Dotés d’une position stratégique à la surface des cellules et au sein des matrices extracellulaires, les PGs à héparane-sulfates (HS) jouent un rôle essentiel dans de multiples processus physiopathologiques en régulant l’activité de nombreux médiateurs solubles. Les voies de biosynthèse des glycosaminoglycanes (GAGs) nécessitent l’action coordonnée de glycosyltransférases (GTs) et sulfotransférases (STs). Bien que celles-ci soient en partie caractérisées, leurs mécanismes de régulation restent mal connus. Dans la première partie de notre travail, nous avons réalisé une étude structure-fonction de la ß1,4-galactosyltransférase 7 (ß4GalT7) qui catalyse une étape clé de l’initiation des chaînes de GAG. Nous avons identifié deux motifs D163VD165 et 221FWGWGREDDE230 strictement conservés au sein des ß4GalTs. Une approche in vitro combinée à la mesure du taux de biosynthèse des PGs par incorporation de 35S ex vivo, a permis d’évaluer l’impact des mutations conservative et non conservative sur les propriétés cinétiques et fonctionnelles de la ß4GalT7. Nous avons ainsi pu cerner les résidus clés impliqués dans la reconnaissance des substrats donneur (UDP-galactose)/Mn2+, accepteur et la catalyse enzymatique. Dans un second temps, afin d’explorer les mécanismes de régulation des voies de biosynthèse, nous avons examiné les régions situées en 5’ des gènes codant les GTs et STs et mis en évidence une méthylation aberrante touchant en particulier la famille des 3-OSTs, dans les cellules de chondrosarcome humain H-EMC-SS (HEMC). Cette hyperméthylation provoque une diminution d’expression de ces transcrits conduisant à une altération des chaînes de HS, restaurée par le traitement des cellules par un agent déméthylant, la 5-aza-2’déoxycytidine. Ce traitement ainsi que la surexpression des 3-OSTs par transfert de gène produit un ralentissement de la prolifération et motilité cellulaires et une augmentation de capacité d’adhésion des cellules. Ces résultats soulignent l’importance de l’altération des chaînes de HS cellulaires dans le caractère invasif des HEMC et suggèrent que la 3-O-sulfatation est un facteur contribuant à ce processus. Nous avons montré pour la première fois que les gènes codant les ST à HS sont régulés par un mécanisme épigénétique dans les cellules HEMC. Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension des pathologies articulaires d’origine cancéreuse et permettent d’envisager des stratégies thérapeutiques ciblant la méthylation de l’ADN. / Located at the cell-tissue-organ interface, heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) facilitate ligand-receptor interactions crucial to many physiopathological processes. The synthesis of glycosaminoglycans (GAGs) requires the coordinated action of an array of glycosyltransferases (GTs) and sulfotransferases (STs). Although the biosynthetic scheme of HSPGs has been outlined, little is known about the regulation of this complex process. In the first part of our work, we performed structure-function studies of the human ß1,4-galactosyltransferase 7 (ß4GalT7) which catalyses a key step of the initiation of GAG synthesis and identified two conserved domains D163VD165 and 221FWGWGREDDE230 in the ß4GalT family. In vitro studies combined to ex vivo analysis of PG synthesis by 35S incorporation allowed us to determine the impact of site-directed mutations on the catalytic and functional properties of ß4GalT7. We identified key residues for donor UDP-galactose/Mn2+ and acceptor substrate binding, and catalysis. Secondarily, to investigate more in depth the mechanisms involved in the regulation of PG biosynthetic pathway, we inspected the 5’ region of the genes coding for GT and ST enzymes and identified the presence of typical CpG islands with the most striking hypermethylation pattern for the 3-OST gene subfamily in the chondrosarcoma cell line H-EMC-SS (HEMC). Aberrant methylation was associated with downregulation of these genes and altered HS-GAG chains, as demonstrated both at biochemical and cellular levels. Treatment of cells with an inhibitor of DNA methyltransferases (5-aza-2’deoxycytidine) or reintroduction of 3-OST cDNA expression into HEMC cells resulted in a decrease in the proliferative and migration capacities of HEMC cells, and augmented adhesion ability of the cells. These findings underline the significance of HS alterations in the invasive phenotype of HEMC and identify 3-O-sulfation as a contributing factor to this process. We show for the first time that a specific set of HS-O-sulfotransferases is regulated via an epigenetic mechanism in HEMC cells, may be of particular relevance in understanding the process of cartilage tumor pathogenesis, towards the development of therapies targeting DNA methylation.

Globalement réprimés à la méiose (MSCI), les chromosomes sexuels sont partiellement réactivés dans les spermatides rondes avant l’arrêt général de la transcription dans les spermatozoïdes. Alors qu’il est clairement démontré que le MSCI est essentiel pour la poursuite de la spermatogenèse, la proportion de gènes réactivés ainsi que le mécanisme de régulation des chromosomes sexuels après la méiose demeurent un sujet de recherche et de débats. Chez la souris, la délétion du bras long du chromosome Y (MSYq) provoque la surexpression de plusieurs centaines de gènes, dont la majorité est portée par les chromosomes sexuels, associée à des modifications de la chromatine; ceci aboutit à la production de spermatozoïdes malformés et non-fécondants, présentant notamment une compaction anormale de leur chromatine. Sly est un des cinq gènes multicopies du MSYq et l’abolition de son expression chez la souris (souris Sly-KD) a récemment démontré qu’il est à la base de la dérégulation épigénétique des chromosomes sexuels et des problèmes de compaction de la chromatine des mâles MSYq-. De plus, les mâles avec délétion partielle de MSYq ainsi que les mâles Sly-KD produisent une descendance avec un excès de femelles, ce qui suggère l’existence d’un conflit intragénomique avec Slx, un gène multicopie homologue de Sly et porté par le chromosome X. Quel rôle pour SLY pendant la spermiogenèse ? Afin de répondre à cette question nous avons étudié les gènes cibles et les partenaires de SLY. Nous avons montré que SLY interagit avec TBL1XR1, membre inhérent au complexe répressif Ncor. De plus, localisée au niveau des promoteurs de gènes exprimés dans les spermatides et liés aux chromosomes sexuels et autosomaux, SLY contrôle des gènes impliqués dans la régulation génique et chromatinienne (e.g, variants H2A et DOT1L). Nous avons également détecté une baisse significative de la marque H3K79me2 accompagnée d’une rétention anormale des histones dans les spermatozoïdes des souris Sly-KD et proposons que DOT1L, la seule H3K79 méthyltransférase identifiée à ce jour, est essentielle au remodelage de la chromatine. Quels sont les mécanismes moléculaires du conflit intragénomique entre SLY et SLX ? Des expériences de co-immunoprécipitations ont démontré que SSTY, codée comme SLY par un gène multicopies du MSYq, interagit préférentiellement avec SLX in vivo. En outre, SLX et SLY sont capables toutes deux d’interagir avec SPIN1, homologue de SSTY et capable de se lier à H3K4me3. Ces différentes interactions entre SLX/SLY et SPIN1/SSTY pourraient participer au conflit intragénomique. Par la réévaluation de plusieurs jeux de données (RNA-Seq et ChIP-Seq) nous avons démontré que la répression des chromosomes sexuels ne persiste pas au-delà de la méiose et que le conflit intragénomique entre SLY et SLX représente une pression de sélection considérable, en partie responsable du paysage épigénétique spécifique des chromosomes sexuels et de leur enrichissement en gènes multicopies exprimés après la méiose. En conclusion, nos travaux ont permis de caractériser le mode d’action de SLX/SLY et d’identifier de nouveaux facteurs impliqués dans la régulation (épi)génétique pendant la spermiogenèse qui sont conservés chez l’homme. / Sex chromosomes in mammals are globally repressed during meiosis (MSCI ) and then partially reactivated in round spermatids prior to the transcriptional activity shut down occurring in spermatozoa. Whereas the MSCI is essential for spermatogenesis, the proportion of reactivated genes and the underlying mechanisms of the sex chromosomes regulation after meiosis is still a conundrum. In mice, deletions of the long arm of the Y chromosome (MSYq-) are responsible for the overexpression of more than hundred sex chromosome genes associated with epigenetic modifications that leads to impaired sperm functions and abnormal chromatin compaction. Sly is one of the five multicopy genes present on MSYq and Sly deficiency (Sly-KD) has recently been showed to be at the basis of the gene deregulation and sperm defects obrserved in MSYq- mice. Additionally, partially deleted MSYq males and Sly-KD mice produce offspring with a sex ratio distortion in favor of females; these observations suggest a postmeiotic intragenomic conflict involving Sly and its homolog Slx, an X-linked multicopy gene. What role for SLY during spermiogenesis? In order to decipher SLY mechanisms of action, we sought to study SLY target genes and partners. We showed that SLY interacts with TBL1XR1, an inherent member of the repressive Ncor complex. Meanwhile, we found that SLY is enriched at the promoter of spermatid expressed genes encoded both by sex chromosomes and autosomes. Additionally, SLY controls genes involved in genetic and chromatin regulation (e.g, H2A variants and DOT1L). We also observed a significant reduction of H3K79me2 levels associated with abnormal histone retention in Sly-KD spermatozoa. We propose that DOT1L, the principal H3K79 methyltransferase identified to date, is essential for chromatin remodeling in spermatids. What are the molecular mechanisms involved in the ongoing intragenomic conflict between SLY and SLX? We showed by co-immunoprecipitation that SSTY, another Y-linked multicopy gene, preferentially interacts with SLX in vivo. Furthermore, both SLX and SLY interact with SPIN1, a homolog of SSTY which is able to recognize H3K4me3. The interactions between SLX/SLY and SPIN1/SSTY could be part of the intragenomic conflict. By re-evaluating several RNA-Seq and ChIP-Seq datasets we demonstrated that MSCI does not persist beyond meiosis. We proposed that the intragenomic conflict between SLY and SLX constitutes a considerable selection pressure, partly responsible for the specific epigenetic landscape of sex chromosomes and their enrichment in multicopy genes expressed after meiosis. In conclusion, our work allowed a better understanding of the mode of action of SLX/SLY and the identification of new factors involved in the (epi)genetic regulation during spermiogenesis that are conserved in humans.

La télomérase est présente dans un nombre limité de cellules, telles que la plupart des cellules cancéreuses où son activité est indispensable pour l’immortalisation de ces dernières. C’est pourquoi cette enzyme a été proposée comme cible prometteuse pour des thérapies anticancéreuses. Ainsi, il est d’un intérêt certain d’identifier les mécanismes par lesquels elle est régulée, notamment via sa sous-unité catalytique, hTERT. Les rétinoïdes sont des inducteurs bien connus de la maturation granulocytaire associée à une répression de hTERT dans les blastes de leucémie aiguë promyélocytaire (LAP). Dans une lignée cellulaire LAP résistant à la maturation induite par les rétinoïdes (NB4-LR1), a précédemment été identifiée une nouvelle voie de répression transcriptionnelle de hTERT en absence de différenciation. De plus, mon laboratoire d’accueil a isolé un variant de la lignée NB4-LR1 résistant à cette répression transcriptionnelle de hTERT, la lignée NB4-LR1SFD. Ensemble, ces lignées cellulaires, qui se comportent différemment face à un traitement à l’ATRA, fournissent un outil unique et puissant pour obtenir plus d’informations sur plusieurs problèmes de la régulation de la biologie moléculaire de la télomérase. Dans cette étude, en utilisant plusieurs approches complémentaires (immunoprécipitation de la chromatine combinée à une technique d’analyse à haut débit du positionnement des nucléosomes et de la méthylation de l’ADN et une approche de FISH), j’ai pu obtenir une vue intégrée des événements épigénétiques qui promeuvent la transition du promoteur de hTERT d’un état silencieux à un état actif et inversement. Cette information sera cruciale pour le développement de stratégies anticancéreuses ciblant l’expression de hTERT. / Telomerase is present in a limited number of cells, most of them cancerous where its activity is crucial for their immortalisation. Thus, that enzyme has been proposed as a promising target for anticancer therapies. Therefore, it is of great interest to identify the mechanisms by which it is regulated, notably through its catalytic subunit hTERT. Retinoids are well-known inducers of granulocytic maturation associated with hTERT repression in acute promyelocytic leukemia (APL) blasts. However, in NB4-LR1, a maturation-resistant APL cell line, was previously identified a new pathway of retinoid-induced hTERT transcriptional repression independent of differentiation. Furthermore, my host lab reported the isolation of a variant of NB4-LR1 cells resistant to this repression: NB4-LR1SFD. These two cell lines, which behave distinctly in response to ATRA treatment, provide a unique and interesting tool to gain further insights into the molecular biology of telomerase regulation. In this thesis project, using several complementary approaches (chromatin immunoprecipitation combined to a high-resolution, single-molecule nucleosome positioning assay and DNA methylation, and a FISH approach) allowed me to shed more light on the integrated epigenetic events that lead to hTERT promoter transition from its silent to its active state and vice versa. The information obtained could be crucial for the development of anticancer strategies targeting hTERT expression.

Les longs ARN non codants (lncRNAs) sont définis comme des transcrits de plus de 200nt et n'ayant pas de potentiel codant. Des études récentes ont démontré que les lncRNAs pouvaient être impliqués dans la régulation de la transcription, de la traduction, de la différenciation cellulaire, de l'expression génique, du cycle cellulaire et des modifications de la chromatine. De plus, il a été montré un impact fonctionnel de certains lncRNAs dans le processus de cancérogenèse mais nos connaissances actuelles sur ces molécules dans le cancer, et plus particulièrement dans la leucémie, restent extrêmement limitées. Au cours de cette étude, nous avons analysé l'expression des lncRNAs par RNA-sequencing sur 40 patients atteints de leucémie aiguë myéloblastique (LAM) à caryotype normal. Parmi les 11065 lncRNAs exprimés dans nos échantillons, nous avons identifié une signature de lncRNAs associée à la mutation de NPM1. Afin de mettre en évidence les fonctions putatives des lncRNAs sélectionnés, nous avons utilisé un algorithme de prédiction d'interaction protéine/ARN. De manière intéressante, plus de la moitié des lncRNAs présentent des sites d'interactions potentiels à SUZ12, une sous unité du complexe PRC2 (Polycomb repressive complex 2), connu pour être recruté par des lncRNAs pour la régulation épigénétique de gènes cibles. Par RNA immunoprécipitation (RIP) de SUZ12, nous avons pu démontrer que le lncRNA XLOC_087120 interagissait avec SUZ12. De plus, son expression est anti-corrélée avec celle des gènes voisins codants des histones, suggérant un rôle dans la régulation négative des histones par ce lncRNA. L'impact de la dérégulation de XLOC_087120 sur les histones a été confirmé par des expériences de surexpression et d'inhibition de ce lncRNA dans des lignées de LAM. De plus, même si la mutation NPM1 ne semble pas affecter directement l'expression de ce lncRNA, des expériences d'infection de la forme mutée de NPM1 dans une lignée LAM ont montré que NPM1 pourrait réguler la localisation nucléaire/cytoplasmique de XLOC_087120 et moduler sa fonction de répresseur. En conclusion, ces données suggèrent que les lncRNAs sont des facteurs clés dans la pathogenèse des LAMs. / Long noncoding RNAs (lncRNAs) are defined as RNA transcripts that are larger than 200 nt but do not appear to have protein- coding potential. Recent studies have demonstrated that lncRNAs regulate many processes such as transcription, translation, cellular differentiation, gene expression regulation, cell cycle regulation, and chromatin modification. Cumulative evidence points towards an important role of lncRNAs in cancer initiation, development, and progression. However, our overall knowledge of lncRNAs in cancer, including leukemia, remains extremely limited. In this study, we investigated lncRNA expression by RNA-sequencing in 40 acute myeloid leukemia (AML) patients with normal karyotype. Among 11065 lncRNA expressed in our samples, we identified specific lncRNA signature associated with the presence of NPM1 mutation. To go further into the putative function of these lncRNAs, we used catRAPID Omics algorithm to predict potential protein partners. Interestingly, the majority of the selected lncRNAs contains putative SUZ12 binding sites, a PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2) component known to be linked to lncRNAs and to epigenetically regulates target genes. By using SUZ12 RNA Immunoprecipitation, we identify one lncRNA named XLOC_087120 linked to SUZ12. XLOC_087120 is located in a region enriched in histone genes. Pearson correlation showed a significative anti-correlation between XLOC_087120 and histone neighboring coding gene expression suggesting a role of this lncRNA in the regulation of histone genes. The impact on histone genes expression was confirmed by overexpression and inhibition of XLOC_087120 in AML cell lines. Overexpression of NPM1 mutant in an AML cell line showed that NPM1 modulates the nuclear/cytoplasmic localization of XLOC_087120 and consequently its repressive function. Altogether, these data suggest that lncRNAs should be considered as key players in the pathogenesis of acute myeloid leukemias.

Les éléments transposable (ET) sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer au sein des génomes. Pour contrebalancer les effets négatifs liés à l'activité des ET, il existe chez leurs hôtes des mécanismes régulant l'activité de transposition. Une fois qu'un ET est régulé, l'accumulation progressive de mutations dans sa séquence conduit fatalement à la perte définitive de son activité de transposition. J'ai cherché au cours de cette thèse à mieux comprendre le succès et le maintien de ces séquences répétées, avec d'une part l'étude des transferts horizontaux (TH) d'ET, un moyen d'échapper aux mécanismes de régulation , et d'autre part l'étude de leur régulation. Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'étude des TH entre deux espèces proches de drosophiles. Dans cette étude, j'ai développé une nouvelle méthode bioinformatique permettant la détection de séquences transférées horizontalement entre deux génomes eucaryotes qui m'a permis détecter de nombreux TH d'ET. Ce travail m'a aussi conduit à développé une nouvelle méthode de contrôle du taux de faux positifs moyen applicable aux tests multiples unilatéraux. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la régulation des ET par la voie des petits ARN, un mécanisme de l'ARN interférence. Dans cette étude, j'ai analysé des données de séquençage de petits ARN, ainsi que d'ARN totaux issues de différentes populations de D. simulans. Ce travail a conduit au développement d'un pipeline d'analyse permettant d'étudier des différences d'expression entre des séquences répétées ainsi que d'une nouvelle procédure de contrôle qualité de ce type de donnée / Transposable elements (TEs) are repeated DNA sequences that are able to move (transpose) within their host genome. To counteract the negative effects of their TEs, regulation mechanisms of the TE transposition are present in the host genome. Once a TE is regulated, the progressive accumulation of mutations in its sequence will inevitably lead to the definitive loss of its transposition capacity. My work during this thesis is was to better understand the succss and the maintaining of these peculiar repeated sequencest, with the study of horizontal transfers (HTs) of TEs enabling them to escape host regulation mechanisms, and the study of this regulation. The first part of my thesis concerns the study of HTs between two closely related drosophila species. I have developed a new bioinformatic method for the detection of HTs between two eukaryotic genomes. The development of this method brought me to work on the unilateral multiple testing problematic for which I have developed a new procedure to control the expected false discovery rate (FDR). The second part of my thesis focuses on the regulation of TEs by the small RNA pathway, an RNA interference mechanism. For this study, I have analyzed sequencing data of small RNAs and total RNAs. For this work, I have developed an analysis pipeline, to study differences of expression between repeated sequences. Some features of the small RNA dataset required the development of a new procedure to parse them. This procedure was extended and implemented in a software to be used for the quality control of next generation sequencing data

Les peptides antimicrobiens (PAMs) sont des effecteurs de l'immunité innée et exercent leur activité microbicide sur un spectre de microorganismes. Au niveau de l'intestin, leur sécrétion est directement impliquée dans les processus homéostatiques existant entre un hôte et son microbiote. Ces dernières années, plusieurs études ont démontré une corrélation entre le niveau d'expression des PAMs et la susceptibilité des individus à différentes pathologies. Les PAMs peuvent être exprimés constitutivement ou de manière inductible. Dans les deux cas, les mécanismes de régulation (épi)génétique pour contrôler leur expression sont méconnus.Le but de ces travaux de thèse a été d'étudier la composante (épi)génétique des régulations contrôlant l'expression des gènes codant les PAMs. Utilisant un modèle de cellules épithéliales intestinales humaines exposées à des molécules inhibitrices de l'activité d'enzymes modifiant la chromatine, et stimulées par la bactérie Escherichia coli, nous avons identifié l'importance du processus d'acétylation dans l'expression des ces gènes. Nous avons montré que l'inhibition des enzymes de la famille des histones déacétylases augmente significativement le niveau d'induction des gènes antimicrobiens comme la béta-défensine-2, sans impacter celui des gènes pro-inflammatoires comme l'interleukine 8. Enfin, nous avons étudié le mécanisme moléculaire sous-jacent à cette observation, notamment le rôle du facteur de transcription NF- B et celui de l'histone acétyltransférase p300. Ces travaux démontrent l'existence d'un mécanisme (épi)génétique permettant de réguler différentiellement le niveau d'induction des gènes antimicrobiens et pro-inflammatoires. / Antimicrobial peptides (AMPs) are conserved molecules of the innate immune system and actively kill a wide variety of microorganisms. In the intestine AMPs secreted by the epithelium protect against pathogens and support homeostasis with the microbiota. Their importance becomes clear, as their expression has been correlated with susceptibility to infection and a multitude of severe pathologies. Some AMPs are expressed constitutively, while others are inducible. The regulation of inducible AMPs expression is widely undiscovered. The role of chromatin remodeling and histone modifications, as an additional regulatory level to transcription factor activation, in the expression of inducible genes is becoming more and more clear. The aim of this work was to investigate the (epi)genetic mechanisms, which are involved in the regulation of AMPs gene expression in the intestine. By the use of specific inhibitors of chromatin modifying enzymes, in an in vitro model of intestinal epithelial cells challenged with Escherichia coli strains, we discovered the importance of acetylation in the regulation of these genes. Inhibition of histone deacetylase enzymes significantly enhanced the bacteria-induced expression of the beta-defensin-2 and other AMPs, while the expression of the interleukin 8 and other inflammatory genes was not influenced. Furthermore, we detailed the molecular mechanism, especially involvement of the transcription factor NF-κB and the histone acetyltransferase p300 in this observation. This discovery presents a mechanism of (epi)genetic enhancement of AMPs expression, dissociated from the pro-inflammatory response.

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme. / Congenital hypothyroidism from thyroid dysgenesis (CHTD) is the most common congenital endocrine disorder with an incidence of 1 in 4,000 live births. CHTD includes multiple abnormalities in thyroid gland development. Among them, the most common diagnostic category is thyroid ectopy (~ 50 % of cases). CHTD is frequently associated with a severe deficiency in thyroid hormones (hypothyroidism), which can lead to severe mental retardation if left untreated. The newborn biochemical screening program insures the rapid institution of thyroid hormone replacement therapy. Even with early treatment (on average at 9 d), subtle developmental delay is still be observed in severe cases (i.e., IQ loss of 10 points). Although there have been some reports of familial occurrence (in 2% of the cases), CHTD is mainly considered as a sporadic entity. Furthermore, monozygotic (MZ) twins show a high discordance rate (92%) for thyroid dysgenesis and female predominance is observed in thyroid dysgenesis (especially thyroid ectopy), these two observations being incompatible with simple Mendelian inheritance. In addition, germline mutations in the thyroid related transcription factors NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5 have been identified in only 3% of sporadic cases and linkage analysis has excluded these genes in some multiplex families with CHTD. Collectively, these data point to the involvement of non-Mendelian mechanisms in the etiology of the majority of cases of thyroid dysgenesis. Among the plausible mechanisms are epigenetic modifications, somatic mutations occurring in the thyroid bud early during embryogenesis, or stochastic developmental events. Hence, we proposed a two-hit model combining germline and somatic (epi)genetic variations that can explain the lack of clear familial transmission of CTHD. In this present thesis, we assessed the role of somatic (epi)genetic variations in the pathogenesis of thyroid dysgenesis via a genome-wide as well as a candidate gene approach. Our genome wide approach revealed that ectopic thyroids show a differential gene expression compared to that of normal thyroids, with enrichment for the Wnt signalling pathway. The Wnt signalling pathway is crucial for cell migration and for the development of several endoderm-derived organs (e.g., pancreas). Moreover, a role of Wnt signalling in thyroid organogenesis was further supported by recent zebrafish studies which showed thyroid abnormalities resulting from the disruption of the Wnt pathway during different steps of organogenesis. Thus, Wnt pathway involvement in the etiology of thyroid ectopy is biologically plausible. An unexpected finding of our genome-wide gene expression analysis of ectopic thyroids was that they express calcitonin similar to normally located (orthotopic) thyroids. Such a finding, although in contradiction with our current knowledge of the embryological development of the thyroid attributes C cell origins to extrathyroidal structures (ultimobrachial bodies) upon fusion with a fully-formed, normally situated gland. Using a candidate gene approach, we were unable to demonstrate any differences in the methylation profile between ectopic and eutopic thyroids, but nevertheless we documented the presence of a differentially methylated region (DMR) between thyroids and leukocytes in the promoter of FOXE1, a gene encoding the only thyroid related transcription factor known to play a crucial role in regulating the migration of the thyroid precursors during development as shown by animal studies. We demonstrated by in vivo and in vitro studies that the methylation status of this DMR is correlated with differential expression of FOXE1 in non-tumoral tissues (thyroids and leukocytes). Knowing that DMRs are hotspots for epi(genetic) variations, its screening among CTHD patients is justifiable in our search for a molecular basis of thyroid dysgenesis, currently underway in a case-control study. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms underlying the pathogenesis of CHTD, the etiology of which is still an enigma. They also paved the way for many future studies that will aid in better understanding both the normal and pathogenic development of the thyroid gland.