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La plasticité cérébrale pathologique qui se met en place en réponse à l'administration répétée de drogue nécessite des modifications de l’expression des gènes, au moyen,entre autres, de mécanismes épigénétiques tels que la méthylation de l’ADN. Dans ces travaux, nous avons montré que l’inhibition des ADN méthyl transférases par la 5-aza-2’-désoxycytidine augmentait les propriétés renforçantes de la cocaïne dans un protocole d’auto-administration intraveineuse, et ce, sans affecter la motivation des rats pour la cocaïne, ni la réactivation du comportement de recherche après une période de sevrage.L’analyse du méthylome dans le cortex préfrontal médian nous a permis de caractériser près de 190000 régions génomiques différentiellement méthylées suite au traitement par la cocaïne, en association ou non avec la 5-aza-2’-désoxycytidine. Nous avons sélectionné une vingtaine de régions situées soit dans les promoteurs soit au sein de gènes participant à la plasticité neuronale. L’analyse de la transcription de ces gènes a permis, pour certains d’entre eux, de corréler les variations de méthylation avec celles d’expression, comme dans le cas du gène Hdac2. / Repeated drug administration lead to pathological brain plasticity that requires modifications of gene expression through, among others, epigenetic mechanisms such DNA methylation. Here, we showed that DNA methyltransferases inhibitors such 5-aza-2’-deoxycytidine increase reinforcing properties of cocaine in an intravenous self administration paradigm without affecting the motivation of rats for the drug, nor drug seeking after withdrawal. The analysis of the methylome in the medial prefrontal cortex allowed us to identify approximatively 190000 differentially methylated genomic regions in response to cocaine treatment, in association or not with 5-aza-2’-deoxycytidine. We selected around twenty regions within promoters or body of genes known to participate in neuronal plasticity. The study of the transcription of these genes permitted for some of them to correlate the modifications of the DNA methylation with the modifications of the expression, like, for example, in the case of the gene Hdac2.

La maladie de Chagas est une maladie parasitaire causée par le protozoaire Trypanosoma cruzi et transmise par des insectes hématophages . Elle est composée de 2 phases : la phase aiguë et la phase chronique. Parmi les individus infectés, 30 % développent la forme chronique de la maladie. Les patients présentent des atteintes cardiaques, digestives (œsophage, côlon) et cardiodigestives. Notre étude a été focalisée sur les patients atteints de cardiomyopathie chagasique (CCC). Notre objectif est d’identifier des gènes de susceptibilité pouvant être impliqués dans le développement des formes chroniques. Notre étude a permis de mettre en évidence une variation d’expression de certains gènes entre les CCC et les contrôles. Nous nous sommes également intéressés aux processus épigénétiques pouvant réguler l’expression des gènes. Une étude de la méthylation de l’ADN croisée avec l’étude du transcriptome nous ont permis d’identifier des gènes présentant à la fois des variations d’expression et de méthylation. Pour certains de ces gènes, nous avons démontré que la méthylation est responsable de la variation d’expression observée. Enfin, nous avons étudié un ARN long non-codant, MIAT. Nous avons démontré qu’il est surexprimé chez les CCC par rapport aux contrôles et dans un modèle murin infecté par T. cruzi. De plus, l’analyse de l’expression de micro-ARNs couplée à une analyse de transcriptome nous a permis d'identifier plusieurs micro-ARNs indispensables à la régulation de l’expression des gènes. Enfin, une étude protéomique nous a permis de mettre en évidence une augmentation de la production de protéine pour certains gènes, en lien avec l’augmentation de l’expression observée. / Chagas disease is a parasitic disease caused by the protozoan Trypanosoma cruzi and transmitted by the hematophagous insects. The disease is composed by acute and chronic phases. Among the infected individuals, 30 % develop chronic form. They suffer from heart, digestive (esophagus, colon) and cardiodigestives injury. Our study was focused on patients with dilated chagasic cardiomyopathy (CCC). Our goal is to identify susceptibility genes that may be involved in the development of chronic forms. Our study revealed a variation in the expression of certain genes between CCC group and controls. We are also interested in epigenetic processes that can regulate the expression of genes. A study of the DNA methylation crossed with the transcriptome allowed us to identify genes presenting both variations in expression and methylation. For some of these genes we demonstrated that methylation is responsible for the expression variation observed. Finally, we studied a long non-coding RNA called MIAT. Our study demonstrated that it is overexpressed in CCC compared to controls and in a murine model infected by T. cruzi. Furthermore, the analysis of the expression of micro-RNAs crossed with transcriptome analysis allowed us to identify several micro-RNAs whose functions are essential in the regulation of gene expression. Finally, a proteomic study allowed us to demonstrate an increase in the production of protein for certain genes, correlated with the increase in expression levels observed.

Ce travail s’intègre dans le cadre du programme européen COMET (7ième PCRD EURATOM) et vise à évaluer les réponses épigénétiques (particulièrement la méthylation de l’ADN), lors d’expositions chroniques à de faibles niveaux de substances radioactives.Lors d’une première expérience, les poissons zèbres (Danio rerio) ont été exposés au laboratoire à des concentrations environnementales d’uranium appauvri : 2 et 20 µg L-1. Cette expérimentation a révélé un impact sur la méthylation de l’ADN génomique, majoritairement chez les mâles exposés, croissant avec la durée et le niveau d’exposition. Lors d’une seconde expérience, nous avons observé un impact sur les profils de méthylation de la descendance issue de parents exposés, ainsi qu’une perturbation du statut transcriptomique et des dommages histologiques dans le muscle squelettique des larves issues de parents exposés.Les outils développés ont pu être appliqués à la problématique d’étude des effets biologiques induits par les radionucléides émis lors de l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Les analyses réalisées sur la grenouille arboricole Japonaise (Hyla japonica) ont révélé une corrélation positive entre la dose totale de radioactivité absorbée par ces grenouilles, l’hyperméthylation de l’ADN génomique et l’augmentation des dommages à l’ADN mitochondrial.L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence la sensibilité des réponses épigénétiques chez différents organismes soumis à de faibles doses de radionucléides, qui pourraient ainsi permettre de mieux caractériser les mécanismes d’adaptation et les potentiels effets transgénérationnels induits par les radionucléides. / This work integrates within the general framework of the European program COMET (7th Framework Programme EURATOM) and aims to assess the epigenetic responses (particularly DNA methylation), during chronic exposure to low levels of radioactive materials. During a first experiment, zebrafish (Danio rerio) were exposed in laboratory controlled conditions to environmentally relevant concentrations of depleted uranium: 2 and 20 µg L-1. This experiment allowed an impact on the genomic DNA methylation to be demonstrated, mainly in exposed males, which increased with the duration and level of exposure. In a second experiment, we observed an impact on DNA methylation patterns in the progeny of exposed parents, as well as a perturbation of transcriptomic, and histological damage in larvae skeletal muscle from exposed parents.The methods developed were applied to the second context focusing on the study of biological effects induced by radionuclides emitted following the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident. The analyses performed on the Japanese tree frog (Hyla japonica) revealed a positive correlation between the total dose of radiation absorbed by these frogs, hypermethylation of genomic DNA as well as increasing damage to mitochondrial DNA.This work highlighted the sensitivity of epigenetic responses in different biological models exposed to low levels of radionuclides, and could be used to further characterize adaptation mechanisms and potential transgenerational effects induced by radionuclides.

La méthylation de l'ADN est une marque épigénétique répressive impliquée dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques. Des hyperméthylations de promoteurs sont ainsi responsables de répressions transcriptionnelles de gènes suppresseurs de tumeurs dans les cancers. La méthylation de l'ADN serait capable d'induire une répression transcriptionnelle par la combinaison de deux mécanismes principaux : l'éloignement de facteurs de transcription activateurs, et le recrutement de protéines répressives liant spécifiquement l'ADN méthylé. MBD2 est une protéine de liaison à l'ADN méthylé capable de recruter les complexes répresseurs NuRD et SIN3A. ZBTB4 est capable de se lier à l'ADN méthylé in vitro et induit une répression de la transcription de plasmides méthylés lorsqu'elle est surexprimée. Son rôle de répresseur transcriptionnel dépendant de la méthylation de l'ADN reste toutefois peu documenté. Nous avons identifiés par RNAseq les modifications du transcriptome induites par une déplétion de MBD2 ou de ZBTB4. Les gènes surexprimés après déplétion de MBD2 ou ZBTB4 sont méthylés sur leur promoteur, et sont aussi surexprimés après traitement avec des agents déméthylants. Des résultats d'immuno-précipitations de chromatine réalisées contre les deux protéines endogènes montrent que la quasi-totalité des sites de fixation de MBD2 et qu'une partie des sites de fixations de ZBTB4 correspondent à des régions méthylés. Ces résultats confirment à l'échelle du génome que MBD2 endogène est bien un interprète majeur de la méthylation de l'ADN, et que ZBTB4 réprime bien la transcription de gènes méthylés. Nous avons aussi observé une redistribution importante de MBD2 sur le génome dans des modèles de progression tumorale. Nos résultats montrent que les gènes réprimés pendant la transformation oncogénique le sont en partie par MBD2. L'expression de certains de ces gènes peut être induite dans les lignées transformées par déplétion de MBD2 par siRNA / DNA methylation is an epigenetic mark that plays a role in many physiological and pathological processes. Indeed, silencing of tumor suppressor genes in cancer is frequently caused by promoter hypermethylations. Transcriptional repression induced by DNA methylation is likely caused by the combination of two mechanisms: the repulsion of activator transcription factors, and the recruitment of repressor proteins able to specifically recognize methylated DNA. MBD2 is a methyl DNA binding protein that cans recruits NuRD or SIN3A repressor complexes. ZBTB4 is able to bind methylated DNA in vitro, and can repress the transcription of methylated plasmids when overexpressed. Its methylationdependent transcriptional repressor function remains poorly documented. By RNAseq, we have identified transcriptomic modifications induced by the depletion of either MBD2 or ZBTB4. Genes up regulated after MBD2 or ZBTB4 depletion were methylated on their promoter, and were also up regulated after treatment with demethylating agents. Chromatin immunoprecipitations experiments against endogenous proteins showed that almost all MBD2 binding sites, and that a part of ZBTB4 binding sites, correspond to methylated DNA regions. These results confirmed at genome wide scale that endogenous MBD2 is a major reader of DNA methylation and that ZBTB4 does repress the transcription of methylated genes. We observed an important redistribution of MBD2 on the genome in models of tumor progression. Our results showed that MBD2 plays role in gene repressions occurring during oncogenic transformation. Some of those repressed genes can be re-expressed in transformed cell lines after depletion of MBD2 by siRNA

Les grands prématurés sont particulièrement vulnérables aux lésions inflammatoires de la substance blanche (WMI) qui augmentent le risque de troubles cognitifs et neurodéveloppementaux à long terme dans cette population. L’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) dans cette population a permis une évaluation non invasive de la progression des WMI et une meilleure compréhension de la pathologie. Les WMI sont associées une activation de la microglie et des astrocytes et la production de facteurs pro-inflammatoires, dont l’interleukine 1 (IL-1). En utilisant un modèle de WMI induite par injection intracérébrale de lipopolysaccharides (LPS), nous avons évalué dans un premier temps les changements de méthylation de l’ADN durant la phase aigüe (24 h) et la phase chronique (21 jours) de l’inflammation. Par la suite, nous avons déterminé la capacité de l’IRM multimodale de détecter la lésion et la réponse thérapeutique à un antagoniste du récepteur de l’IL-1. Finalement, par le biais d’un antagoniste et d’un modulateur allostérique du récepteur à l’IL-1, nous avons évalué in vitro le rôle de la signalisation IL-1 durant la phase aigüe de la modulation de l’activation de la microglie et des astrocytes par le LPS. Nous avons démontré la présence d’une altération du méthylome cérébral dans divers mécanismes liés au neurodéveloppement et à la réponse immunitaire. De plus, l’application de l’IRM multimodale dans notre modèle a permis d’évaluer in vivo la lésion et le début de la réponse thérapeutique durant la phase aigüe (24 h) de l’inflammation. L’évaluation à l’IRM corrèle aux changements observés par immunomarquage post mortem. In vitro, le LPS induit une réponse mixte de la microglie et des astrocytes qui évoluent dans le temps vers une réponse pro-inflammatoire et neurotoxique. Bien que l’IL-1 est hautement exprimée par la microglie et les astrocytes, son inhibition a un effet limité sur la modulation de l’activation gliale dû à la multitude de voies activées par le LPS durant la phase aigüe de l’inflammation. / Very premature infants are particularly vulnerable to inflammatory white matter injury (WMI) which increases the risk of long-term cognitive and neurodevelopmental disorders in this population. The use of magnetic resonance imaging (MRI) in this population has allowed non-invasive assessment of the progression of WMI and a better understanding of the pathology. WMI is associated with activation of microglia and astrocytes and the production of pro-inflammatory mediators, including interleukin 1 (IL-1). Using a model of inflammatory WMI induced by intracerebral injection of lipopolysaccharides (LPS), we first evaluated the changes in DNA methylation during the acute phase (24 h) and the chronic phase (21 days) of inflammation. We then determined the ability of multimodal MRI to detect the lesion and the therapeutic response to an IL-1 receptor antagonist. Finally, using an antagonist and an allosteric modulator of the IL-1 receptor, we evaluated in vitro the contribution of IL-1 signaling during the acute phase of the modulation of microglia and astrocytes activation by LPS. We have shown the presence of persistent alteration DNA methylation profile in the brain that was associated with pathways involved in neurodevelopment and immune response. In addition, the application of multimodal MRI in our model made it possible to evaluate in vivo the lesion and the therapeutic response during the acute phase (24 h) of the inflammation. The changes at the MRI correlated to post-mortem evaluation by immunostaining. In vitro, LPS induce a mixed response of microglia and astrocytes which evolved over time toward a pro-inflammatory and neurotoxic phenotype. Although IL-1 is highly expressed by microglia and astrocytes, its inhibition has a limited effect on the modulation of glial activation due to the multitude of pathways activated by LPS during the acute phase of inflammation.

Face à la rapidité des changements climatiques, les arbres doivent faire preuve de plasticité phénotypique. Les mécanismes épigénétiques font partie des pistes de recherche actuelles pour expliquer la plasticité phénotypique. Cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l’ADN dans la plasticité phénotypique d’un organisme pérenne séquencé, le peuplier, en réponse à des variations de disponibilité en eau du sol. Les travaux, combinant écophysiologie et épigénomique, se sont focalisés sur le méristème apical caulinaire, centre de la morphogenèse de la tige feuillée. Trois résultats majeurs sont issus de cette thèse : i) Chaque état hydrique est associé à un méthylome et un transcriptome spécifiques, ii) Certaines régions différentiellement méthylées sont conservées dans le temps et entre contextes environnementaux, iii) Des lignées RNAi hypométhylées soumises à différents contextes hydriques présentent une réponse modifiée. Les résultats acquis lors de cette thèse appuient une contribution de la méthylation de l’ADN à la plasticité phénotypique et suggèrent un rôle des mécanismes épigénétiques dans la mémoire d’un stress chez les arbres. / Due to rapid climate changes, trees must exhibit phenotypic plasticity. Epigenetic mechanisms are part of current research to explain phenotypic plasticity. This thesis aimed to evaluate the role of DNA methylation in phenotypic plasticity of a perennial sequenced organism, poplar, in response to variations in soil water availability. The work, combining ecophysiology and epigenomics, focused on the shoot apical meristem, the center of morphogenesis of the leafy stem. Three major results emerge from this thesis: (i) Each hydric state is associated with a specific methylome and transcriptome, (ii) Some differentially methylated regions are conserved in time and between environmental contexts, (iii) Hypomethylated RNAi lines subjected to different contexts show a modified response. The results obtained during this thesis support a contribution of DNA methylation to phenotypic plasticity and suggest a role of epigenetic mechanisms in stress memory in trees.

La consommation d’alcool pendant la grossesse peut entraîner des conséquences néfastes sur le développement de l’enfant et mener aux troubles du spectre de l’alcoolisation fœtale (TSAF). Cependant on en connaît peu sur son effet durant la période de préimplantation. Cette période est reconnue comme étant sensible à l’environnement, majoritairement dû au fait qu’elle est caractérisée par la reprogrammation dynamique des profils de méthylation de l’ADN. L’alcool est reconnu pour altérer les mécanismes impliqués dans les processus de méthylation de l’ADN (e.g., cycle du folate, actions des DNMTs). Récemment, nous avons démontré qu’une exposition prénatale à l’alcool éthylique durant la préimplantation altère les futurs profils de méthylation de l’ADN du cerveau et augmente le nombre de défauts morphologiques à la mi-gestation. Il n’y a présentement aucun traitement pour les TSAF, mais certaines études suggèrent qu’une diète enrichie en donneurs de groupement méthyles (e.g., folate, choline), nécessaires aux réactions de méthylation, pourrait atténuer les effets d’une exposition prénatale à l’alcool. C’est pourquoi nous avons voulu déterminer si une diète enrichie en donneurs de groupements méthyles pouvait apporter une protection aux embryons ayant subi une exposition prénatale à l’alcool durant la préimplantation. Pour ce faire, une diète standard ou enrichie a été donné à des souris 4 semaines avant la gestation et pendant celle-ci. Les femelles gestantes ont reçu une dose d’alcool au jour E2.5, puis nous avons récolté les embryons à E10.5 et E18.5 pour évaluer les anomalies physiques et faire l’analyse de la méthylation des cerveaux antérieurs. Nos résultats démontrent que la diète enrichie prévient ou élimine un certain nombre de défauts morphologiques à E10.5 et E18.5. Nous avons aussi observé que la diète enrichie n’affectait pas la mise en place et le maintien de la méthylation et l’expression des gènes à empreintes durant le développement. La diète enrichie en donneurs de groupements méthyles aide donc à prévenir certains effets nuisibles de l’exposition prénatale à l’alcool survenant durant la préimplantation. / Alcohol consumption during pregnancy can have a significant impact on the development of the child and lead to fetal alcohol spectrum disorders (FASD). Nonetheless, little is known about its effect during the pre-implantation period. However, we know that this period is very sensitive to the environment, mainly because of major reprogramming of DNA methylation patterns. Moreover, alcohol can alter the mechanisms involved in DNA methylation processes (e.g., folate cycle, actions of DNMTs). Recently, we have shown that prenatal alcohol exposure (PAE) during preimplantation alters future DNA methylation patterns of the young embryo brain and increases the number of morphological defects. There is currently no treatment for FASD, but studies suggest that a diet enriched in methyl donors (e.g., folate, choline), which are necessary for methylation reactions, may mitigate the effects of PAE. Therefore, we wanted to determine if a diet enriched in methyl group donors could provide protection to embryos against a PAE during preimplantation. To do so, a standard or enriched diet was given to mice 4 weeks before and during gestation. Pregnant females were exposed to alcohol at day E2.5, then we harvested embryos (E10.5, E18.5) to assess physical abnormalities and analyse forebrain methylation. Our results demonstrate that the enriched diet reduces or eliminate defects at E10.5 and E18.5. We also observed that the fortified diet did not affect the establishment and maintenance of methylation and expression of imprinted genes during development. Thus, our results show that a methyl enriched diet can prevent some of the adverse effects of prenatal alcohol exposure occurring during preimplantation.