Résumé trop long / Mosquitoes transmit several human and animal diseases and their control represents a public health challenge worldwide. In most tropical countries, efficient control of mosquitoes relies on the use of chemical insecticides targeting adults or larvae. However, resistance to the four main classes of chemical insecticides has been reported worldwide and threatens vector control programs. In this context, there is an urgent need to find alternatives to conventional insecticides used in vector control. In this thesis, I explored the potential use of the neonicotinoid insecticide imidacloprid for mosquito control, focusing on the identification of metabolic resistance mechanisms, cross-resistance with other insecticides and the impact of environmental pollutants on imidacloprid tolerance. The mosquito Aedes aegypti was used as a model species for this research work. Basal tolerance of Ae. aegypti to imidacloprid was first evaluated at the larval and adult stages. Effects of a larval exposure across a single generation to a sub-lethal dose of imidacloprid were then investigated at the toxicological and molecular levels using transcriptome profiling. Short sub-lethal exposures were also used to identify potential cross-responses between imidacloprid, other chemical insecticides and anthropogenic pollutants. Long-term adaptive response of Ae. aegypti to imidacloprid was then investigated across several generations by selecting an insecticide-susceptible strain (Bora-Bora strain) with imidacloprid at the larval stage for 14 generations in the laboratory. Such artificial selection allowed obtaining the Imida-R strain. This strain showed an increased resistance to imidacloprid in larvae while no significant resistance was measured in adults. Resistance mechanisms were then investigated using various approaches including the use of detoxification enzyme inhibitors, biochemical assays and transcriptome profiling with DNA microarray and massive mRNA sequencing. Several protein families potentially involved in resistance were identified including detoxifications enzymes and cuticle proteins. Among the formers, 8 cytochrome P450s and 1 glutathione S-transferase appears as good candidates for a role in imidacloprid metabolism. The role of P450s in the elevated resistance of the Imida-R strain was confirmed by comparative P450-dependent in vitro metabolism assays conducted on microsomal fractions of the susceptible and Imida-R strains. At the gene level, substrate binding modeling allowed restricting the panel of P450 candidates. Meantime, heterologous expression of one P450 was performed and its ability to metabolize imidacloprid confirmed. Bioassay with other insecticides revealed potential cross-resistance of the Imida-R at the larval stage to other neonicotinoids but also to an insect growth inhibitor and in a lesser extent to DDT, confirming the probable role of detoxification enzymes. Relaxing the selection pressure of the Imida-R strain for few generations led to a rapid decrease of resistance, suggesting a cost of resistance mechanisms. Comparing the inducibility of candidate detoxification genes by imidacloprid in susceptible and resistant strains revealed a higher induction of these genes in the resistant strain, suggesting the selection of both a higher constitutive expression but also a greater phenotypic plasticity of these enzymes in the Imida-R strain. Finally, the potential role of cuticle protein in resistance was preliminary investigated by exposing larvae to a chitin synthesis inhibitor before bioassays. Overall, although this research work requires additional functional validation experiments, these data provide a better understanding of imidacloprid resistance mechanisms in mosquitoes and its potential use as an alternative to conventional insecticides in vector control.

The life-cycle of RNA is determined by several processing steps, which allow the cell to export and translate a coding transcript. The cell has developed an astonishingly complex mechanism to ensure the integrity of RNA processing steps. The quality control mechanism of RNA balances the biosynthesis and degradation of various transcripts, adding another layer of gene regulation to the complex system of gene expression. The exosome is a central piece of the RNA quality control mechanism as it degrades many of the aberrant or non-functional RNAs in the nucleus and the cytoplasm. This project characterizes and highlight a response to mutation of components from the RNA quality control mechanism in Saccharomyces cerevisiae. These perturbations include functional components of the exosome (Csl4 and Dis3), a cofactor of the nuclear exosome (Rrp6), an essential protein for pre-rRNA processing (Enp1) and a component of RNA export machinery (Srm1). Here, I present bioinformatics approaches to characterize the cellular response at a level of transcript expression and polyadenylation size. The stress response embedded in the gene expression profile is highly similar between the mutants. This work suggests a generic response to a failure in different components of the RNA quality control machinery. / Le cycle de vie des ARN est déterminé par différentes étapes permettant à la cellule d’exporter et de traduire un transcrit codant. La cellule a développé un mécanisme incroyablement complexe pour s’assurer de l’intégrité des étapes de maturation de l’ARN. Le mécanisme de contrôle de qualité balance la biosynthèse et la dégradation de différents transcrits, ce qui ajout un niveau de régulation au système de l’expression génique. L’exosome est une pièce centrale du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN alors qu’elle dégrade une grande partie des transcrits aberrants ou non-fonctionnels dans le noyau et le cytoplasme. Ce projet caractérise et souligne la réponse cellulaire à la suite de la mutation de composantes du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN chez Saccharomyces cerevisiae. Ces perturbations comportent des composantes fonctionnelles du complexe de l’exosome (Csl4 et Dis3), un cofacteur de l’exosome nucléaire (Rrp6), une protéine essentielle pour la maturation des pré-ARNr (Enp1) et une composante de la machinerie d’export de l’ARN (Srm1). Ici, je présente des approches bio-informatiques pour caractériser la réponse cellulaire au niveau de l’expression des transcrits et de la taille des segments polyadénylés. La réponse au stress cellulaire intégré dans le profil d’expression du génome est très similaire entre les mutants. Ce travail suggère une réponse générique à la suite de la perturbation de différentes composantes du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN.

Les 20 dernières années ont vu l'émergence de technologies de mesure puissantes, permettant l'analyse omique de diverses maladies. Ils fournissent souvent des moyens non invasifs pour étudier l'étiologie des maladies complexes nouvellement émergentes, telles que l'infection de la dengue, transmise par les moustiques. Ma thèse se concentre sur l'adaptation et l'application d'approches utilisant des réseaux d'interaction de gènes et l'apprentissage automatique pour l'analyse de données génomiques et transcriptomiques. La première partie va au-delà d'une analyse pangénomique précédemment publiée de 4 026 personnes en appliquant une analyse de réseaux d'interaction pour trouver des groupes de gènes qui interagissent dans un réseau d'interactions fonctionnelles et qui, pris ensemble, sont associés à la dengue sévère. Dans cette partie, j'ai d'abord recalculé les valeurs-p d'association des polymorphismes séquencés, puis j'ai travaillé sur le mapping des polymorphismes à des gènes fonctionnellement apparentés, et j'ai enfin exploré différentes bases de données de voies métaboliques et d'interactions génétiques pour trouver des groupes de gènes qui, pris ensemble, sont associés à la dengue sévère. La deuxième partie de ma thèse dévoile une approche théorique pour étudier un biais dans les algorithmes de recherche de réseau actifs. Mon analyse théorique suggère que le meilleur score de sous-réseaux d'une taille donnée devrait être normalisé en fonction de la taille, selon l'hypothèse selon laquelle il s'agit d'un échantillon d'une distribution de valeur extrême, et non un échantillon de la distribution normale, comme c'est généralement le cas dans la littérature. Je propose alors une solution théorique à ce biais. La troisième partie présente un nouvel outil de recherche de sous-réseaux que j'ai co-conçu. Son modèle sous-jacent et l'algorithme évite le biais de taille trouvé dans les méthodes existantes et génère des résultats facilement compréhensibles. Je présente une application aux données transcriptomiques de la dengue. Dans la quatrième et dernière partie, je décris l'identification d'un biomarqueur qui détecte la sévérité de la dengue à l'arrivée à l'hôpital en utilisant une nouvelle approche d'apprentissage automatique. Cette approche combine la régression monotone bidimensionnelle avec la sélection des variables. Le modèle sous-jacent va au-delà des approches linéaires couramment utilisées, tout en permettant de contrôler le nombre de transcrits dans le biomarqueur. Le petit nombre de transcrits accompagné de leur représentation visuelle maximisent la compréhension et l'interprétation du biomarqueur par les professionnels de la biomédecine. Je présente un biomarqueur à 18 gènes qui permet de distinguer, à leur arrivée à l'hôpital, les patients qui vont développer des symptômes de dengue sévères de ceux qui auront une dengue non sévère. Ce biomarqueur a une performance prédictive élevée et robuste. La performance prédictive du biomarqueur a été confirmée sur deux ensembles de données qui ont tous deux utilisé différentes technologies transcriptomiques et différents sous-types de cellules sanguines. / The last 20 years have seen the emergence of powerful measurement technologies, enabling omics analysis of diverse diseases. They often provide non-invasive means to study the etiology of newly emerging complex diseases, such as the mosquito-borne infectious dengue disease. My dissertation concentrates on adapting and applying network and machine learning approaches to genomic and transcriptomic data. The first part goes beyond a previously published genome-wide analysis of 4,026 individuals by applying network analysis to find groups of interacting genes in a gene functional interaction network that, taken together, are associated to severe dengue. In this part, I first recalculated association p-values of sequences polymorphisms, then worked on mapping polymorphisms to functionally related genes, and finally explored different pathway and gene interaction databases to find groups of genes together associated to severe dengue. The second part of my dissertation unveils a theoretical approach to study a size bias of active network search algorithms. My theoretical analysis suggests that the best score of subnetworks of a given size should be size-normalized, based on the hypothesis that it is a sample of an extreme value distribution, and not a sample of the normal distribution, as usually assumed in the literature. I then suggest a theoretical solution to this bias. The third part introduces a new subnetwork search tool that I co-designed. Its underlying model and the corresponding efficient algorithm avoid size bias found in existing methods, and generates easily comprehensible results. I present an application to transcriptomic dengue data. In the fourth and last part, I describe the identification of a biomarker that detects dengue severity outcome upon arrival at the hospital using a novel machine learning approach. This approach combines two-dimensional monotonic regression with feature selection. The underlying model goes beyond the commonly used linear approaches, while allowing controlling the number of transcripts in the biomarker. The small number of transcripts along with its visual representation maximize the understanding and the interpretability of the biomarker by biomedical professionals. I present an 18-gene biomarker that allows distinguishing severe dengue patients from non-severe ones upon arrival at the hospital with a unique biomarker of high and robust predictive performance. The predictive performance of the biomarker has been confirmed on two datasets that both used different transcriptomic technologies and different blood cell subtypes.

En cas de carence azotée, les légumineuses sont capables de mettre en place une symbiose avec des bactéries du sol fixatrices d’azote appelées rhizobia. Cette symbiose a lieu dans un organe appelé nodosité où les bactéries sont endocytées et appelées bactéroïdes. Certains clades de légumineuses imposent un processus de différenciation à leurs bactéroïdes qui agrandissent considérablement et deviennent polyploïdes, menant à des morphotypes bactériens allongés ou sphériques. Au cours de cette thèse, j’ai étudié la différenciation des bactéroïdes de Bradyrhizobium spp. en association avec Aeschynomene spp.. Les bactéroïdes de ces plantes présentent des degrés de différenciation distincts qui dépendent de l’espèce hôte. Mes données suggèrent que les bactéroïdes les plus différenciés sont aussi les plus efficaces. J’ai cherché à savoir quels facteurs procaryotes pourraient être impliqués dans les adaptations des bactéroïdes au processus de différenciation et à leurs divers hôtes, le tout en lien avec cette différence d’efficacité symbiotique au travers d’approches globales sans a priori de type -omiques. Les conditions considérées sont des bactéroïdes de différents morphotypes et des cultures libres de référence. Les fonctions activées en conditions symbiotiques ont été identifiées, ainsi que les gènes spécifiques d’un hôte donné. Des analyses fonctionnelles des gènes d’intérêt ont également été menées. Les mutants bactériens n’ont toutefois pas présenté de phénotype symbiotique drastique, montrant ainsi l’existence de réseaux de gènes complexes menant à la résilience des génomes de rhizobia. / In case of nitrogen starvation, legume plants establish a symbiotic interaction with nitrogen-fixing soil bacteria called rhizobia. This interaction takes place in nodules where the symbionts are internalized and become bacteroids. Some legume clades also impose a differentiation process onto the bacteroids which become enlarged and polyploid, leading to elongated or spherical morphotypes. During my PhD work, I have studied bacteroid differentiation of Bradyrhizobium species in association with Aeschynomene spp.. These bacteroids display distinct differentiation levels depending on the plant host, and my analyses suggest that the most differentiated ones are also the most efficient. I investigated the bacterial factors potentially involved in the adaptations to differentiation and host-specificity, and related to the higher efficiency of the most differentiated bacteroids using global-omics approaches without a priori. The analyzed conditions were bacteroids of distinct morphotypes and free-living reference cultures. Activated functions under symbiotic conditions were identified, as well as host-specific ones. Functional analyses were performed on genes of interest. However, the bacterial mutants did not display drastic symbiotic phenotypes, showing the existence of complex gene networks leading to high resilience of rhizobial genomes.

Les myopathies héréditaires représentent un large groupe de pathologies neuromusculaires progressives affectant l’intégrité générale, structurelle et fonctionnelle du muscle squelettique. Elles engendrent une myriade de symptômes, ternissant qualité de vie et autonomie, et pouvant même s’avérer mortelles. La pose d’un diagnostic juste peut être difficile, entravée notamment par une faible prévalence de certaines myopathies, l’importante hétérogénéité clinique existante, et le chevauchement symptomatique des diverses formes. Malgré les avancées récentes faites dans le domaine des techniques de séquençage qui contribuent grandement au dépistage, au moins 25% des individus atteints de myopathies demeurent sans diagnostic génétique. Suivant l’investigation clinique d’un patient (Z46) atteint d’une myopathie distale à apparition tardive, l’analyse par séquençage ARN (RNA-seq) a révélé un variant non-sens homozygote de signification inconnue (VUS) à la fin de l’exon 5 du gène MLIP. Les niveaux d’expression génique altérés de « Protéine musculaire interagissant avec LMNA » (MLIP) et son partenaire « Lamine de type A » (LMNA) ont poussé à approfondir l’investigation. Davantage d’altérations -omiques furent identifiées par les techniques de RT-PCR, qPCR et WB, renforçant l’effet pathogénique du variant. Consolidant tous les résultats, le séquençage de longues lectures (LRS) a révélé un mécanisme d’épissage alternatif compensatoire de MLIP, qui tend à contourner et minimiser la production de transcrits arborant l’exon 5 muté. La présente étude vise à : 1) apporter un diagnostic génétique définitif au patient Z46, posant le variant MLIP comme causatif de la myopathie distale; 2) démontrer le pouvoir diagnostique du RNA-seq dans la résolution de ce cas complexe par l’identification et l’élucidation du VUS; 3) témoigner de l’étendue de la caractérisation transcriptomique offerte par les longues lectures du LRS. Couplé à cela, la modélisation du variant pathogénique par CRISPR/Cas9 dans une lignée cellulaire de myoblastes humains immortalisés permettra l’évaluation des impacts morpho-fonctionnels; conférant un supplément d’informations relatives aux fonctions musculaires normales et pathologiques de MLIP, faiblement caractérisées jusqu’à présent. / Hereditary myopathies represent a large group of progressive neuromuscular disorders affecting the general, structural and functional integrity of skeletal muscle. They cause a myriad of symptoms, impairing quality of life and autonomy, and can even be fatal. Making an accurate diagnosis can be difficult, hampered in particular by the low prevalence of certain myopathies, the significant clinical heterogeneity that exists, and the symptomatic overlap of the various forms. Despite recent advances in sequencing techniques that greatly assist in screening, at least 25% of individuals with myopathies remain without a genetic diagnosis. Following the clinical investigation of a patient (Z46) with a late-onset distal myopathy, RNA-sequencing (RNA-seq) analysis revealed a homozygous nonsense variant of unknown significance (VUS) at the end of exon 5 of the MLIP gene. Altered gene expression levels of ‘’Muscular LMNA-Interacting Protein’’ (MLIP) and its partner ‘’A-type Lamin’’ (LMNA) prompted further investigation. More -omic alterations were identified by RT-PCR, qPCR and WB technics, reinforcing the pathogenic effect of the variant. Consolidating all results, Long-Read Sequencing (LRS) revealed a compensatory alternative splicing mechanism of MLIP, which tends to bypass and minimize the production of transcripts carrying the mutated exon 5. The present study aims to: 1) provide a formal genetic diagnosis for patient Z46, positing the MLIP variant as causative of the distal myopathy; 2) demonstrate the diagnostic power of RNA-seq in resolving this complex case through identification and elucidation of the VUS; 3) testify to the breadth of transcriptomic characterization afforded by the long reads of LRS. Coupled with this, CRISPR/Cas9 modeling of the pathogenic variant in an immortalized human myoblast cell line will allow assessment of morpho-functional impacts; conferring additional information related to the normal and pathological muscles functions of MLIP, poorly characterized thus far.

Avec plus de 39 millions de personnes infectées à travers le monde, le virus de l’immunodéficience humaine de type-1 (VIH-1) est un problème majeur de santé publique. Bien que la thérapie antirétrovirale contrôle la réplication virale, améliore la santé et prolongent la vie des personnes vivant avec le VIH-1, elle ne permet pas d’éradiquer complètement le virus. En effet, celui-ci établit des phases de latence en intégrant son génome dans l’ADN cellulaire des cellules cibles, entrainant la formation de ce que l’on appelle le réservoir latent du virus. Ce réservoir se situe principalement dans les lymphocytes T CD4+, bien qu’on le retrouve également dans les cellules myéloïdes, et il constitue le principal obstacle à l’éradication du virus. Il est donc impératif de mieux comprendre les facteurs de l’hôte qui régissent non seulement la susceptibilité de ces cellules à l’infection et qui contribuent également à la persistance du VIH-1. Nous postulons que les micro-ARN (miARN), des petits ARN produits par la cellule et qui régulent l’expression génique, jouent un rôle au cours de l’infection par le VIH-1. Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur le rôle des miARN dans l’entrée virale. À l’aide d’un séquençage de nouvelle génération des miARN dans les macrophages, nous avons déterminé que le miARN-103, ainsi que son paralogue le miARN-107, ciblent l’ARNm du corécepteur CCR5 utilisé par le VIH-1. Nous montrons que l’induction de l’expression des miARN-103/107 est régulée par le facteur de transcription p53 et rend les macrophages réfractaires à l’entrée du VIH-1. Nous observons que le niveau d’expression des miARN-103/107 est enrichi dans les macrophages résidant dans les tissus intestinaux de donneurs sains et les macrophages alvéolaires des personnes sous thérapie antirétrovirale, ce qui contribue vraisemblablement à leur résistance à l’infection par le VIH-1. Étant donné que les lymphocytes T CD4+ constituent le principal réservoir du VIH-1, nous avons ensuite étendu l’étude du miARN-103 dans ces cellules. Récemment, il a été montré que la latence virale serait la conséquence de l’infection de lymphocytes T CD4+ dans une fenêtre très étroite suite à leur activation. Ces cellules qui 3 transitionnent vers un phénotype mémoire posséderaient des propriétés uniques, comme une augmentation temporaire de l’expression du corécepteur viral CCR5, ainsi qu’une capacité réduite de transcrire l’ADN proviral intégré. Nos résultats montrent que le miARN-103, qui cible également le CCR5 dans les lymphocytes T CD4+, participe à la modulation du CCR5 selon l’état d’activation de la cellule et contribue indirectement à l’établissement de la latence virale dans ces cellules. De plus, nos résultats montrent que les lymphocytes T CD4+ issus d’individus qui contrôlent l’infection par le VIH-1 expriment des niveaux réduits d’ARNm de CCR5 (lorsque comparés à ceux d’individus non-contrôleurs). Cet état étant associé à une tendance à la hausse du miARN-103, suggère que le miARN-103 pourrait participer au contrôle de l’expression de CCR5 in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé un séquençage de nouvelle génération de l’ARN des lymphocytes T CD4+ infectés. À la suite de cette analyse, nous avons déterminé que le miARN-26a participe à la régulation de CD59, une protéine cellulaire incorporée dans les virions jouant un rôle clé dans l’activation du complément en inhibant la formation du complexe d’attaque membranaire. Au cours de l’infection, ce miARN est diminué dans les cellules productivement infectées. Cette diminution est associée à une augmentation de CD59 dans les cellules infectées et à la surface des virions produits par ces cellules, favorisant leur échappement à la lyse médiée par le complément. Nous montrons que l’introduction d’un analogue du miARN-26a dans les cellules rend les virions produits par ces dites cellules plus sensibles à la lyse médiée par le complément. En conclusion, les observations et analyses réalisées dans le cadre de cette thèse nous aident à mieux comprendre le rôle des miARN dans l’infection et la persistance du VIH-1. Ces résultats aident à notre compréhension des facteurs de l’hôte qui régissent la susceptibilité de ces cellules à l’infection ainsi que la persistance virale, et pourraient aider au développement de stratégies thérapeutiques. / With more than 39 million people infected in the world, human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a major public health problem. Although antiretroviral therapy controls viral replication, improves the health, and prolongs the lives of people living with HIV-1, it does not completely eradicate the virus. Indeed, the virus has established latency phases by integrating its genome into the cellular DNA of target cells, leading to the formation of what is called the latent reservoir of the virus. This reservoir is located mainly in CD4+ T cells, although it is also found in myeloid cells, and it has become the main obstacle to eradication of the virus. It is therefore imperative to better understand the host factors that not only govern the susceptibility of these cells to infection but also contribute to HIV-1 persistence. We postulate that microRNAs (miRNAs), which are small RNAs produced by the cell involved in regulation of gene expression, have a role during HIV-1 infection. First, we focused on the role of miRNAs in viral entry. Using next generation miRNA sequencing in macrophages, we determined that miRNA-103, as well as its paralogue miRNA-107, target the mRNA of CCR5, the HIV-1 coreceptor. We show that the induction of miRNA-103/107 expression is regulated by the transcription factor p53 and makes macrophages more resistant to HIV-1 entry. We observe that the expression level of miRNAs-103/107 is enriched in resident macrophages in intestinal tissues of healthy donors and alveolar macrophages of people on antiretroviral therapy, which likely contributes to their resistance to infection by HIV-1. Given that CD4+ T cells constitute the main reservoir of HIV-1, we then extended the study of miRNA-103 in these cells. Recently, it has been shown that viral latency is the consequence of the infection of CD4+ T cells within a very narrow window following their activation. These transitioning to memory T cells are thought to possess unique properties, such as a temporary increase in the expression of the viral coreceptor CCR5, as well as a reduced capacity to transcribe integrated proviral DNA. Our results show that miRNA-103, which also targets CCR5 in CD4+ T cells, participates in the modulation of CCR5 depending on the activation state of the cell 5 and indirectly contributes to the establishment of viral latency in these cells. Furthermore, our results show that CD4+ T cells from individuals who control HIV-1 infection express reduced levels of CCR5 mRNA (when compared to those from non- controller individuals), this being associated to a upward trend in miRNA-103 expression, suggesting that miRNA-103 may participate in the control of CCR5 expression in vivo. Secondly, we carried out next generation RNA sequencing of HIV-1 infected CD4+ T cells. Their resulting analyses determined that miRNA-26a participates in the regulation of CD59, a cellular protein that is incorporated into virions and has a key role in complement activation by inhibiting the formation of the membrane attack complex. During infection, this miRNA is decreased in productively infected cells. This decrease is associated with an increase in CD59 in infected cells, as well as on the surface of virions produced by these cells, favoring their escape from complement- mediated lysis. We show that introduction of miRNA-26a mimics in cells makes the virions produced by these cells more sensitive to complement-mediated lysis. In conclusion, the observations and analyses developed in this thesis will help us better understand the role of miRNAs in HIV-1 infection and persistence. These results help in the understanding of host factors that govern the susceptibility of these cells to infection as well as viral persistence and could help in the development of therapeutic strategies.

Les interactions mito-nucléaire sont au centre des fonctions de la mitochondrie, telles que la production d’énergie. Or, peu d’informations sont connues sur comment le génome mitochondrial peut influencer la réponse nucléaire. Les cybrides (hybrides cytoplasmiques) peuvent présenter des modifications phénotypiques (adaptatives ou non) dûe à ces interactions. Dans cette étude, les différents mitotypes (haplotype mitochondriale) de l'espèce Chrosomus eos furent utilisés comme modèle afin d’étudier plus en profondeur les interactions entre les différents génomes d’une cellule. Ce complexe présente en plus du type sauvage, deux types de cybrides, dont les mitochondries proviennent de deux refuges glaciaires différents : Mississippien et Atlantique. Cette étude fut effectuée sur des individus en sympatrie afin de prendre en compte l’influence environnementale. Des populations en allopatrie furent également mesurés séparément afin de complémenter les études précédentes. Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs approches furent employées, adressant ainsi divers niveaux d’intégration : la méthylation, la transcription, la protéomique et l’activité enzymatique. Des différences entre les divers mitotypes furent observées, mais de magnitude inférieure à l’influence environnementale. Ce résultat suggère donc que les différences associées au mitotype en sympatrie affecte leur répartition et leur habileté à coloniser différents types d’environnements, créant ainsi la similarité intra-mitotype inter-lac observé dans les études précédentes. Pour adresser l’analyse transcriptomique, une référence a été produite. Cette référence offre beaucoup d’informations pour des applications futures. / The mito-nuclear interactions are at the center of the mitochondrial functions, such as energy production. Despite their importance, little is known about how the influence of the mitochondrial genome on the nuclear genes expressions. The cybrids (cytoplasmic hybrids) can present phenotype modification (adaptive or not) caused by the mito-nuclear interactions. In this study, different mitotype of Cybrids of the Chrosomus eos species were used as model to further study the interaction between a cell’s genomes. This complex of species has two types of cybrids, the mitochondria of which originates from two different glacial refugia : Atlantic and Mississippian. This set up of this study was a sympatric lake, to minimise the environmental factor. Allopatric population were also separately analysed to supplement past studies. To accomplish these goals, multiple methods were used, assessing also multiple levels of gene expression: Methylation, transcription, protein and enzymatic activity. Differences between mitotypes were observed, but of lesser magnitude then the environmental factor. Thus, this result suggest that the differences associated to the sympatric mitotypes drive a deference in environment colonization, which would create the inter-lake intra-mitotype similarity observed in past studies. To assess the transcription of mitotype, a transcriptomic reference was produced. This reference offers a lot of information and future applications.

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes. / Actinobacillus pleuropneumoniae is the etiological agent of porcine pleuropneumonia. Transmission of the disease occurs through direct contact or aerosols. The bacteria possess many virulence factors, namely capsular polysaccharides, lipopolysaccharides, four Apx toxins and iron acquisition mechanisms. To this day, an efficient cross-serotype vaccine has yet to be developed. In order to investigate regulation mechanisms in A. pleuropneumoniae and to identify new potential targets for the synthesis of subunit vaccines, the transcriptomic profile of the bacteria under conditions that simulate the infection and following a natural acute infection in vivo were studied. The experiences relied on first and second generation microarrays (AppChip1 and AppChip2) designed using 2025 ORFs of the draft version of the A. pleuropneumoniae serotype 5b strain L20 genome and 2033 ORFs of the final and annotated version of the same genome respectively. First, experiments were conducted under iron-restricted conditions and 210 genes were deemed differentially expressed, 92 of which were up-regulated. Some new putative iron acquisition mechanisms were identified, including genes homologous to those of the Yersinia pestis YfeABCD chelated-iron acquisition system, as well as other genes homologous to components of the HmbR iron uptake from hemoglobin system of Neisseria meningitidis. When cultured in conditions promoting biofilm production, genes tadC and tadD from a putative tad (« tight adherence locus ») operon, genes pgaABC involved in the biosynthesis of a polysaccharide of the biofilm matrix as well as two ORFs encoding a putative autotransporter adhesins similar to the Haemophilus influenzae Hsf adhesin were all significantly overexpressed. Many of these genes were also overexpressed when lung epithelial cells were infected with A. pleuropneumoniae. While 170 genes were differentially expressed after planktonic growth in the culture medium above the cells, another 131 were identified following direct adhesion to the cells. Genes tadB and rcpA of the tad locus, as well as genes pgaBC and an ORF coding for the Hsf homolog where all found among overexpressed genes. When A. pleuropneumoniae was cultured in contact with broncho-alveolar lavage fluids (BALF), 156 genes were significantly differentially expressed and gene apxIVA, which was up-regulated, was detected for the first time during in in vitro growth conditions. Finally, experiments were conducted in vivo in animals naturally infected with A. pleuropneumoniae in the late stage of the acute phase in order to identify genes that are expressed during the infection of the natural host. While 150 genes were deemed differentially expressed, genes apxIVA as well as two genes from an operon coding for a putative type IV fimbriae were up-regulated. Out of those 72 genes that were overexpressed, 3 encode proteins or lipoproteins of the outer membrane which are conserved among all serotypes of the bacteria. Overall, we were able to identify several new potential virulence factors for A. pleuropneumoniae in the course of our experiments, as well as several new potential targets for the elaboration of an efficient cross-serotype vaccine.

Un défi de la transcriptomique est d'explorer l'intégralité du répertoire des transcrits normaux et anormaux. Les analyses de GEP (Gene Expression Profiling) basées sur la technologie des puces à ADN sont largement exploitées en cancérologie depuis plusieurs années. Parallèlement, les nouvelles méthodes basées sur le séquençage à haut débit offrent désormais la possibilité de réaliser des analyses précises et sensibles nécessaires à l'étude des cellules normales et cancéreuses. Quelle que soit la méthode, la caractérisation de l'ensemble des transcrits codants et non-codants représente un réel défi biologique pour la recherche de nouveaux marqueurs de diagnostic et de pronostic, et pour la bonne prise en charge des patients. Dans ce travail, j'ai eu l'occasion de traiter deux aspects différents de la biologie qui convergent vers l'identification de transcrits exprimés de manière aberrante dans les leucémies myéloïdes. Le premier aspect a consisté à proposer une sélection de biomarqueurs moléculaires pour la caractérisation de la leucémie myélomonocytaire chronique (LMMC). A partir de l'expression de ces gènes, nous avons développé un score de pronostic qui a permis de définir deux groupes de patients cliniquement distincts. Nous avons ensuite complété notre étude par une caractérisation phénotypique par cytométrie en flux des sous-populations cellulaires aberrantes constituant les lignages mono- et granulocytaires. Une partie de ce travail a été étendue aux leucémies aiguës myéloïdes (LAM) à caryotype normal (CN). L'autre aspect a consisté à participer à la mise en place d'une approche computationnelle intégrée pour caractériser de nouveaux ARNs non annotés et fort probablement non-codants. En explorant des données de Digital Gene Expression (DGE), nous avons quantifié et caractérisé la fraction de ces transcrits dans les régions intergéniques. Nous avons vérifié l'expression de ces nouveaux transcrits dans les tissus normaux et cancéreux en croisant avec d'autres données d'expression, telles que le RNA-Sequencing, et regarder leur conservation et leur expression dans d'autres espèces. / A challenge of transcriptomics is to explore the full repertoire of normal and abnormal transcripts. Gene expression profiling analyses based on microarray technology are widely used in cancer research since many years. Meanwhile, new methods based on high-throughput sequencing methods offers henceforth the possibility to undergo accurate and sensitive analyses necessary for studying normal and cancer cells. Despite the method, the characterization of all coding and non-coding transcripts is a real biological challenge in identifying novel diagnostic and prognostic markers, and for the proper care of patients. In the present work, I had the opportunity to address two different aspects of biology, both convergent toward the identification of aberrantly expressed transcripts in myeloid leukemia. The first aspect was to provide a selection of molecular biomarkers for the characterization of chronic myelomonocytic leukemia (CMML). We developed a gene expression-based prognostic score which identified two clinically distinct groups of patients. We then completed our study with a phenotypic characterization by flow cytometry of aberrant subpopulations constituting the myeloid and granulocytic lineages. A part of this work has been extended to acute myeloid leukemia (AML) patients with normal karyotype. The other aspect was to participate in the implementation of an integrated computational approach in order to characterize novel non annotated RNAs, more likely non-coding. We quantified and characterized the proportion of these transcripts in intergenic regions by exploring Digital Gene Expression (DGE) data. We checked their expression in normal and cancer tissues by crossing with RNA-Seq data, and their conservation and expression in other species.

L'azote est essentiel au développement de toutes les cellules vivantes. Il est un des facteurs limitant de la croissance végétale. La seule source d'azote abondante est l'atmosphère contenant 80 % de diazote mais cette forme n'est assimilable que par certains procaryotes. Ces microorganismes sont capables de fixer l'azote atmosphérique sous leur forme libre ou en symbiose avec des plantes. Ainsi, ils fournissent à leur plante partenaire des substrats azotés, sous forme d'ammoniaque, tandis qu'en retour celle-ci fournit à la bactérie des substrats carbonés issus de sa photosynthèse. Il s'agit d'une association à bénéfices réciproques. Il existe deux grands types de symbiose fixatrice d'azote : la symbiose rhizobienne, impliquant diverses Protéobactéries et la symbiose actinorhizienne impliquant une Actinobactérie, Frankia. Les bactéries pénètrent les cellules des plantes pour former un nouvel organe, la nodosité dans laquelle va avoir lieu la fixation d'azote. Les bases moléculaires à l'origine de la symbiose rhizobienne sont très bien caractérisées tandis que celles de la symbiose actinorhizienne restent en grande partie inconnue, de par l'absence d'outils génétiques. Toutefois, les premières étapes de mise en place de la symbiose présentent des similarités. Les deux bactéries sont capables d'induire la déformation du poil racinaire en sécrétant un facteur déformant, le facteur Nod pour la plupart des symbioses rhizobiennes et un facteur encore non caractérisé dans le cas de la symbiose actinorhizienne. La problématique de mes travaux de thèse est de savoir si le dialogue moléculaire s'établissant entre la plante et la bactérie est basé sur des composants universels. Ce travail a utilisé deux approches. Une approche ciblée visait à mettre en évidence la fonction. Une approche non-ciblée par le biais des puces transcriptomiques chez Frankia a permis de comparer l'expression génétique entre des conditions de vie libre et des conditions de vie symbiotique. Enfin, une dernière approche a concerné les composés aromatiques chez Frankia. Il s'agissait d'établir si Frankia était capable de cataboliser différents composés aromatiques. En effet, beaucoup d'entre eux sont impliqués dans les interactions plante-bactérie, notamment dans les réactions de défense de la plante / Nitrogen is essential for cells development. It's one of the limiting factors of plant growth. The only abundant source of this component is the atmosphere which contains 80 % of dinitrogen, but this form can only be assimilated by some prokaryotes. These microorganisms are able to fix atmospheric nitrogen under freeliving condition or in symbiosis with some plants. Thus, they provide nitrogen substrates to the plant in the form of ammonium, and in return the plant provides carbon substrates from photosynthesis. It is an association with reciprocal profits for both partners. There are two major nitrogen-fixing symbioses: rhizobial symbiosis, which involves various Proteobacteria and actinorhizal symbiosis, which involves the Actinobacterium, Frankia. Bacteria enter plant root cells and develop a new organ, the nodule where nitrogen fixation takes place. Molecular bases are well characterized for rhizobial symbiosis, whereas little is known about the actinorhizal symbiosis. This fact is in part due to absence of genetic tools for Frankia. However, early steps of the interaction show some similarities. These two bacteria are able to induce root hair deformation by secreting a deforming factor, Nod factor in most rhizobial symbioses and a noncharacterized factor in the actinorhizal symbiosis. The aim of this thesis was to determine if molecular dialogue between plant and bacteria is based on universal components. This work used two approaches. One was targeted on nodC-like gene from Frankia alni ACN14a. We tried to characterize their function. Another used trancriptomic microarrays in Frankia. This technique allowed us to compare transcripts from 2 conditions: free-living cells and symbiosis. A last approach focused on aromatic compounds in Frankia. We wanted to determine if Frankia was able to use different aromatic compounds to grow. Indeed, a lot of aromatic compounds are involved in plant-bacteria interaction such as plant defense