Les rétrovirus murins peuvent causer une grande incidence de leucémies par le processus de mutagenèse insertionelle. L'intégration d'un rétrovirus au niveau du même locus dans plus d'une tumeur définit un site commun d'intégration (CIS). L'identification des nouveaux sites communs d'intégration rétrovirale s'avère un outil important pour identifier de nouveaux gènes pouvant être impliqués dans l'apparition primaire du cancer chez l'être humain. Nous avons adapté une nouvelle technique pour isoler rapidement des sites d'intégration rétrovirale. Cette technique, appelée PCR-splinkerette, permet de mettre en évidence un grand nombre de ces sites et de trouver des nouveaux gènes impliqués dans les leucémies murines causées par le rétrovirus Graffi 1.4. En utilisant cette méthode, il nous a été possible de situer plusieurs intégrations du rétrovirus dans le génome de la souris et de repérer les gènes à proximité de l'intégration, à l'aide de banques de données (ENSEMBL). Nous avons cloné et analysé les séquences de 63 sites d'intégration rétrovirale (RISs) à partir de 12 tumeurs composées par des lymphomes de cellules T, B, myéloïdes, érythrocytaires et mégacaryocytaires, induits par Graffi 1.4. Les gènes Notch1, Ras Grp1, Myc, Ptpn6, Gse1, Lmo2 et Evi1 et Prdm16 dont le rôle est déjà connu dans le cancer, ont été trouvés à proximité de ces sites. Trois régions susceptibles de posséder plus d'une intégration dans le même locus, ont été identifiées sur les chromosomes 17D, 14B, 4E1. Plusieurs gènes trouvés autour de ces régions n'ont pas été rapportés comme étant des oncogènes connus. Une analyse plus profonde de ces sites et des gènes dont l'expression est modifiée dans ces tumeurs permettrait de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans le développement du cancer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Rétrovirus, Rétrovirus Graffi 1.4, Leucémie, Mutagenèse insertionelle, Réaction en chaîne de la polymérase, Splinkerette, Oncogènes, Gènes suppresseurs de tumeurs.

Actinobacillus pleuropneumoniae (App) est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine, une infection pulmonaire contagieuse chez les porcs. Parmi les nombreux mécanismes de virulence retrouvés chez les bactéries, la formation de biofilms joue souvent un rôle important dans la pathogenèse. Il a été récemment démontré qu’App avait la capacité de former des biofilms in vitro. Dans notre laboratoire, la formation de biofilms par App a été évaluée en microplaques dans différents milieux de culture. Nous avons démontré que la souche de référence de sérotype 1 est capable de former des biofilms. Le but de ce travail est d’identifier des gènes impliqués dans la biosynthèse et dans la régulation de l’expression des biofilms chez App. L’objectif de cette étude était de générer une banque de mutants d’App 4074NalR à l’aide du transposon mini-Tn10. Cette banque de 1200 mutants a été criblée à l’aide du modèle in vitro de formation de biofilms en microplaques et en tubes : 24 mutants démontrant une formation de biofilms modifiée par rapport à la souche mère App 4074NalR ont été sélectionnés et identifiés, nous permettant ainsi de localiser le site d’insertion du transposon. Une analyse a permis d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans la biosynthèse et dans la régulation de l’expression des biofilms chez App. Notre criblage a permis d’identifier 16 gènes connus impliqués dans la formation de biofilms chez App (hns) ou chez d’autres pathogènes (potD2, ptsI, tig and rpmF) mais également de nouveaux gènes impliqués dans la formation de biofilm (APL_0049, APL_0637 and APL_1572). Une caractérisation plus poussée de ces gènes nous permettra d’améliorer la compréhension des mécanismes impliqués dans la formation de biofilm chez App. / A. pleuropneumoniae (App) is the causative agent of porcine pleuropneumonia, a contagious pulmonary infection in swine. Among the numerous virulence mechanisms found in bacteria, the formation of biofilms often plays an important role in pathogenesis. It has been recently demonstrated that App has the ability to form biofilms in vitro. In our laboratory, the formation of biofilms by App has been evaluated in microplates under different growth conditions. We showed that the reference strain of serotype 1 is capable of forming biofilms when cultured in a specific growth medium. The objective of this work is to identifiy genes implicated in the biosynthesis and regulation of biofilm formation in App. The objective of this study was to generate a mutant library of App using the mini-Tn10 transposon. A total of 1200 mutants has been screened with the help of in vitro models for biofilm formation which use microtiter plates or test tubes; 24 mutants exhibited modified biofilm formation when compared to the parental strain 4074NalR. The selection and identification of these mutants allowed the identification of the insertion site of the transposon. Analysis revealed novel genes implicated in biosynthesis and regulation of the biofilm formation in App. Our screen allowed the identification of genes already associated in biofilm formation of App (hns) or other pathogens (potD2, ptsI, tig and rpmF). Genes (APL_0049, APL_0637 and APL_1573) that have not yet been associated with biofilm formation were also identified. Further characterization of the genes mentioned above would permit a greater understanding of the mechanisms implicated in biofilm formation of App.

La neuroglobine humaine (Ngb) est une globine découverte en 2000 dont la fonction principale demeure encore inconnue. Par comparaison avec l’hémoglobine (Hb) et la myoglobine (Mb), les globines les plus étudiées, la Ngb possède une séquence en acides aminés particulière. Il en résulte des caractéristiques structurales propres à la Ngb. L’hème, qui constitue le site actif de la Ngb, est hexacoordiné par l’histidine distale 64 et existe sous deux formes isomères A et B. La Ngb comprend également un pont disulfure Cys46-Cys55 intramoléculaire.La relation entre ces spécificités et d’éventuelles fonctions de la Ngb demeure cependant assez mal explorée. Notre objectif durant la thèse, était de mettre en évidence in vitro l’influence de différents éléments structuraux sur les propriétés et la réactivité de la Ngb. Pour ce faire, les mutations H64V, F106L, A90P et C46G ont été réalisées. Des études expérimentales à l’aide de spectrophotométrie UV-visible, de dichroisme circulaire et de RMN, ont été effectuées pour caractériser les mutants synthétisés, tester leur stabilité en fonction du pH et évaluer leur réactivité vis-à-vis de la fixation du ligand CN.Nous avons ainsi montré que la structure de la Ngb était influencée par la présence de l’histidine distale, du pont disulfure et de l’environnement de l’hème. L’étude, pour la première fois, des coefficients d’extinction molaire des protéines mutées a permis de souligner l’impact des acides aminés au voisinage de l’hème mais aussi du pont disulfure sur l’environnement électronique de l’hème. Nous avons aussi mis en évidence que le pont disulfure et les acides aminés mutés influaient sur la capacité de la forme isomère A de la Ngb à fixer le cyanure. La forme isomère B est en revanche peu impactée par ces deux paramètres. Cela soulève la question de l’existence et de la fonction des deux formes isomères de l’hème in vivo. / The physiological function of Human Neuroglobin (Ngb), discovered in 2000, is still unknown. Compared to other classical globins Haemoglobin and Myoglobin, Ngb has some structural specificities. Its haem, which is its reactive centre, is hexacoordinated by distal histidine 64 and exists under two isomer forms A and B. Moreover, Ngb possesses an intramolecular disulfide bridge between two cysteines 46 and 55.The relationship between its structural characteristics and its functions in vivo does not remain well-understood. The goal of this thesis was to underline the impact of some structural features on the Ngb properties and reactivity in vitro. Thus Ngb variants H64V, F106L, A90P and C46G were produced. Experimental studies were performed by UV-Visible spectrophotometry, circular dichroism and NMR. Variants were characterized : their stability as a function of pH were tested and their reactivity trough the CN binding reaction were evaluated.We have shown that the Ngb structure was strongly dependant on the presence of the distal histidine, the disulfide bridge and the haem environment. The first and unique determination of variants’ molar absorption coefficients underlined the influence of the haem vicinity and disulfide bridge on the electronic haem environment. We have brought some evidence that the disulfide bridge and the mutated amino acids have an impact on the isomer A Ngb ability to bind the cyanide whereas isomer B is poorly affected by those two parameters. This phenomenon raises the issue of the existence and function of the two isomer forms in vivo.

TET2 et P53, deux suppresseurs de tumeurs, jouent un rôle important dans l’homéostasie des cellules souches hématopoïétiques et sont trouvés mutés dans les hémopathies malignes. Ils sont aussi impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et les mécanismes de réparation des dommages de l’ADN, notamment la voie de réparation par excision de base (BER). Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que la surexpression de TET2 et l’augmentation consécutive des 5hmC, ralentit la progression du cycle cellulaire et la transition G1/S et induit une instabilité centrosomique associée à une instabilité chromosomique dans un modèle cellulaire Ba/F3. De plus, la surexpression de TET2 induit l’augmentation de la mutagenèse particulièrement des transitions C->T dans les sites CpG dans un contexte déficient en thymidine DNA glycosylase (TDG), une protéine initiatrice du BER. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons montré que l’activation de P53, par des antagonistes de MDM2, a un effet délétère sur tous les progéniteurs hématopoïétiques. Ces antagonistes induisent aussi une cytotoxicité non seulement dans les stades précoces de la mégacaryopoïèse mais surtout dans les stades tardifs. Cette cytotoxicité n’est pas réversible, contrairement à ce qui est observé en clinique, et ne peut pas être restaurée par des doses croissantes de thrombopoïétine. Au total, TET2 et P53 doivent être strictement régulés pour assurer l’homéostasie et la stabilité génétique des cellules hématopoïétiques. / Two tumor suppresors, TET2 and P53, play an important role in the homeostasis of hematopoietic stem cells and have been found mutated in hematological malignancies. They are also involved in cell cycle control and DNA repair mechanisms, including the base excision repair pathway (BER). In the first part of this work, we showed that TET2 overexpression and the consequent increase of 5hmC, inhibit cell cycle progression particularly G1/S transition and induces centrosome instability associated with chromosomal instability in Ba/F3 cellular model. In addition, overexpression of TET2 induces increased mutagenesis particularly transitions C->T at CpG sites in a context deficient in thymidine DNA glycosylase (TDG), a protein initiating BER. In the second part of this work, we have shown that p53 activation by MDM2 antagonists has deleterious effect on all haematopoietic progenitors. These antagonists also induce cytotoxicity not only in the early stages of megakaryopoiesis but also mainly in the late stages. This cytotoxicity is not reversible, in contrast to what is observed in clinic, and can not be restored by increasing doses thrombopoietin. To conclude, TET2 and P53 must be strictly controlled to ensure homeostasis and genetic stability of the hematopoietic cells.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les Penicillin-Binding Proteins (PBP) sont des enzymes intervenant dans les étapes finales de la synthèse de la paroi bactérienne et sont les cibles des antibiotiques de la famille des β-lactamines. Dans les souches cliniques de Streptococcus pneumoniae résistantes aux β-lactamines, les PBPs ont de nombreuses mutations qui ont pour effet une diminution d'affinité de ces enzymes pour les antibiotiques. Il y a en moyenne 40 substitutions dans le domaine transpeptidase des deux acteurs majeurs de la résistance PBP2x et PBP1a.<br />Des études précédentes ont décrit le rôle de quatre mutations de PBP2x et de trois de PBP1a, mais celles-ci ne sont responsables que d'une partie de la résistance. Il n'y a très probablement qu'un nombre restreint de mutations responsables de la perte d'affinité des PBPs pour les β-lactamines ayant pour conséquence une augmentation du niveau de résistance.<br />Pour identifier toutes les mutations impliquées, une série de protocoles automatisés permettant de faire de la mutagénèse dirigée, de l'expression, de la purification et de la caractérisation fonctionnelle d'enzymes en utilisant des robots de types manipulateurs de liquides ont été développés. L'application de cette méthode nous a permis de réaliser une caractérisation exhaustive de plus de 40 mutations de PBP2x de la souche clinique<br />résistante 5204. Cette étude a abouti à l'identification de toutes les substitutions clés ainsi qu'à l'élucidation d'un nouveau mécanisme moléculaire de baisse d'affinité de PBP2x pour les β-lactamines. De plus, une étude fonctionnelle et phénotypique de la résistance impliquant PBP1a a été réalisée.<br />Ce travail apporte une vue globale des mécanismes moléculaires de la résistance de S. pneumoniae aux β-<br />lactamines impliquant les PBPs en utilisant une méthode exhaustive originale.

Les connexions neuronales du système visuel forment des synapses spatialement distribuées en couches discrètes. Comprendre la base du ciblage spécifique axonale est critique pour déchiffrer la formation des réseaux neuronaux complexes. Dans une première étude, nous avons investigué le rôle de la protéine de la matrice extracellulaire Reelin dans la formation in vivo du circuit rétinotectal chez le poisson zèbre. Ce circuit se compose de cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) transmettant l’information visuelle au cerveau via la projection de leur axone dans les différentes couches du tectum optique. Nous avons démontré que la Reelin secrétée par de neurones inhibiteurs localisés dans les couches supérieures du tectum optique forme un gradient. L’induction de mutations délétères dans la voie de signalisation canonicale de la Reelin à l’aide d’outils génétiques a conduit à des défauts de ciblage des axones de CGRs. Nos résultats démontrent un nouveau rôle de la Reelin lors du développement du système visuel et la décrivent comme signature moléculaire nécessaire au ciblage et au positionnement précis des axones de CGRs.Dans une seconde étude, nous avons utilisé la technique CRISPR/Cas9 pour développer une nouvelle approche de mutagénèse conditionnelle chez le poisson zèbre. Nos résultats démontrent que la perturbation de gènes dans des tissues spécifiques peut être effectué par l’induction de l’expression de la protéine Cas9 via le système Gal4/UAS. Nous avons établis un outil pour induire l’apparition de mutations délétères dans des clones de cellules mais aussi dans des cellules individuelles, tous pouvant être suivit distinctement grâce à un marquage génétique. / Neuronal connections in the visual system are arranged in synaptic laminae. Understanding the basis of lamina-specific axonal targeting is critical to gain deeper insights on how complex neural networks form. In a first study we investigated the role of the ECM protein Reelin during zebrafish retinotectal circuit formation in vivo. Here retinal ganglion cells (RGCs) convey the visual information to the brain by projecting their axons to different layers of the optic tectum. We demonstrated that Reelin secreted by a specific class of tectal superficial inhibitory neurons is spatially distributed in a superficial-to-deep gradient within the tectal neuropil. Induced gene disruption for all the components of the canonical Reelin pathway expressed in the retinotectal system resulted in aberrant layering of RGC axons suggesting a role for Reelin pathway in axonal sublaminar segregation. Altogether our findings elucidate a new role for Reelin in vertebrate visual system development, during which it acts as molecular cue by imparting positional information for ingrowing RGCs.In a second study we took advantage of the CRISPR/Cas9 technology to develop a novel approach for conditional mutagenesis in zebrafish. Our results provide evidence that tissue-specific gene disruption can be achieved by driving Cas9 expression with the Gal4/UAS system. We established a tool to induce loss-of-function mutations in cell clones or single cells that can be followed by genetic labeling, enabling their phenotypic analysis. Our technique has the potential to be applied to a wide-range of model organisms, allowing systematic mutagenesis and labeling on a genome-wide scale.

Le cancer de l’ovaire est la première cause de décès par cancer gynécologique chez la femme. La survie globale à 5 ans est inférieur à 40% due à un diagnostique tardif et une haute fréquence des récidives malgré une chimiosensibilité initiale. Les caractéristiques cliniques et anatomopathologiques ne prédisent pas de façon précise le pronostic des patients et il est urgent de trouver de nouvelles cibles moléculaires. Ces dernières années plusieurs nouvelles stratégies ont émergé. De nombreux consortium ont analysé de façon exhaustive le génome des cancers ovariens établissant ainsi une carte d ‘identité précise des cancers avancés. Par ailleurs plusieurs groupes ont montré le rôle primordial du stroma tumoral dans la progression des tumeurs ovariens.Dans ce travail de thèse nous avons d’abord mis en place un modèle de culture tridimensionnel des cancers de l’ovaire en utilisant la membrane amniotique comme substitut au péritoine. Nous avons pu ainsi quantifier les premières étapes de l’invasion tumorale et montrer le rôle primordial des MSCs via la sécrétion de l’Interleukin IL6. Notre deuxième travail a consisté en une analyse des données de génomiques du TCGA. Nous avons utilisé les concepts de Background mutation rate et mis en place un système de mutagenèse in silico avec des boucles de réitération (Bootstrap). Cette stratégie nous a permis d’obtenir une liste des gènes qui auraient du être retrouvé muté. En posant l ‘hypothèse que les gènes protégés des mutations étaient primordiales au développement tumoral nous avons mis en place une plateforme de screening basé sur l’inhibition par siRNA pour démontrer la validité de notre stratégie. Ainsi nous avons pu montrer le rôle primordial de gène dont la fonction n’était pas décrite dans le cancer de l’ovaire (ANKLE2, MAB1-Beta).Au total utilisant deux stratégies différentes de recherche nous avons pu mettre ne évidence le rôle d’IL6 dans l’invasion initiale du péritoine par les cellules tumorales ovariennes et déterminer le rôle de gènes non muté dans la progression tumorale / Ovarian cancer causes more deaths in the United States than any other type of female reproductive tract cancer, with an estimated 21,980 new cases and 14,270 deaths in 2014. Approximately 70% of ovarian cancers are diagnosed at advanced stage and only 30% of women with such cancers can expect to survive 5 years. This low survival rate is due to the frequent diagnosis of epithelial ovarian cancer at an advanced stage, and to intrinsic and acquired resistance to platinum-based chemotherapy. Clinical and pathological classification methods, including tumor grade and the extent of surgical debulking, still fail to fully predict disease progression and patient outcome. Clinical profile of initial response to chemotherapy in the majority of patients followed by recurrence in high proportion of patients suggests the presence of a subpopulation of cells that survives and leads to chemoresistance. Only by treating this subpopulation we can achieve durable response rates.Genomic instability is a hallmark of malignant tumors, causing disturbed integrity of the genome, numerical alterations, and structural changes. For various cancer types greater genomic instability has been associated with poor prognosis, suggesting that genomic instability may confer growth advantage of cancer cells. With the recent development of next-generation sequencing (NGS) technology, the Cancer Genome Atlas (TCGA) researchers have identified molecular abnormalities related to the pathophysiology, clinical outcome, and potential therapeutic targets in high-grade serous ovarian cancer (HGSC). The TCGA study provides a large-scale integrative view of the aberration in HGSC with extensive heterogeneity between individual tumorsOur research protocols enabled us to combine computational biology approach and gene knock down in the first part to identify genes that play an important role in ovarian cancer biology. we carried out in silico mutagenesis of the human genome corresponding to the regions sequenced by publically available ovarian cancer sequencing data from the TCGA. We compared the simulated mutations to the observed mutations in the TCGA cohort. We found genes that were observed to be mutated less than expected from the simulation data.Our approach allowed us to identify therefore a set of genes that we think are selected and remain unmutated for their potential role in tumor progression. Silencing of un-mutated genes impacted growth, morphology, migration, invasion and chemotherapeutic. This is the first study depicting that inhibition of a specific non-mutated gene by its single targeting siRNA can be utilized to obtain improved therapeutic efficiency.

Le canal calcique de type L, Cav1.2, joue un rôle clé dans le couplage excitation-contraction des myocytes ventriculaires. Il a été montré que la sous-unité Cavα1 était sujette à l’épissage alternatif et que ce phénomène pouvait mener à une protéine tronquée en C-terminal au niveau de l’exon 45 (Liao, Yong et al. 2005). D’autres groupes ont étudié différentes délétions au niveau de l’extrémité C-terminale (De Jongh, Warner et al. 1991; Gao, Cuadra et al. 2001). Les courants mesurés dans la configuration cellule entière, était significativement plus grands que le canal « pleine longueur ». Nous avons décidé de tester certaines de ces délétions (ΔC2030, ΔC1935, ΔC1856, ΔC1733, ΔC1700) en présence ou en absence de la sous-unité auxiliaire Cavβ3, susceptible d’interagir avec l’extrémité C-terminale de la sous-unité Cavα1 par l’intermédiaire de son domaine SH3 (Lao, Kobrinsky et al. 2008). Les résultats obtenus dans les ovocytes de Xénope ont mis en évidence que les sous-unités Cavα1.2 tronquées montraient des courants globaux plus élevés que le canal « pleine longueur » en présence de la sous-unité auxiliaire Cavβ3 et que les sous-unités Cavα1.2 tronquées donnaient des courants en absence de la sous-unité Cavβ3 contrairement à la sous-unité Cavα1.2 « pleine longueur ». Afin de vérifier si l’augmentation des courants macroscopiques était le résultat d’une augmentation du nombre de sous-unités Cavα1.2 à la membrane, nous avons choisi de quantifier la fluorescence spécifiquement due à cette sous-unité en utilisant la méthode de cytométrie de flux (FACS : « Fluorescence Activated Cell Sorting »). L’épitope HA a été inséré dans une région extracellulaire de la sous-unité Cavα1 du canal calcique Cav1.2 et un anticorps anti-HA couplé au FITC (« Fluorescein IsoThioCyanate ») a été utilisé pour observer la fluorescence. Nos résultats confirment que la sous-unité Cavα1-HA du canal calcique Cav1.2, s’exprime à la membrane plasmique en présence de la sous-unité auxiliaire Cavβ3, et qu’en absence de celle-ci, ne s’exprime que peu ou pas à la membrane. Les mêmes résultats ont été obtenus pour les trois délétions testées dans les mêmes conditions soit Cavα1.2-HA ΔC1935, Cavα1.2-HA ΔC1856 et Cavα1.2-HA ΔC1733. Ensemble, ces résultats suggèrent que l’augmentation des courants macroscopiques observés après une délétion partielle du C-terminal n’est pas causée par une augmentation du nombre de protéines Cavα1.2 à la membrane. / The L-type calcium channel, Cav1.2, plays an important role in the excitation-contraction coupling of the ventricular myocytes. It has been shown that the alternative splicing of Cavα1.2 subunit could lead to a truncated protein in the C-terminus at exon 45 (Liao, Yong et al. 2005). Many groups have studied deletions in the C-terminus (De Jongh, Warner et al. 1991; Gao, Cuadra et al. 2001). The currents, measured in the whole cell configuration, were significantly higher with the full-length channel. We chose to test some of these deletions (ΔC2030, ΔC1935, ΔC1856, ΔC1733, ΔC1700) in the presence or absence of the Cavβ3 auxiliary subunit which is likely to interact with the C-terminus of the Cavα1.2 subunit through its SH3 domain (Lao, Kobrinsky et al. 2008). The truncated Cavα1.2 subunit, expressed in Xenopus Oocytes, showed macroscopic currents that were greater than those of the full length channel in presence of the Cavβ3 subunit. In addition, the truncated Cavα1.2 subunits displayed currents in the absence of the Cavβ3 subunit in contrast with the Cavα1.2 full length subunit. To investigate whether the larger macroscopic currents resulted in an increase in the number of Cavα1.2 subunits at the plasma membrane, we chose the FACS (« Fluorescence Activated Cell Sorting ») method. An HA-tag was inserted in an extracellular region of the Cavα1.2 subunit and a FITC (« Fluorescein IsoThioCyanate ») coupled anti-HA antibody was used to measure fluorescence. Our results showed that the Cavα1.2-HA subunit of L- type channel is expressed at the plasma membrane in the presence of the Cavβ3 subunit whereas the Cavα1.2-HA subunit is slightly or not expressed at the plasma membrane in its absence. The same results were obtained for the three C-terminal deletions tested under the same conditions (CaVα1.2-HA ΔC1935, CaVα1.2-HA ΔC1856 and CaVα1.2-HA ΔC1733). Taken together, these results suggest that the increased macroscopic currents observed after a partial deletion of the C-terminus is not caused by an increased number of Cavα1.2 proteins expressed at the plasma membrane. Keywords:

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