Les microARN (miARN) sont des acides ribonucléiques (ARN) endogènes, d’environ 19 à 24 nucléotides (nt), produits lors du clivage d’une structure d’ARN en forme de tige-boucle par la ribonucléase III (ARNase III) Dicer. Il a été rapporté que le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), en période de latence dans les lymphocytes T CD4+, produit un court transcrit d’ARN appelé « Trans-Activation Response element » (TAR) et que celui-ci est sujet au clivage par Dicer, ce qui génère deux miARN fonctionnels, soit miR-TAR-5p et miR-TAR-3p. Il a donc été suggéré que les miARN dérivés de TAR pourraient jouer un rôle dans la latence du VIH-1. L’objectif, au cours de ma maîtrise, était de déterminer le rôle potentiel de ces miARN dans la régulation de l’expression des gènes de l’hôte en utilisant les cellules en culture J-lat et Jurkat exprimant miR-TAR-5p et miR-TAR-3p de manière stable. Suite à cela, une analyse protéomique grande échelle iTRAQ a été effectuée pour tenter de faire la lumière sur le rôle potentiel des miARN dérivés de l’ARN TAR du VIH-1. En conclusion, il a été montré que la majorité des protéines d’intérêts sont réfractaires à une régulation génique par les miARN. Par contre, ceci ne supporte pas l’idée que ces miARN ne possèdent aucun rôle, d’où l’importance des résultats protéomiques qui ont montré que plusieurs protéines sont potentiellement régulées par les miARN viraux.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / La maladie de Huntington (MH) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une mutation de la protéine Huntingtine (HTT). Cette maladie se caractérise par des symptômes moteurs, ainsi que des troubles cognitifs. Au niveau moléculaire, la HTT se dote d'une queue polyQ plus longue qu'en condition physiologique, et à tendance à s'agréger. Ces amas protéiques vont perturber le fonctionnement cellulaire, en particulier celui des neurones dopaminergiques du striatum. Au sein de ces cellules, des altérations transcriptionnelles de nombreux microARNs (miR) sont observées. Les miR sont de petits ARNs non codants capables de réguler à la baisse la transcription de nombreux ARNm différents. Notamment, le miR-132 est fortement impliqué dans la survie neuronale, et les processus cognitifs, deux éléments principalement altérés dans la MH. Or, il s'avère que le miR-132 se trouve être diminué chez les patients atteints de la MH. Notre hypothèse est donc que la perte du miR-132 explique, au moins en partie, les symptômes liés à la MH. Le but de cette étude est donc de comprendre comment et à quel point le miR-132 agit dans le cadre de la MH. Afin de tester l'hypothèse, nous avons généré quatre génotypes de souris à partir de lignées contrôles et des souris zQ/175, modèle de la MH. Dans ces deux lignées, nous avons effectué une délétion à l'aide du système Cre/Lox du gène du miR-132, afin d'étudier le rôle de ce miR en condition physiologique et pathologique. À cette fin, nous avons étudié l'impact de la délétion du miR-132 au niveau transcriptionnel, protéique, physiologique et comportemental. Après avoir validé notre modèle de la MH, nous avons pu constater que les symptômes comportementaux, en particulier l'anxiété mesurée en terrain ouvert, étaient aggravés significativement chez les souris sans miR-132. Par la suite, pour pouvoir réaliser des analyses biochimiques, nous avons prélevé de nombreux tissus afin de couvrir un large champ d'étude. Dans cette étude, nous nous intéresserons aux régions du striatum (épicentre de la maladie), du cortex (contrôle au sein du SNC) et du cœur (contrôle extérieur au SNC). Nous avons observé que la transcription de nombreux ARNm était altérée de manière similaire chez les souris sans le miR-132 et les souris MH. Au niveau protéique, nous avons validé l'augmentation de la forme agrégée de HTT dans nos modèles MH, avec ou sans miR-132, au sein du cortex et du striatum. Cependant, aucune différence claire n'a pu être observé pour des protéines impliquées dans la survie neuronale ou identifiées en tant que cible du miR-132. Nos résultats préliminaires laissent supposer que de multiples voies compensatoires se mettent en place lors d'une perte du miR-132. Une analyse plus poussée des voies dérégulées au niveau transcriptionnel nous permettrait d'isoler, puis de mettre en évidence le mécanisme d'interaction indirect entre le miR-132 et HTT. À partir de là, il serait possible de mieux comprendre comment le miR-132 agit sur les altérations comportementales observées chez nos souris. Une fois ces mécanismes identifiés, nous pourrions mieux comprendre cette pathologie et réussir à trouver des traitements efficaces.

En l'absence d'un traitement curatif, les personnes vivant avec le VIH (PVVIH) sous traitements antirétroviraux (TAR) demeurent exposées à une morbidité et une mortalité élevée comparativement aux personnes non infectées. Cela s'explique par l'activation immunitaire et l'inflammation chronique qui persistent des années après, et ce, malgré une charge virale indétectable sous TAR. Découvrir et valider de nouveaux biomarqueurs de l'état d'activation immunitaire et inflammatoire non invasifs et faciles à mesurer demeure d'actualité pour améliorer le suivi et la qualité de vie des PVVIH sous TAR. Des études précédentes ont mis en évidence le rôle des vésicules extracellulaires (VE) et des microARN dans les mécanismes physiopathologiques de l'infection par le VIH. D'autres ont montré que ces VE, se retrouvant dans les divers fluides biologiques, dont le plasma, servaient de biomarqueurs pour diverses pathologies. Dans l'optique de contribuer à l'amélioration de la prise en charge des PVVIH à travers la découverte de nouveaux biomarqueurs, nous avons émis l'hypothèse que les contenus en microARN et en ADN mitochondrial (ADNmt) d'une sous-population de VE plasmatiques pouvaient être des biomarqueurs, entre autres de l'activation immunitaire. Pour vérifier cette hypothèse, plusieurs objectifs ont été élaborés: (i) purifier et caractériser deux sous-populations de VE plasmatiques, (ii) caractériser le contenu en microARN et ADNmt des VE purifiées, (iii) déterminer l'impact du rythme circadien sur la production et le contenu en microARN des VE, (iv) évaluer les performances diagnostiques des microARN vésiculaires dans l'activation immunitaire et le risque de rebond viral, (v) évaluer l'effet du TAR et de la réplication virale sur le contenu en ADNmt des VE et (vi) valider les observations faites dans différentes cohortes et sous-populations de participants. Dans cette thèse, les données cliniques et démographiques correspondant aux échantillons sanguins de différentes cohortes de participants recrutés à Québec, à Montréal et dans les deux principales villes du Burkina Faso (Bobo-Dioulasso et Ouagadougou) ont été collectées. À partir du sang veineux de ces participants, deux sous-populations de VE plasmatiques ont été purifiées et quantifiées. De plus, les microARN matures miR-29a et b, miR-92, miR-146a, miR-155, miR-223 ainsi que de l'ADNmt contenus dans ces VE ont été quantifiés en nombre absolu de copies et en nombre de copies par VE. L'ensemble des mesures des VE ont ensuite été corrélées avec les données cliniques et démographiques. Les résultats ont montré que les VE petites étaient plus abondantes dans le plasma et que les microARN étudiés et l'ADNmt étaient différentiellement enrichis entre les deux sous-populations de VE. Par exemple, le miR-155 et l'ADNmt étaient enrichis dans les VE larges. Une variation circadienne de la quantité des microARN étudiés dans les VE de personnes non infectées par le VIH contrairement à celles des PVVIH sous TAR a été décrite pour la première fois. La quantité des microARN exprimée en nombre de copies par µg d'ARN ou en nombre de copies par VE, permettait de distinguer les PVVIH des personnes non infectées. La quantité de miR-155 dans les VE petites et larges permettait respectivement de discriminer significativement les patients avec une faible virémie (20-1000 copies/mL) et les patients présentant une activation immunitaire caractérisée par un compte de lymphocytes T CD8 ≥ 500 cellules/mL et un ratio CD4/CD8 ≤ 1 dans les sous-groupes de participants. Enfin, les résultats ont montré que la quantité d'ADNmt était plus abondante dans les VE larges en fonction de la virémie et de la prise de ténofovir. Collectivement, les résultats suggèrent la nécessité de prendre en compte les sous-populations de VE et le moment du prélèvement dans l'étude des VE chez les PVVIH. De plus, les résultats mettent en exergue le rôle prépondérant de biomarqueur plasmatique que pourrait jouer le miR-155 vésiculaire dans la prédiction du rebond viral et le suivi de l'activation immunitaire. Étant donné que le miR-155 vésiculaire fournit une empreinte digitale de l'activation cellulaire, il serait pertinent de poursuivre les investigations afin de déterminer le rôle fonctionnel des VE portant le miR-155, ainsi que d'évaluer l'effet des traitements comme le ténofovir sur la production de VE portant de l'ADNmt. Toutes ces nouvelles pistes de recherche contribueraient à améliorer la prise en charge des PVVIH et à bonifier les thérapies visant à diminuer l'activation immunitaire et l'inflammation. / Without curative treatment, people living with HIV (PLWH) on antiretroviral therapy (ART) remain at significant risk of morbidity and mortality relative to those uninfected. This is due to immune activation and chronic inflammation that persists for years, despite an undetectable viral load on ART. Discovering and validating new biomarkers of immune activation and inflammatory status that are non-invasive and easy to measure remains a fundamental issue in improving the monitoring and life quality of ART-treated PLWH. Previous studies have highlighted the role of extracellular vesicles (EVs) and microRNAs in the pathophysiological mechanisms of HIV infection. Others have shown that these EVs, found in various biological fluids including plasma, serve as biomarkers for various pathologies. To improve the management of PLWH through the discovery of new biomarkers, we hypothesized that the microRNA and mitochondrial DNA (mtDNA) content of plasma EV subpopulation could be biomarkers of among other things, immune activation. To test this hypothesis, several objectives were developed: (i) to purify and characterize two plasma EV subpopulations, (ii) to characterize the microRNA and mtDNA content of the purified EVs, (iii) to determine the impact of the circadian rhythm on the production and microRNA content of EVs, (iv) to evaluate the diagnostic performance of vesicular microRNAs in immune activation and risk of a viral rebound, (v) to evaluate the effect of ART and viral replication on EV mtDNA content, and (vi) to validate the observations made in different cohorts and subpopulations of participants. In this thesis, clinical and demographic data corresponding to blood samples from different cohorts of participants recruited in Quebec City, Montreal, and the two main cities of Burkina Faso (Bobo Dioulasso and Ouagadougou) were collected. From the venous blood of these participants, we purified and quantified two subpopulations of plasma EVs. Moreover, the EVs content in mature microRNAs miR-29a and b, miR-92, miR-146a, miR-155, miR-223, and mtDNA were quantified and expressed in absolute copy and copy per EV. All EV measurements were then correlated with clinical and demographic data. Our results showed that small EVs were more abundant in plasma and that the studied microRNAs and mtDNA were differentially enriched between the two EV subpopulations. For example, miR-155 and mtDNA were enriched in large EVs. We observed for the first time a circadian variation of the quantity of EVs microRNA content from HIV-uninfected participants, in contrast to those of ART-treated PLWH. The amount of microRNAs expressed as copy number per μg of RNA or copy per EV, allowed to distinguish PLWH from uninfected individuals. The quantity of miR-155 in small and large EVs significantly discriminated respectively patients with low viremia (20-1000 copies/mL) and patients with immune activation characterized by a CD8 T-cell count ≥ 500 cells/mL and a CD4/CD8 ratio < 1 in the participant subgroups. Finally, the results showed that the amount of mtDNA was richer in large EVs and its expression increased with viremia and tenofovir intake. Collectively, the results suggest the need to consider EV subpopulations and the timing of collection when studying EVs in PLWH. Furthermore, the results highlight the prominent role as a plasma biomarker that vesicular miR-155 could play in viral rebound prediction and immune activation monitoring. Since vesicular miR-155 provides a fingerprint of cellular activation, further investigations to determine the functional role of miR-155-bearing EV and to assess the effect of treatments such as tenofovir on the production of mtDNA-bearing EVs would be relevant. All of these new avenues of research would contribute to improving the management of PLWH and improving therapies to reduce immune activation and inflammation.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisée par l’obstruction des artères pulmonaires, principalement due au phénotype pro-prolifératif/anti-apoptotique des cellules musculaires lisses de la paroi des artères pulmonaires (CMLAP). L’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires aboutit à une élévation de la pression pulmonaire qui va induire rapidement une insuffisance cardiaque droite et conduire au décès des patients à moyen terme. Plusieurs études ont démontré l’implication du facteur de transcription NFAT (nuclear factor of activated T cell) dans le maintien du phénotype pro-prolifératif/anti-apoptotique des CMLAP-HTAP. Cependant les voies de signalisation responsables de l’activation constitutive d’NFAT restent peu connues. Durant mon doctorat, j’ai étudié les mécanismes responsables de l’activation d’NFAT dans l’HTAP. Nous nous sommes intéressés au rôle des microARN et notamment à miR-204. Ainsi, les facteurs circulants augmentés dans HTAP, diminue l’expression de miR-204 via l’activation du facteur de transcription STAT3. Par un mécanisme de rétro-action positive, la diminution de miR-204 induit une suractivation de STAT3 aboutissant au phénotype pathologique. Ainsi, l’augmentation exogène de miR-204 permettrait de soigner l’HTAP in vitro et in vivo. Nous avons montré que miR-204 va également moduler l’expression de Runx2, facteur de transcription connu pour être impliqué dans la calcification. Dans les CMLAP-HTAP, la diminution de miR-204 est associée à une augmentation de l’expression de Runx2, connu comme un régulateur positif de l’activation du facteur de transcription HIF-1 impliqué dans l’HTAP. Ainsi la modulation de miR-204 affecte la prolifération et l’apoptose des CMLAP-HTAP par plusieurs axes de signalisation. Enfin, nous avons démontré l’implication du facteur de transcription Krüppel Like Factor 5 (KLF5) dans l’HTAP. La surexpression de KLF5 dans l’HTAP est secondaire à l’activation de STAT3, tandis que son inhibition diminue la prolifération et favorise l’apoptose des CMLAP-HTAP. In vivo, l’administration de siKLF5 renverse l’HTAP en diminuant les pressions pulmonaires, l’hypertrophie ventriculaire droite, la prolifération et augmentant l’apoptose des CMLAP des artères pulmonaires distales. Finalement, j’ai étudié différents aspects du développement de l’HTAP et notamment de l’activation de l’axe STAT3/NFAT. Nous avons pu mettre en évidence que cibler cette voie de signalisation par différents moyens (mimic miR-204, siRunx2, siSTAT3, siKLF5) semble une bonne stratégie pour traiter l’HTAP. Mots clés : l’hypertension artérielle pulmonaire, thérapeutique, prolifération, apoptose, microARN, facteur de transcription, réparation à l’ADN. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by the obstruction of the pulmonary arteries, mainly due to the pro-proliferative and anti-apoptotic phenotype of the pulmonary artery smooth muscle cells (PASMC). The progressive increase of pulmonary vascular resistance first leads to an increase of pulmonary pressure and then leads to a right heart failure, which generates patient’s death within few years. Many studies demonstrated the implication of the transcription factor NFAT (nuclear factor of activated T cell), which maintains the pro-proliferative and anti-apoptotic phenotype in PAH-PASMC. However, pathways that lead to the constitutive NFAT activation remain unclear. During my doctorate, I studied mechanisms responsible for the activiation of NFAT in HTAP. We study the role of the microRNA and more exactly to miR-204. Thus, the circulating factors, which are increased in PAH and which decreased miR-204 expression in PAH, via the transcription factor STAT3 activation. Through a positive regulation loop mechanism, the decrease of miR-204 induces an overactivation sustain of STAT3 leading to the pathologique phenotype. Thus, the exogenous increase of miR-204 could treat PAH in vitro as well as in vivo. We demonstrated that miR-204 is able to modulate the expression of the transcription factor Runx2 known to be implicated in calcification. In PAH-PASMC, the decrease of miR-204 is associated to an increase of Runx2 expression, known as positive regulator of the HIF-1 activation implicated in PAH. Thus miR-204 modulations affected the proliferation and apoptosis of PAH-PASMC through many molecular axes. Finaly we reveal the implication of the transcription factor Kruppel Like Factor 5 (KLF5) in PAH. The KLF5 overexpressed in PAH is associated to the STAT3 activation, wherease its inhibition decreased the proliferation and promoted apoptosis in PAH-PASMC. In vivo, si KLF5 reversed PAH by decreasing pulmonary pressures, right ventricular hypertrophy, proliferation and increasing apoptosis in PASMC from distal PA. Finally, I studied many aspects implicated in PAH development and especially the STAT3/NFAT axis activation. We showed that targeting this pathway using many technics (mimic miR-204, siRunx2, siSTAT3, siKLF5) seem to be an interesting strategy to treat PAH. Key words: Pulmonary arterial hypertension, therapeutic, proliferation, apoptosis, microRNA, and transcription factor.

Seulement 30% des cas d'infertilité masculine peuvent être diagnostiqués grâce à un spermogramme. Comme l'épididyme joue un rôle important dans la maturation posttesticulaire spermatique, le dysfonctionnement de cet organe peut être à l'origine de cas d'infertilité non expliquée. Ainsi, puisque la communication intercellulaire au niveau du tractus reproducteur mâle est différente lorsqu’il y a un problème de fertilité, nous avons émis l’hypothèse qu’une signature moléculaire précise pourrait aider à mieux comprendre et diagnostiquer une plus large population. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle murin génétiquement modifié ayant une délétion conditionnelle (cKO) pour une enzyme impliquée dans la biogenèse des microARNs (miARNs) au niveau proximal de l’épididyme. Nous avons comparé le profil d’expression des miARNs et des gènes au sein de l’épididyme avec un modèle de souris témoin. Cent cinquante-quatre miARNs ont illustrés une forte diminution d’expression chez la souris génétiquement modifiée, dont miR-210, miR-672, miR-191 and miR-204. Notons également la variation d’expression des protéines AZGP1 (Zn-alpha 2-glycoprotein) et PATE4 (Prostate And Testis Expressed 4 protein) qui ont particulièrement attiré notre attention, car elles sont directement impliquées dans le pouvoir fécondant masculin. Deuxièmement, comme ces molécules se sont avérées être relarguées dans le milieu extracellulaire, nous avons décidé d’investiguer leur mode de sécrétion dans le liquide épididymaire afin d’évaluer leur potentiel en tant que biomarqueurs pour un certain type d’infertilité masculine. En nous référant aux critères de l’Organisation Mondial de la santé (OMS), j’ai créé une biobanque contenant 43 échantillons humains. J’ai pu mettre également en pratique une méthode plus actuelle d’isolement de vésicules membranaire à partir de fluide séminal. Finalement, j’ai validé l’association de 4 molécules (miR-672, miR- 191 and miR-204 et AZGP1) avec les exosomes. Tous ces résultats suggèrent donc qu’il existe un profil moléculaire associé au phénotype de fertilité et que ces nouvelles molécules extracellulaires pourraient aider à représenter des sous-types d’infertilité masculine. / Only 30% cases of male infertility can be diagnosed with a spermogram. As the epididymis plays an important role in spermatic post-testicular maturation, the dysfunction of this organ may be at the origin of unexplained infertility. Thus, since intercellular communication in the male reproductive tract is different when there is a fertility problem, we hypothesized that a precise molecular signature could help to better understand and diagnose a larger population. To do this, we used a genetically modified murine model with a conditional kockout (cKO) for an enzyme involved in the biogenesis of microRNAs (miRNAs) at the proximal level of the epididymis. We compared the epididymal miRNAs and genes expression pattern between a control and cKO mouse model. One hundred and fifty-four miRNAs showed a strong expression decrease in the genetically modified mice, including miR-210, miR-672, miR-191 and miR-204. Note also the variation in expression of the proteins AZGP1 (Zn-alpha 2-glycoprotein) and PATE4 (Prostate And Testis Expressed 4 protein) which have particularly attracted our attention, because they are directly involved in the male fertility. Secondly, since these molecules were found to be released into the extracellular environment, we decided to investigate their secretion pattern in the epididymal fluid in order to evaluate their potential as biomarkers for a certain type of male infertility. Referring to the criteria of the World Health Organization (WHO), I was able to create a biobank containing 43 human samples. I was also able to practice a more current method of isolating membrane vesicles from seminal fluid. Finally, I validated the association of 4 molecules (miR-672, miR-191 and miR-204 and AZGP1) with exosomes. All these results therefore suggest that there is a molecular profile associated with the fertility phenotype and that these new extracellular molecules might help to represent subtypes of male infertility.

La migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF est une étape cruciale du processus angiogénique. La liaison du VEGF sur son récepteur, le VEGFR2, conduit à l’autophosphorylation sur la tyrosine 1214 de ce dernier ce qui induit l’activation de la voie p38 MAP-kinase, le remodelage du cytosquelette d’actine et la migration cellulaire. Les microARNs sont de courts ARN non-codant qui régulent de façon post-transcriptionnelle l’expression des gènes. Nous avons identifié deux microARNs, miR-20a et miR-196a, dont les niveaux d’expression sont respectivement augmentés et diminués en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces deux microARNs modulent le remodelage du cytosquelette d’actine, la migration et l’angiogenèse. Aussi, nous avons décrit leurs implications dans la régulation de la voie p38. Tout d’abord, miR-20a agit en amont de p38, et réprime l’expression de MKK3 en se liant de façon spécifique à sa région 3’UTR. MKK3 étant un activateur direct de p38 en réponse au VEGF, la surexpression de miR-20a empêche l’activation de p38, de son substrat la MAPKAP kinase-2 et la phosphorylation subséquente de HSP27. En conséquence, miR-20a inhibe la formation des fibres de tension, la migration endothéliale et l’angiogenèse. Ces résultats nous ont permis de conclure que miR-20a agit dans une boucle de régulation négative afin de moduler la migration dépendante de la voie p38 activée par VEGF. Ensuite, le niveau d’expression de miR-196a est diminué en réponse au VEGF et nous avons démontré sa liaison spécifique à la région 3’UTR de l’ANXA1. En accord avec nos précédents travaux démontrant que l’ANXA1 est importante pour la migration endothéliale dépendante de l’activation de p38 par le VEGF, la surexpression de miR-196a empêche la formation des lamellipodes, réduit les capacités migratoires des cellules endothéliales et inhibe ainsi l’angiogenèse in vitro et in vivo. En conclusion, une réduction de l’expression de miR-196a agit en synergie avec le VEGF, pour faciliter la migration endothéliale, en maintenant un niveau d’expression élevé de l’ANXA1 pro-migratoire. Nos résultats, en impliquant miR-20a et miR-196a dans la modulation de l’angiogenèse, apportent des concepts nouveaux sur la régulation de la voie p38 pro-migratoire en réponse au VEGF. Ces travaux ouvrent des perspectives pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à régulariser l’angiogenèse pathologique. / Endothelial cell migration in response to VEGF is a crucial step of angiogenesis. VEGF binding to its receptor VEGFR2 results in the autophosphorylation of the receptor at tyrosine 1214, which induces the downstream activation of the p38 MAP-kinase pathway leading to actin cytoskeleton remodeling and cell migration. MicroRNAs are short, non-coding RNAs that regulate post-transcriptionally gene expression. We identified two microRNAs, miR-20a and miR-196a, whose levels of expression were increased and decreased respectively in response to VEGF in endothelial cells. Both microRNAs modulate VEGF dependent-endothelial cell cytoskeleton remodeling, migration and angiogenesis. Also, we described that they are involved in regulating the p38 pathway. First, miR-20a acts upstream of p38, and negatively regulates MKK3 by specifically binding on MKK3 3’UTR. As MKK3 is a direct activator of p38 in response to VEGF, overexpression of miR-20a impairs p38 activation, the downstream activation of MAPKAPK2 and the phosphorylation of HSP27. Consequently, miR-20a reduces stress fibers formation, and subsequent endothelial cell migration and angiogenesis. We conclude that miR-20a may act in a feedback loop to regulate the p38 pathway-mediated VEGF-induced endothelial cell migration. Then, miR-196a is decreased in response to VEGF and we demonstrate its specific binding on ANXA1 3’UTR. In accordance with our previous work demonstrating that ANXA1 is important for VEGF-induced endothelial migration downstream of p38 pathway, overexpression of miR-196a impairs lamellipodia and endothelial cell migratory capacities upon VEGF treatment, leading to angiogenic defects. We conclude that miR-196a acts in a synergetic mechanism with VEGF to facilitate endothelial cell migration, by maintaining high level of the pro-migratory protein ANXA1. Finally, our results implicate miR-20a and miR-196a in the angiogenic process and give new insights in p38 pathway-dependent endothelial cell migration regulation in response to VEGF. The present work opens new avenues for strategies and future development of therapeutics in line with the treatment of angiogenic pathologies.

Les études d'associations en génome entier ("GWAS") ont récemment permis la découverte de nombreux polymorphismes génétiques impliqués dans la susceptibilité aux maladies multifactorielles. Cependant, ces polymorphismes n'expliquent qu'une faible part de l'héritabilité génétique de ces maladies, nous poussant ainsi à explorer de nouvelles pistes de recherche. Une des hypothèses envisagées serait qu'une partie de cette héritabilité manquante fasse intervenir des phénomènes d'interactions entre polymorphismes génétiques. L'objectif de cette thèse est d'explorer cette hypothèse en adoptant une stratégie de recherche d'interactions basée sur des critères statistiques et biologiques à partir de données issues de différentes études "GWAS". Ainsi, en utilisant différentes méthodes statistiques, nous avons commencé par rechercher des interactions entre polymorphismes qui pourraient influencer le risque de thrombose veineuse. Cette recherche n'a malheureusement pas abouti à l'identification de résultats robustes vis à vis du problème des tests multiples. Dans un deuxième temps, à partir d'hypothèses "plus biologiques", nous avons tenté de mettre en évidence des interactions entre polymorphismes impliqués dans les mécanismes de régulation de l'expression génique associés aux microARNs. Nous avons pu ainsi montrer de manière robuste dans deux populations indépendantes qu'un polymorphisme au sein de la séquence du microARN hsa-mir-219-1 interagissait avec un polymorphisme du gène HLA-DPB1 pour en moduler l'expression monocytaire. Nous avons également montré que l'expression monocytaire du gène H1F0 était influencée par un phénomène d'interaction impliquant un polymorphisme du microARN hsa-mir-659. En apportant sa propre contribution à l'engouement récent que suscite la recherche d'interactions entre polymorphismes dans les maladies dites complexes, ce travail de thèse illustre clairement la difficulté d'une telle tâche et l'importance de réfléchir à de nouvelles stratégies de recherches. / Recently, Genome-Wide Association Studies (GWAS) have led to the discovery of numerous genetic polymorphisms involved in complex human diseases. However, these polymorphisms contribute only a little to the overall genetic variability of these diseases, suggesting the need for new kind of investigations in order to disentangle the so-called "missing heritability". The purpose of my PhD project was to investigate how different research strategies relying on statistical and biological considerations could help in determining whether part of this missing heritability could reside in interaction phenomena between genetic polymorphisms. Firstly, we applied different statistical methodologies and looked for interactions between polymorphisms that could influence the risk of venous thrombosis (VT). Even though this study was based on two large GWAS datasets, we were not able to identify pairwise interactions that survive multiple testing. This work suggests that strong interactive phenomena between common SNPs are unlikely to contribute much to the risk of VT. Second, by adopting a hypothesis-driven approach relying on biological arguments, we sought for interactions between microRNA related polymorphisms that could alter genetic expression. Using two large GWAS datasets in which genome-wide monocyte expression was also available, we were able to demonstrate the existence of two pairwise interaction phenomena on monocyte expression involving miRNAs polymorphisms: 1/ the expression of HLA-DPB1 was modulated by a polymorphism in its 3'UTR region with a polymorphism in the hsa-mir-219-1 microRNA sequence; 2/ similarly, the expression of H1F0 was influenced by a polymorphism in its 3'UTR region interacting with a polymorphism in the microRNA hsa-mir-659. Altogether, this project supports for the role of gene x gene interactions in the interindividual variability of biological processes but their identifications remain a tedious task requiring large samples and the development of new research strategies and methodologies.

Chez les vertébrés, le battement coordonné des cils motiles présents par centaines à la surface apicale des cellules multiciliées (MCC) est requis pour propulser directionnellement les fluides biologiques à l’intérieur de certains organes (voies respiratoires, ventricules cérébraux, trompes utérines ou certaines structures embryonnaires). De nombreuses pathologies humaines sont associées à des défauts ciliaires ou à une perte des MCC (dyskinésies ciliaires, mucoviscidose, asthme,...). Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes complexes contrôlant la différenciation des MCC et donc la formation des cils motiles (multiciliogenèse). Par des approches de génomiques fonctionnelles à partir de deux modèles d’épithéliums multiciliés évolutivement éloignés (épithélium respiratoire humain et épiderme d’embryon de Xénope) nous avons identifié la famille des microARN (petits ARN non-codants régulateurs de l’expression génique) miR-449 comme majoritairement exprimée dans les MCC. Nous avons montré que miR-449 contrôle la multiciliogenèse i) en bloquant le cycle cellulaire, ii) en réprimant directement la voie de signalisation Notch et iii) en inhibant l’expression de la petite GTPase R-Ras. Enfin, nos travaux montrent que l’ensemble de ces mécanismes est conservé chez les vertébrés. En conclusion, miR-449 est un nouveau régulateur clé de la multiciliogenèse conservé au cours de l’évolution. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques utilisant des petits ARN régulateurs dans le traitement de certaines pathologies associées à des défauts ciliaires. / In vertebrates, the coordinated beating of hundreds of motile cilia present at the apical surface of multiciliated cells (MCC) is required for propel directionally flow of biological fluids inside some organs (airways, cerebral ventricles, fallopian tubes or some embryonic structures). Many human diseases are associated with ciliary defects or loss of MCC (ciliary dyskinesia, cystic fibrosis, asthma ...). In this context, my thesis has sought to elucidate the complex mechanisms that control the differentiation of MCC and thus the formation of motile cilia (multiciliogenesis). By functional genomic approaches from two evolutionarily distant models of multiciliated epithelia (human respiratory epithelium and epidermis of Xenopus embryo) we identified the miR-449 family of microRNAs (small non-coding RNAs regulating gene expression) as mainly expressed in MCC. Then, we showed that miR-449 controlled multiciliogenesis by i) blocking the cell cycle ii) directly suppressing the Notch pathway and iii) by inhibiting the expression of the small GTPase R-Ras. Finally, we have demonstrated that all these mechanisms were conserved in vertebrates. In conclusion, miR-449 is a new key and conserved regulator of multiciliogenesis. Our findings could pave the way for new therapeutic strategies using small regulatory RNAs in the treatment of several diseases associated with ciliary defects.

Le récepteur de l'acide rétinoïque RAR est une protéine de la superfamille des récepteurs nucléaires liant le ligand acide rétinoïque (AR). En présence de son ligand, RAR induit la transcription de ses gènes cibles alors qu'en son absence la transcription est inhibée. Le mécanisme de régulation de RAR est altéré dans les lignées cellulaires humaines de carcinome mammaire dû à une baisse de capacité de synthèse de l'AR. Aussi, l'expression des microARN (miR) est perturbée dans le cancer du sein et un grand nombre de gènes ont été identifiés, après une analyse in-silico, comme des cibles prédites des miRs. Ces derniers peuvent être régulés pas des facteurs de transcription et ils sont capables d'inhiber la prolifération cellulaire et d'induire l'apoptose via la régulation de leurs cibles. Ainsi, les miRs peuvent jouer un rôle dans le mécanisme de régulation de RAR et être impliqués dans des boucles de régulation avec ce récepteur. Dans le cadre de ce travail, nous décrivons une approche développée pour prédire et caractériser des circuits de régulation au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel dans le cancer du sein. Nous nous sommes intéressés aux boucles de régulation de type feed-forward où RAR régule un miR et en commun ils régulent un ensemble de gènes codants pour des protéines dans les cellules tumorales mammaires MCF7 et SKBR3. Ces circuits ont été construits en combinant des données de ChIP-chip de RAR et des données de micro-puces d'ADN tout en utilisant des outils in-silico de prédiction des gènes cibles de miRs. Afin de proposer le modèle approprié de régulation, une analyse in-silico des éléments de réponse de l'AR (RARE) dans les promoteurs des miRs est réalisée. Cette étape permet de prédire si la régulation par RAR est directe ou indirecte. Les boucles ainsi prédites sont filtrées en se basant sur des données d'expression de miR existantes dans des bases de données et dans différentes lignées cellulaires, en vue d'éliminer les faux positifs. De plus, seuls les circuits pertinents sur le plan biologique et trouvés enrichis dans Gene Ontology sont retenus. Nous proposons également d'inférer l'activité des miRs afin d'orienter leur régulation par RAR. L'approche a réussi à identifier des boucles validées expérimentalement. Plusieurs circuits de régulation prédits semblent être impliqués dans divers aspects du développement de l'organisme, de la prolifération et de la différenciation cellulaire. De plus, nous avons pu valider que let-7a peut être induit par l'AR dans les MCF7. / The retinoic acid receptor (RAR) is a type of nuclear receptor that is activated by the ligand retinoic acid (RA). In the presence of ligand, RAR induces the transcription of its targets whereas in the absence of ligand the transcription is blocked. The mechanism of regulation of RAR is altered in breast cancer cell lines due to a reduced capacity to synthesize RA. Also aberrant patterns of microRNA (miR) expression have been reported in human breast cancer and a number of genes involved in breast cancer progression have been identified by in-silico analysis to be targets of miRs. The miRs could be controlled by transcription factors and via the regulation of their mRNA targets, the miRs could promote apoptosis and even inhibit cell proliferation. Hence, the miRs may play a role in the mechanism of regulation of RAR and could be involved in regulatory loops with this receptor. In this work, we describe an approach developed for the prediction and characterization of mixed transcriptional and post-transcriptional regulatory circuits in breast cancer. We concentrated in particular on feed-forward loops, in which RAR regulates a miR, and together with it, a set of joint target protein coding genes in human breast cancer cell lines MCF7 and SKBR3. These loops are constructed by combining ChIP-chip datasets of RAR with datasets of DNA microarrays and by using miR target prediction tools. In order to predict the appropriate model of regulation, in-silico analysis was performed to look for retinoic acid response element (RARE) in miR promoter. This step could identify if the regulation by RAR is direct or indirect. The regulatory loops will be then filtered, in order to reduce the number of false positive, based on databases designed to represent human miR expression profiles in different tissues or cell types. Moreover, only biologically relevant circuits enriched in Gene Ontology were retained. Also, we propose to infer miR activity in order to detect their regulation by RAR. This approach was able to find some existing experimental data. Several regulatory circuits seem to be involved in various aspects of organism development, proliferation and cell differentiation. Furthermore, we were able to validate the induction of let-7a by RA in MCF7 cells.

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques. / MicroRNAs belong to the family of small non-coding RNAs and act as down regula- tors of messenger RNAs and/or their protein products. microRNAs differ from siRNAs by downregulating instead of shutting down. In recent years, numerous microRNAs and their targets have been found in mammals and plants. Bioinformatics plays a big role in this field, as software has emerged to find new microRNA targets. Each individual microRNA can regulate hundreds of genes, and it has been shown that microRNA expression profiles can classify human cancers. The need for artificially created mi- croRNAs is then justified, as one could target overexpressed oncogenes and promote healthy cell proliferation. MultiTar V1.0, a tool for creating artificial microRNAs, has been implemented and is available as a web application. The tool relies on structural and biological properties of microRNAs and uses a Tabusearch metaheuristic. A typical biological problem is presented and it is shown that an in-silico microRNA has in-vitro effects. The 3’UTR sequences of E2F1, E2F2 and E2F3 were given as input to the tool, and predicted microRNAs were then tested using luciferase essays, western blots and growth curves. At least one microRNA is able to regulate the three genes with luciferase essays and all of the created microRNAs were able to regulate the expres- sion of E2F1 and E2F2 with western blots. Growth curves were also studied in order to investigate overall biological effects, and reduction in growth was observed for all solutions. Results obtained with the predicted microRNAs and the target genes open a new door into therapeutic possibilities.