Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Génomique intégrative“

Nematostella, petite anémone de mer, possède de fascinantes propriétés, telles que la régénération du corps entier, l’absence de signes de vieillissement et d’affections liées à l’âge comme, par exemple, le développement de cancers. Elle se cultive aisément et se reproduit en laboratoire. Malgré son aspect « simple », cet invertébré marin de l’embranchement des cnidaires partage avec les vertébrés des caractéristiques non seulement morphologiques, mais également génomiques. La communauté scientifique développe aujourd’hui une variété d’outils de génomique fonctionnelle permettant l’utilisation de cet animal de façon intégrative dans le domaine de la médecine régénérative, de la longévité et des maladies mécano-sensorielles. Son étude se présente comme particulièrement prometteuse pour faire progresser la connaissance dans ces différents domaines, offrant des possibilités expérimentales qui font défaut dans les modèles animaux classiques.

Dans un contexte post-génomique, le concept d’exposome a été introduit par Christopher Wild pour proposer une approche unifiée des expositions et fédérer différents champs disciplinaires de la recherche en santé et environnement. L’approche « exposomique » se caractérise par la volonté de développer une analyse à la fois intégrative, longitudinale et plus précise des expositions, et cela principalement grâce à l’identification de biomarqueurs. L’usage du concept d’exposome, qui se révèle particulièrement plastique, constitue un terrain d’exploration privilégié des enjeux et tensions entre approches holiste et réductionniste dans les sciences de la santé. Cet article propose une analyse de ce concept, ainsi que des promesses qui lui sont associées.

La dimension planétaire des problématiques de recherche (développement durable, changement climatique, gestion de la biodiversité, qualité de l’eau, qualité et sécurité de l’alimentation, maladies émergentes, bioénergies), la nécessité d’accroître encore à l’avenir l’offre alimentaire mondiale pour répondre à une démographie galopante, et l’évolution du statut de l’animal replacent les pratiques d’élevage, les animaux et leurs produits au coeur de débats de société. Après un tour d’horizon des grands enjeux auxquels seront confrontés les agronomes de demain, quelques axes de recherche prioritaires sont brièvement esquissés. Ils entrent totalement dans l’objectif d’une recherche agronomique finalisée pour une alimentation adaptée, un environnement préservé et une agriculture compétitive et durable, en lien avec l’ensemble des acteurs publics et privés. Les relations entre l’élevage, ses produits et l’environnement devront être explorées, analysées, modélisées pour faire évoluer nos pratiques et tenter de réconcilier élevage et écologie. L’analyse des grands enjeux qui conditionnent l’évolution de la place des produits animaux dans l’alimentation de l’Homme permettra de revisiter notre dispositif de recherche et d’apporter une dimension intégrative indispensable aux travaux de recherche. Le formidable potentiel de progrès et d’innovation offert par la génomique et la post-génomique devra être exploré. La maîtrise des processus infectieux, émergents ou récurrents, nécessitera la mise oeuvre d’une véritable écologie des maladies, intégrant la dimension environnementale. Pour s’approprier pleinement ces différentes dimensions, les chercheurs en sciences animales devront résolument ouvrir leurs réflexions et leurs projets à d’autres disciplines (écologie, agronomie, nutrition humaine, sociologie, économie de l’élevage et des produits…), et construire leurs questions de recherche en diversifiant leurs partenariats, dans le cadre d’un dialogue renouvelé et constructif avec la société.

L’exercice d’allocation de ressources en santé, relevant du Ministère de la santé, se voit fortement influencé autant par les besoins variés de la population que par les exigences des intervenants en santé. Quel rôle ces différents intérêts peuvent-ils jouer dans l’intégration de nouvelles technologies dans la distribution des soins de santé ? La pharmacogénomique, branche émergente de la pharmacologie intégrant les données issues du projet génome humain au processus de développement du médicament, est perçue comme une technologie qui permettrait de personnaliser la médecine. Son intégration aux processus de développement ou de prescription de médicaments promet de minimiser l’apparition d’effets secondaires néfastes découlant de la prise de médicaments. Serait-il alors judicieux pour le gouvernement du Québec, considérant la conjoncture actuelle d’allocation de ressources, d’investir dans la pharmacogénomique en tant que nouvel outil de développement du médicament ou nouveau mode pronostic de médication pour sa population ? Nous aborderons cette question à l’aide de critères de sélection dictés par Caulfield et ses collaborateurs (2001)[1] pour évaluer la pertinence de l’investissement public dans la mise sur pied d’un test génétique, soit l’acceptabilité, l’utilité, la non-malfaisance et la présence d’un bénéfice clair – à coût raisonnable – pour la population. La génomique avoisinant la génétique, ces facteurs s’avèrent applicables dans notre discussion.

A la question «Qui de l’oeuf ou de la poule est né le premier ?» Silésius répondait «l’oeuf est dans la poule et la poule dans l’oeuf» soulignant sa dualité, le passage du deux en un. Dans l’imagerie populaire, l’oeuf reflète le tout et son contraire, fragilité, protection, épargne, abondance (être «plein comme un oeuf»), richesse («avoir pondu ses oeufs»), éternité (le Phénix est né de l’oeuf) mais aussi mort et destruction («casser ses oeufs» se dit d’une fausse couche). Dans la mythologie de nombreuses civilisations, l’oeuf est le symbole de la naissance du monde (Apollon, le dieu grec de la lumière est né de l’oeuf). L’oeuf décoré apparu 3000 ans avant J.-C. en Ukraine fête, au printemps, le retour de la fécondité de la nature ; l’oeuf de Pâques la résurrection du Christ. L’oeuf est un tout à condition d’en sortir ! Fragile cependant car selon La Fontaine briser l’oeuf de la poule aux oeufs d’or (par curiosité) rompt l’effet magique (Auer et Streff 1999). Pour l’Homme, l’oeuf séduit pour sa valeur nutritionnelle, sa diversité d’utilisation en cuisine et son prix modique. Il en existe une grande diversité, de l’oeuf de Colibri (0,5 g) à l’oeuf de l’Aepyornis (8 litres soit l’équivalent de 150 oeufs), un oiseau de Madagascar (500 kg) disparu au 18ème siècle. Mais l’Homme ne consomme que l’oeuf de caille, de poule ou de cane. L’ère moderne a considérablement intensifié la production de ces deux dernières espèces car les poules saisonnées, qui étaient élevées avec soin par la fermière, ont plus que doublé leur production en 60 ans (de 120 oeufs par an dans les années 50 à plus de 300 aujourd’hui). Cette révolution technique résulte des efforts conjugués de la sélection génétique, d’une alimentation raisonnée répondant aux besoins nutritionnels, d’une évolution du système de production (apparition des cages) et d’une meilleure connaissance de la pathologie aviaire. Qu’en est-il du contrôle de la qualité nutritionnelle, organoleptique, technologique et hygiénique de l’oeuf ? L’oeuf est la plus large cellule reproductrice en biologie animale. Il assure dans un milieu externe le développement et la protection d’un embryon dans une enceinte fermée matérialisée par la coquille. Aussi, une de ses particularités est la diversité de ses constituants, de leur parfait équilibre nutritionnel et leur forte digestibilité, qui assure la croissance d’un être vivant. Ces caractéristiques sont à l’origine de la qualité nutritionnelle exceptionnelle de l’oeuf pour l’Homme. Une autre particularité est la présence d’une protection physique, la coquille mais, aussi d’un système complexe de défenses chimiques. Aussi, ce produit est-il remarquable de par son aptitude à engendrer la vie et pour l’oeuf de table à se conserver. Outre les éléments nutritifs, on y trouve de multiples molécules participant au développement et à la protection de l’embryon (molécules antibactériennes, antivirales, antioxydantes). Certaines d’entre elles, comme par exemple le lysozyme de blanc d’oeuf, sont partiellement valorisées par différents secteurs industriels (agroalimentaire, cosmétique, santé animale/humaine). La révélation récente d’un grand nombre de nouveaux constituants de l’oeuf, suite au séquençage génomique de la poule et au développement de la biologie intégrative, a conforté l’existence d‘activités antimicrobiennes, anti-adhésives, immuno-modulatrices, hypertensives, anticancéreuses, antiinflammatoires ou cryoprotectrices, prometteuses en médecine humaine et devrait à terme enrichir le potentiel d’utilisation de ce produit en agroalimentaire et en santé. L’objet de ce numéro spécial d’INRA Productions Animales est de rassembler les principales informations qui ont contribué au développement économique récent de ce produit, de rappeler les efforts en génétique, élevage et nutrition qui ont assuré des progrès quantitatifs et qualitatifs remarquables de la production et de la qualité des oeufs au cours des trente dernières années. Les poules élevées à l’origine par la femme pour un usage domestique se comptent aujourd’hui par milliers dans les élevages. Quelle sera la durabilité de ce système d’élevage dans un contexte socio-économique européen remettant en cause en 2012 le système éprouvé de production conventionnel d’oeufs en cage pour des cages aménagées ou des systèmes alternatifs avec ou sans parcours ? Notre objectif est d’analyser les facteurs qui contribueront à son maintien, notamment le contrôle de la qualité de l’oeuf. Il est aussi de décrire l’évolution spectaculaire des connaissances sur ce produit liée au développement des techniques à haut débit et des outils d’analyse des séquences moléculaires. Il permettra enfin d’actualiser les atouts de ce produit. Ce numéro est complémentaire d’un ouvrage plus exhaustif sur la production et la qualité de l’oeuf (Nau et al 2010). Le premier article de P. Magdelaine souligne la croissance considérable en 20 ans de la production d’oeufs dans les pays d’Asie et d’Amérique du Sud (× 4 pour la Chine, × 2 en Inde et au Mexique). En revanche, les pays très développés notamment européens à forte consommation (> 150 oeufs/hab) ont stabilisé leur production malgré une évolution importante de la part des ovoproduits mais aussi de leurs systèmes de production. La consommation des protéines animales entre pays est tout aussi hétérogène puisque le ratio protéines de l’oeuf / protéines du lait varie de 0,4 au USA, à 0,9 en France et 2,7 en Chine ! Le doublement de la production mondiale d’oeufs en 20 ans n’a été possible que grâce à des progrès techniques considérables. La sélection génétique a renforcé les gains de productivité (+ 40 oeufs pour une année de production et réduction de l’indice de consommation de 15% en 20 ans !). L’article de C. Beaumont et al décrit cette évolution, la prise en compte croissante de nouveaux critères de qualité technologique, nutritionnelle ou sanitaire. Ces auteurs soulignent les apports des nouvelles technologies, marqueurs moléculaires et cartes génétiques sur les méthodes de sélection. Ils dressent un bilan actualisé des apports et du potentiel de cette évolution récente en sélection. Le séquençage génomique et le développement de la génomique fonctionnelle est aussi à l’origine d’une vraie révolution des connaissances sur les constituants de l’oeuf comme le démontre l’article de J. Gautron et al. Le nombre de protéines identifiées dans l’oeuf a été multiplié par plus de dix fois et devrait dans un avenir proche permettre la caractérisation fonctionnelle de nombreuses molécules. Il donne aussi de nouveaux moyens pour prospecter les mécanismes d’élaboration de ce produit. Un exemple de l’apport de ces nouvelles technologies est illustré par l’article de Y. Nys et al sur les propriétés et la formation de la coquille. Des progrès considérables sur la compréhension de l’élaboration de cette structure minérale sophistiquée ont été réalisés suite à l’identification des constituants organiques de la coquille puis de l’analyse de leur fonction potentielle élucidée grâce à la disponibilité des séquences des gènes et protéines associés. La mise en place de collaborations internationales associant de nombreuses disciplines, (microscopie électronique, biochimie, cristallographie, mécanique des matériaux) a démontré le rôle de ces protéines dans le processus de minéralisation et du contrôle de la texture de la coquille et de ses propriétés mécaniques. Cette progression des connaissances a permis de mieux comprendre l’origine de la dégradation de la solidité de la coquille observée chez les poules en fin d’année de production. La physiologie de la poule est responsable d’évolution importante de la qualité de l’oeuf. Aussi, l’article de A. Travel et al rappelle l’importance d’effets négatifs de l’âge de la poule contre lequel nous disposons de peu de moyens. Cet article résume également les principales données, souvent anciennes, concernant l’influence importante des programmes lumineux ou de la mue pour améliorer la qualité de l’oeuf. Enfin, il souligne l’importance de l’exposition des poules à de hautes températures ambiantes sur leur physiologie et la qualité de l’oeuf. Le troisième facteur indispensable à l’expression du potentiel génétique des poules, et déterminant de la qualité technologique et nutritionnelle de l’oeuf, est la nutrition de la poule. Elle représente plus de 60% du coût de production. L’article de I. Bouvarel et al fait le point sur l’influence de la concentration énergétique de l’aliment, de l’apport en protéines et acides aminés, acides gras et minéraux sur le poids de l’oeuf, la proportion de blanc et de jaune ou sa composition notamment pour obtenir des oeufs enrichis en nutriments d’intérêt en nutrition humaine. Cependant, la préoccupation principale des éleveurs depuis une dizaine d’année est la mise en place en 2012 de nouveaux systèmes de production d’oeufs pour assurer une meilleure prise en compte du bien-être animal. L’article de S. Mallet et al traite de l’impact des systèmes alternatifs sur la qualité hygiénique de l’oeuf. Ces auteurs concluent positivement sur l’introduction de ces nouveaux systèmes pour la qualité hygiénique de l’oeuf une fois que les difficultés associées aux méconnaissances d’un nouveau système de production seront résolues. La qualité sanitaire de l’oeuf est la préoccupation majeure des consommateurs et un accident sanitaire a des conséquences considérables sur la consommation d’oeufs. L’article de F. Baron et S. Jan résume d’une manière exhaustive l’ensemble des éléments déterminants de la qualité microbiologique de l’oeuf et des ovoproduits : mode de contamination, développement des bactéries dans les compartiments de l’oeuf, défenses chimiques du blanc et moyens pour contrôler la contamination des oeufs et des ovoproduits. Le consommateur ne souhaite pas, à juste titre, ingérer d’éventuels contaminants chimiques présents dans ses aliments. L’article de C. Jondreville et al analyse ce risque associé à la consommation des oeufs. Il est exceptionnel de détecter la présence de polluants organiques au seuil toléré par la législation. Les auteurs insistent notamment sur l’importance de contrôler la consommation par les animaux élevés en plein air de sols qui peuvent être une source de contaminants. Une caractéristique de l’évolution de la production d’oeufs est le développement des ovoproduits qui répondent parfaitement à l’usage et à la sécurité sanitaire exigée en restauration collective. L’article de M. Anton et al décrit le processus d’obtention et l’intérêt des fractions d’oeufs du fait de leurs propriétés technologiques (pouvoirs moussant, foisonnant, gélifiant ou émulsifiant). Les différents processus de séparation, de décontamination et de stabilisation sont analysés pour leur effet sur la qualité du produit final. Enfin le dernier article de ce numéro spécial de F. Nau et al se devait d’aborder la principale qualité de l’oeuf qui conditionne son usage : la qualité nutritionnelle de ce produit pour l’Homme. Cet article actualise l’information dans ce domaine et fait le point sur les atouts nutritionnels en tentant de corriger de fausses idées. L’oeuf présente un intérêt nutritionnel du fait de la diversité et l’équilibre de ces constituants pour l’Homme mais mériterait plus d’études pour mieux évaluer son potentiel réel. En conclusion, l’oeuf est la source de protéines animales ayant la meilleure valeur nutritionnelle, la moins chère, facile d’emploi et possédant de nombreuses propriétés techno-fonctionnelles valorisées en cuisine. Dans les pays développés, l’oeuf a souffert jusqu’à aujourd’hui d’une image entachée par plusieurs éléments négatifs aux yeux des consommateurs : sa richesse en cholestérol, le risque sanitaire associé à sa consommation sous forme crue ou son système de production en cage. L’évolution des connaissances sur le risque cardio-vasculaire, les progrès réalisés sur le contrôle sanitaire des Salmonelloses en Europe et la modification radicale des systèmes de production d’oeufs devraient modifier positivement son image. La consommation de protéines de l’oeuf a augmenté de plus de 25% en 20 ans (2,53 g/personne/j vs 4,3 g pour le lait en 2005) et poursuivra sa croissance rapide notamment dans les pays en développementoù sa consommation par habitant reste faible. Cette évolution considérable de la production de ce produit devrait être mieux intégrée dans les formations des écoles spécialisées en productions animales. L’oeuf restera dans l’avenir une des sources de protéines animales dominantes et l’acquisition de connaissances sur la fonction des nombreux constituants récemment mis à jour devait renforcer son intérêt pour la santé de l’Homme. Je ne voudrais pas terminer cette préface sans remercier au nom des auteurs, Jean-Marc Perez, le responsable de la revue INRA Productions Animales, d’avoir pris l'initiative de la publication de ce numéro spécial dédié à l'oeuf et d’avoir amélioré par plusieurs lectures attentives la qualité finale des textes. Je voudrais aussi adresser mes remerciements à sa collaboratrice Danièle Caste pour le soin apporté dans la finition de ce document. Enfin, je n'oublie pas le travail d'évaluation critique des projets d'article par les différents lecteursarbitres que je tiens à remercier ici collectivement. Auer M., Streff J., 1999. Histoires d’oeufs. Idées et Calendes, Neuchatel, Suisse, 261p.Nau F., Guérin-Dubiard C., Baron F., Thapon J.L., 2010. Science et technologie de l’oeuf et des ovoproduits, Editions Tec et Doc Lavoisier, Paris, France, vol 1, 361p., vol 2, 552p.

L’avènement ces dernières années de technologies à haut débit comme les puces à ADN et plus récemment le « séquençage nouvelle génération » permet maintenant une analyse exhaustive du génome à différents niveaux de régulation parmi lesquels la mesure de l’expression de l’ensemble des gènes d’une cellule, les interactions ADN - facteurs de transcription, ou encore la méthylation de l’ADN. Il devient alors indispensable d’intégrer ces différentes données afin de pouvoir comprendre puis modéliser tous les mécanismes mis en jeu pour le fonctionnement global d’une cellule. Cette compréhension permettra alors de mieux appréhender les sources de dérégulation à l’origine de nombreuses pathologies. L’objectif de mon travail de thèse est de comprendre l’impact du coactivateur transcriptionnel PRC (PGC-1 Related Coactivator) sur la coordination de la prolifération mitochondriale et cellulaire, à partir de cellules de la lignée tumorale humaine XTC. UC1, riche en mitochondries. Pour cela, PRC et les facteurs de transcription ERRa, NRF1, GABP, CREB et YY1 impliqués dans ces deux processus ont été étudiés par ChIP-chip. Les gènes positifs pour ces différents facteurs sont alors comparés au transcriptome des mêmes cellules sous l’effet d’un siRNA PRC. L’intégration de ces différentes données de transcriptome et de ChIP-chip, couplées à des études de découverte de motifs, permettra ainsi de construire des réseaux de régulation transcriptionnelle nécessaires à la compréhension des voies d’action de PRC. Ces réseaux rendront possible la détection de cibles thérapeutiques permettant de corriger un état pathologique
Emergence over the last few years of high throughput technologies like DNA microarray and more recently next generation sequencing now allows an exhaustive analysis of genome with several regulation levels including expression measure of all cell genes, DNA – transcription factors interactions, and also DNA methylation. It thus becomes indispensable to integrate these different data to be able to understand and then to model all these mechanisms involved in global cell function. This understanding will then enable to apprehend the sources of deregulation involved in many pathologies. The goal of my PhD is to understand the impact of PRC (PGC-1 Related Coactivator) transcriptional coactivator on the coordination of mitochondrial and cellular proliferation, from human tumor cell line XTC. UC1, rich in mitochondria. To do so, PRC and transcription factors ERRa, NRF1, GABP, CREB and YY1 involved in these two processes have been studied with ChIP-chip. Positive genes for these transcription factors are then compared with transcriptome of the same cells under siRNA PRC effects. Integration of these different data of transcriptome and ChIP-chip, coupled with study of motifs discovery, will allow to construct the transcriptional regulatory networks necessary to the understanding of PRC pathways. These networks will make possible the detection of therapeutic targets allowing to correct pathological condition

L'achèvement du séquençage du génome humain ainsi que celui de nombreux organismes a contribué à l'explosion de la génomique. Cette discipline s'attache notamment à la façon dont un génome s'exprime, au mode d'action des gènes, à l'étude de l'ensemble des produits qu'il code dans un système biologique donné. Des technologies de mesure du statut du génome à grande échelle, comme les biopuces que nous avons utilisées dans cette thèse, ont été mises en oeuvre. Ce travail a porté sur l'étude des variations du transcriptome dans différentes conditions physiologiques ou pathologiques. Nous avons pu mesurer l'influence de facteurs génétiques et environnementaux, détecter des biomarqueurs ou des profils d'expression spécifiques de sous-classe pathologiques dans des lymphomes et dans des maladies thyroïdiennes. Afin de comprendre des mécanismes moléculaires sous-jacents de ces modifications d'expression, nous avons progressivement intégré d'autres données génomiques. Ceci incluait la détection de délétions ou d'amplifications de régions génomiques par puces CGH, ou l'identification de sites de liaison de facteurs de transcription sur l'ADN par analyse bioinformatique ou par ChIP-chip. Par cette approche combinée, une modélisation de réseaux biologiques est alors envisageable. Elle permettra de mieux comprendre le fonctionnement d'un système biologique, suscitant de nombreux espoirs dans la recherche de cibles thérapeutiques encore plus pertinentes
The complete human genome sequence has contributed to the expansion of genomics. This field notably describes how a genome is expressed, how some sets of genes and their products work together in biological systems. High-throughput technologies for genome research, like microarrays which were used in this thesis, were set up. This work deals with transcriptomic variations observed in different physiological or pathological conditions. We appreciated the effect of genetic and environmental factors on expression profiles, to detect biomarkers specific to pathological subclasses of lymphoma and thyroid lesions. To understand molecular mechanisms underlying these gene expression modifications, we integrated gradually other genomic data. This included detections of genomic deletions or amplifications using CGH arrays, or the identification of transcription factor binding sites by sequence analysis or by ChIP-chip methodology. With this combined approach, modeling biological networks modeling is then conceivable. It will allow a better understanding of a biological system and to detect more reliable therapeutic targets

De nombreux modèles ont été proposés pour expliquer les mécanismes de développement et de progression tumorale, néanmoins certains aspects comme la nature et la hiérarchie des altérations primaires et secondaires sont encore discutés. Pour répondre à ces questions, nous nous sommes intéressés à la progression tumorale des tumeurs hypophysaires à prolactine humaines. Ces tumeurs d'origine monoclonale sont souvent bénignes mais certaines présentent un phénotype agressif voire malin. Afin d'identifier les mécanismes impliqués dans la progression vers le phénotype agressif nous avons utilisé des techniques de génomique intégrative (puces à ADN, séquençage haut débit) couplant l'étude du transcriptome, du génome (variation du nombre de copie chromosomique, polymorphismes) et du miRNome à partir des mêmes échantillons tumoraux. Par cette stratégie nous avons identifié et hierarchisé des altérations spécifiques des tumeurs agressives et / ou malignes dans un modèle expliquant la progression tumorale des tumeurs hypophysaires à prolactine humaines. Nous avons montré que la sous-expression des microARNs miR-183, miR-744 et miR-98 stimule la prolifération via la surexpression de leurs cibles KIAA0101, TGFB1 et E2F2 spécifiquement dans les tumeurs agressives. Ceci entraine l'acquisition d'altérations chromosomiques (perte du chromosome 11 et le gain du chromosome 1q) permettant l'activation de la dissémination métastatique. Enfin, ce travail montre que l'approche de génomique intégrative multidimensionnelle permet d'apporter de nouveaux éléments pour la caractérisation des phénotypes tumoraux, le diagnostic des tumeurs agressives et la prédiction du comportement tumoral

Les levures oléagineuses ascomycètes font partie des productrices de lipides les plus connus de notre époque. Elles peuvent produire des lipides, des molécules chimiques dérivées et des acides organiques à partir de sucres simples ou complexes. Nous avons choisi les levures du genre Blastobotrys afin de définir un nouvel organisme modèle pour la production d'acides gras et de lipides, car ces levures sont capables de synthétiser et de stocker naturellement 15 à 25% de lipides dans leur biomasse sèche à partir de glucose et xylose, soit plus que Yarrowia. lipolytica dans les mêmes conditions. La plupart des études d'ingénierie métabolique connues ont utilisé les levures du genre Blastobotrys dans une logique de production de molécules différentes des lipides. Nous avons caractérisé les traits oléagineux de deux souches appartenant à deux espèces du genre Blastobotrys, en utilisant comme substrats du glucose, xylose, glycérol, fructose, cellobiose, saccharose, galactose avec un rapport C/N de 60. La plus forte production de lipides vient du cellobiose (35%) et du glucose (32%).Ensuite, afin de mieux comprendre le métabolisme des lipides des levures du genre Blastobotrys, nous avons exploré l'effet de la température sur leur physiologie, production de lipides et le profil lipidique en utilisant un milieu YNB contenant 30 g/L de glucose. Nous n'avons pas trouvé de différence marquée de transition de formes entre les formes hyphes et les levures en milieu YNB sous l’effet de quatre températures (28°C, 37°C, 42°C, 45°C), mais la production des lipides est favorisée à 28°C et le C18:1 est l'acide gras le plus abondant dans le profil lipidique. Nous avons transformé avec succès l’espèce B. raffinosifermentans grâce au système Xplor2. Nous avons pu augmenter l'accumulation de lipides en sur-exprimant deux diacylglycérol acyltransférase endogènes, DGA1 et DGA2. Le niveau d’expression élevé de DGA1 dans nos mutants n’est pas corrélé à une production élevée de lipides alors que celui de DGA2 l’est. Notre meilleure souche, dérivée de la souche parentale G1212, a produit 26,5% de lipides à partir de 30 g/L de glucose en culture en flasque. Ce travail représente l’une des premières ingénieries métaboliques de souches de Blastobotrys pour la production de lipides. Ce sont donc des levures oléagineuses comme Y. lipolytica avec un potentiel biotechnologique avéré
Ascomycetous oleaginous yeasts are among the highest known producers of lipids of our era that may supply lipids compounds, derived chemicals and organic acids from simple or complex carbon sources. We chose oleaginous yeasts species of Blastobotrys genus for defining a new model organism for fatty acid production and lipids, because these oleaginous yeasts natively produce higher lipids rate than Yarrowia lipolytica in the same conditions and can metabolize glucose and xylose. Most of the metabolic engineering studies on these yeast species focused on other molecules compounds than lipids. We characterized the oleaginous traits of two strains belonging to two different species of genus Blastobotrys, using glucose, xylose, glycerol, fructose, cellobiose, sucrose, galactose, starch and oleic acid as substrates with a C/N ratio of 60. We found the higher lipid production (35%) on cellobiose and glucose (32%).Next, in order to further understand the lipid metabolism in Blastobotrys, we explored the effect of temperature on cell physiology, lipid production and lipid profile using YNB medium with 30 g/L glucose. No markedly transition were found from the hyphae to budding form or reversely on YNB medium under four temperatures (28°C, 37°C, 42°C, 45°C). The lipids production is favored at 28°C and C18:1 is the most abundant fatty acid in the lipid profile. We successfully transformed the yeast species B. raffinosifermentans using the Xplor2 system. We increased lipid accumulation by over-expressing two native diacylglycerol acyltransferase genes, DGA1 and DGA2. Our best strain, derived from the parental strain G1212, produced 26.5 g/L lipid from 30g/L glucose in shake-flask experiments. This strain also produced citric acid like Y. lipolytica. We didn’t find significant overall elevated expression in lipid synthesis pathway for DGA1 gene when lipid production was favored on contrary to DGA2 gene. This work represents one of the first metabolic engineering of B. adeninivorans for lipid production

Analyse intégrative de données génomiques et pharmacologiques pour améliorer la prédiction de la réponse aux thérapies cibléesL'utilisation de thérapies ciblées dans le contexte de la médecine personnalisée du cancer a permis d’améliorer le traitement des patients dans différents types de cancer. Cependant, alors que la décision thérapeutique est basée sur une unique altération moléculaire (par exemple une mutation ou un changement du nombre de copies d’un gène), les tumeurs montrent différents degrés de réponse. Dans cette thèse, nous démontrons que la décision thérapeutique basée sur une unique altération n’est pas optimale et nous proposons un modèle mathématique intégrant des données génomiques et pharmacologiques pour identifier de nouveaux biomarqueurs prédictifs de la réponse thérapeutique. Le modèle a été construit à partir de deux bases de données de lignées cellulaires (the Genomics of Drug Sensitivity in Cancer, GDSC and the Cancer Cell Line Encyclopedia, CCLE) et validé avec des données de lignées et des données cliniques. De plus, nous avons également développé une nouvelle méthode pour améliorer la détection des mutations somatiques à partir de données de séquençage d'exomes complets et proposons un nouvel outil, cmDetect, disponible gratuitement pour la communauté scientifique
Integrated analysis of genomic and pharmacological data to better predict the response to targeted therapiesThe use of targeted therapies in the context of cancer personalized medicine has shown great improvement of patients’ treatment in different cancer types. However, while the therapeutic decision is based on a single molecular alteration (for example a mutation or a gene copy number change), tumors will show different degrees of response. In this thesis, we demonstrate that a therapeutic decision based on a unique alteration is not optimal and we propose a mathematical model integrating genomic and pharmacological data to identify new single predictive biomarkers as well as combinations of biomarkers of therapy response. The model was trained using two public large-scale cell line data sets (the Genomics of Drug Sensitivity in Cancer, GDSC and the Cancer Cell Line Encyclopedia, CCLE) and validated with cell line and clinical data. Additionally, we also developed a new method for improving the detection of somatic mutations using whole exome sequencing data and propose a new tool, cmDetect, freely available to the scientific community

L’analyse des interactions transcriptionnelles mesurées par les puces à ADN est utilisée pour identifier des cibles physiopathologiques d'intérêt. Il est possible de caractériser l'importance relative des transcrits à l'aide de mesures de centralité basées sur l’abstraction des réseaux. Le bruit expérimental est l’un des problèmes majeurs rencontrés lors de l’analyse du transcriptome et se retrouve également dans les réseaux de co-expression, diminuant la pertinence biologique des mesures de centralité. Nous avons supposé que l’intégration des données d’expression avec les annotations fonctionnelles pourrait augmenter la pertinence biologique et rendre les mesures plus robustes au bruit. Dans ce contexte nous avons développé l’ATC, un score de centralité fonctionnelle, qui se base sur la propagation des annotations génomiques au sein des réseaux de co-expression. Cette approche, inspirée de la propagation des influences fonctionnelles dans les réseaux d’interaction moléculaires, a été comparée à d’autres mesures de centralité topologique, la connectivité et l’intermédiarité, dans leur capacité à identifier des gènes fonctionnellement importants. Elle s’est avérée également plus résistante au bruit aléatoire. Des indicateurs d’importance biologique, notamment l’essentialité et un score unifié de conservation phylogénétique, ont été utilisés. D’autres développements ont permis la réalisation de trois outils analytiques, publiquement accessibles : FunNet, FunNetViz et PhyloScore. L’ATC et l’analyse des réseaux de co-expression ont été appliqués à des données produites au laboratoire dans le cadre de l’obésité et de nouvelles pistes physiopathologiques ont été proposées.

Ralstonia solanacearum est une bactérie phytopathogène à la gamme d'hôte exceptionnellement large et à la répartition mondiale. Cet organisme présente une biologie à facettes multiples et s'est adapté à quasiment tous les types de sols, à la vie planctonique, et à de nombreux hôtes et plantes réservoirs. Cette capacité d'adaptation est attestée par une très forte hétérogénéité des souches qui unifient ce complexe d'espèces, aussi bien au plan de la diversité génétique, phénotypique, que de la gamme d'hôte. Des approches phylogénétiques ont montré une structuration de la population mondiale en quatre phylotypes qui correspondent globalement à l'origine géographique des souches. Les travaux de thèse portent sur des souches du phylotype II qui ont valeur de modèle expérimental car épidémiologiquement inféodées à un hôte particulier : souches Moko pathogènes du bananier, souches ‘Brown rot’ adaptées à la pomme de terre et souches émergentes NPB, un variant du pouvoir pathogène. La question de recherche centrale porte sur la compréhension des mécanismes d'adaptation à l'hôte. Pour cela, une dizaine de génomes ont été séquencés dans une perspective (i) de revisiter la taxonomie de ce complexe d'espèce, (ii) d'en faire une analyse génomique comparative et (iii) d'analyser les paysages transcriptomiques produits lors de l'infection (in planta). L'ensemble des ces approches complémentaires permettent ainsi d'intégrer la complexité génétique et phénotypique de l'organisme de manière plus systémique
Ralstonia solanacearum is a plant pathogenic bacterium globally distributed with a particularly broad host range. This organism is biologically diverse and is adapted to all types of soil, to planktonic lifestyle and to many plant hosts and natural reservoirs. This bacterium is a species complex and its genetic, phenotypic and host range diversity is a direct consequence of adaptation mechanisms. Phylogenetic analyses have divided this species complex into four distinct phylotypes correlating mostly with strains’ geographical origin. This thesis focuses on using phylotype II strains as an experimental model due to their adaptation to specific hosts: Moko strains pathogenic to banana, ‘Brown rot’ strains adapted to potatoes and emergent pathological variant NPB strains. Our main research topic is the understanding of host adaptation processes. In order to tackle this problematic we sequenced about ten genomes as a starting point of (i) a taxonomic revision of the species complex (ii) a comparative genomic analysis and (iii) an in planta transcriptomic analysis. Together, these complementary approaches allow a more systemic view of this organism’s genetic and phenotypic complexity

Un nouveau paradigme tente de s’imposer en oncologie ; identifier les anomalies moléculaires dans la tumeur d’un patient, et proposer une thérapie ciblée, en relation avec ces altérations moléculaires. Nous discutons ici des altérations moléculaires considérées pour une orientation thérapeutique, ainsi que de leurs méthodes d’identification : parmi les altérations recherchées, les anomalies de nombre de copies tiennent une place importante, et nous nous concentrons plus précisément sur leur identification par hybridation génomique comparative (aCGH). Nous montrons, d’abord à partir de lignées cellulaires caractérisées, que l’analyse du nombre de copies par aCGH n’est pas triviale et qu’en particulier le choix de la centralisation peut être déterminant ; différentes stratégies de centralisation peuvent conduire à des profils génomiques différents, certains aboutissant à des interprétations erronées. Nous montrons ensuite, à partir de cohortes de patients, qu’une conséquence majeure est de retenir ou non certaines altérations actionnables dans la prise de décision thérapeutique. Ce travail nous a conduit à développer un workflow complet dédié à l’analyse aCGH, capable de prendre en charge les sources de données les plus courantes. Ce workflow intègre les solutions discutées, assure une entière traçabilité des analyses, et apporte une aide à l’interprétation des profils grâce à des solutions interactives de visualisation. Ce workflow, dénommé rCH, a été implémenté sous forme d’un package R, et déposé sur le site Bioconductor. Les solutions de visualisation interactives sont disponibles en ligne. Le code de l’application est disponible pour une installation sur un serveur institutionnel
In oncology, a new paradigm tries to impose itself ; analyzing patient’s tumors, and identifying molecular alterations matching with targeted therapies to guide a personalized therapeutic orientation. Here, We discuss the molecular alterations possibly relevant for a therapeutic orientation, as well as the methods used for their identification : among the alterations of interest, copy number variations are widely used, and we more specifically focus on comparative genomic hybridization (aCGH). We show, using well characterized cell lines, that identification of CNV is not trivial. In particular, the choice for centralizing profiles can be critical, and different strategies for adjusting profiles on a theoretical 2n baseline can lead to erroneous interpretations. Next, we show, using tumor samples, that a major consequence is to include, or miss, targetable alterations within the decision procedure. This work lead us to develop a comprehensive workflow, dedicated to aCGH analysis. This workflow supports the major aCGH platforms, ensure a full traceability of the entire process and provides interactive visualization tools to assist the interpretation. This workflow, called rCGH, has been implemented as a R package, and is available on Bioconductor. The interactive visualization tools are available on line, and are ready to be installed on any institutional server

La transcription est la première étape de l’expression des gènes. Chez les eucaryotes, la transcription par l’ARN polymérase II (Pol II) est un processus hautement régulé. Elle commence par la fixation d’activateurs spécifiques sur des régions régulatrices. Cela permet le recrutement de co-activateurs suivi des facteurs généraux de la transcription (GTFs) et de l’ARN polymérase II pour former le complexe de préinitiation (PIC). Le Médiateur est un complexe co-activateur essentiel à ce processus. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, il est composé de 25 sous-unités dont 10 sont essentielles à la viabilité. Son rôle principal est d’intégrer les signaux de régulation pour les transmettre aux composants du PIC. On connait aujourd’hui un certain nombre de fonctions du Médiateur. Néanmoins, sa complexité et la présence de sous-unités essentielles compliquent la compréhension détaillée de son mécanisme de fonctionnement in vivo. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé aux sous-unités essentielles Med10 et Med7, toutes deux appartenant au module du milieu du Médiateur, peu étudié jusqu’à présent. Nous avons construit une collection de mutants thermosensibles de ces deux sous-unités chez la levure S. cerevisiae. Nous avons caractérisés ces mutants par différentes approches de biologie moléculaire, biochimie et génomique fonctionnelle. L’étude de la sous-unité Med10 nous a permis de mettre en évidence in vivo un lien fonctionnel entre le Médiateur et TFIIB, un GTF essentiel au recrutement de la Pol II. Nous avons ainsi identifié les sous-unités Med14 et Med10 qui sont en contact avec TFIIB. Nos analyses de ChIP-seq montrent que le module du milieu et Med10, en particulier, est requis pour la formation correcte du PIC sur l’ensemble du génome. Ces données nous ont également permis de montrer que le Médiateur influence la formation du PIC en relation avec l’architecture des promoteurs en termes de présence de boîtes TATA, d’occupation des nucléosomes et leur dynamique. Ce travail nous a permis une meilleure compréhension du rôle du Médiateur dans l’activation de la transcription et donné des informations mécanistiques sur la façon dont l’interaction entre le Médiateur et TFIIB (et les autres GTFs) ainsi que l’architecture des promoteurs mènent à une régulation gène-spécifique
Transcription is the first step of gene expression. In eukaryotes, messenger RNA (mRNA) transcription is a highly regulated process. Transcription begins with the binding of a specific transcription factor on a DNA regulatory sequence. This enable the recruitment of co-activators, followed by general transcription factors (GTFs) and RNA polymerase II (Pol II) to form preinitiation complex (PIC). Mediator is a co-activator complex which is essential in this process. In yeast Saccharomyces cerevisiae, Mediator is composed of 25 subunits, among which 10 are essential for cell viability, organized into four distinct modules. The main role of this complex is to transmit regulatory signal to PIC components. Although Mediator has been the subject of a large numbers of studies, its complexity prevents the detailed understanding of how it acts in vivo. During my PhD, I focused my work on the study of the two essential subunits Med7 and Med10. Both of these subunits belong to the middle module, poorly studied so far. We obtained a collection of temperature-sensitive mutants of Med7 and Med10 in yeast S. cerevisiae. We used different molecular biology and functional genomics to characterize these mutants. The work on Med10 subunit enabled us to highlight in vivo a functional link between Mediator and TFIIB, one of the GTFs. Notably, we have shown a new contact between Med14 subunit and TFIIB. Our ChIP-seq analysis shows that Mediator middle module, and in particular Med10 subunits, is crucial for PIC assembly genome-wide. These data also permit us to show that Mediator influence PIC formation in relation to promoter architecture. Taken together, these results indicates that Mediator in crucial to orchestrate the incorporation of the different proteins into the PIC. This work permit us to improve our understanding of how functional interplay between Mediator, TFIIB, other GTFs, and the promoter architecture leads to gene-specific transcription

Les données d’expression génique sont reconnues comme étant de grande dimension, etnécessitant l’emploi de méthodes statistiques adaptées. Mais dans le contexte des essaisvaccinaux, d’autres mesures, comme par exemple les mesures de cytométrie en flux, sontégalement de grande dimension. De plus, ces données sont souvent mesurées de manièrelongitudinale. Ce travail est bâti sur l’idée que l’utilisation d’un maximum d’informationdisponible, en modélisant les connaissances a priori ainsi qu’en intégrant l’ensembledes différentes données disponibles, améliore l’inférence et l’interprétabilité des résultatsd’analyses statistiques en grande dimension. Tout d’abord, nous présentons une méthoded’analyse par groupe de gènes pour des données d’expression génique longitudinales. Ensuite,nous décrivons deux analyses intégratives dans deux études vaccinales. La premièremet en évidence une sous-expression des voies biologiques d’inflammation chez les patientsayant un rebond viral moins élevé à la suite d’un vaccin thérapeutique contre le VIH. Ladeuxième étude identifie un groupe de gènes lié au métabolisme lipidique dont l’impactsur la réponse à un vaccin contre la grippe semble régulé par la testostérone, et donc liéau sexe. Enfin, nous introduisons un nouveau modèle de mélange de distributions skew t àprocessus de Dirichlet pour l’identification de populations cellulaires à partir de donnéesde cytométrie en flux disponible notamment dans les essais vaccinaux. En outre, nousproposons une stratégie d’approximation séquentielle de la partition a posteriori dans lecas de mesures répétées. Ainsi, la reconnaissance automatique des populations cellulairespourrait permettre à la fois une avancée pratique pour le quotidien des immunologistesainsi qu’une interprétation plus précise des résultats d’expression génique après la priseen compte de l’ensemble des populations cellulaires
Gene expression data is recognized as high-dimensional data that needs specific statisticaltools for its analysis. But in the context of vaccine trials, other measures, such asflow-cytometry measurements are also high-dimensional. In addition, such measurementsare often repeated over time. This work is built on the idea that using the maximum ofavailable information, by modeling prior knowledge and integrating all data at hand, willimprove the inference and the interpretation of biological results from high-dimensionaldata. First, we present an original methodological development, Time-course Gene SetAnalysis (TcGSA), for the analysis of longitudinal gene expression data, taking into accountprior biological knowledge in the form of predefined gene sets. Second, we describetwo integrative analyses of two different vaccine studies. The first study reveals lowerexpression of inflammatory pathways consistently associated with lower viral rebound followinga HIV therapeutic vaccine. The second study highlights the role of a testosteronemediated group of genes linked to lipid metabolism in sex differences in immunologicalresponse to a flu vaccine. Finally, we introduce a new model-based clustering approach forthe automated treatment of cell populations from flow-cytometry data, namely a Dirichletprocess mixture of skew t-distributions, with a sequential posterior approximation strategyfor dealing with repeated measurements. Hence, the automatic recognition of thecell populations could allow a practical improvement of the daily work of immunologistsas well as a better interpretation of gene expression data after taking into account thefrequency of all cell populations