules Kc167), j'ai pu montrer que MLF régule post-traductionnellement le niveau de LZ et que MLF et LZ interagissent physiquement. Pour ouvrir de nouvelles pistes quant aux mécanismes moléculaires d'action de MLF, j'ai également cherché ses partenaires par spectrométrie de masse. J'ai ainsi identifié la protéine chaperonne DNAJ1/HSP40 et j'ai pu mettre en évidence que ce partenaire de MLF est aussi impliqué dans la régulation de l'activité et du niveau d'expression de LZ en culture cellulaire. J'ai ensuite généré un mutant de ce gène chez la Drosophile par CRISPR et j'ai pu montrer qu'il contrôle lui aussi le développement des cellules sanguines LZ+, probablement en interaction avec MLF. Mes résultats suggèrent donc que MLF pourrait faire partie d'un complexe chaperon impliqué dans le contrôle de l'activité de LZ et dans l'hématopoïèse. / Haematopoiesis is the developmental process responsible for the formation of all blood cell types. At the molecular level, many transcription factors allow tight regulation of this process and deregulation of their activity, by affecting blood cell proliferation or differentiation, can lead to the appearance of various diseases including leukaemia. Interestingly, many genes implicated in haematopoiesis are conserved between Drosophila and human. Consequently, this insect has emerged as a potent model to study normal and pathological blood cell development. Taking advantage of this conservation, my thesis aimed at characterizing the role and mode of action of the "Myeloid Leukemia Factor" (MLF) family in Drosophila. Indeed, although the founding member of this family is involved in the development of Acute Myeloid Leukaemia in humans, this family remains poorly characterised. Previous work showed that MLF controls Drosophila blood cell homeostasis and that one conserved aspect of MLF function is to regulate the activity of RUNX transcription factor activity, including that of the Drosophila hematopoietic factor LOZENGE (LZ). Further to these results, I sought to determine more precisely MLF function in haematopoiesis and its molecular mechanism of action on RUNX factors. In vivo, I showed that mlf controls not only the number of LZ + blood cells but also their differentiation into "crystal cells. Notably, the establishment of wild type or mlf-/- LZ+ cells transcriptome by RNAseq allowed me to identify new markers for this lineage and revealed that mlf regulates the expression of a large number of them. Interestingly, I found that mlf controls both LZ+ cell number and their differentiation by regulating LZ level. Indeed, although lz is required for crystal cell development, a decrease in lz level is associated with increased LZ+ cell number and these cells exhibit "hyper-differentiated" phenotypes as well as Notch signalling pathway over-activation. These data underline the crucial role of RUNX level regulation by MLF for normal blood cell development. In parallel, using a Drosophila blood cell line (Kc167 cells), I showed that MLF physically interacts with LZ and post-translationally regulates its level. To open new leads concerning the molecular mode of action of MLF, I undertook a proteomic approach to identify its partners. Thereby, I found that the chaperon protein DNAJ1/HSP40 binds to MLF and I demonstrated that DNAJ1 is also implicated in the regulation of LZ level and activity in Kc cells. Using a CRISPR approach, I then generated a null dnaj1 allele in Drosophila and its phenotypic characterisation allowed me to show that DNAJ1 also controls the development of LZ+ blood cells, probably in interaction with MLF. All together, my results suggest that MLF could be part of a " chaperon " complex involved in controlling RUNX activity and haematopoiesis.

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

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