Dans la levure S. cerevisiae, la mitose nécessite le positionnement du fuseau mitotique le long de l’axe cellule mère-bourgeon (future cellule fille) afin d‘assurer une bonne ségrégation des chromosomes. Ce phénomène requiert le fonctionnement de deux mécanismes impliquant les protéines Kar9 et Dyn1. Durant la métaphase, Kar9 se positionne de manière asymétrique le long du fuseau mitotique, avec une accumulation notable sur les microtubules qui émanent de l’ancien « spindle pole body » (SPB; l’équivalent du centrosome dans les vertébrés), qui est normalement dirigé vers le bourgeon. Dans le cas d’un défaut d’alignement du fuseau mitotique, un mécanisme appelé « Spindle Position Checkpoint » (SPOC) inhibe la sortie de mitose et la cytokinèse, afin de permettre un réalignement correct du fuseau mitotique. La principale cible de ce checkpoint est une GTPase Tem1. Dans le cas d’alignement correct du fuseau mitotique, Tem1 active une voie de signalisation appelée le « Mitotic Exit Network » (MEN) qui permet de mener à la sortie de mitose et à la cytokinèse. Lors de la transition métaphase/anaphase Tem1 se positionne asymétriquement sur les SPBs jusqu’à se concentrer majoritairement sur l’ancien SPB. Des données récentes ont montré que des composants du MEN, Tem1 inclus, sont également impliqués dans la régulation de la localisation de la protéine Kar9 à l’SPB, et dans l’établissement d’une polarité correcte des SPBs durant la métaphase. En effet, Kar9 se positionne plus symétriquement dans le cas des mutants du MEN que dans le type sauvage, ce qui engendre des problèmes d’orientation du fuseau et de ségrégation des SPBs. Nous cherchons à élucider comment l’activité du MEN régule la localisation de Kar9 et l’orientation du fuseau mitotique en métaphase alors que les fonctions du MEN liées à la sortie de mitose restent bloquées jusqu’à la télophase. Nous avons émis l’hypothèse que les modifications post-traductionnelles de Tem1 pourraient jouer un rôle dans la régulation du MEN. Il a été montré que les résidus Y40 et Y45 sont phosphoryles in vivo. Afin de disséquer le rôle de ces résidus nous les avons mutés en phénylalanines. Ces mutations peuvent complémenter la létalité induite par la délétion de TEM1, suggérant que ce mutant conserve les fonctions essentielles de Tem1. Par ailleurs, la cinétique de progression du cycle cellulaire du mutant est la même que celle du type sauvage, signifiant que la perte de phosphorylation sur Tem1 ne semble pas agir sur la sortie de mitose. De plus, l’allèle mutant n’affecte pas la localisation aux SPBs de Tem1 ni celle de sa « GTPase-activating protein » Bub2/Bfa1 durant le cycle cellulaire. Bien que l’activité GTPasique de la protéine Tem1-Y40F,Y45F soit réduite in vitro, les mutations ne causent pas des défauts de SPOC in vivo et le mutant répond efficacement au mauvais alignement de fuseau mitotique en s’arrêtant en anaphase. Tous ces résultats nous suggèrent que la perte de phosphorylation de Tem1 n’affecte pas les fonctions de fin de mitose de cette GTPase. Par contre, nous avons découvert que la phosphorylation de Tem1 est requise pour la localisation asymétrique de Kar9 sur les SPBs, ainsi que pour l’alignement correct du fuseau mitotique durant la métaphase (la distribution de Kar9 est plus symétrique dans les cellules TEM1-Y40F,Y45F et que le fuseau mitotique n’est pas aligné correctement). Nous cherchons alors à trouver quelle kinase phosphoryle Tem1 et régule son activité. Les kinases potentielles sont la protéine Swe1 (la seule vraie kinase phosphorylant les tyrosines dans la levure) ainsi que la kinase Mps1 (kinase qui contrôle la duplication des SPBs). Nous développons actuellement des outils nous permettant de vérifier l’implication de ces deux candidats. Mots clés : Tem1, Kar9, cycle cellulaire, Mitotic Exit Network (MEN), Spindle Position Checkpoint (SPOC), phosphorylation on tyrosines. / In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae a faithful mitosis requires positioning of the mitotic spindle along the mother-bud axis to ensure proper chromosome segregation. This is achieved by two distinct but functionally redundant mechanisms that require the APC (adenomatous polyposis coli)-like protein Kar9 and dynein (Dyn1), respectively. During metaphase, Kar9 localizes asymmetrically on the mitotic spindle, with a prominent accumulation on astral microtubules emanating from the old spindle pole body (SPB – i.e. the yeast equivalent of the centrosome) that is normally directed towards the bud. In case of spindle misalignment, a surveillance mechanism called Spindle Position Checkpoint (SPOC) inhibits mitotic exit and cytokinesis, thereby providing the time necessary to correct spindle alignment. The main target of the SPOC is the small GTPase Tem1, which activates a signal transduction cascade called Mitotic Exit Network (MEN) that drives cells out of mitosis and triggers cytokinesis. Tem1 is localized at SPBs, with an increasingly asymmetric pattern during the progression from metaphase to anaphase, when Tem1 is concentrated on bud-directed old SPB. Recent data have implicated MEN components also in the regulation of Kar9 localization at SPBs and in setting the right polarity of SPBs inheritance during metaphase. In particular, Kar9 localizes more symmetrically in MEN mutants than in wild type cells and this leads to spindle orientation and SPB inheritance defects (i.e. with the new SPB being oriented towards the bud). A key question emerging from these data is how MEN activity is regulated to promote proper Kar9 localization and spindle positioning in metaphase, while being restrained until telophase for what concerns its mitotic exit and cytokinetic functions. We hypothesised that Tem1 post-translational modifications might be relevant for this control and for this reason we have been focusing on the role of Tem1 phosphorylation. Tem1 was found in a wide phosphoproteomic study to be phosphorylated on two tyrosines (Y40 and Y45) located at its N-terminus. We constructed a non-phosphorylatable mutant, TEM1-Y40F,Y45F, where the two phosphorylated tyrosines were mutated to phenylalanine. This mutant allele was able to rescue the lethality caused by TEM1 deletion, suggesting that it retains all its the essential functions. The kinetics of cell cycle progression of TEM1-Y40F,Y45F cells was similar to that of wild type cells, suggesting that lack of Tem1 phosphorylation is unlikely to affect mitotic exit. In addition, the TEM1-Y40F,Y45F allele did not affect the SPB localization of Tem1 and its regulatory GTPase-activating protein Bub2/Bfa1 during the cell cycle. Moreover, although the Tem1-Y40F,Y45F mutant protein showed reduced GTPase activity in vitro, it did not cause SPOC defects in vivo and could efficiently respond to spindle mispositioning. Altogether, these results suggest that lack of Tem1 phosphorylation does not affect the late mitotic functions of the GTPase. In contrast, we found that Tem1 phosphorylation is required for Kar9 asymmetry at SPBs and proper spindle positioning during metaphase. Indeed, TEM1-Y40F,Y45F cells display a more symmetric pattern of Kar9 distribution at SPBs in this cell cycle stage, as well as spindle position and orientation defects. We are currently investigating if Tem1 phosphorylation also regulates the pattern of SPB inheritance. Finally, an important question that we are trying to answer is “what is the kinase that phosphorylates Tem1?” The best candidates are the wee1-like kinase Swe1, which is the only true tyrosine kinase of budding yeast, and Mps1, a dual-specificity protein kinase controlling SPB duplication. While we are developing specific tools to study Tem1 phosphorylation and ultimately identify its promoting kinase, we gained preliminary data suggesting that both kinases might be involved in spindle positioning.

Ces travaux de recherche visent à mettre au point par une nouvelle « Approche Chimique Inverse » des antigènes synthétiques pour le diagnostic de maladies auto-immunes; utilisant les autoanticorps spécifiques de ces pathologies en tant que biomarqueurs.L'efficacité de ces peptides modifiés en tant qu'outils pour le diagnostic est évaluée par un screening au moyen de tests immunoenzymatiques (SP-ELISA), de sérums de patients atteints de pathologies auto-immunes sélectionnées.Trois maladies ont été étudiées en particulier.La cirrhose primitive biliaire est une maladie auto-immune cholestatique affectant le foie, caractérisée par une destruction progressive des canaux intra-hépatiques, pouvant mener à une cirrhose. Il existe des autoanticorps antimitochondriaux spécifiques à cette maladie qui reconnaissent un epitope lipoylé de la PDC-E2, protéine impliquée dans le cycle énergétique mitochondrial. La synthèse de sondes moléculaires lipoylées basées sur la PDC-E2(167-186) a été mise au point et optimisée. Les antigènes synthétiques ont ainsi été testés sur des sérums de patients de PBC. Les résultats montrent que: 1) la séquence a une importance pour la reconnaissance des anticorps; 2) la chiralité du dithiolane de la lipoyl-lysine ne semble pas avoir d'influence majeure sur la reconnaissance des autoanticorps; 3) l'absence de lipoylation sur le mime de la protéine native semble donner de meilleurs résultats que l'antigène synthétique lipoylé.Le diabète est une maladie caractérisée par une hyperglycémie provoquée par l'action réduite ou inexistante de l'insuline. L'excès de sucre dans le sang peut provoquer des modifications de diverses natures sur les protéines circulantes (glycation, O-glycosylation, N-glycosylation).La synthèse de sondes moléculaires portant ces structures en tant que modifications post-traductionnelles a été mise au point. Les antigènes synthétiques ont ainsi été testés sur des sérums de patients atteints de diabète. Les résultats montrent que trois des peptides testés permettent de différencier les patients atteints de diabète de type 1 (forme autoimmune) de ceux de type 2 (forme non autoimmune) ainsi que des controles sains.La sclérose en plaques est une maladie impliquant une démyélinisation des fibres nerveuses du système nerveux central. Le système immunitaire détruit les protéines composante cette gaine de myéline. La kynurénine est un des métabolites principaux du Tryptophane, et il a été montré que dans la sclérose en plaques, la voie métabolique du Tryptophane pourrait être déréglée.Ainsi, la synthèse de peptides modifiés portant une kynurénine comme modification post-traductionnelle aberrante a été menée à bien. Les résultats ne montrent pas de détection particulière d'anticorps dirigés contre cette modification dans le cas de la sclérose en plaques. / This research work aims to apply the novel concept of “Chemical Reverse Approach” to the design, the production, and the immunological screening of synthetic antigens able to specifically detect autoantibodies in sera of patients affected by immune-mediated diseases. Such specific autoantibodies are considered disease biomarkers and can be used to develop novel diagnostic/prognostic tools for the aforementioned pathologies.In particular, three diseases have been investigated.Primary Biliary Cirrhosis is an autoimmune cholestatic disease of the liver, characterized by progressive destruction of intrahepatic bile ducts. Specific antimitochondrial autoantibodies directed against a lipoylated epitope of the PDC-E2 protein, are considered relevant for the disease. The PDC-E2 protein is involved in the energetic cycle of mitochondria. Synthesis of lipoylated molecular probes based on PDC-E2(167-186) was carried out and optimized. These new synthetic antigens were tested on PBC patients' sera. The results showed that: 1) the sequence is fundamental for antibody recognition; 2) dithiolane lipoyl-lysine chirality does not seem to have any significant influence on antibody recognition; 3) the unlipoylated analogue of the native protein appears to detect a more relevant antibody titre than the lipoylated one.Diabetes is a disease characterized by hyperglycaemia. This condition is caused by the reduced or inexistent action of insulin. Hyperglycaemia can cause various modifications on circulating proteins (such as glycation, O-glycosylation, N-glycosylation).The synthesis of post-translationally modified peptides containing such structures was carried out. These new synthetic antigenic probes were tested on sera from patients suffering from diabetes. The results showed that three peptides among those tested can differentiate patients with type-1 diabetes (autoimmune form) from those with type-2 (non-autoimmune form) and healthy patients.Multiple sclerosis is a demyelinating disease of the central nervous system. The immune system destroys proteins components of myelin sheath. Kynurenine is a major metabolite of Tryptophan, and it has been shown that in multiple sclerosis, the metabolic pathway of Tryptophan may be deregulated.Thus, the synthesis of modified peptides incorporating a kynurenine as an aberrant post-translational modification was carried out. The results show no specific antibody detection in multiple sclerosis sera.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The discovery of RNA in 1868 by Friedrich Miescher was meant to be the prologue to an exciting new era in Biology full of scientific breakthroughs and accomplishments. Since then, RNAs have been proven to play an indispensable role in biological processes such as coding, decoding, regulation and expression of genes. In particular, the discovery of small non-coding RNAs and especially miRNAs, in C. elegans first and thereafter to almost all animals and plants, started to fill in the puzzle of a complex gene regulatory network present within cells. The aim of this thesis is to shed more light on the features and functionality of small RNAs. In particular, we will focus on the function and biogenesis of miRNAs and piRNAs, across multiple species, by employing advanced computational methods and machine learning. We first introduce a novel method (Chimira) for the identification of miRNAs from sets of animal and plant hairpin precursors along with post-transcriptional terminal modifications that are not encoded by the genome. This method allows the characterisation of the prevalence of miRNA isoforms within different cell types and/or conditions. We have applied Chimira within a larger study that examines the effect of terminal uridylation in RNA degradation in oocytes and cells in either embryonic or adult stage. This study showed that uridylation is the predominant transcriptional regulation mechanism in oocytes while it does not retain the same functionality on mRNAs and miRNAs, both in embryonic and adult cells. We then move on to a large-scale analysis of small RNA-Seq datasets in order to identify potential modification signatures across specific conditions and cell types or tissues in Human and Mouse. We extracted the full modification profiles across 461 samples, unveiling the high prevalence of modification signatures of mainly 1 to 4 nucleotides. Additionally, samples of the same cell type and/or condition tend to cluster together based on their miRNA modification profiles while miRNA gene precursors with close genomic proximity showed a significant degree of co-expression. Finally, we elucidate the determinant factors in strand selection during miRNA biogenesis as well as update the miRBase annotation with corrected miRNA isoform sequences. Next, we introduce a novel computational method (mirnovo) for miRNA prediction from RNA-Seq data with or without a reference genome using machine learning. We demonstrate its efficiency by applying it to multiple datasets, including single cells and RNaseIII deficient samples, supporting previous studies for the existence of non-canonical miRNA biogenesis pathways. Following this, we explore and justify a novel piRNA biogenesis pathway in Mouse which is independent of the MILI enzyme. Finally, we explore the efficiency of CRISPR/Cas9 induced editing of miRNA targets based on the computationally predicted accessibility of the targeted regions in the genome. We have publicly released two web-based novel computational methods and one on-line resource with results regarding miRNA biogenesis and function. All findings presented in this study comprise another step forward within the journey of elucidation of RNA functionality and we believe they will be of benefit to the scientific community.

Le manque croissant en eau potable dans le monde est un problème d’envergure pour la population. La filtration par des membranes des eaux usées, insalubres ou la désalination apparaît comme une alternative viable pour le futur. La modification de membranes d’ultrafiltration par l’assemblage couche-par-couche permet d’obtenir des propriétés de nanofiltration en contrôlant avec une précision nanométrique l’épaisseur de la couche active de séparation déposée. Lors de cette thèse, nous avons étudié la construction de la couche de séparation ainsi que sa régénérabilité. Pour ce faire, nous avons développé des surfaces « membrane-like » pour étudier la construction sur des surfaces possédant des fonctions chimiques similaires à l’applicative. Par ailleurs, le temps de déposition a aussi été investigué afin de déterminer si les propriétés de séparation des membranes modifiées dépendaient du nombre de couches déposé ou du temps de dépôt. Les membranes ainsi développées présentent une couche de séparation régénérable et des propriétés de nanofiltration. / The increasing lack of drinking water in the world is of major concern for the population. Membrane filtration of brackish water, seawater appears to be a viable alternative for the future. Nanofiltration membranes can be obtained by modifying ultrafiltration membranes by the Layer-by-Layer (LbL) technique. This method also the deposition of an ultra-thin separation layer with a nanoscale precision and with tunable properties. During this PhD thesis, the build-up and the regenerability of the separation layer was investigated. For this purpose, mimicry surfaces were developed in order to study the LbL-assembly on surfaces presenting similar chemical functions as the applicative one. In addition, the deposition time was also investigated in order to determine if the separation properties of the membrane depend on the number of deposited layers or on the coating time. The developed membranes possessed a regenerable separation layer presenting nanofiltration properties.

L'encodage de la mémoire dépend de changements durables dans l'activité des circuits synaptiques dans un ensemble de neurones interconnectés. La région CA3 de l'hippocampe reçoit des informations directement ou indirectement (à travers le gyrus denté - GD) en provenance des structures corticales. Des données théoriques et comportementales ont montré que la région CA3 est importante pour l'encodage de la mémoire épisodique, en particulier au stade initial de l'acquisition, en développant vraisemblablement une représentation instantanée d'un contexte. Les neurones pyramidaux CA3 reçoivent une variété de connections afférentes, parmi lesquelles les fibres moussues (FM), les axones des cellules du gyrus denté. Ces connections synaptiqes ont attiré une attention par leurs propriétés morphologiques et fonctionnelles uniques. Malgré les nombreuses études comportementales et computationnelle, les liens entre plasticité des circuits CA3 et encodage de la mémoire ne sont pas bien compris.Le cadre général de ce projet de thèse se situe dans l'étude des mécanismes synaptiques de l'encodage de la mémoire épisodique dans des conditions physiologiques ainsi que dans un modèle de souris de la maladie d'Alzheimer (MA). En effet, la MA se caractérise à un stade précoce par une mémoire épisodique altérée, qui peut être associée à une dysrégulation de la plasticité des circuits CA3.À l'aide de techniques d'enregistrement électrophysiologique, nous avons d'abord exploré les modifications dans les circuits CA3 peu de temps (quelques heures) après conditionnement de la peur contextuelle chez les souris adultes C57Bl6j. Nous avons observé une augmentation de la fréquence des IPSC spontanés accompagnée de changements mineurs dans le nombre de filopodia issus des boutons synaptiques des FM, tandis que les EPSCs et les plasticités à court terme de ces synapses ne sont pas modifiés. Cependant, cette augmentation n'est peut observée 24 heures après l'apprentissage contextuel. Nous avons également tenté de modéliser de manière simplifiée les réseaux neuronaux GD-CA3, afin d'étudier si et dans quelle mesure les interneurones locaux dans la région CA3 contribuent à la précision de l'encodage de la mémoire. [...]Dans l'ensemble ce travail a révélé que la transmission inhibitrice des circuits locaux CA3 de l'hippocampe pourrait être importante dans l'encodage de la mémoire épisodique. Dans le modèle murin de la MA avec déficit de mémoire, il y a une réduction de la transmission GABAergique et des courants médiés par les KAR réduits cellules pyramidales de CA3. Finalement, avons observé une modification transcriptionnelle d'un certain nombre de gènes dans CA3, à des stades précoces de développement de la pathologie dans notre modèle de MA. Notre étude pourrait contribuer à la compréhension des mécanismes pathologiques précoces de la MA, au niveau synaptique ainsi qu'au niveau transcriptionnel, et fournir des idées nouvelles sur les mécanismes sous-jacents au codage rapide de la mémoire contextuelle. / Memory encoding is thought to proceed from durable changes in the activity of synaptic circuits to the storage of patterns of electrical events in a sparsely distributed ensemble of neurons. Located at the entry level of hippocampal circuitry, the CA3 region of hippocampus is thought to be important for episodic memory encoding, especially at the initial stage of acquisition, by presumably developing an instant representation of a context. CA3 pyramidal neurons receive a variety of diverse inputs, among which the mossy fiber (MF) inputs draw special attention for its peculiar structure and unique synaptic properties. However, the links between the plasticity of CA3 circuits and memory encoding are not well understood.This thesis project aimed to address the synaptic mechanisms of episodic memory encoding in physiological conditions as well as in a mouse model of Alzheimer's disease (AD).Using electrophysiological recording techniques, we first explored the changes in CA3 circuits shortly after one-trial contextual fear conditioning in adult C57Bl6j mice. We show that despite hardly any changes in filopodia number of MF terminals, an increase in spontaneous IPSC frequency can be registered, while the EPSCs and short-term plasticities of theses synapses are unaltered. However, this increase cannot be seen anymore 24 hours after the contextual learning. We also tried to do simplified computational modeling of the DG-CA3 neuronal networks, to investigate if and to what extent the local interneurons in CA3 region contribute to memory encoding precision.AD is characterized at an early stage by impaired episodic memory, which may involve dysregulation of the plasticity of CA3 circuits.In the next step, we searched for synaptic deficits in CA3 local circuit in the early stage of AD pathology, taking advantage of a familial AD mouse model: 6-month male APP/PS1 mice. We report that there is a reduction in spontaneous IPSC frequency in CA3 neurons together with decreased inhibitory charges of evoked events at MF-CA3 synapses, whereas the short-term plasticity of these synapses and intrinsic properties of CA3 neurons remain unaffected. Furthermore, there is a robust reduction in Kainate receptor (KAR) mediated currents at MF-CA3 synapses, and the same results can be obtained from PSKO mice too, suggesting that disturbed function of γ-secretase and NCad processing pathways might underlie the dysfunction of KARs at MF-CA3 synapses.Finally, to screen for changes on a transcriptome level, we performed RNA-seq with dissected CA3 tissue from APP/PS1 mice and found a list of up- and down-regulated genes at this early stage of AD. Moreover, we carried out ChIP-seq for a histone modification marker: H3K4me3, which has been shown to be directly related to one-trial contextual memory, and here we report that there is a concrete decrease in H3K4me3 levels at the promoter areas of various genes in CA3 neurons. However, these genes are not overlapping much with the down-regulated genes from RNA-seq result, suggesting that other epigenetic mechanisms might play more important roles in expressing early deficits in this AD mouse model.Taken together, we show that inhibitory innervations of hippocampal CA3 local circuits might be important for episodic memory encoding, and in early AD mouse model with memory deficits, there is reduced GABAergic transmission and reduced KAR-mediated currents in CA3 neurons, together with many active transcriptional regulations across the genome. Our study might contribute to the understanding of early AD pathologies at synaptic level as well as transcriptional level, and provide novel insights into the mechanisms underlying rapid encoding of contextual memory.

La régulation transcriptionelle fine assurée par les Eléments Cis Régulateurs (ECR, eg. promoteurs et «enhancers») et les facteurs protéiques associés, est à la base de la mise en place et le maintien de l'identité tissulaire. Les modifications de la chromatine corrèlent avec l’activité d’ECRs et constituent l’épigénome de la cellule. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée aux transitions des modifications des histones (H3K4me1/me2/me3, H3K36me3, H3K27me3 and H3K9me2) accompagnant le développement précoce de la cellule T. Pour cela, j’ai utilisé un modèle murin reproduisant une étape cruciale de la thymopoïèse - la sélection β - et la technique d’Immunoprecipitation de la chromatine couplée à des puces à ADN (ChIP-chip). Au sein des enhancer connus, nos analyses ont mis en évidence une nouvelle signature épigénétique liée à leur activité. De plus, nous montrons que l'étendue d'enrichissement d’H3K4me2 au sein des régions géniques des gènes exprimés, constitue une signature épigénétique des gènes tissus spécifiques. Tout ceci a permis de mieux comprendre le rôle de l’épigénétique dans l'établissement et le maintien de l'identité cellulaire.Le traitement anti-cancer moderne est basé sur les analyses de différents marqueurs d'agressivité (MA) et par la suite, de l’établissement de la thérapie personnalisée. Durant la dernière partie de ma thèse, j’ai participé à un projet collaboratif avec le laboratoire de Thérapie Cellulaire de l’Institut Paoli Calmettes à Marseille, qui visait l’isolation des MA des Leucémies Aiguës Myéloïdes à caryotype normal (LMAcn) grâce aux études de profilage épigénétique (H3K27me3) des blastes des patients atteints de LMAcn. / Precise transcriptional regulation underlies the establishment and maintenance of cell type specific identity and is governed by dedicated DNA sequences (i.e., cis regulatory elements (CREs): eg.: promoters, enhancers) and transcription factors. Chromatin modifications (eg.: histone modifications, DNA methylation) impinge on CREs activity and constitute the epigenome of the cell.During my PhD, I was interested in the transitions of a set of histone modifications (H3K4me1/me2/me3, H3K36me3, H3K27me3 and H3K9me2), during one of the major checkpoints of thymopoiesis - the β-selection. I used a dedicated mouse model and Chromatin Immunoprecipitation coupled with microarrays (ChIP-chip) technique. Our data evidenced a previously unappreciated epigenetic signature linked to enhancer activity. In parallel, computational analyses of the patterns of gene body enrichment of H3K4me2 highlighted an epigenetic signature linked to the regulation of the tissue specific gene expression. Altogether, this enabled to deepen the relationship between chromatin states and regulation of cell type specific identity.Modern anticancer treatment is based on the analyses of a number of cancer aggressiveness markers (CAM) and results in a highly personalized therapy. Epigenetic profiling can constitute a powerful tool for CAM’s isolation. In the second part of the presented work, I participate in a collaborative project (with Cellular Therapy Centre at the Paoli Calmettes Institut, Marseille) aiming to isolate new CAM for Acute Myeloid Leukemia with normal karyotype (AMLnc) patients. For this purpose I performed epigenetic (H3K27me3) profiling of blasts of AMLnc.

Ce travail s’inscrit dans la continuité des études menées au Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles sur la bioremédiation des éléments-traces, et vise à utiliser les écorces de sapin de Douglas pour éliminer l’arsenic et le césium des eaux. Des tests effectués en bain agité ont permis d’établir des isothermes d’adsorption. Leur traduction par le modèle mathématique de Langmuir a démontré que les écorces brutes possèdent de bonnes propriétés intrinsèques pour la biosorption des éléments étudiés. Afin d’augmenter ces propriétés pour le césium, l’écorce a été oxydée pour faire apparaître des fonctions acide carboxylique et/ou imprégnée par l’hexacyanoferrate de nickel. Pour améliorer la biosorption de l’As(V), des fonctions ammonium ont été intégrées à la structure de l’écorce grâce au greffage de la bétaïne et de polyéthylèneimine méthylée. En parallèle, des fonctions thiol ont été introduites via la fixation del’acide lipoïque et de la N-acétylhomocystéine thiolactone, pour accroître l’adsorption de l’As(III). Les modifications entreprises pour la biosorption du césium et de l’As(III) permettent de conserver l’affinité des écorces pour ces éléments tout en augmentant significativement leur capacité d’adsorption. Enfin, les propriétés de biosorption du césium par Biosorb, un biosorbant à base d’écorce développé et commercialisé par la société Pe@rl, ont été confirmées, y compris en colonne à lit fixe. Les données recueillies lors de ces expériences sont cohérentes avec celles issues du logiciel de simulation OPTIPUR, ce qui permet d’envisager l’industrialisation du procédé. / This work follows several studies conducted in the “Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles” about bioremediation of trace elements, and aims to use Douglas fir bark to remove arsenic and cesium from water. Tests carried out in batch allowed the establishment of adsorption isotherms. Their interpretation following Langmuir adsorption model showed that crude Douglas fir bark has good intrinsic properties for biosorption of studied elements. In order to improve these properties for cesium sorption, bark was oxidised to form carboxylic acid functional groups and/or impregnated with nickel hexacyanoferrate. So as to increase As(V) biosorption, ammonium functional groups were incorporated in the bark structure by grafting of betaine and methylated polyethyleneimine. In parallel, thiol functional groups were introduced through the fixation of lipoic acid and N-acetylhomocysteine thiolactone, in order to enhance As(III) sorption. Chemical modifications carried out for cesium and As(III) biosorption led to keep the bark affinity for these elements while increasing significantly their adsorption capacity. Finally, the biosorption properties of cesium onto Biosorb, a bark-based biosorbant developed and marketed by Pe@rl society, were confirmed, including in fixed-bed column. Data collected during these experiments are consistent with those from OPTIPUR simulation software, making possible the process industrialisation.

Dans les cancers, la transcription des gènes peut être altérée par des mécanismes génétiques ou épigénétiques. En 2011, mon laboratoire a montré que la progression des cancers de la vessie pouvait être liée à un mécanisme épigénétique appelé MRES (« Mutiple Regional Epigenetic Silencing »). Les tumeurs possédant ce phénotype présentent une inactivation simultanée de gènes voisins dans 7 régions du génome. A l’aide d’une nouvelle approche bio-informatique : « SegCorr », nous avons identifié plus de 400 régions du génome dont l’expression des gènes est corrélée indépendamment du nombre de copie du gène. Ces régions se répartissent en 7 groupes et sont associées à 6 phénotypes de cancer de la vessie. De plus, l’extinction de l’expression des gènes d’une faible proportion de régions est associée à la méthylation de l’ADN et/ou une perte sur les histones de de marques d’activation de la transcription : H3K9ac et H3K4me3 ou des gains de marques de répression de la transcription : H3K27me3 et H3K9me3. Grâce au nouvel algorithme « Musette », J’ai montré que le phénotype MRES n’était probablement pas dû à des altérations génétiques. Enfin, pour comprendre à quel stade de la progression tumorale du cancer de la vessie le phénotype MRES pourrait apparaître, j’ai montré que les tumeurs de cancer de vessie induites chez les souris par ingestion d’un carcinogène (N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine) pouvait être un bon modèle d’étude. / In cancers, gene transcription can be altered by genetic or epigenetic mechanisms. In 2011, my laboratory showed that the progression of bladder cancer could be linked to an epigenetic mechanism called MRES ("Mutiple Regional Epigenetic Silencing"). Tumors with this phenotype exhibit simultaneous inactivation of neighboring genes in 7 regions of the genome. Using a new bioinformatics approach: "SegCorr", we have identified more than 400 genomic regions in which gene expression is correlated. These regions fall into 7 groups and are associated with 6 phenotypes of bladder cancer. In addition, the extinction of gene expression from a small proportion of regions is associated with DNA methylation and / or loss of histone marks associated with active transcription: H3K9ac and H3K4me3 or gains of histone marks associated with transcription repression: H3K27me3 and H3K9me3. Using a new algorithm “Musette”, I have shown that the MRES phenotype is probably not due to genetic alterations. Finally, to understand at which stage of tumor progression of bladder cancer the MRES phenotype might appear, I have shown that bladder cancer tumors induced in mice by ingestion of a carcinogen (N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine) could be a good model.

Pseudomonas aeruginosa PA14 est une bactérie pathogène très résistante aux antibiotiques et impliquée dans de nombreuses infections nosocomiales. Toutefois, la disponibilité d'agents antibactériens efficaces contre cette bactérie manque cruellement à ce jour. Explorer la physiologie de P. aeruginosa au niveau des modifications post-traductionnelles (PTMs) pourrait fortement contribuer au développement de nouveaux agents thérapeutiques. En effet, il a été montré certaines corrélations entre les PTMs et la virulence, l’adaptation et la résistance bactérienne. De plus, les progrès récents en protéomique ont permis d’accéder à un nombre croissant des protéines modifiées. Pourtant, leur description reste un véritable challenge.Dans une première partie, nous avons étudié l'impact des kinases et des phosphatases sur la physiologie de P. aeruginosa PA14. Cependant, aucune différence de phénotype n'a été observée entre les 8 mutants de ces enzymes et la souche sauvage.Dans une deuxième partie, nous avons caractérisé le succinylome et l'acétylome de la lysine chez P. aeruginosa PA14 dans quatre sources de carbone (glucose, citrate, succinate et glutamate) par enrichissement par anticorps couplé à la spectrométrie de masse. Ainsi, 1 530 sites succinylés (617 protéines) et 1 109 sites acétylés (526 protéines) ont été identifiés. De façon intéressante, 622 sites (312 protéines) ont été observés acétylés ou succinylés sur la même lysine, révélant ainsi l'existence de protéoformes pour une même protéine. Les protéines modifiées sont impliquées dans tous les processus biologiques. Toutefois, certaines d'entre elles ont des fonctions dans la résistance aux antibiotiques, le chimiotactisme et la virulence.Nous avons également quantifié les peptides succinylés et/ou acétylés dans les 4 sources de carbone. Les peptides succinylés étaient principalement sur-exprimés en citrate, mais aucune différence significative n’a été observée pour les peptides acétylées.Dans une troisième partie, nous avons étudié par immunoprécipitation le succinylome et l’acétylome de la lysine des protéines extracellulaire de P. aeruginosa. Nous avons montré que certaines lysines des protéines LasB et CbpD, deux facteurs de virulence, sont modifiées par 9 PTMs différentes. Une approche d’électrophorèse bi-dimensionnelle (2D) a permis de révéler et de quantifier les protéoformes des protéines extracellulaires et plus spécifiquement de ces facteurs de virulence.Dans une quatrième partie, une approche quantitative « label-free » a permis de mettre en avant 581 protéines qui varient différemment selon la source de carbone. Parmi ces protéines, 67 biomarqueurs ont été identifiés par approche statistique.Ces travaux constituent un point de départ prometteur pour de futures études sur le rôle de la succinylation de la lysine et d'autres PTMs chez P. aeruginosa. / Pseudomonas aeruginosa PA14 is a multi-drug resistant human pathogen largely involved in nosocomial infections. Unfortunately, today, effective antibacterial agents lacked. Explore its physiology at the post-translational modification (PTMs) level may contribute to the renewal of combat tactics. Indeed, some correlations between PTMs and the bacterial virulence, adaptation and resistance have been shown. The recent improvements in proteomics have increased the number of modified proteins. However, their characterization believes a real challenge.In the first part, we focused on the impact of kinases and phosphatases on bacterial physiology of P. aeruginosa PA14. For this purpose, we compared different phenotypes of 8 mutants of kinase and phosphatase with the WT strain. Unfortunately, no difference was observed.In the second part, we characterized the lysine succinylome and acetylome in P. aeruginosa PA14 in 4 carbon sources (glucose, citrate, succinate and glutamate) by mass spectrometry. Overall, a total of 1 530 succinylated sites (617 proteins) and 1 109 acetylated sites (526 proteins) were identified. Interestingly, we noticed that 622 sites (312 proteins) can be either acetylated or succinylated on the same lysine. This reveals the existence of proteoforms for a same protein. As expected, many modified proteins are involved in a wide range of biological processes but some of these proteins have interesting functions like antibiotic resistance, chemotaxis and virulence.We also tried to quantify succinylated and/or acetylated peptides in the 4 carbon sources. Succinylated peptides were mainly over-represented in the citrate condition whereas no significant difference was observed for the acetylated forms.In the third part, we investigated the lysine succinylome and acetylome of P. aeruginosa in extracellular compartment by immunoprecipitation. We showed that some lysines of two virulence factors, LasB and CbpD, were modified by 9 different PTMs. We also used a 2-dimensional gel approach to reveal and quantify proteoforms of extracellular proteins and more specifically virulence factors. In the fourth part, we did a label-free quantitative approach to obtain protein abundance in each carbon source. In total, 581 proteins vary differently depending on the carbon source. Among these proteins, 67 biomarkers were identified by statistical approach.This work is a promising starting point for further investigations on the biological role of lysine succinylation, and others PTMs, in P. aeruginosa.