La différenciation cellulaire implique une régulation transcriptionnelle coordonnée et finement contrôlée qui passe par le recrutement de facteurs de transcription (FT) cellules-spécifiques sur des régions génomiques régulatrices appelées enhancers. Parmi ces FT, des protéines nommées « facteurs pionniers » (FP) lient la chromatine condensée et favorisent la transition des enhancers d’un état inactif vers un état « préparé » (étape de « priming »), facilitant ainsi la fixation d’autres FT et permettant l’activation de ces régions. L’engagement vers un lignage cellulaire particulier est donc associé à l’engagement des FP au niveau d’enhancers dont la structure chromatinienne subit des changements architecturaux associés à la mise en place de marques spécifiques. Celles-ci incluent, la monométhylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4me1), l’acétylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27ac) ou encore des modifications des résidus cytosine (5-méthylcytosine, 5mC ; 5-hydroxyméthylcytosine, 5hmC). La 5hmC est un intermédiaire de la voie de déméthylation active : elle résulte de l’oxydation de la 5mC par les enzymes « Ten Elven Translocation » (TET) et peut être à son tour oxydée en 5-formylcytosine (5fC) et 5-carboxylcytosine (5caC) qui sont ensuite remplacées par des cytosines via l’intervention du système « Base Excision Repair ». Cependant, du fait de sa stabilité et de sa capacité à lier des protéines particulières, la 5hmC pourrait également jouer un rôle spécifique. De précédents travaux ont d’ores et déjà mis en évidence un lien entre le recrutement des FP et les modifications des cytosines. Néanmoins, l’implication des processus de méthylation/déméthylation dans la régulation spatio-temporelle des étapes de « priming » et d’activation des enhancers n’a pas encore été caractérisée. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude à été de définir le rôle des modifications de cytosines (5mC et 5hmC) lors de l’activation des enhancers liés par des FP. Pour ceci, nous avons analysé d’une part, l’implication des processus de méthylation et déméthylation des cytosines sur le « priming » et l’activation des enhancers, en utilisant des inhibiteurs des ADN méthyltransférases ou des enzymes TET. D’autre part, nous avons entrepris d’identifier les dynamiques de « priming » et d’activation des enhancers à l’échelle du génome au cours de la différenciation neurale, en lien avec la présence de la 5hmC. Les résultats obtenus nous ont notamment permis de proposer un schéma d’activation des enhancers dans lequel les dynamiques de méthylation/déméthylation de l'ADN jouent un rôle essentiel dans la structuration de la chromatine. / Cell differentiation relies on a coordinated and finely regulated transcriptional regulation involving the recruitment of cell-type transcription factors (TFs) on genomic regions called enhancers. Some of these TFs, named pioneer factors (PFs), are able to bind to condensed chromatin and favour enhancer transition from an inactive to a primed state, thus facilitating the binding of other TFs and enhancer activation. Therefore, lineage commitment is associated to the engagement of PFs at enhancers where the chromatin structure undergoes architectural modifications related to the set up of specific marks. These include, the monomethylation of the lysine 4 of the histone H3 (H3K4me1), the acetylation of the lysine 27 of the histone H3 (H3K27ac) or cytosine modifications (5-methylcytosine, 5mC; 5-hydroxymethylcytosine, 5hmC). The 5hmC base is an intermediate in the process of active demethylation coming from the oxidation of the 5mC by the Ten Elven Translocation (TET) enzymes and can itself be further oxidized in 5-formylcytosine (5fC) and 5-carboxylcytosine (5caC), two bases which are then replaced by cytosines through the Base Excision Repair mechanism. Nevertheless, due to its stability and its ability to bind some specific proteins, 5hmC might also play specific roles. Previous works already highlighted a link between the recruitment of PFs and cytosine modifications. However, the involvement of the methylation/demethylation processes in the spatio-temporal regulation of the priming and activation of enhancers has not yet been characterized. In this context, the aim of this study was to define the role of cytosine modifications (5mC and 5hmC) during the activation of enhancers bound by PFs. For this, we analyzed the implication of cytosine methylation and demethylation processes on enhancer priming and activation by using DNA methyltransferases or TET inhibitors. In addition, we identified the dynamics of enhancer priming and activation genome-wide during neural differentiation, in relation to the presence of 5hmC. The results allow us to propose a scheme of enhancer activation in which DNA methylation/demethylation dynamics play an essential role in the chromatin structure of these regulatory elements.

Le striatum est une région du cerveau impliquée dans d'importantes fonctions physiologiques telles que l'apprentissage par renforcement ou le contrôle du mouvement, mais aussi dans des pathologies comme l'addiction. Le fonctionnement de ce système s'appuie sur deux types de neurones de projection, appelés " neurones épineux de taille moyenne ". Les uns expriment le récepteur de la dopamine de type 1 (D1R) et les autres expriment le récepteur de type 2 (D2R). L'objectif de cette thèse est de caractériser ces deux types de neurones au niveau épigénétique, en conditions basales et après traitement à la cocaïne. Il a été nécessaire de développer de nouvelles méthodes utilisant la cytométrie de flux pour distinguer les populations de neurones exprimant D1R ou D2R. La première méthode utilise des souris transgéniques L10a-GFP et du tissu non fixé, la seconde répond aux limitations de la précédente et utilise du tissu fixé. Nous avons montré que la cocaïne régule de nombreuses modifications post-traductionnelles d'histones, de façon spécifique de populations neuronales. Par ailleurs, nous avons identifié plus d'une centaine de gènes différemment méthylés ou hydroxyméthylés entre les deux types neuronaux. Certains gènes sont déjà connus pour avoir un rôle fonctionnel important dans l'une des populations. La comparaison des neurones exprimant D1R ou D2R est un bon modèle pour explorer les liens entre méthylation de l'ADN, hydroxyméthylation et transcription. Par exemple, nous observons une association très claire entre l'augmentation de la méthylation de l'ADN et la répression de la transcription, ainsi qu'une corrélation entre modifications de méthylation et d'hydroxyméthylation. / The striatum is a brain region implicated in physiological functions such as reinforcement learning or movement selection but also in pathologies such as addiction or Parkinson’s disease. It relies on two types of projecting neurons, named “medium spiny neurons” because of their morphology. They are very similar but have a complementary and opposite role. One type expresses the dopamine receptor type 1 (D1R) and the other type expresses the dopamine receptor type 2 (D2R). The aim of this work was to characterize this two neuronal types epigenetically, in basal conditions and after cocaine treatment. We have developed new flow cytometry techniques to be able to distinguish the two cell types. The first method uses transgenic L10-eGFP mice and fresh tissue, the second one goes beyond the limitations of the first one and uses fixed tissue. We have shown that cocaine regulates many post-translational histone modifications, dynamically, and differently between the two populations. Moreover, we have identified more than 100 genes differentially methylated or hydroxymethylated between the two neuronal types. Some of these genes are already known for having a functional role in one of the populations. The comparison between D1R and D2R neurons is a good model to explore the links between DNA methylation, hydroxymethylation and transcription. For example, we have observed a strong association between an increase in DNA methylation and a transcriptional repression, as well as a correlation between DNA methylation and hydroxymethylation.

Les leucémies/lymphomes à cellules T de l’adulte (Adult T-cell leukemia/Lymphoma, ATL) sont des hémopathies lymphoïdes T CD4+ malignes matures rares, induite par le rétrovirus HTLV-1 (Human T lymphotropic virus type 1). Nous avons étudié différents aspects moléculaires de la lymphomagenèse HTLV-1 induite sur une série rétrospective de patients pris en charge pour un ATL.Nous avons dans un premier temps étudié la marque épigénétique hydroxymethylation (5hmc) de l’ADN, ainsi que les enzymes la régulant sur des cellules primaires d’ATL. Nous avons observé une diminution du taux de 5hmc dans les formes agressives comparativement aux formes indolentes qui corrélait avec une diminution de l’expression de la dioxygénase TET2 et avec la survie des malades. Nous avons également mis en évidence la présence de mutations somatiques du gène TET2 chez moins de 10% des patients et identifié un polymorphisme surreprésenté dans le locus de TET2 chez les patients atteints ATL comparé à des patients chroniquement infectés sains ethniquement appariés.Dans un deuxième temps, nous avons exploité une technique de PCR « ligation médiée » suivie d’un séquençage à haut débit afin d’étudier l’architecture de l’intégration virale comme outil de maladie résiduelle. Nous avons retrouvé une meilleure sensibilité de cette technique pour définir la réponse au traitement par rapport aux critères de réponse actuels ouvrant la voie de son utilisation pour le suivi des patients.Enfin, nous avons étudié le paysage des altérations génomiques sur une cohorte de 60 patients par une approche globale. Nous avons observé des mutations sur 3 voies principales : TCR/NF-KB, trafic cellulaire T et échappement au système immunitaire corroborant les résultats d’une récente étude sur une population de patients japonais. L’analyse par RNAseq a révélé la perturbation systématique de l’expression génique cellulaire induite par l’intégration virale soit par le biais d’un transcrit chimérique partant du LTR 3’ viral soit par un arrêt de la transcription d’un gène cellulaireLe suivi de patients progressant d’une forme indolente à une forme agressive a révélé l’acquisition de mutations activatrices principalement sur la voie de signalisation TCR/NF-KB. Le suivi de patients ayant rechuté après une période de rémission a également révélé l’acquisition de nouvelles mutations.Ces résultats soulignent la spécificité de la lymphomagenèse HTLV-1, qui procède d’une part d’évènements secondaires à l’intégration virale au sein du génome cellulaire, induisant la perturbation de l’expression de gènes cellulaires (premier évènement oncogénique) et d’autre part à l’accumulation d’altérations génomiques secondaires, communs aux autres hémopathies lymphoïdes T et B matures, responsables de la transformation. / Adult T cell leukemia/lymphoma (ATL) is a rare and mature T cell malignancy induced by the retrovirus HTLV-1 (Human T-lymphotropic virus type 1) which bears a dismal prognosis. We have studied several molecular aspects of HTLV-1 induced lymphomagenesis on a retrospective cohort of ATL patients.First, we analyzed the global level of the DNA epigenetic mark hydroxymethylation (5hmc) as well as of enzymes implicated in its regulation in primary ATL cells. We observed a reduction of the 5hmc level in aggressive ATL compared to indolent forms with a positive correlation between the reduction of the 5hmc level, the decrease of the TET2 dioxygenase transcript and the patient overall survival. We found that somatic mutations in TET2 were present with a frequency of less than 10% but identified a SNP in TET2 locus whose frequency in ATL patients was higher compared to that of an ethnically matched control population.In a second part, we took advantage of a new technique of ligated mediated PCR followed with high throughput sequencing to analyze the viral integration architecture as a means of minimal residual disease detection. We demonstrate that this technique allows a better definition of the treatment response compared to actual consensus response criteria.Finally, we performed an integrated genomic analysis of a retrospective cohort of 60 ATL patients. We identified alterations targeting the TCR/NFKB signaling pathway, T cell trafficking and immune escape mechanisms, consistent with previous findings described in a Japanese ATL cohort. RNAseq analysis revealed the systematic perturbation of host gene expression secondary to viral integration and proceeding via the viral antisense leading to the production of a virus-host chimeric transcript production or the direct transcription termination of a host gene. Analysis of matched sequential samples of patients progressing from an indolent to an aggressive form revealed in most of the cases the acquisition of mutations affecting the TCR/NF-KB pathway. Analysis of sequential samples from patients who relapsed after a remission period also showed the acquisition of additional genetic alterations.These results underscore the specific nature of HTLV-1 induced lymphomagenesis, which proceeds on the one hand through mechanisms induced by the viral integration in the host genome, and consequent host-gene expression perturbation (viral first oncogenic hit) and on the other hand through secondary oncogenic mutations in various pathways, common to other mature B and T cell lymphoid malignancies.

Les dérivés de la cytosine sont d’importantes modifications épigénétiques dont le rôle dans l’évolution de la leucémie lymphoïde chronique (LLC) n’est pas totalement exploré. Dans ce contexte, notre première étude vise à examiner le niveau global de la 5-methylcytosine (5-mCyt), 5-hydroxymethylcytosine (5-hmCyt), 5-carboxylcytosine (5-CaCyt) et 5-hydroxymethyluridine (5-hmU) dans des lymphocytes B purifiés de patients LLC (n=56) et d’individus sains (n=17). Les principaux acteurs de la régulation épigénétique (DNMT1/3A/3B, MBD2/4, TET1/2/3, SAT1) ont été évalués par PCR quantitative en temps réel. L’analyse a permis de mettre en exergue trois groupes de patients. En premier lieu, un groupe de patients stables (délai médian de progression [PFS] et délai au premier traitement [TFT] >120 mois), avec un profil épigénétique similaire au groupe contrôle. Deuxièmement, un groupe intermédiaire (PFS=84; TFT=120 mois) qui présente une augmentation de la déméthylation de l’ADN expliquée par l'induction SAT1 / TET2 pendant la progression de la maladie. Troisièmement, un groupe de patients avec une forme active de la maladie (PFS=52; TFT=112 mois) qui présentent une hyperlymphocytose, une réduction du temps de doublement des lymphocytes et des modifications épigénétiques majeures. Au sein de ce groupe, une réduction est observée pour la 5-mCyt, 5-hmCyt, 5-CaCyt et serait associée à une diminution des DNMTs, TETs et MBDs au cours de la progression de la maladie. Les profils épigénétiques mis en évidence sont indépendants du statut mutationnel IGHV mais sont associés avec les anomalies cytogénétiques. Nous nous sommes également intéressés à cette association et nous avons montré dans la deuxième étude que les modifications des dérivées de la cytosine peuvent affiner le pouvoir pronostic des anomalies cytogénétiques. En conclusion, nos résultats suggèrent que les variations de la méthylation ainsi que des intermédiaires de la déméthylation de l’ADN sont impliqués dans la progression de la LLC. / Cytosine derivatives are important epigenetic modifications whose role in the pathogenesis and evolution of chronic lymphocytic leukemia (CLL) is not fully explored. In this context, our first study aims to examine the global DNA level of 5-methylcytosine (5-mCyt), 5-hydroxymethylcytosine (5-hmCyt), 5-carboxylcytosine (5-CaCyt) and 5-hydroxymethyluridine (5-hmU) in purified B lymphocytes of CLL patients (n = 56) and healthy individuals (n = 17). The main actors in epigenetic regulation (DNMT1 / 3A / 3B, MBD2 / 4, TET1 / 2/3, SAT1) were evaluated by quantitative real time PCR. The analysis highlighted three groups of patients. First, a group of patients with stable disease (median time to progression [PFS] and time to first treatment [TFT]> 120 months), with an epigenetic profile similar to the control group. Secondly, an intermediate group (PFS = 84, TFT = 120 months) which shows an increase in DNA demethylation explained by SAT1 / TET2 induction during disease progression. Third, a group of patients with an active form of the disease (PFS = 52, TFT = 112 months) who have hyperlymphocytosis, a short lymphocyte doubling time, and major epigenetic changes. Within this group, a reduction is observed for 5-mCyt, 5-hmCyt, 5-CaCyt which is associated with a decrease in DNMTs, TETs and MBDs during disease progression. The identified epigenetic profiles are independent of IGHV mutational status but are associated with cytogenetic abnormalities. We were also interested in this association and we showed in the second study that modifications of cytosine derivatives levels can refine the prognostic power of cytogenetic abnormalities.In conclusion, our results suggest that methylation variations as well as DNA demethylation intermediates are involved in the progression of CLL.

La génération de plasmocytes (PC) à longue durée de vie sécrétant des anticorps hautement affins spécifiques de l’antigène, caractéristique de la réponse immune adaptative, est l’étape ultime de la différenciation des lymphocytes B au sein des centres germinatifs des organes lymphoïdes secondaires. La transition d’un lymphocyte B naïf vers un PC est associée au passage d’un programme transciptionnel des gènes de l’identité B vers l’expression des gènes de l’indentité plasmocytaire. Ce travail de thèse s’est concentré sur la caractérisation de cette étape terminale de la différenciation lymphocytaire B humaine tant au niveau transcriptomique qu’épigénétique. A l’aide d’un modèle de différenciation in vitro à partir de lymphocytes B naïfs humains, nous avons identifié les cellules engagées dans ce processus. Ces précurseurs des plasmablates sont notamment caractérisés par une répression de la voie de signalisation de l’IL-4 aboutissant à la perte du marqueur CD23, le récepteur de faible affinité à l’IgE mais aussi à l’apposition de 5hmC, l’hydroxyméthylcytosine, au niveau des gènes de l’identité PC. L’étude de cette marque épigénétique dans un contexte pathologique, le myélome multiple, a fait l’objet du second axe de recherche de notre projet et a révélé le rôle du gène FAM72D dans la prolifération cellulaire. / The generation of long-lived plasma cells (PCs) secreting protective, antigen-specific, high-affinity antibodies as a part of adaptative immunity, is the ultimate step of the terminal differentiation of B cells within germinal centers of secondary lymphoid organs. The transition of a naïve B cell into a PC is associated with the switch from a B cell identity programm to PC identity programm. The focus of this thesis project was to characterise the transcriptomic and épigenetic profile of cells commited to this ultimate step of the B cell differentiation. Thanks to an in vitro model of human naïve B cell differentiation into PCs, we identify cells commited to this process. These plasmablasts founder cells are caracterised by a downregulation of the IL-4 pathway leading to the loss of CD23, the low-affinity receptor for IgE, but also to the hydroxymethylation (5hmC apposition) of PC identity genes. The study of 5hmC in multiple myeloma samples was the subject of the second research axis of our project and revealed the role of FAM72D gene as a marker of cell proliferation.

Ces travaux de thèse portent sur la conversion par catalyse hétérogène du furfural (produit biosourcé produit, par déshydratation du xylose issu de l'hydrolyse acide de l'hémicellulose) en acide 2,5-furane dicarboxylique (FDCA, substituant potentiel de l'acide téréphtalique, monomère de polyesters et polyamides, issu du pétrole). Cette transformation a été envisagée en deux étapes catalytiques: 1) l'hydroxyméthylation du furfural en 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) par le formaldéhyde aqueux ou le trioxane en présence d'un catalyseur acide. Les rendements maxima de 40% ont été obtenus en utilisant le formaldéhyde aqueux en présence de nanoparticules de ZSM-5. L'instabilité du furfural et du HMF dans ces conditions réactionnelles est la principale difficulté. 2) l'oxydation aérobie du HMF en FDCA. En milieu alcalin faible (Na2CO3), en présence d'un catalyseur Pt/C promu par le Bi (rapport molaire Bi/Pt = 0,2) à 100 °C et sous 40 bar d'air, le FDCA est obtenu avec un rendement quantitatif. La modification du Pt par le bismuth permet de limiter la lixiviation du Pt dans le milieu réactionnel et de recycler le catalyseur sans prétraitement préalable et sans perte significative de l'activité, comme démontré ensuite en réacteur continu / This thesis reports a study of heterogeneously catalyzed conversion of furfural (biobased product formed from the acid-catalyzed dehydration of xylose) into 2,5-furane dicarboxylique acid (FDCA, possible replacement monomer for terephtalic acid for the production of polyethylene terephtalate). This transformation has been considered in two catalytic steps: 1) hydroxymethylation of furfural with aqueous formaldehyde or trioxane into 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in the presence of solid acids. The maximum yields of 40% have been obtained using aqueous formaldehyde in the presence of nanoparticles of ZSM-5. The main problem was the lack of stability of furfural and HMF in reaction conditions. 2) aerobic oxidation of HMF into FDCA. HMF was oxidized in alkaline aqueous solutions over Pt-based catalysts using dioxygen from air. Promotion of the catalyst with bismuth and the presence of a weak base (Na2CO3) yielded a catalytic system with a remarkable activity and selectivity. HMF was completely and exclusively converted to FDCA within 2,5 h. The catalyst could be recovered by simple filtration and reused several times without significant loss of activity and with no platinum or bismuth leaching