L’exposition foetale à l’hyperglycémie maternelle (HGM), ainsi qu’un poids à la naissance aux deux extrémités du spectre (petit ou grand poids en fonction de l’âge gestationnel) sont deux conditions associées à un risque accru de développer des maladies cardiovasculaires et/ou métaboliques, tels l’obésité ou le diabète de type II, plus tard dans la vie. Le système IGF {Insulin-like growth factor) est un important régulateur du métabolisme et de la croissance foeto-placentaire. Une perturbation moléculaire précoce du système IGF pourrait donc être impliquée dans la programmation métabolique foetale. Les objectifs de cette étude étaient donc d’évaluer l’impact d’une exposition foetale à l’HGM sur le profil de méthylation de l’ADN et d’ARNm des gènes IGF1R {Insulin-like growth factor 1 receptor), IGFBP3 {Insulin-like growth factor binding protein 3), IGFI {Insulin-like growth factor 1) et INSR {Insulin receptor) dans le placenta, puis d’évaluer les possibles associations entre le profil épigénétique des gènes de ce système et les indices de développement foeto-placentaire. L’HGM (incluant l’intolérance au glucose et le DGM) a été diagnostiquée selon les critères de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS; HGM: n=34; normo-glycémie matemelle (NGM): n=106). Une hypométhylation de l’ADN des gènes IGF1R et IGFBP3 a été démontrée dans les placentas exposés à l’HGM comparé à ceux exposés à la NGM (respectivement -4,3%; p=0,02 et -2,5%; p= 0,01). Les niveaux de méthylation de l’ADN d’IGFIR et d'1GFBP3 étaient aussi corrélés négativement à la glycémie 2h post-HGOP (respectivement r=-0,23; p= 0,01 et r=-0,20; p= 0,03). Le poids du nouveau-né à la naissance était associé au niveau d’ARNm d’IGFIR dans le placenta (r=0,20; p=0,03). Ces résultats supportent la fonction régulatrice de croissance du système IGF au cours du développement foeto-placentaire et suggèrent une dérégulation du profil de méthylation de l’ADN des gènes IGF1R et d'IGFBP3 dans les placentas exposés à l'HGM. Cette étude suggère également un effet compensatoire du système IGF placentaire pouvant contribuer à limiter les effets promoteurs de croissance liés à l’hyperinsulinémie foetale associé à l’HGM. Les gènes IGF1R et IGFBP3 pourraient être impliqués dans la programmation foetale des maladies métaboliques chroniques.

La maladie cardiovasculaire (MCV) représente encore aujourd’hui l’une des principales causes de décès et d’hospitalisation au Canada. Parmi les facteurs de risque de la MCV, la dyslipidémie est l’un des plus importants. En effet, des concentrations plasmatiques élevées de cholestérol transporté par les lipoprotéines de faibles densités (c-LDL), de triglycérides, ainsi que des concentrations faibles de cholestérol transporté par les lipoprotéines de hautes densités (c-HDL) ont été à maintes reprises identifiées comme des facteurs de risque indépendants de la MCV. Plusieurs facteurs héréditaires et environnementaux ont été associés aux concentrations de lipides plasmatiques. Toutefois, les facteurs héréditaires permettraient d’expliquer la plus grande proportion de la variabilité interindividuelle du bilan lipidique, particulièrement pour le c-HDL. Malgré l’étude de plusieurs millions de modifications génétiques, les principales causes moléculaires responsables de la forte héritabilité des concentrations de c-HDL demeurent pour l’instant encore inconnues. Afin d’expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de lipides plasmatiques, plusieurs hypothèses ont été avancées. La présente thèse de doctorat se concentre sur celle suggérant que l’étude de la méthylation de l’ADN, une modification épigénétique considérée comme un facteur héréditaire non traditionnel, permettrait d’identifier de nouveaux fondements moléculaires associés aux dyslipidémies. Dans un premier temps, nous avons analysé la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes du métabolisme lipoprotéique chez des sujets atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF), un modèle humain de la MCV. Grâce à cette approche, nous avons pu démontrer que la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes candidats (ABCA1, ABCG1, CETP, LIPC, LPL et PLTP) était associée à la variabilité du bilan lipidique, ainsi qu’avec les antécédents de maladies coronariennes athérosclérotiques. Dans un deuxième temps, une étude de la méthylation à l’échelle du génome d’un sous-groupe de patients HF nous a permis d’identifier de nouveaux loci associés à la concentration de c-HDL. Nous avons notamment observé que la méthylation de l’ADN du promoteur des gènes TNNT1 et ADRB3 était non seulement associée aux concentrations de c-HDL, mais également avec d’autres facteurs de risque de la MCV. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse démontre que la méthylation de l’ADN contribue à la variabilité du bilan lipidique à jeun de patients atteints d’HF et que l’étude des modifications épigénétiques pourrait aider à expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de c-LDL, de c-HDL et de triglycérides plasmatiques.

La betterave sucrière est une plante bisannuelle dont le besoin de vernalisation est absolu. Ce processus correspond à l’acquisition de l’aptitude à la montaison et à la floraison et résulte d’une exposition prolongée à de basses températures. La durée de froid requise pour induire la montaison puis la floraison varie suivant les génotypes et reflète leur tolérance à la montaison, qui constitue donc un caractère agronomique essentiel. Cette thèse visait à (i) mettre en évidence un éventuel contrôle épigénétique (méthylation ADN) de l‘induction de la montaison chez des génotypes de betterave sucrière résistants ou sensibles à la montaison, (ii) identifier les séquences ciblées par des remaniements de méthylation de l’ADN et d’expression associés, et (iii) caractériser certaines séquences candidates en vue de leur utilisation comme marqueurs de la montaison. Nos travaux ont montré que l’amplitude et la cinétique des variations de méthylation de l’ADN observées au cours de la vernalisation semblent être des éléments critiques de l’induction et de la tolérance à la montaison. Par une approche ciblée, des séquences dont la méthylation de l’ADN est remaniée ont été identifiées. L’implication dans la transition florale de deux BvRNMT (RNA METHYLTRANSFERASES) et de la méthylation des ARN, tels que l’ARNm de BvFL1, un répresseur floral, a ainsi été mise en évidence chez la betterave sucrière. Enfin, grâce à une approche génomique, un réseau de gènes intégratif incluant la réponse à l’environnement, la signalisation hormonale et l’induction de la floraison a été identifié. La cinétique d’activation de ces gènes définirait le niveau de tolérance à la montaison des différents génotypes de betterave sucrière. / Sugar beet is a biennial plant with an absolute requirement of vernalization, corresponding to the acquisition of the competence to bolt and flower after a prolonged exposure to low temperatures. The cold duration needed to induce bolting and flowering varies depending on the genotypes, reflecting their bolting tolerance, which is an essential agronomic trait. This work aimed at (i) investigating a possible epigenetic control of bolting induction in bolting sensitive and bolting resistant sugar beet genotypes, (ii) identifying sequences targeted by DNA methylation and expression remodeling, and (iii) characterizing candidate sequences which could be used in marked-assisted selection for plant breeding. Our data suggest that the time course and amplitude of DNA methylation variations are critical points for the induction of sugar beet bolting and represent an epigenetic component of the genotypic bolting tolerance. In addition, we identified differentially methylated sequences exhibiting variations of gene-body DNA methylation and expression during cold exposure and/or between genotypes. Among them, two RNA METHYLCYTOSINE TRANSFERASES, in association with RNA methylation such as BvFL1 mRNA, a floral repressor, were shown to play a role in floral transition. Finally, using microarrays we identified an integrative network of genes including response to environment, phytohormone signalling and flowering induction. The activation kinetics of these genes could define the bolting tolerance level of sugar beet genotypes.

Le blé tendre ou Triticum aestivum possède un génome hexaploïde (2n=6X=42 chromosomes) de très grande taille (17 Gb) formé de trois génomes diploïdes homéologues. Afin de répondre aux nouvelles contraintes sociétales et environnementales, de nouvelles variétés de blé doivent être créées. L’amélioration des variétés peut se baser sur la variabilité génétique, mais également sur les modifications épigénétiques mises en évidence ces dernières années. La méthylation de l’ADN est l’une de ces modifications, et se retrouve sous forme de 5-méthylcytosine (5mC). Le gène METHYLTRANSFERASE1 (MET1) est bien connu pour son rôle dans le maintien de la méthylation de l’ADN au niveau des 5mC en contexte CpG chez Arabidopsis. Afin d’identifier les orthologues de MET1 chez le blé, la méthode de capture de séquence génomiques sur puce à ADN a été combinée avec des analyses bioinformatiques réalisées sur les récentes données de séquençage du génome du blé. J’ai identifié neufs copies du gène TaMET-1 sur les chromosomes 2, 5 et 7, et ce pour les trois génomes homéologues. Deux évènements de duplications géniques semblent être à l’origine de ces neufs copies. Suite à la seconde duplication, les copies du chromosome groupe 5 (groupe 5) ont évolué plus rapidement pour devenir des pseudogènes, peu ou pas exprimés. L’analyse de données d’expression par RNA-Seq a révélé que les copies des groupes 2 sont 10 à 40 fois plus exprimées que celles du groupe 7. Nous avons montré, pour les régions promotrices des groupes 5 et 7, la relation existant entre un faible niveau d’expression, une forte vitesse évolutive et un enrichissement en CpG, ce dernier étant associé avec une forte méthylation. Plusieurs stratégies ont été envisagées afin de valider les fonctions des gènes TaMET-1 : le crible de population de TILLING (Targeting Induced Local Lesions in Genomes), la construction de lignées RNAi ciblant MET1 et l’utilisation de lignées délétées pour la partie du chromosome portant la copie TaMET-1 la plus exprimée. Aucun mutant de TILLING n’a été identifié. Une analyse par conversion au bisulfite est actuellement en cours sur les lignées RNAi et lignées de délétion afin de valider un effet possible sur la méthylation. Ce travail permettra de conclure sur l’identification de lignées capables de modifier les profils de méthylation et qui pourraient être le point de départ pour induire de la variabilité épigénétique. / Bread wheat or Triticum aestivum possesses a large hexaploid genome (2n=6X=42 chromosomes, 17 Gb) formed by three homeologous diploid genomes. To better respond to new societal and environmental constraints, new wheat varieties have to be created. Breeding can use genetic variability and epigenetics modifications highlighted in recent years. DNA methylation is one of the epigenetic marks and is found as 5-methylcytosine (5mC). The METHYLTRANSFERASE1 gene (MET1) is known to be involve in maintenance of 5mC DNA methylation in CpG context. To identify MET1 genes in wheat, a method based on genomic sequence capture and bioinformatics analyses on data from wheat genome were combined. I identified nine copies of TaMET-1 gene on chromosomes 2, 5 and 7, for the three homeologous genomes. These nine copies seem to originate from two duplication events. After the second one, copies from chromosome 5 (group 5) evolved faster to become pseudogenes, not expressed or at a low level. Analysis of RNASeq expression data revealed that group 2 copies are expressed from 10 to 40 times more than the ones from group 7. For the promoter regions of group 5 and 7, we have shown a relationship between low expression level, high evolution rate and CpG enrichment, which is associated with high DNA methylation level. Several strategies were chosen to validate MET1 gene function : screen of TILLING population, construction of RNAi lines and use of deleted-chromosome line for the most expressed TaMET-1 gene. No TILLING mutants were found. An analysis based on bisulfite conversion is in progress on RNAi lines and deleted lines to validate a putative effect on DNA methylation. This work will permit to identify lines able to modify DNA methylation pattern which will be the starting point to induce epigenetics variability.

Les éléments transposables (ET) et leur reliques sont des composants majeurs des génomes eucaryotes. Ils sont potentiellement hautement mutagéniques car leur prolifération peut engendrer des réarrangements chromosomiques, des interruptions de gènes ou affecter l’expression génique par interférence transcriptionnelle. Néanmoins, peu d’ET sont généralement mobiles dans les génomes grâce à l’action de mécanismes qui restreignent leur activité comme la méthylation de l’ADN chez les mammifères et les plantes. De fait, chez Arabidopsis thaliana, une perte sévère de méthylation de l’ADN causée par une mutation dans le gène codant la protéine remodeleuse de chromatine DDM1 (DECREASE IN DNA METHYLATION 1) engendre l’accumulation massive de transcrits correspondants à des séquences d’ET. En revanche, peu d’ET semblent être mobilisés suite à cette réactivation transcriptionnelle. Nous proposons ici de déterminer (1) l’étendue de la mobilisation des ET suite à la perte de méthylation de l’ADN, (2) la distribution des nouvelles insertions d’ET le long du génome d’Arabidopsis et (3) les conséquences des nouvelles insertions d’ET sur l’expression des gènes situés à proximité. Dans ce but, nous avons séquencé le génome d’une cinquantaine d’epiRIL (epigenetic Recombinant Inbred Lines) dérivées d’un croisement entre une plante sauvage et un mutant ddm1. Suite au croisement retour de la F1 avec une plante sauvage et sélection des individus F2 homozygotes pour l’allèle sauvage DDM1, les epiRIL ont été propagées au travers de 6 autofécondations successives. Les epiRIL permettent donc l’étude détaillée des évènements de transpositions juste après qu’ils aient eu lieu. Pour identifier les évènements de transpositions dans ces lignées nous avons mis au point TE-tracker, un programme basé sur les données issues du séquençage Illumina de banques maite-pair. Par cette approche, nous avons montré que les ET mobiles dans ddm1 et les epiRIL appartiennent à seulement une quinzaine environ des >300 familles identifiées dans le génome d’Arabidopsis. Qui plus est, on observe des variations importantes de fréquences et dynamiques de transpositions entre les différentes familles d’ET ce qui suggère l’existence de mécanismes additionnels contrôlant la transposition. Les analyses moléculaires réalisées sur un sous-ensemble des ET mobilisés appartenant à différentes familles ont notamment montré que ces différences sont dues en grande partie aux différentes modalités d’établissement du contrôle épigénétique sur les ET nouvellement insérés. D’autre part, nos analyses indiquent que la distribution des nouvelles insertions d’ET diffère grandement de celle des copies résidentes. Ce résultat suggère donc que la suraccumulation des séquences d’ET dans les régions péricentromériques du génome d’Arabidopsis n’est pas due à un ciblage spécifique des insertions dans ces régions, mais est plutôt la conséquence de leur élimination des bras chromosomiques. Enfin, nous avons cherché à déterminer dans quelle mesure la méthylation de l’ADN associée aux séquences répétées a un impact sur l’expression des gènes situés à proximité en étudiant des mutants affectés dans les différentes voies de la méthylation de l’ADN. Par des analyses phénotypiques et moléculaires nous avons montré que, même si la plupart des gènes d’Arabidopsis n’est pas affectée par l’état de méthylation des séquences répétées situées à proximité, deux voies de la méthylation de l’ADN agissent ensemble pour maintenir l’expression normale d’un petit nombre de gènes ayant des effets pléiotropes situés proximité de séquences répétées. La méthylation de l’ADN agit donc comme un double système de contrôle pour assurer l’expression normale d’un petit nombre de gènes clefs localisés a proximité de séquences répétées. / Transposable elements (TEs) and their relics are major components of eukaryotic genomes. TEs are potentially highly mutagenic as their proliferation can cause chromosomal rearrangements, disrupt genes or affect gene expression through transcriptional interference. However, few TEs are usually mobile within genomes at any one time thanks to potent mechanisms that restrain their activity, such as DNA methylation in mammals and plants. Thus, in the flowering plant Arabidopsis, severe loss of DNA methylation caused by mutations in the chromatin remodeler gene DDM1 triggers massive accumulation of transcripts corresponding to TEs. Yet, comparatively few TEs appear to be mobilized as a result. Here, we set out to determine (1) the extent to which DNA methylation prevents TE mobilization, (2) where do TEs insert following their reactivation and (3) what are the consequences of new TE insertions on the expression of neighboring genes. To this ends, we have sequenced the genome of over 50 epigenetic Recombinant Inbred Lines (epiRILs) that were derived from a cross between a wild type and an isogenic ddm1 mutant line. After backcrossing of the F1 and selection of the progeny homozygous for wild-type DDM1, the epiRILs were propagated through six rounds of selfing. The epiRILs therefore permit a detailed assessment of transposition events soon after they have occurred. In order to identify TE mobilization in the epiRILs we developed TE-tracker, a pipeline based on Illumina sequencing of mate pairs libraries. Using this approach, we could show that although both retroelements and DNA transposons are mobilized in ddm1 and the epiRILs, mobile TEs belong to only a dozen or so of the >300 TE families identified in the Arabidopsis genome. Furthermore the rate and dynamics of transposition vary dramatically between TE families, suggesting the existence of additional mechanisms controlling transposition. Molecular analysis performed on a subset of those mobile TEs belonging to distinct families show that these differences are greatly due to different modality of establishment of epigenetic control over newly inserted TEs. In addition, our analysis indicates that the distribution of new TE insertions differs dramatically from the one of resident copies. These findings provide compelling evidence that over accumulation of TE sequences in the pericentromeric regions of the Arabidopsis genome is not due to specific targeting of TEs, but rather to their elimination from chromosome arms. Finally, we assessed the extent to which repeat-associated DNA methylation impacts the expression of neighboring genes by studying mutants affected in different methylation pathways. Phenotypic and molecular analyses reveal that, even though most Arabidopsis genes are not detectably sensitive to the methylation status of neighboring repeats, two DNA methylation pathways act together to maintain the normal expression of only a very small number of genes near repeats and that these genes tend to have pleiotropic effects. Then, DNA methylation acts as a double-lock system to ensure the normal expression of a small number of key genes located near repeats.

L'épigénétique est un composant essentiel du fonctionnement des génomes eucaryotes. Les divers phénomènes épigénétiques modifient l’état chromatinien et participent à la plasticité du génome, mais aussi au maintien de son identité fonctionnelle à travers les générations cellulaires. Parmi ces processus, la méthylation de l’ADN joue un rôle fondamental dans la régulation de l’expression des gènes.Chez les mammifères, la méthylation de l'ADN est associée à la répression transcriptionnelle, et elle remplit au moins trois fonctions essentielles. Premièrement, elle permet de réprimer les séquences répétées afin de préserver l’intégrité du génome. Deuxièmement, la méthylation contrôle l’expression des gènes soumis à l’empreinte parentale, qui sont des régulateurs cruciaux du développement et de la vie adulte. Enfin, la méthylation permet de réprimer certains gènes tissu-spécifiques dans les organes où ils doivent être silencieux. En plus de ces rôles physiologiques, la méthylation est liée au cancer. En effet, des patrons de méthylation anormaux sont fréquemment observés dans les cellules tumorales, et ces anomalies participent à la transformation cellulaire par plusieurs mécanismes.La méthylation exerce ces effets par l'intermédiaire de protéines dédiées, qui reconnaissent spécifiquement l'ADN méthylé et contrôlent la transcription en modulant la chromatine. Trois familles de protéines liant l'ADN méthylé sont connues chez les mammifères, et elles totalisent entre elles neuf membres. De nombreux arguments suggèrent que cette liste est encore incomplète, et que des protéines humaines liant l'ADN méthylé restent à découvrir. Dans cette optique, nous avons opté pour deux types d’approches distinctes, une approche basée sur la littérature et une approche génétique. L’étude des protéines candidates ne nous a pas permis d’identifier de nouvelles protéines liant l’ADN méthylé et l’approche génétique par phage display a révélé deux protéines intéressantes, CHD3 et HMGB1 qui doivent désormais être validées par des approches in vivo et in vitro.Par ailleurs, nous avons entrepris l’étude de la régulation des éléments répétés par la protéine Zbtb4 chez la souris. Les expériences préliminaires indiquent une possible régulation des satellites mineurs par Zbtb4. Le rôle de cette régulation sera, par la suite, approfondi. / Epigenetic phenomena are key contributors to the function of eukaryotic genomes. These processes act on chromatin, and they are used to render the genome dynamic, but also stable throughout successive rounds of cell division. Among epigenetic processes, DNA methylation is especially well known for its role in the regulation of gene expression.In mammals, DNA methylation is strongly correlated with transcriptional repression, and fulfills at least three essential roles. First, it maintains repeated sequences transcriptionally silenced, thus ensuring the stability of the genome. Second, it is responsible for the proper regulation of parentally imprinted genes, which are crucial regulators of embryonic development and adult life. Finally, DNA methylation ensures that some tissue-specific genes are kept inactive in the organs in which they should be repressed. Besides these roles in the physiology of normal cells, DNA methylation has strong links to cancer. Indeed the pattern of DNA methylation on the genome is frequently altered in cancer cells, and these anomalies contribute to transformation by several mechanisms.DNA methylation does not control transcription directly, but instead acts via a set of dedicated proteins that specifically recognize methylated DNA and repress transcription by acting at the chromatin level. At present, three families of such proteins, totalling 9 members altogether, are known in humans. However, several lines of evidence suggest that the list is not exhaustive, and that other human proteins that bind methylated DNA remain to be found. This was the goal of the current project.To this end, we opted for two distinct types approaches, an approach based on literature and a genetic approach. The study of candidate proteins does not allow us to identify new methylated DNA binding proteins and the genetic approach by phage display revealed two proteins of interest, HMGB1 and CHD3 that must now be validated by in vivo and in vitro approaches.Furthermore, we studied the regulation of DNA repeats by Zbtb4 in mice. Preliminary results show a regulation of minor satellites by Zbtb4. The role of this regulation will be analyse further in the future.

Des études récentes ont montré que la variabilité de l’épigénome des plantes est un acteur important dans la réponse des plantes aux stress abiotiques et biotiques. La hernie, causée par le protiste Plasmodiophora brassicae, est une maladie racinaire majeure des Brassicaceae cultivées dont la résistance quantitative est considérée comme résultant principalement de la ségrégation de multiples allèles. L'objectif de ma thèse est d'établir s'il existe, chez Arabidopsis thaliana, une variabilité épigénétique héritable à l'origine de variations de la réponse à l’infection par la hernie. Pour répondre à cet objectif, une approche non ciblée d’épigénétique quantitative a été réalisée en utilisant la population épiRIL ddm1-2 x Col-0. Dix-sept QTL sous contrôle épigénétique (QTLépi), regroupés en 6 régions génomiques, ont ainsi été détectés, 5 d’entre eux étant sous la dépendance de la température.Finalement, deux régions identifiées comme impliquées dans la réponse à la hernie ont été caractérisées plus finement. La région du gène majeur de résistance à la hernie RPB1, qui colocalise avec 3 QTLépi, présente une variation génomique prépondérante dans les écotypes d’Arabidopsis potentiellement due à des mouvements d’éléments transposables. Le QTL Pb-At5.2 est sous le contrôle d’une épimutation régulant l’état de méthylation et l’expression de deux gènes NLR. Les résultats obtenus montrent que la résistance quantitative à la hernie est associée à des variations de la méthylation de l’ADN stables et héritables suggérant un modèle complexe de régulation de la résistance où la combinai / Recent studies have shown that plant epigenome variability is an important factor in plant response to abiotic and biotic stress. Clubroot caused by the protist Plasmodiophora brassicae is a major disease of Brassicaceae whose quantitative resistance is supposed to result from many allele segregation. The aim of my work is to understand if, in Arabidopsis thaliana, an inherited epigenetic variability can lead to variations in clubroot resistance. For that, an untargeted approach of quantitative epigenetics was carried out using the epiRIL population ddm1-2 x Col-0. Seventeen QTL under epigenetic control (QTLepi), clustered in 6 genomic regions, were detected, 5 of them being temperature-dependant.Finally, two regions previously identified as involved in clubroot response were finely studied. The region of the major clubroot resistance gene RPB1, which colocalizes with three QTLepi, shows major genomic variations in Arabidopsis ecotypes potentially due to movements of transposable elements. The QTL Pb-At5.2 is depending on one epimutation controlling the methylation state and the expression of two NLR genes. The results obtained demonstrate that the clubroot quantitative resistance is associated with inherited stable DNA methylation variations suggesting a complex model of resistance regulation where favourable alleles and epialleles association is necessary to obtain an optimal resistance.

La maladie cardiovasculaire (MCV) représente encore aujourd’hui l’une des principales causes de décès et d’hospitalisation au Canada. Parmi les facteurs de risque de la MCV, la dyslipidémie est l’un des plus importants. En effet, des concentrations plasmatiques élevées de cholestérol transporté par les lipoprotéines de faibles densités (c-LDL), de triglycérides, ainsi que des concentrations faibles de cholestérol transporté par les lipoprotéines de hautes densités (c-HDL) ont été à maintes reprises identifiées comme des facteurs de risque indépendants de la MCV. Plusieurs facteurs héréditaires et environnementaux ont été associés aux concentrations de lipides plasmatiques. Toutefois, les facteurs héréditaires permettraient d’expliquer la plus grande proportion de la variabilité interindividuelle du bilan lipidique, particulièrement pour le c-HDL. Malgré l’étude de plusieurs millions de modifications génétiques, les principales causes moléculaires responsables de la forte héritabilité des concentrations de c-HDL demeurent pour l’instant encore inconnues. Afin d’expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de lipides plasmatiques, plusieurs hypothèses ont été avancées. La présente thèse de doctorat se concentre sur celle suggérant que l’étude de la méthylation de l’ADN, une modification épigénétique considérée comme un facteur héréditaire non traditionnel, permettrait d’identifier de nouveaux fondements moléculaires associés aux dyslipidémies. Dans un premier temps, nous avons analysé la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes du métabolisme lipoprotéique chez des sujets atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF), un modèle humain de la MCV. Grâce à cette approche, nous avons pu démontrer que la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes candidats (ABCA1, ABCG1, CETP, LIPC, LPL et PLTP) était associée à la variabilité du bilan lipidique, ainsi qu’avec les antécédents de maladies coronariennes athérosclérotiques. Dans un deuxième temps, une étude de la méthylation à l’échelle du génome d’un sous-groupe de patients HF nous a permis d’identifier de nouveaux loci associés à la concentration de c-HDL. Nous avons notamment observé que la méthylation de l’ADN du promoteur des gènes TNNT1 et ADRB3 était non seulement associée aux concentrations de c-HDL, mais également avec d’autres facteurs de risque de la MCV. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse démontre que la méthylation de l’ADN contribue à la variabilité du bilan lipidique à jeun de patients atteints d’HF et que l’étude des modifications épigénétiques pourrait aider à expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de c-LDL, de c-HDL et de triglycérides plasmatiques.

La méthylation de l’ADN est la marque épigénétique la plus connue. Elle consiste en l’ajout d’un groupement méthyle au niveau de la cytosine, produisant la 5-méthyl-cystosine (5mC). Cette réaction chimique est catalysée par des ADN méthyltransférases : DNMT1, DNMT3A et DNMT3B. Peu de choses sont connues concernant les changements de 5mC au cours des lignages cellulaires dans l’embryon et comment cette marque contribue à l’établissement ou au maintien de l’identité cellulaire. Nous avons cherché à mieux comprendre ces mécanismes en étudiant la 5mC dans deux lignages cellulaires : les cellules primordiales germinales (PGCs) et les cellules souches hématopoïétiques (HSCs). Nous avons généré les premiers méthylomes de ces cellules au cours de leur développement chez la souris. Chez les PGCs, nous avons mis en évidence l’existence de deux phases de reprogrammation de la 5mC. Une première phase entre E9,5 et E13,5, où le génome des PGCs se déméthyle et une phase de reméthylation entre E14,5 et E17,5, chez les gamètes mâles uniquement. Néanmoins, certaines régions, dont notamment les éléments transposables sont résistants à la vague de déméthylation. L’utilisation de souris conditionnellement, nous a permis de mettre en évidence l’implication des protéines DNMT1 et UHRF2 dans le maintien de la 5mC au niveau de ces séquences. Concernant les HSCs, nous avons mis en évidence qu’elles acquièrent un profil de 5mC qui leur est propre lors de deux phases. La première a lieu dès l’apparition des HSCs dans l’organisme tandis que l’acquisition de la signature hématopoïétique définitive se déroule à l’âge adulte dans la moelle osseuse. L’utilisation de souris conditionnelles, nous a permis de mettre en exergue l’implication de DNMT3A et DNMT3B dans la mise en place de ces profils, avec un rôle prépondérant de DNMT3B lors de la phase d’acquisition précoce et de DNMT3A lors du verrouillage de leur profil de 5mC. / The methylation of DNA is a well-known epigenetic mark. It consists in adding a methyl group to a cytosine producing the 5-methylcytosine (5mC). This is catalysed by the DNA methyltransferase (DNMT) family: DNMT1, DNMT3A and DNMT3B. Little is known about the changes in DNA methylation that follow lineage decisions in the embryo and how these contribute, establish or maintain cellular identities. We are addressing these questions using as a model the specification of mouse primordial germ cells (PGCs) and mouse hematopoietic stem cells (HSCs) in the mouse embryo. We generate the first genome-wide maps of 5mC during their development. These maps highlight two waves of DNA methylation in PGCs. The first one takes place between E9,5 and E13,5, where the genome demethylates while the second one corresponds to a remethylation phase only in male PGCs between E14,5 and E17,5. Nevertheless, some regions, notably the transposable elements, are resistant to this demethylation wave. We demonstrate the implication of DNMT1 and UHRF2 in maintaining the 5mC on these regions using transgenic mice presenting specific deletion in PGCs. In HSCs, the 5mC maps highlight two wave of DNA methylation. The first one correlates with the first appearance of the HSCs in early embryos while the second one corresponds to their migration to the bone marrow and seems to act as a definitive lock for their hematopoietic identity. Using transgenic mice presenting specific deletions in HSCs, we prove the implication of DNMT3A and DNMT3B in hematopoietic stem cells, with a major role in locking HSC identity of DNMT3B during the first wave and a DNMT3A during the second one respectively.

Les mécanismes épigénétiques contribuent à générer une variabilité phénotypique héréditaire. Le plus étudié de ces mécanismes est la méthylation de l'ADN au niveau des résidus cytosine. Cette méthylation est principalement (mais pas exclusivement) située dans le contexte CpG. En dépit d'être l'un des supports épigénétiques les plus analysés, Cette méthylation n'a pas été étudiée de manière exhaustive. Au cours de mon doctorat, j'ai contribué à développer un nouveau logiciel de prédiction de la méthylation de l'ADN basée sur les taux de mutation localisés au niveau des régions CpG. L’analyse de séquences issues de bases de données pour 150 espèces ont permis d’identifier 4 profils de méthylation dans les corps des gènes. Ces profils de méthylation ne sont pas congruents avec la classification du vivant. Ces résultats suggèrent une convergence évolutive sous contraintes environnementales ou fonctionnelles et une universalité du code de méthylation de l'ADN. Nos différents résultats permettent de générer des liens conceptuels entre méthylation de l'ADN, fonction des gènes et environnement pour une large gamme de clades phylogénétiques. Pour valider l’importance de l’épigénétique dans la plasticité phénotypique, je me suis focalisé dans une seconde partie de ma thèse au succès parasitaire de Schistosoma au sein de son hôte intermédiaire, le mollusque Biomphalaria glabrata. En effet, l'interaction entre ce parasite trématode agent de la bilharziose et ce mollusque est caractérisée par un polymorphisme de compatibilité. Du côté du parasite, le principal marqueur moléculaire de la compatibilité est le profil d'expression de mucines polymorphes appelées SmPoMuc. Nous montrons que l’utilisation d’agent épimutagènes provoque des modifications de la structure de la chromatine notamment au niveau des promoteurs SmPoMuc. Ces modifications sont à l’origine de la variabilité phénotypique puisque le succès parasitaire s’en trouve augmenter. Nous établissons ici que les changements épigénétiques peuvent être un élément important de la plasticité phénotypique adaptative chez S. mansoni, aussi importante que la composante génétique. / Epigenetic mechanisms contribute to generate heritable phenotypic variability. The most studied of these mechanisms is DNA methylation on cytosine residues. Methylation is predominantly (but not exclusively) located in CpG dinucleotides context. Surprisingly, DNA methylation has not been exhaustively studied in many species. During my PhD, I developed a new Galaxy-integrated software to predict DNA methylation based on mutation rates of methylated and unmethylated CpG regions. DNA methylation analysis from several data bases for 150 species have identified 4 typical profiles for methylation distribution all the long gene bodies. These methylation profiles are not congruent with kingdom classification. These results suggest evolutionary convergence under environmental or functional constraints and universality of the DNA methylation code. Our results contribute to pave the way for generating conceptual links between DNA methylation, genes function and environment for a large range of phylogenetic clades.To evaluate the significance of epigenetic program on the phenotypic plasticity, I focused also on the parasitic success of Schistosoma face to its intermediate host, the Biomphalaria glabrata snail. Indeed, the interaction between this trematode parasite causing of the second human disease after malaria and the mollusk is based on a compatibility polymorphism. On the side of the parasite, the main molecular marker of this compatibility is supported by expression profile of polymorphic mucins called SmPoMucs. We demonstrate that epimutator compounds induce chromatin structural modification on mucin promoters. These modifications are directly involved on the phenotypic plasticity since the infectivity rate is enhanced. In this work, we conclude that epigenetic modifications are key elements on adaptive and developmental plasticity for S. mansoni, as essential as the genetic component.