Fusarium verticillioides est une moisissure phytopathogène et mycotoxinogène dont l’occurrence est fréquente dans le sol et dans de nombreux céréales et végétaux et plus particulièrement dans le maïs et le blé. La contamination des cultures par F. verticillioides conduit à des maladies variées et est souvent associée avec une accumulation de mycotoxines. Les fumonisines B1 (FB1) and B2 (FB2) sont les toxines les plus dangereuses produites par F. verticillioides. Des conséquences létales de la consommation de produits alimentaires contaminés par les fumonisines ont été reportées chez les animaux et l’homme. Différentes démarches ont été utilisées pour lutter contre cette moisissure et ses toxines mais souvent liées à l’utilisation de fongicides chimiques par ailleurs reconnus pour leurs effets néfastes pour l’homme, les animaux et l’environnement. Des pratiques alternatives ont été développées pour préserver les récoltes en respectant les écosystèmes et la santé humaine et animale. L’utilisation d’amendements organiques est apparue comme une stratégie intéressante de contrôle des maladies des plantes en assurant un apport de PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) et agents de biocontrôle. Notre étude a donc eu pour but de caractériser les communautés microbiennes, et plus particulièrement celles d’intérêt pour le biocontrôle, d’amendements organiques et sols amendés ainsi que de tester leur potentiel antifongique envers F. verticillioides. Les mécanismes de biocontrôle ont été étudiés en utilisant des approches métabolomiques et transcriptomiques par séquençage haut débit. L’étude des communautés microbiennes dans les amendements et les sols amendés a été réalisée par pyroséquençage de marqueurs qui sont des portions du gène ribosomal 16S et de la séquence ITS2. Le microbiote des amendements est essentiellement constitué par les familles des Pseudonocardiaceae, Bacillaceae et Trichocomaceae qui incluent différents PGPM et agents antifongiques. Par ailleurs les amendements semblent favoriser l’installation des familles d’intérêt dans les sols tout en limitant celle des pathogènes tels les Nectriaceae qui comprennent des Fusarium pathogènes. Les tests d’antagonisme ont montré que les sols amendés réduisaient la croissance de F. verticillioides de façon plus importante que le sol de référence en inhibant la production de microconidies. La production de fumonisines a également été fortement réduite en présence des métabolites produits par le microbiote des sols amendés (plus de 68 % et 92 % pour FB1 and FB2 respectivement). Des souches d’actinomycètes isolées des amendements, et identifiées comme appartenant au genre Streptomyces, ont montré une activité antifongique envers F. verticillioides. Parmi celles-ci, Streptomyces AV05 a été sélectionnée pour les tests supplémentaires en raison de son fort potentiel d’inhibition vis-à-vis de F. verticillioides. Des comparaisons des endométabolomes et transcriptomes des 2 souches cultivées seules ou en confrontation ont été réalisées et de nombreuses différences ont été remarquées pour chacune entre les 2 modalités. Ainsi, 29 métabolites impliqués dans les modifications du métabolome de F. verticillioides en co-culture avec Streptomyces AV05 ont été identifiés et différentes voies métaboliques semblent avoir été affectées. L’étude du transcriptome des 2 souches a donné des résultats allant dans le même sens que celle du métabolome. En effet des changements significatifs de niveau d’expression ont été observés au niveau transcriptomique pour 800 gènes de F. verticillioides et 115 gènes de Streptomyces AV05 en situation de confrontation. L’identification de ces gènes est en cours et plusieurs d’entre eux semblent impliqués dans les modifications des profils métaboliques observées chez les 2 souches. L’intégration des données métabolomiques et transcriptomiques devrait permettre d’améliorer a compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la confrontation. / Fusarium verticillioides is a phytopathogenic and mycotoxigenic filamentous fungus that can be found with high occurrence in soils and in a wide range of cereals and vegetables, particularly in corn and wheat. The F. verticillioides contamination in crops leads to various diseases and is usually associated with an accumulation of mycotoxins. Fumonisin B1 (FB1) and fumonisin B2 (FB2) are the most dangerous mycotoxins produced by Fusarium verticillioides. Lethal consequences caused by fumonisins have been reported in animals and in human due to the consumption of contaminated food products. To deal with this pathogenic fungus and its mycotoxins, several approaches have been applied but they are usually based on the use of chemical agents that are reported to be unsafe for humans, animals and ecosystems. Alternative practices that maintain the quality and the abundance of crops while preserving the ecosystems and human and animal health have been developed. The application of organic amendments has been reported as an interesting strategy for controlling diseases by providing an abundant source of PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) and biocontrol agents. The aim of our study was to characterize the microbial communities of organic amendments and amended soils focusing on the microbial families of interest for biocontrol and to assess the antifungal potential of amended soils and their microbiota towards F. verticillioides. Mechanisms of biocontrol were studied using metabolomics and transcriptomics approaches. Evaluation of microbial communities in amendments and amended soils using pyrosequencing of the 16S rDNA and the ITS genes showed that the amendments contained mainly the families of Pseudonocardiaceae, Bacillaceae and Trichocomaceae that were believed to include various PGPM and antifungal agents. Furthermore, the amendments were expected to promote the families of interest in soil and also to limit those of pathogens such as Nectriaceae that might contain many pathogenic Fusarium. Antifungal assays showed that the amended soils reduced the F. verticillioides growth better than the reference soil by inhibiting the microconidia production. The fumonisin production was strongly reduced by the metabolites produced by the amended soils’ microbiota (up to 68 % and 92 % for FB1 and FB2 respectively). Some actinomycete isolates from these amendments were identified as Streptomyces and they demonstrated antifungal activity against F. verticillioides. Among the Streptomyces strains, Streptomyces AV05 was selected for further studies because of its strong inhibition towards F. verticillioides. The interaction between the Streptomyces strain AV05 as antagonist agent and F. verticillioides was investigated. The study of the endometabolome and the transcriptome of the two microorganisms was carried out in two different conditions: strains cultivated alone or in confrontation. Many modifications have been noticed into the endometabolome of the 2 microorganisms during the direct confrontation and 29 metabolites involved in the endometabolome alteration of F. verticillioides in co-culture with Streptomyces AV05 were identified. Many fungal metabolic pathways were suggested to have been affected. The results of the study of the mRNA of the 2 strains appeared to be in accordance with the metabolomics results. A change in the transcriptomic level was observed: 800 genes of F. verticillioides and 115 genes of Streptomyces AV05 were found to be expressed differently when the strains were cultivated alone or in confrontation. The identification of these genes is in progress. Many of them are expected to be responsible for the change in the metabolic profiles observed in the bacterial-fungal interaction. The integration of the metabolomic and transcriptomic informations could improve the understanding of the mechanisms of biocontrol during direct confrontation.

La Flavescence Dorée (FD) est une maladie épidémique infectant les vignes européennes causée par un phytoplasme (pFD) qui est transmis de vigne à vigne par l’insecte vecteur Scaphoideus titanus. Aucun cépage actuellement cultivé n’est totalement résistant, mais des différences de sensibilité existent. En France, les méthodes de lutte réglementaires se concentrent sur la plantation de pieds certifiés sains, l’arrachage des plants contaminés et des traitements insecticides contre le vecteur dans les zones touchées par la FD. En plus du coût économique de ces moyens de lutte, l’usage des produits phytosanitaires impacte l’environnement et la santé humaine. Une meilleure compréhension des relations entre les différents acteurs du pathosystème vigne-pFD-S. titanus est donc essentielle pour pouvoir appliquer d’autres stratégies de lutte. Dans ce contexte, les principaux objectifs de ma thèse étaient (1) d’identifier et de caractériser au niveau fonctionnel des gènes codant des protéases de surface, les FtsH, potentiellement impliquées dans la virulence du pFD, (2) de caractériser la multiplication et la diffusion du pFD dans la vigne en s’affranchissant des interactions vigne-S. titanus, (3) d’initier la caractérisation du déterminisme génétique de la résistance par analyse d’un pool de descendants issus du croisement entre un cépage sensible (CF) et un cépage peu sensible (Mag) et (4) d’identifier des différences de dérégulations géniques entre le cépage très sensible CS et le cépage peu sensible M par comparaison des transcriptomes. Les résultats indiquent que (1) huit gènes FtsH sont codés par le pFD et s’expriment de manière différentielle selon l’hôte, (2) les différences de sensibilité à la FD chez la vigne sont dues au moins en partie aux interactions vigne-pFD, (3) une ségrégation des caractères « infection des plantes » et « multiplication du pFD » dans cette descendance est obtenue et (4) le M active des voies métaboliques différentes par rapport au CS lors de l’infection. A terme, la compréhension puis l’exploitation des différences de sensibilités des cépages pourront contribuer à l’élaboration de pistes alternatives à la lutte actuelle contre la FD dans le cadre d’une réduction des intrants. / Flavescence Dorée (FD) is a severe epidemic disease of grapevine caused by a wall-less bacteria, a phytoplasma (pFD), transmitted by the insect vector Scaphoideus titanus. There is no resistant variety, but differences in susceptibility between Vitis exist. In France, the actual control consists in insecticide treatments against the vector, up-rooting of diseased plants and sanitary control of plants. It has high economic and environmental impacts. A better understanding of the pathosystem FDp-grapevine-S. titanus is essential to develop alternative measures. In this context, the main objectives of my thesis were (1) to identify and characterize the expression of genes encoding surface proteases, FtsH, potentially involved in the virulence of the pFD, (2) to characterize the FDp multiplication and diffusion in Vitis without taking into account grapevine-S. titanus interactions, (3) to initiate the characterization of genetic determinism by phenotyping a pool of progeny from the cross between the susceptible variety CF and the poorly susceptible variety Mag and, (4) to identify differences in gene expression between the very susceptible variety CS and the poorly susceptible variety M by transcriptomes comparison. Results indicate that (1) eight FtsH genes are encoded by the FDp and are differentially expressed between plant and insect hosts, (2) differences in FD susceptibility in Vitis are caused, at least in part, by Vitis-FDp interactions, (3) a segregation of the characters "plant infection" and "pFD multiplication" is obtained in the progeny and, (4) M activates different metabolic pathways than CS to respond to FDp infection. Such knowledge can contribute to the development of alternative methods for limiting phytosanitary inputs.

Les études d'association pangénomiques (GWAS) ont permis l'identification de plusieurs dizaines de gènes et de polymorphismes nucléotidiques (SNPs) contribuant au risque de diabète de type 2.Plus généralement, les GWAS ont permis d'identifier des milliers de SNPs contribuant à des maladies complexes chez l'Homme.Cependant, la caractérisation fonctionnelle et les mécanismes biologiques impliquant ces SNPs et ces gènes restent en grande partie à explorer.En effet, les conséquences de ces polymorphismes sont complexes et peu connues. Une conséquence directe est l'altération de la protéine codée par un gène, voire une extinction complète de la transcription du gène (p.ex. via l’introduction d’un codon stop dans la séquence).Par ailleurs, ces polymorphismes peuvent avoir un rôle de régulation dans l'expression des gènes, par exemple, en perturbant la liaison de facteurs de transcription et d'enzymes impliqués dans la méthylation de l'ADN.Malgré des associations fortes des SNPS identifiés, ils ne peuvent expliquer la totalité de l'héritabilité du diabète de type 2, suggérant par le fait même des mécanismes d'interactions entre les différentes couches que représentent la génomique, la transcriptomique et l'épigénomique.Le changement de paradigme en statistique génétique et la disponibilité de données transcriptomiques et épigénomiques sont responsables de l'évolution du domaine, passant des analyses d'associations à des analyses transversales de type multi-omique, et permettant de fournir des éléments de réponse sur l’aspect fonctionnel des SNPs ou des gènes impliqués, et dans certains cas, permettant d'évaluer le lien causal de ces variants sur la pathologie.Les développements et applications méthodologiques proposés dans cette thèse sont variés, allant d’une approche similaire aux GWAS, mettant à profit les données longitudinales disponibles dans certaines cohortes (p.ex. D.E.S.I.R.), au moyen d'un modèle joint; de la caractérisation fonctionnelle de gènes candidats, identifiés par GWAS, dans la sécrétion d'insuline par une étude transcriptomique multi tissu et dans un modèle cellulaire; de l'identification d'un nouveau gène candidat (PDGFA) impliqué dans la dérégulation de la voie de l'insuline dans le diabète de type 2 via des mécanismes épigénétiques et transcriptomiques; et enfin de la caractérisation de l'effet sur le transcriptome de deux substituts du bisphénol A dans un modèle d’adipocyte primaire.L'augmentation des connaissances des processus biologiques dans lesquels sont impliqués les SNPs et gènes identifiés par GWAS pourrait permettre l'élaboration de stratégies diagnostiques plus efficaces, ainsi que l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2 et des complications associées (p.ex. insulinorésistance, NAFLD, cancer, etc.). Plus généralement, ces études multi-omiques ouvrent la voie à l'approche émergente que représente la médecine de précision, permettant le traitement et la prévention des pathologies tout en prenant en compte ce qui fait la spécificité d'un individu, à savoir son génome et son environnement, tous deux interagissant sur son transcriptome et son épigénome. / Genome-wide association studies (GWAS) have resulted in the identification of several dozen of genes and single nucleotide polymorphisms (SNPs) contributing to type 2 diabetes.More generally, GWAS have identified thousands of SNPs contributing to complex diseases in humans.However, the functional characterization and biological mechanisms involving these SNPs and genes remain largely to be explored. Indeed, the consequences of these polymorphisms are complex and little known.One direct consequence of the SNPs is the alteration of the protein encoded by a gene, or even a complete transcriptional gene silencing (e.g. codon stop in the sequence). Furthermore, these polymorphisms may have a regulatory role in gene expression, for example, by interfering with the binding of transcription factors and enzymes involved in DNA methylation.Despite the strong associations of identified SNPs, they cannot explain the full heritability of type 2 diabetes, suggesting interactions mechanisms between the different layers of -omics, such as genomics, transcriptomics and Epigenomics.The shift of paradigm in statistical genetics and the availability of transcriptomic and epigenomic data are responsible for the evolution of the discipline, moving from association studies to multi-omics, and providing insights on the functional aspect of the SNPs or genes involved, and in some cases allowing to evaluate the causal link of these variants on the pathology.The methodological developments and their applications proposed in this thesis are various, ranging from a similar approach to GWAS, leveraging the longitudinal data available in some cohorts (e.g. D.E.S.I.R.), using an joint model approach; the functional characterisation of candidate genes in insulin secretion by a multi tissue transcriptomic study and transcriptomic study in a cell model; the identification of a new candidate gene (PDGFA) involved in the deregulation of the insulin\\\'s pathway in type 2 diabetes through epigenetic and transcriptomic mechanisms; and finally, the characterisation of the effect on the transcriptome of two substitutes of bisphenol A in a primary adipocyte model.The increase of knowledge in biological processes involving SNPs and genes identified by GWAS could enable the development of more effective diagnostic strategies, and the identification of therapeutic targets for the treatment of type 2 diabetes and associated complications (e.g., insulin resistance, NAFLD, cancer, etc.).More generally, these multi-omics studies pave the way for the emerging approach of precision medicine, allowing the treatment and prevention of pathologies while taking into account what makes the specificity of an individual, namely his genome and his environment, both interacting on his transcriptome and his epigenome.

Les cellules du cumulus (CCs) forment avec l'ovocyte le complexe ovocyte-cumulus (COC). Au cours de la folliculogénèse, un dialogue interdépendant régi par des jonctions communicantes se crée entre l'ovocyte et les CCs adjacentes. L'ovocyte en sécrétant certains facteurs, permettrait la différentiation et la prolifération des CCs qui, parallèlement, fournissent à l'ovocyte les nutriments nécessaires à sa maturation et son développement. La maturation nucléaire de l'ovocyte est définie par l'expulsion du 1er globule polaire au stade métaphase II (MII). Notre équipe a préalablement démontré que certains gènes exprimés dans les CCs chez l'humain, pouvaient prédire indirectement le potentiel implantatoire embryonnaire et la survenue d'une grossesse. Dans l'objectif d'identifier des marqueurs fiables de la maturité des ovocytes, nous avons analysé le profil transcriptomique des CCs en fonction du stade de maturité des ovocytes (VG, MI et MII). Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'impact des conditions de maturation in vivo versus in vitro, sur le profil d'expression de gènes des CCs en fonction du stade de maturation ovocytaire. Nous avons mis en évidence, pour la première fois, une signature spécifique dans les CCs associée à la maturité nucléaire des ovocytes in vivo et in vitro. Nous avons également observé une sous-expression des gènes impliqués dans la maturation ovocytaire et l'expansion des CCs, et une sur-expression des gènes associés au cycle cellulaire dans les CCs dérivées d'ovocytes maturés in vitro, comparées aux CCs issus d'ovocytes in vivo. En comparant l'expression des gènes dans les CCs selon la condition de maturation et le stade de maturité de l'ovocyte, nous avons identifié deux voies de signalisation dominantes : la voie des lipides (transport du cholestérol et des triglycérides) fortement activée en condition in vivo, et le processus de réplication, recombinaison et réparation d'ADN, spécifique aux CCs in vitro. Nos résultats montrent que les conditions de maturation des COCs ont un impact sur la signature moléculaire des CCs. De plus, La signature moléculaire identifiée dans les CCs à différents stades de maturation ovocytaire nous a permis de définir la compétence des CCs. En considérant ce critère, nous avons observé que les ovocytes matures associés à des cellules du cumulus compétents (sur-expression de la signature des CCs au stade MII) présentent un potentiel de formation de blastocyste supérieur aux ovocytes MII entourés des cellules du cumulus incompétents (sur-expression de la signature des CCs au stade VG et/ou MI). Ces résultats ouvrent ainsi de nouvelles perspectives en application clinique. Des études supplémentaires sont toutefois nécessaires afin d'identifier, dans un premier temps, les facteurs qui influencent l'expression des gènes au cours de la maturation ovocytaire in vivo et comprendre ainsi les voies de signalisation altérées par les conditions de culture in vitro. / Cumulus cells (CCs) associated with the oocyte form the cumulus-oocyte complex (COC). During folliculogenesis, interdependent dialogue governed by gap junctions is created between the oocyte and adjacent CCs. The oocyte, by secreting certain factors allows the differentiation and proliferation of CCs which, at the same time, provide nutrients to the oocyte for its maturation and development. Nuclear maturation of oocytes is defined by its transition from germinal vesicle (GV) to metaphase I (MI) up to metaphase II (MII) phase. Our team previously shown that certain genes expressed in the human CCs could predict embryo and the pregnancy outcomes. We analyzed the transcriptomic profile of CCs according to oocyte nuclear maturation stages (GV, MI and MII). The aim of this study was to identify the CCs molecular signature according to nuclear maturation oocyte under in vivo and in vitro conditions. In addition, we studied the impact of culture conditions of the COCs under in vivo and in vitro on the gene expression profile of CCs. We have demonstrated that there is a specific signature in the human CCs associated with the nuclear maturity of human oocytes whatever the culture condition. We have also observed the under-expression of genes involved in oocyte maturation and CCs expansion, and the over-expression of genes associated with cell cycle function in the CCS derived from in vitro versus in vivo oocytes. By comparing gene expression in the CCs according to oocyte nuclear maturation stages, we have identified two dominant signaling pathways: the lipids pathway (cholesterol transport and triglyceride) strongly activated in in vivo conditions, and the process of replication, recombination and DNA repair, which appear to be specific to in vitro CCs. Our results suggest that the maturation conditions of COCs have an impact on the molecular signature of CCs.Moreover, our data showed that matures oocytes can be surrounded by competent (sur-expression of the identified molecular signature of CCs derived from oocyte at MII stage) or incompetent CCs (sur-expression of the identified molecular signature of CCs derived from oocyte at GV or/and MI stages). These results open new perspectives in clinical application.Further studies are needed to identify factors influencing gene expression during oocyte maturation in vivo. These data should help to better understand how/why signaling pathways are altered by culture conditions in vitro.

Les écosystèmes aquatiques constituent la destination finale des contaminants. Les organismes aquatiques sont ainsi impactés par un cocktail de molécules, dont les produits phytosanitaires. Le caractère perturbateur endocrinien (PE) de certains d’entre eux est particulièrement préoccupant. La présente étude explore les effets de pesticides modèles à potentiel PE – la chlordécone (CLD) et le pyriproxyfène (PXF), seuls et en mélange – chez le copépode estuarien Eurytemora affinis par des approches écotoxicogénomiques innovantes. En réponse aux PE, l’accent a été porté sur les effets de ces composés sur la reproduction, la croissance ou le développement. En parallèle, l’affinité des pesticides aux récepteurs aux oestrogènes et aux androgènes humains d’une part, et aux ecdystéroïdes d’autre part, a été étudiée grâce à des outils bio analytiques afin d’évaluer la pertinence de l’utilisation du potentiel PE défini par les tests cellulaires comme critère d’exclusion dans la réglementation européenne des pesticides. Ces travaux de thèse présentent, pour la première fois, les transcriptomes et protéomes d’E. affinis après exposition aux PE. Un effet sexe-dépendant a été observé par les deux approches « omics » révélant un plus fort impact des composés sur les copépodes mâles. Des gènes et protéines, impliqués dans le processus de mue et dans la gamétogénèse ont été identifiés comme candidats pour le développement de biomarqueurs moléculaires de PE chez les crustacés. Les tests cellulaires ont permis de mettre en évidence des interactions entre les contaminants et les récepteurs hormonaux. Toutefois, le screening de molécules par les tests YES/YAS/anti-YES/anti-YAS s’est heurté à quelques limites d’interprétations. Enfin, les résultats du test S2 EcR, souligne la pertinence de l'utilisation couplée de tests spécifiques d’un système endocrinien de vertébrés et d’invertébrés dans l’évaluation du risque des composés PE. / Aquatic ecosystems constitute the chemicals’ final destination. Among the xenobiotics, endocrine disruptors (ED) are compounds of major concern. In this context, ED pesticides effects were investigated in the widespread copepod Eurytemora Affinis using ecotoxicogenomics technics. In response to PE pesticides, focus was made on reproduction, growth and development. In order to evaluate the endocrine activity, in vitro tests (YES/YAS/anti-YES/anti-YAS and S2 EcR) were used to screen the compounds alone and in mixtures. These results were discussed to evaluate the “cut off criterion” used in European assessment. This work presents for the first time, transcriptomes and proteomes of E. affinis after PXF and CLD –alone and in binary mixture- exposure. A sex dependent effect was observed by the two “omics” approaches. Male copepods were more impacted by contaminants than female copepods. Genes and proteins (e.g. chitin deacetylase, kelch protein) were identified as candidates for the development of ED molecular biomarkers. In vitro tests highlighted binding of pesticides with both vertebrate and invertebrate receptors. However, a toxicity for the highest concentrations tested and some limits for the interpretation of mixtures results were limiting in YES/YAS/anti-YES/anti-YAS assays. The last observation represents particularly a major concern for interpretation of the ED mode of action of environmental matrix. S2 EcR highlighted some complementary results about the mode of action of chemicals alone and in binary mixtures. These results accentuate the need to combine vertebrate specific test and invertebrate specific test in ED risk assessment.

Les écosystèmes côtiers sont parmi les plus vulnérables aux changements globaux actuels, qui entraînent notamment une augmentation de la température de l'eau, ainsi que de la fréquence des épisodes hypoxiques. La coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, est une espèce subtidale évoluant à des profondeurs de 2 à 210 m. Malgré son intérêt commercial et un intérêt écologique majeur, cette espèce n'a fait l'objet que de peu d'études au niveau moléculaire. L'objectif de cette thèse était de caractériser les mécanismes moléculaires régissant l'acclimatation de cette espèce aux contraintes thermique et hypoxique. Nous avons dans un premier temps caractérisé les modifications d'expression des gènes/protéines, par des approches transcriptomiques (RNAseq) et protéomiques (2-DE), dans un tissu, le manteau, d'animaux exposés à une contrainte thermique prolongée (56 jours). Nous avons ainsi pu identifier les voies majeures de régulation (eg., AP-1), les grandes fonctions (eg., cytosquelette) et processus (eg., apoptose) impliqués dans la réponse, mais également d'observer les grandes orientations du métabolisme (eg., dégradation des lipides de réserve). La réponse des organismes à l'hypoxie dépend de leur manière de gérer les faibles teneurs en oxygène. Nous avons d'abord, par une approche comparative avec une espèce intertidale, la moule (Mytilus spp.), caractérisée la réponse physiologique de la coquille Saint-Jacques à l'hypoxie. Nous avons pu ainsi déterminer ses paramètres d'oxyregulation, plus particulièrement son Point critique en 02 (Pc02). Le développement d'une approche protéomique, couplant l'effet de la température et de l'hypoxie, nous a ensuite permis d'identifier plusieurs protéines (CK2, GLN, etc.) potentiellement impliquées dans la réponse au niveau moléculaire. Enfin, dans l'optique de mieux comprendre la physiologie particulière de ces mollusques dans leur environnement naturel, nous avons comparé les signatures protéomiques de deux populations de P. maximus évoluant dans des écosystèmes contrastés, i.e. en limite nord- (Norvège) et au centre- (Brest) de l'aire de répartition de l'espèce. Les résultats suggèrent des différences majeures entre les deux populations au niveau du cytosquelette. En conclusion, ce travail ouvre des perspectives nouvelles pour la compréhension des mécanismes moléculaires régissant l'adaptation des mollusques aux contraintes thermiques et hypoxiques, deux stress particulièrement importants pour les organismes marins dans le contexte du changement global. / Coasts are among the most vulnerable ecosystems to the ongoing global changes, which result in increased water temperatures and frequencies of hypoxic episodes. The great scallop, Pecten maximus, is a subtidal species living at depths of 2-210 m. In spite of its commercial and major ecological values, only few studies at the molecular level were performed on this species. This thesis aimed at characterizing the molecular mechanisms implied in acclimation of this species to thermal and hypoxia stresses. We first characterized the changes of expression of the genes / proteins in response to a long-term thermal stress (56 days), by using both a transcriptomic- (RNAseq) and a proteomic- (2-DE based) approaches, in the mantle tissue of scallops. This allowed us to identify key regulatory pathways (eg., AP-1), the major functions (eg., cytoskeleton) and processes (eg., apoptosis) involved in the response, but also to observe the main orientations of metabolism (eg., degradation of lipid reserves). The response of organisms to hypoxia depends on how they cope with low oxygen availability. Therefore, we first carried out a comparative approach with an intertidal species, the mussel (Mytilus spp.) to characterize the physiological response of P. maximus to hypoxia. Of note, we could determine its oxyregulatory parameters, particularly its critical point in 02 (Pc02). Then, coupling the effects of temperature and of hypoxia, we developed a proteomic approach that allowed us to identify several proteins (CK2, GLN, etc.) potentially involved in the response at the molecular level. Finally, in an effort to better understand the particular physiology of these mollusks in their natural environment, we compared the proteomic signatures of two populations of P. maximus living in highly contrasted ecosystems, ie in the northern limit- (Norway) and the center- (Brest) of the biogeographical distribution of this species. The results suggest major differences between the two populations, especially at the cytoskeleton level. In all, this work opens new avenues for understanding the molecular mechanisms governing the adaptation of mollusks to heat and hypoxia, two stresses that will most probably greatly influence the lifestyle of marine organisms and populations in future years.

Les analyses génomiques ont permis d’identifier des gènes et des protéinesimpliqués dans la maladie d’Alzheimer (MA). Au laboratoire, des approchesdifférentes ont mis en évidence deux gènes différentiellement exprimés dans lamaladie : le gène IL-33, retrouvé comme étant sous-exprimé chez les patientsatteints de MA, et le gène BIN1, identifié par des approches de GWAS et retrouvécomme étant sur-exprimés dans le cerveau des patients.Nous avons observé que la protéine IL-33 avait un impact sur le métabolismedu précurseur du peptide amyloïde (APP) de par sa fonction de facteur de régulationtranscriptionnelle. Nous avons alors cherché à identifier les gènes modulés par IL-33ainsi que des sites potentiels de fixation de la protéine sur l’ADN par des analyses àhaut débit. Il a été observé qu’IL-33 avait une forte implication dans la transcriptiondes gènes et pouvait agir directement sur l’ADN de par son impact sur les histones.De plus, IL-33 augmenterait l’expression de la préséniline 2, ce qui expliquerait alorsson impact sur le métabolisme de l’APP.Nous avons identifié un polymorphisme fonctionnel dans la région régulatricedu gène BIN1 associé à la maladie et pouvant expliquer la variation de sonexpression retrouvée dans le cerveau des patients. Nous avons également retrouvéune interaction de la protéine BIN1 avec Tau. BIN1 est alors le premier déterminantgénétique de la MA retrouvé comme étant associé à Tau et pourrait expliquer le lienentre la pathologie amyloïde et la pathologie Tau.Nos analyses nous ont donc permis, à partir des résultats d’analysesgénomiques, de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans laphysiopathologie de la MA. / Genomic analyses allowed to identify genes and proteins involved inAlzheimer’s Disease (AD). In the laboratory, genetic and transcriptomic approachesrevealed two genes differentially expressed in AD: IL-33 gene, found to be underexpressedin AD cases brain, and BIN1 gene, found by GWAS analyses and overexpressedin brains of AD cases.As regards to IL-33, we observed that this protein have an impact on amyloidprecursor protein (APP) metabolism by its transcriptional regulation properties. So,we tried to identify the genes modulated by IL-33 using transcriptomic high-troughputanalyses and we identified IL-33 DNA binding sites by ChIP-on-chip approaches. Weobserved that IL-33 was involved in gene transcription and could act directly on DNAby interaction with histones. We also observed that IL-33 increase the expression ofpresenilin 2, which can explain its effect on APP metabolism.As regards to BIN1, we identified one functional polymorphism in regulatoryregion of this gene associated with AD and allowed to explain the expressionvariation of BIN1 in AD brains. We also found an interaction of BIN1 with Tau. So,BIN1 would be the first genetic risk factor for AD linked to the “Tau pathway” andcould explain the link between amyloid pathology and Tau pathology.The analyses performed in the laboratory allowed to, from genomic analysesresults, a better understanding of mechanisms involved in AD physiopathology.

Les imidazoquinoxalines (imiqualines), molécules bioactives originales analogues chimiques de l’imiquimod et présentant un important potentiel anticancéreux, ont été explorées afin d’élucider leurs mécanismes d'action. Les molécules EAPB0203 et EAPB0503, identifiées lors d’études antérieures comme étant les « têtes de séries », ont montré un effet cytotoxique puissant in vitro sur des lignées cellulaires cancéreuses humaines de mélanome et de lymphomes T. Nous avons étudié l’effet cytotoxique de 13 imiqualines nouvellement synthétisées sur une lignée cellulaire de mélanome humain (A375). Tous les composés ont montré un effet cytotoxique important. L’effet cytotoxique a été démontré sur d’autres lignées cellulaires cancéreuses humaines (côlon, sein et lymphome T de l’adulte).Un blocage du cycle cellulaire en phase G2/M a été mis en évidence par cytométrie en flux sur des cellules A375 traitées par EAPB0203 et EAPB0503. Cet arrêt du cycle cellulaire semble être en relation avec un effet inhibiteur de la polymérisation de la tubuline. En effet, nos résultats ont montré que l’EAPB0503 et 3 autres imiqualines inhibent la polymérisation de la tubuline. L’étude de modélisation moléculaire de la liaison à de la tubuline a montré que ces composés se fixent sur le site de la colchicine.Une analyse transcriptomique sur EAPB0503 a été effectuée pour élucider le mécanisme d'action des imiqualines. Cette étude a été faite sur la lignée A375 en comparaison avec 13 anticancéreux de référence. L’étude transcriptomique a montré que EAPB0503 a une composante antitubuline tout en révélant un mécanisme d’action original. Deux hypothèses mécanistiques pour EAPB0503 ont ainsi été identifiées : 1/ altération de la voie de signalisation liée aux intégrines, 2/ altération de la voie de signalisation du récepteur TNFR et de FasL.Des analyses fonctionnelles in vitro nous ont permis d’explorer ces hypothèses. Ainsi, une altération uniquement des voies de signalisation PI3K/AKT et RAS/MAPK, toutes deux liées aux intégrines, a été observée. La première hypothèse semble donc validée. De plus, ce résultat a été confirmé par l’étude de l’expression et de la phosphorylation de ERK.Finalement, nous avons développé une formulation injectable par voie intraveineuse de EAPB0503 à base de nanocapsules. Cette formulation a d’abord été testée in vitro et in vivo sur un modèle de lymphome. Ces études ont pu mettre en évidence l’absence de toxicité des nanoparticules vides et le maintien de l’activité cytotoxique de EAPB0503 encapsulé in vitro, avec un effet immunomodulateur in vivo qui demande à être exploré. / The imidazoquinoxalines (imiqualines), original bioactive molecules and chemical analogues of imiquimod and with significant anti-cancer potential, were explored in order to elucidate their mechanisms of action. The molecules EAPB0203 and EAPB0503 identified in previous studies as leader, showed potent in vitro cytotoxic effect on human cancer cell lines of melanoma and T lymphoma. We studied the cytotoxic effect 13 newly synthesized imiqualines on a cell line of human melanoma (A375). All compounds showed a significant cytotoxic effect. The cytotoxic effect was shown on other human cancer cell lines (colon, breast and adult T lymphoma).A cell cycle block in G2 / M phase was demonstrated by flow cytometry on A375 cells treated with EAPB0203 and EAPB0503. This cell cycle arrest seems to be related with an inhibitory effect on the polymerization of tubulin. Indeed, our results showed that EAPB0503 and three other imiqualines inhibit tubulin polymerization. The molecular modeling study of binding to tubulin showed that these compounds bind at the colchicine site.A transcriptomic analysis on EAPB0503 was performed to elucidate the mechanism of action of imiqualines. This study was made on the A375 line compared with 13 approuved anticancer molecules. This transcriptomic study showed that EAPB0503 has an antitubulin effect while revealing a novel mechanism of action. Two mechanistic hypotheses for EAPB0503 were identified: 1/ alteration of the signaling pathway linked to integrin, 2/ alteration of the signaling pathway TNFR receptor and FasL.In vitro functional analyses have allowed us to explore these hypotheses. Thus, alteration only PI3K / AKT and RAS / MAPK signaling pathways, both related to integrins, was observed. The first hypothesis seems confirmed. Moreover, this result was confirmed by the study of the expression and phosphorylation of ERK.Finally, we developed an intravenously injectable formulation of EAPB0503 based on nanocapsules. This formulation was first tested in vitro and in vivo on lymphoma model. These studies could highlight the lack of toxicity of empty nanoparticles and retention of the cytotoxic activity of encapsulated EAPB0503 in vitro, with an in vivo immunomodulatory effect which needs to be explored.

La spécialisation à différents environnements est un moteur de divergence entre populations et espèces. Les insectes phytophages sont des candidats pertinents pour l’étude de la spéciation par spécialisation écologique, de par leur relation intime à leur plante hôte et à l’occurrence régulière de changements d’hôtes au cours de leur évolution. Cette spéciation écologique nécessite trois composantes : une source de sélection divergente, un isolement reproducteur (pré-ou post-zygotique), et un mécanisme liant les gènes sous sélection et ceux responsable de l’isolement reproducteur. Dans ce cadre, nous avons étudié l’isolement reproducteur et la spécialisation chez deux modèles de lépidoptères polyphages, ravageurs des cultures : (1) la pyrale du maïs, Ostrinia nubilalis, et son espèce sœur, Ostrinia scapulalis, (2) la légionnaire d’automne, Spodoptera frugiperda, dont deux variants sont identifiables, le variant riz (sf-R) et le variant maïs (sf-M). Ces deux modèles montrent des patrons de diversification via la plante hôte : les deux espèces sœurs et les deux variants sont différenciés génétiquement et sont spécialisés sur différentes plantes hôtes (maïs pour O. nubilalis et sf-M ; armoise pour O. scapulalis ; riz pour sf-R). Nous avons étudié les patrons de spécialisation de ces modèles en effectuant des mesures de traits d’histoire de vie à deux moments clés de leur cycle de vie : (1) au stade larvaire, par des expériences de transplantation réciproque, (2) au stade adulte, par des expérience de choix d’oviposition. Ces mesures nous ont permis de mettre en évidence un patron de spécialisation pour les deux espèces de pyrale et pour le variant sf-M au stade adulte et/ou larvaire, alors que les résultats ne montre pas de spécialisation claire pour le variant sf-R de S. frugiperda, du moins sur les plantes testées. Nous avons également recherché des mécanismes de cette spécialisation par une analyse transcriptomique visant à identifier les gènes ou familles de gènes dont l’expression varie en fonction de la plante hôte chez nos deux modèles. Cette étude mécanistique a mis en lumière des fonctions de gènes impliquées dans la détoxification, la digestion et l’immunité qui peuvent expliquer les différences de traits d’histoire de vie que nous avons observés. Enfin, nous avons quantifié différentes barrières (pré- et post-zygotiques) pour estimer le degré de divergence et les facteurs impliqués dans l’isolement reproducteur des entités génétiques étudiées. Nous avons notamment trouvé pour les deux modèles des barrières post-zygotiques précoces avec un pourcentage d’éclosion plus faible dans les croisements interspécifiques. Dans le modèle Ostrinia, nous avons également mis en évidence la présence d’une barrière pré-zygotique en lien avec le bouquet phéromonal émis par les femelles. / Specialization in different environments is a driver of divergence between populations and species. Phytophagous insects are interesting candidates to study the speciation process via the ecological specialization, due to the intimate relationship between the insects and their host plant but also the regular occurrence of host changes they experienced during evolution. Ecological speciation requires three important components: a source of divergent selection, a form of reproductive isolation either pre- or post-zygotic, and a mechanism linking the genes under selection to those responsible of the reproductive isolation. In this context, we studied the reproductive isolation and specialization in two models polyphagous lepidopteran pests: (1) the European corn borer, Ostrinia nubilalis, and the closely related species Ostrinia scapulalis, (2) two host races of Spodoptera frugiperda (the fall armyworm), rice strain (sf-R) and corn strain (sf-M). Both models showed a patterns of diversification via the host plant: both species sisters and the two strains are genetically differentiated and are specialized on different host plants (maize for O. nubilalis and sf-M; mugwort for O. scapulalis; rice sf-R). We studied the patterns of specialization of these models by quantification of life history traits in two time points of their life-cycles: (1) in the larval instar, by reciprocal transplant experiments, (2) in the adult, by choice oviposition experiment. These measures highlighted a pattern of specialization at the adult and/or larval instar for both moth species and sf-M. However, the results showed no clear specialization for sf-R of S. frugiperda on the tested plants. We investigated the mechanisms of specialization by RNA-seq in order to identify the genes or the gene families for which variation of their expression depends on the host plant. This mechanistic study revealed genes involved in detoxification, digestion and immunity process that may explain the differences observed in life history traits. Finally, we quantified various barriers (pre- and post-zygotic) to estimate the divergence degree and the causes involved in reproductive isolation of genetic entities studied. In particular, for the two models, we found evidences of post-zygotic barriers with a lower percentage of hatching in the interspecific crosses. In Ostrinia model, we have also demonstrated the presence of pre-zygotic barrier depending of the pheromone blend emitted by the females.

Depuis leurs apparitions, les technologies de séquençage à haut débit (NGS) ont permis de révolutionner notre connaissance du transcriptome. Le RNA-Seq ou séquençage à haut-débit des transcrits, permet la numérisation rapide d’un transcriptome sous forme de millions de courtes séquences d’ADN. Contenue dans ces données brutes, l’information des transcrits peut être analysée quantitativement sous forme de profils d’expression. Les séquences obtenues contiennent également une multitude d’informations qualitatives comme les jonctions d’épissage, les variants génomiques ou post-transcriptionnels, ainsi que de nouvelles formes de transcriptions moins conventionnelles comme les ARN circulaires, les gènes de fusions ou les longs ARN non-codants.Peu à peu, le RNA-Seq s’impose comme une technologie de référence dans la recherche en biologie, et, demain dans la médecine génomique.Mes travaux de thèse proposent une vue transversale de la technologie RNA-Seq avec comme point de départ l’optimisation des méthodes d’analyses actuelles dans un contexte donné - via des procédures de benchmarking systématiques s’appuyant sur la simulations de données. Ces optimisations sont ensuite exploitées, dans le cadre d’applications sur la biologie des cancer (Leucémies et Hépatoblastome), afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs, ainsi qu’une nouvelle stratification des patients dans le but de proposer des pistes thérapeutiques personnalisées. Enfin, mes derniers travaux portent sur la proposition de deux nouvelles méthodes d’analyse du RNA-Seq par décomposition en k-mers. La première, TranSiPedia, propose un nouveau paradigme, ayant pour objectif d'intégrer les données du transcriptome à très large échelle, via l'indexation systématique de données expérimentales. La seconde méthode, DE-kupl, propose une analyse différentielle - sans apriori - des données RNA-Seq pour l’identification de nouveaux biomarqueurs et la caractérisation de nouveaux mécanismes du transcriptome. / Since their introduction, next generation sequencing technologies (NGS) have shaped our vision of the transcriptome. RNA-seq, or high throughput transcript sequencing, enables the fast digitization of a transcriptome in the form of million of short DNA sequences. The information available in the raw data can be used in a quantitative way to extract expression profiles. The obtained sequences also provides a wide range of qualitative information such as splicing junction, genomic or post-transcriptional variants, as well as new forms of less conventional transcription such as circular RNA, fusion genes or long non coding RNA. Gradually, RNA-Seq is becoming a gold standard in molecular biology and tomorrow in genomic medicine.My thesis work proposes a global vision of the RNA-Seq technology, starting with the optimisation of current analysis methods to a particular context through systematic benchmarking procedures relying on the simulation on synthetic data. These optimizations are later used as a part of a work on the biology of cancer in order to identify new biomarkers in leukemia as well as a new stratification of hepatoblastoma patients to propose personalized treatments. Finally, my last work is focused on the proposal of two new analysis methods for RNA-Seq data, both based on the principle of k-mer decomposition. The first method, TranSiPedia, is a new paradigm to integrate transcriptome data at a very large scale through the systematic indexation of experimental data. The second method, DE-Kupl, is a new strategy to perform differential analysis, without a priori knowledge about the transcriptome. DE-kupl is designed to help the discovery of new biomarkers as well as the characterization of new mechanisms of the transcriptome.