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Una de les forces selectives més fortes que han afectat a les poblacions humanes en la història més recent és el paràsit de la malària: Plasmodium falciparum, que és la causa de varis exemples d'adaptació induïda per patògens en els éssers humans. Una forma especial de malària és l'associada a l'embaràs, que es caracteritza per l'acumulació d'eritròcits infectats en la placenta, i que pot arribar a causar fins a 200.000 morts maternoinfantils cada any. L'objectiu d'aquest treball és descriure com aquesta forma peculiar de malària ha afectat la variació genètica humana. Amb aquesta finalitat, hem utilitzat mètodes tant de la genètica evolutiva com de l'epidemiologia molecular, resultant en la primera investigació a gran escala de la base genètica de la malària placentària. Els resultats ofereixen una nova visió sobre els gens que modulen el risc d'infecció, ,així com de la selecció natural actuant sobre les vies cel·lulars implicades en la patogènesi de la malaltia. Finalment, també aportem noves dades sobre l'estructura genètica de les poblacions sub-saharianes analitzades. / One of the strongest selective forces affecting human populations in recent history is the malaria parasite Plasmodium falciparum, which is the cause of a variety of well-established examples of pathogen-induced adaptation in humans. A special form of malaria is pregnancy-associated malaria, which is characterised by the accumulation of infected erythrocytes in the placenta, and causes up to 200,000 maternal and infant deaths every year. The aim of this work is to characterise how this particular form of malaria has shaped human genetic variation. To that end we use methods of both evolutionary genetics and molecular epidemiology, reporting the first large-scale investigation of the genetic basis of placental infection. Our results provide new insights into genes modulating the risk of infection, as well as natural selection acting on cellular pathways involved in the pathogenesis of the disease. Finally, we also provide new data on the genetic structure of affected populations in Sub-Saharan Africa.

Analyses of protein sequences from diverse genomes have revealed the ubiquitous nature of multi-domain proteins. They form up to 70% of proteomes of most eukaryotic organisms. Yet, our understanding of protein structure, folding and evolution has been dominated by extensive studies on single-domain proteins. We provide quantitative treatment and proof for prevailing intuitive ideas on the strategies employed by nature to stabilize otherwise unstable domains. We find that domains incapable of independent stability are stabilized by favourable interactions with tethered domains in the multi-domain context. Natural variations (nsSNPs) at these sites alter communication between domains and affect stability leading to disease manifestation. We emphasize this by using explicit all-atom molecular dynamics simulations to study the interface nsSNPs of human Glutathione S-transferase omega 1. We show that domain-domain interface interactions constrain inter-domain geometry (IDG) which is evolutionarily well conserved. The inter-domain linkers modulate the interactions by varying their lengths, conformations and local structure, thereby affecting the overall IDG. These findings led to the development of a method to predict interfacial residues in multi-domain proteins based on difference evolutionary information extracted from at least two diverse domain architectures (single and multi-domain). Our predictions are highly accurate (∼85%) and specific (∼95%). Using predicted residues to constrain domain–domain interaction, rigid-body docking was able to provide us with accurate full-length protein structures with correct orientation of domains. Further, we developed and employed an alignment-free approach based on local amino-acid fragment matching to compare sequences of multi-domain proteins. This is especially effective in the absence of proper alignments, which is usually the case for multi-domain proteins. Using this, we were able to recreate the existing Hanks and Hunter classification scheme for protein kinases. We also showed functional relationships among Immunoglobulin sequences. The clusters obtained were functionally distinct and also showed unique domain-architectures. Our analysis provides guidelines toward rational protein and interaction design which have attractive applications in obtaining stable fragments and domain constructs essential for structural studies by crystallography and NMR. These studies enable a deeper understanding of rapport of protein domains in the multi-domain context.

L’huître creuse, Crassostrea gigas, est une espèce dont la production aquacole représente un intérêt économique tant au niveau mondial qu’aux niveaux européen et français. Cependant, cette espèce subit des mortalités estivales enregistrées dès le début du 20ème siècle et, depuis 2008, ce phénomène s’est amplifié et menace essentiellement les huîtres juvéniles. La production aquacole d’huître creuse subit les conséquences de ces mortalités massives ; c’est pourquoi ce phénomène est étudié depuis de nombreuses années. En France, la bactérie Vibrio splendidus et le virus Ostreid Herpes Virus 1 (OsHV-1) sont le plus souvent associés aux épisodes de mortalités massives d’huîtres creuses juvéniles et il a été démontré que les individus sélectionnés pour leur résistance aux mortalités estivales étaient capables de ralentir l’augmentation de la charge virale en OsHV-1 dans leurs tissus puis de la faire régresser. Ces mêmes individus présenteraient également un effort reproducteur plus modeste que des individus sélectionnés pour leur sensibilité aux mortalités estivales. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte et a donc eu pour principal objectif d’améliorer la connaissance de l’architecture génétique de la reproduction de C. gigas en identifiant des régions du génome ou QTLs (Quantitative Trait Loci) impliquées dans l’effort reproducteur et de mettre en évidence d’éventuelles relations génétiques entre survie et reproduction, des QTLs impliqués dans la survie ayant déjà été détectés. Afin de caractériser l’effort reproducteur, il a été nécessaire de développer un ensemble de nouveaux outils. D’un point de vue biologique, 21 familles F2 ont été produites à partir des lignées sélectionnées pour leur réponse contrastée aux mortalités estivales. D’un point de vue moléculaire, de nouveaux marqueurs SNP (Single Nucleotide Polymorphism) ont été développés afin d’augmenter la densité de la carte génétique déjà disponible pour C. gigas. D’un point de vue technique, l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) a permis d’observer la gamétogenèse de 300 individus d’une même famille F2 au cours de huit sessions réparties sur deux années alors que les études précédentes étaient limitées à une observation ponctuelle; les méthodes classiques d’observation de la gamétogenèse entrainant nécessairement la mort des animaux. Une forte corrélation a été mise en évidence entre les observations par IRM et par la méthode classique de l’histologie. En plus de l’estimation du rapport gonado-somatique (indice traditionnellement utilisé pour caractériser l’effort reproducteur), l’IRM a également permis d’observer des variations individuelles de la cinétique de la gamétogenèse ainsi que des différences entre les mâles et les femelles; le sexe étant identifiable sur les images obtenues par IRM. Parallèlement, 300 individus de deux autres familles F2 ont été sacrifiés pour estimer le rapport gonado-somatique par histologie. Cette approche a ainsi permis de détecter des QTLs impliqués dans de nombreux traits concernant la gamétogenèse. Des individus provenant des trois familles F2 caractérisés pour l’effort reproducteur ont été caractérisés pour la survie à un épisode de mortalités estivales. Cette étude a permis de détecter des QTLs impliqués dans le caractère « survie ». Ces QTLs correspondent, pour certains, à ceux détectés au cours d’une étude précédente. De plus, ces QTLs sont parfois colocalisés avec des QTLs impliqués dans l’effort reproducteur. Bien que la reproduction de l’huître creuse soit un caractère complexe à suivre, les nouveaux outils utilisés au cours de ce travail de thèse ont permis d’acquérir de nouvelles connaissances. Le séquençage du génome complet de Crassostrea gigas ainsi que les nouvelles méthodes de séquençage pourront peut-être permettre d’affiner les régions QTLs détectées. / The Pacific oyster, Crassostrea gigas, is a major aquacultured species whose production represents an economic interest at worldwide, european and french levels. However, this species undergoes summer mortalities recorded from the beginning of the 20th century and, since 2008, this phenomenon increased and threatens mainly juvenile oysters. Aquaculture production of oysters suffers consequences of mass mortalities, that’s why this phenomenon has been studied for many years. In France, the bacterium Vibrio splendidus and the Ostreid virus Herpes Virus 1 (OsHV-1) are often associated with mass mortality outbreaks of juveniles oysters and it was demonstrated that selected individuals for resistance to summer mortality were able to slow the increasing in viral load OsHV-1 in their tissues and then to decline it. These same individuals also present a lighter reproductive effort than individuals selected for their sensitivity to summer mortality. In this context, this study aimed to improve the knowledge of genetic architecture of reproduction of C. gigas by identifying some regions of the genome called QTLs (Quantitative Trait Loci) involved in reproductive effort and highlighting possible genetic relationships between reproduction and survival; QTLs involved in survival being already detected. To characterize the reproductive effort, it was necessary to develop a set of new tools. From a biological point of view, 21 F2 families were produced from lines selected for their contrasting response to summer mortality. From a molecular point of view, new SNPs (Single NucleotidePolymorphism) were developed to increase density of the genetic map already available for C. gigas. On a technical point of view, Magnetic Resonance Imaging (MRI) allowed to observe the gametogenesis of 300 individuals of the same family F2 during eight sessions over two years while previous studies were limited to a one-time observation because of the conventional methods of observation of gametogenesis leading necessarily to the death of the animals. A strong correlation was found between observations by MRI and observations by the conventional method of histology. In addition to the estimation of gonadic index (index traditionally used to characterize there productive effort), MRI also revealed individual variations in kinetics of gametogenesis and differences between males and females, the sex being identifiable on MRI images. In parallel, 300 individuals from two F2 families were sacrificed to estimate the gonadic index by histology. This approach enabled the detection of QTLs involved in many gametogenesis traits. Individuals from the three families characterized for F2 reproductive effort were characterized for survival during a summer mortality outbreak. This study was able to detect QTLs involved in the trait "survival". These QTLs correspond to some of those detected in a previous study. In addition, these QTLs are often collocated with QTLs involved in reproductive effort. Although there production of the Pacific oyster is a complex trait to follow, the new tools used in this thesis allowed acquiring new knowledges. The sequencing of genome of Crassostrea gigas and Next-Generation Sequencing technologies may be able to help to refine the detected QTL regions.

Human complex diseases, like Diabetes and Cancer, affect many people worldwide today. Despite existing knowledge, many of these diseases are still not preventable. Complex diseases are known to be caused by a combination of genetic factors, as well as environmental and life style factors. The scope of this investigation covered the genomics of Type 1 Diabetes (T1D). There are 49 human genomic regions that are known to carry markers (disease-associated single nucleotide mutations) for T1D, and these were extensively studied in this research. The aim was to find out in how far this disease may be caused by problems in gene regulation rather than in gene coding. For this, the genetic factors associated with T1D, including the single point mutations and susceptibility regions, were characterised on the basis of their genomic attributes. Furthermore, mutations that occur in binding sites for transcription factors were analysed for change in the conspicuousness of their binding region, caused by allele substitution. This is called SNP (Single nucleotide polymorphism) sensitivity. From this study, it was found that the markers for T1D are mostly non-coding SNPs that occur in introns and non-coding gene transcripts, these are structures known to be involved in gene regulatory activity. It was also discovered that the T1D susceptibility regions contain an abundance of intronic, non-coding transcript and regulatory nucleotides, and that they can be split into three distinct groups on the basis of their structural and functional genomic contents. Finally, using an algorithm designed for this study, thirty-seven SNPs that change the representation of their surrounding region were identified. These regulatory mutations are non-associated T1D-SNPs that are mostly characterised by Cytosine to Thymine (C-T) transition mutations. They were found to be closer in average distance to the disease-associated SNPs than other SNPs in binding sites, and also to occur frequently in the binding motifs for the USF (Upstream stimulatory factor) protein family which is linked to problems in Type 2 diabetes.

L’ostéonécrose (ON) et les fractures (FR) sont des complications qui prennent de plus en plus place dans le traitement pédiatrique de la leucémie aiguë lymphoblastique (LAL). L’ON peut être causée par différents facteurs, dont principalement l’utilisation de glucocorticoïdes. Les glucocorticoïdes sont administrés lors du traitement de la leucémie dans le but d’initier l’apoptose des cellules malignes tout en ayant un effet anti-inflammatoire. Cependant, l’utilisation de ces corticostéroïdes comprend des effets secondaires sérieux, notamment le développement d’ostéonécrose. Des variantes génétiques peuvent mettre certains patients plus à risque que d’autres. Plusieurs gènes ont déjà été signalés comme régulés par les actions glucocorticoïdes (GC). Les variations génétiques présentes dans les régions régulatrices de ces gènes peuvent affecter leur fonctionnement normal et, en fin de compte, de déterminer un risque accru de développer l’ON associé au traitement contre la leucémie. Pour cette raison, plusieurs polymorphismes ont été identifiés et étudiés dans la cohorte QcALL de Ste-Justine, concernant les gènes suivants : ABCB1, ACP1, BCL2L11, NFKB1, PARP1, et SHMT1. Ces gènes jouent majoritairement un rôle dans les mécanismes d’action des glucocorticoïdes, mais quelques-uns ont plutôt un effet direct sur le développement d’ostéonécrose. Nos recherches ont démontré une corrélation entre ces polymorphismes et l’apparition d’ostéonécrose chez les patients de la cohorte QcALL, traités aux glucocorticoïdes. L'incidence cumulative de l'ostéonécrose a été évaluée rétrospectivement chez 305 enfants atteints de la leucémie qui ont subi un traitement à l’hôpital Ste-Justine selon les protocoles DFCI de Boston (87-01, 91-01, 95-01 et 2000-01). Parmi les huit polymorphismes de BCL2L11 étudiés, les 891T> G (rs2241843) et 29201C> T (rs724710) ont été significativement associés à ON (p = 0.01 et p = 0.03, respectivement). L'association du polymorphisme 891T> G a été modulée par le type de corticostéroïde (CS), l’âge, le sexe et le groupe à risque (p ≤ 0,05). Le polymorphisme 29201C> T était particulièrement apparent chez les patients à haut risque (p = 0,003). La même étude était conduite en parallèle sur des patients de la cohorte DFCI de Boston (N = 192), et montrait des résultats significatifs pour les polymorphismes étudiés. En conclusion, les résultats de cette étude permettront de confirmer l’association de ces polymorphismes au développement d’ON chez les patients de LLA traités aux GC. / Osteonecrosis (ON) and fractures (FR) are complications that take place in the treatment of children acute lymphoblastic leukemia (cALL). They can be caused by various factors, mainly using glucocorticoids. The corticosteroids, dexamethasone (DXM) and prednisone (PDN) are administered during the treatment of leukemia to initiate apoptosis of malignant cells; while having an anti-inflammatory effect. However, the use of these corticosteroids has severe side effects, including the development of osteonecrosis. Moreover, some patients develop resistance to treatment, and are at risk of developing side effects. The genetic variants predispose some patients at higher risk than others. Several genes have been previously reported as up- or down regulated by the GCs actions. The genetic variations present in gene coding or regulatory regions can affect their function and ultimately determine an increased risk of developing ON associated to ALL therapy. Therefore, we investigated the association between several single nucleotide polymorphisms (SNPs) in six candidate genes: BCL2L11, NFKB1, PARP1, ABCB1, ACP1, and SHMT1. These genes play a role in the mechanisms of action of glucocorticoids, but some have more of a direct effect on the development of osteonecrosis. Our research has shown a correlation between these polymorphisms and the occurrence of osteonecrosis in patients in the QCALL cohort, treated with glucocorticoids. Cumulative incidence of osteonecrosis was assessed retrospectively in 305 children with ALL who underwent treatment with DFCI protocols (87-01, 91-01, 95-01 and 2000-01) in childhood ALL cohort from Quebec (QcALL). Among the eight tag BCL2L11 polymorphisms studied the 891T>G (rs2241843) and 29201C>T (rs724710) were significantly associated with ON (p = 0.01 and p = 0.03, respectively). Association of 891T>G polymorphism was modulated by type of corticosteroid (CS), age, sex and risk group (p ≤ 0.05 and that of 29201C>T was particularly apparent among high risk (p = 0.003) patients. These polymorphisms have shown significant ON association in several QcALL risk groups, mainly in corticosteroid groups, age < 10 years, and high risk (HR) group. Furthermore, the same study was conducted in parallel with patients in the replication (DFCI) cohort (N = 192), and we showed significant genetic association results for all studied polymorphisms. In conclusion, this study identifies that some ALL children have a high incidence of ON during the treatment that is highly associated with polymorphisms in different genes regulated by corticosteroids and ALL prognostic factors.