Academic literature on the topic 'Clonage de génome dans la levure'

Les cartes géniques des espèces domestiques sont restées très rudimentaires, voire inexistantes, jusqu’au début des années 1990. La situation a évolué à cette période avec la mise en place de vastes programmes de cartographie du génome, aussi bien au plan national (programmes de cartographie de l’INRA, programmes Génome Français) qu’européen (programmes Bridge) pour quelques espèces majeures dont les espèces bovine et porcine. Il est en effet apparu clairement que la connaissance du génome, indispensable pour l’isolement et le clonage des gènes d’intérêt agronomique, passait par la construction des cartes génétique (mise en place d’un réseau de marqueurs polymorphes par analyse de liaison sur des familles de référence) et cytogénétique (localisation de marqueurs et de gènes sur les chromosomes). Les principales méthodes mises au point pour établir, dans un premier temps, la carte cytogénétique puis, dans un deuxième temps, la carte physique à haute résolution sont présentées.

L’essor de la génétique au cours des dernières décennies a permis des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes conduisant aux maladies rénales héréditaires. Des premières études par clonage positionnel jusqu’à l’avènement du séquençage à haut débit (NGS), les techniques d’analyse du génome sont devenues de plus en plus performantes, avec un niveau de résolution extraordinaire. Les prix de séquençage se sont effondrés, passant d’un million de dollars (environ 940 millions d’euros) pour le séquençage du génome de James Watson en 2008, à quelques centaines d’euros pour le séquençage d’un génome aujourd’hui. Le diagnostic moléculaire tient ainsi une place centrale pour le diagnostic des patients et influe sur la prise en charge thérapeutique dans de nombreuses situations. Mais si le NGS est un outil performant pour l’identification de variants impliqués dans les maladies, il expose au risque de surinterprétation de certains variants, conduisant à des diagnostics erronés. Dans cette revue, nous proposons une brève rétrospective des étapes essentielles qui ont conduit aux connaissances actuelles et au développement du NGS pour l’étude des néphropathies héréditaires de l’enfant. Nous développerons ensuite les principales néphropathies héréditaires et les mécanismes moléculaires sous-jacents.

Comparées à celles de l’homme et de la souris, les cartes génétiques des espèces d’élevage sont encore très rudimentaires. Toutefois, la gamme des techniques actuellement disponibles permet désormais de progresser rapidement dans l’établissement de ces cartes. L’objectif immédiat des équipes de génétique moléculaire et cytogénétique de l’INRA est d’identifier, pour les génomes bovin (à Jouy-en-Josas) et porcin (à Toulouse essentiellement), un premier réseau de marqueurs distants d’environ 20 centimorgans, soit un ensemble d’environ 150 marqueurs. Compte tenu du fait que l’organisation du génome est relativement conservée d’une espèce de mammifères à l’autre, les connaissances acquises chez l’homme et la souris permettront, dans une certaine mesure, de guider les travaux de cartographie des espèces d’élevage. On attend de ces recherches : 1) la mise en évidence des régions du génome intervenant dans la variabilité des caractères quantitatifs ; 2) des bases de départ pour le clonage des gènes d’intérêt zootechnique ; 3) le repérage précoce de gènes majeurs à l’aide de gènes marqueurs proches ; 4) une meilleure appréciation de la diversité génétique des races et 5) une précision accrue dans l’identification des animaux et le contrôle des filiations. Des collaborations internationales se mettent en place, notamment dans le cadre de la CEE.

Allèle : une des formes alternatives d'un locus. Dans une cellule diploïde, il y a deux allèles pour chaque locus (un allèle transmis par chaque parent), qui peuvent être identiques. Dans une population, on peut avoir plusieurs allèles pour un locus.Annotation structurale : repérage des coordonnées des diverses structures dans le génome, telles que les gènes.Annotation fonctionnelle : renseignements sur les fonctions des séquences, le plus souvent pour les gènes.BAC : Bacterial Artificial Chromosome. Vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant un grand fragment d’ADN génomique (taille > 100 kb*). Les BAC assemblés en contigs* sont à la base des cartes physiques du génome.Carte cytogénétique : carte des chromosomes. Réalisée par localisation visuelle (FISH*) au microscope de fragments d’ADN sur les chromosomes au stade métaphase de la mitose.Carte d’hybrides irradiés : réalisée en testant par PCR la présence ou l’absence de fragments d’ADN dans une collection de clones d’hybrides irradiés (RH*). Deux fragments d’ADN sont proches sur le génome s’ils sont trouvés fréquemment dans les mêmes clones.Carte génétique : obtenue par l’étude de la ségrégation dans des familles ou des populations, de marqueurs polymorphes, soit moléculaires, soit phénotypiques, deux séquences étant d’autant plus proches qu’elles sont souvent transmises ensemble lors de la méiose.Clonage positionnel : stratégie visant à identifier un gène responsable de l’expression d’un phénotype en utilisant des informations de position sur le génome.Contig : ensemble de clones (le plus souvent des BAC*) ou de lectures de séquence ordonnés grâce à des informations sur leur parties chevauchantes.Cosmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragments d’ADN génomique de taille avoisinant les 50 kb*.CNV : Copy Number Variation ; polymorphisme du génome correspondant à la variation du nombre de copies d’une séquence, pouvant dans certains cas contenir un ou plusieurs gènes.Déséquilibre gamétique : pour deux loci quelconques, c'est le fait que la fréquence des haplotypes* estimée pour tous les gamètes est différente de celle attendue à partir du produit des fréquences alléliques de chaque locus. Synonyme : déséquilibre de liaison. Contraire de : équilibre gamétique.Dominance : qualificatif de l’effet d'un allèle, dont une copie suffit à l'expression du phénotype* approprié. L’allèle A est dominant sur l’allèle a si l’hétérozygote* Aa a le même phénotype* que l’homozygote AA.EST : Expressed Sequence Tag : séquences étiquettes (partielles) de transcrit, obtenues par séquençage aléatoire d’ARN.Evaluation génomique : évaluation de la valeur génétique d’individus d’après leurs génotypes pour un ensemble de loci distribués sur le génome, d’après des équations établies à partir des performances d’individus de référencephénotypés et génotypés.Expression génique : études visant à estimer le niveau de production (expression) des gènes en fonction d’états physiologiques ou de tissus différents.Exon : fraction de la partie codante d’un gène eucaryote. Les gènes des organismes eucaryotes sont le plus souvent fractionnés en plusieurs séquences d’ADN dans le génome, les exons, séparés entre eux par d’autres séquences (introns*).FISH : Fluorescent In Situ Hybridisation. Hybridation de sondes d’ADN marquées à l’aide d’un fluorochrome, sur des chromosomes au stade métaphase de la mitose. Permet la réalisation de la carte cytogénétique.Fingerprinting : technique permettant d’estimer très grossièrement la similarité entre des séquences d’ADN sans les séquencer, par la comparaison des longueurs de bandes produites par des enzymes de restriction coupant l’ADN à des sites précis.Fosmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragment d’ADN génomique de taille déterminée et égale à 40 kb*.FPC : FingerPrint Contig* ; contig* de clones (généralement des BAC*) ordonnés par la technique du fingerprinting, afin d’obtenir une carte physique du génome.Génotype 1 : constitution génétique d'un individu. 2. Combinaison allélique* à un locus particulier, ex: Aa ou aa.Haplotype : combinaison allélique spécifique pour des loci appartenant à un fragment de chromosome défini.Héritabilité au sens strict : proportion de la variance phénotypique due à la variabilité des valeurs génétiques = proportion de la variance phénotypique due à la variance génétique additive.Hétérozygote : individu ayant des allèles non identiques pour un locus* particulier ou pour plusieurs loci. Cette condition définit l’ «hétérozygotie». Contraire de: homozygote.Homologues : séquences similaires en raison d’une origine évolutive commune.Hybride irradié : cellule hybride obtenue par fusion entre cellules hôte d’une espèce et donneuse d’une autre espèce, contenant une fraction aléatoire du génome de l’espèce donneuse, après cassures par irradiation, reconstitution aléatoire de chromosomes ou insertion dans des chromosomes de la cellule hôte et rétention partielle. Deux séquences proches sur le génome sont en probabilité dans les mêmes clones RH*, tandis que deux séquences distantes ont une probabilité faible d’être conservées ensemble.IBD : pour identity by descent. Identité entre deux chromosomes (ou parties de chromosomes), liée à leur descendance d’un même chromosome ancestral.Indel : Insertion – deletion ; polymorphisme de présence ou absence d’un ou plusieurs nucléotides.Intron : séquence non-codante dans les gènes, séparant les exons, qui codent pour une protéine.Kb : kilobase ; séquence de mille paires de bases (pb*).Locus (pl. : loci) : Site sur un chromosome. Par extension, emplacement d’un gène ou d’un marqueur génétique sur un chromosome.Marqueur génétique : séquence d'ADN dont le polymorphisme est employé pour identifier un emplacement particulier (locus) sur un chromosome particulier.Mate-pair : séquences appariées (1 à 10 kb* de distance), produites en circularisant les fragments d’ADN, puis par séquençage à travers le point de jointure.Mb : mégabase ; séquence d’un million de paires de bases (pb*) de longueur.Orthologues : séquences homologues* entre deux espèces.Paired-end : séquences appariées produites par la lecture des deux extrémités de courts fragments d’ADN (moins de 500 pb*) dans le cas des nouvelles technologies de séquençage.Paralogues : séquences homologues* résultat de la duplication d’une séquence ancestrale dans le génome. Il s’agit de deux (ou plus) séquences similaires par homologie dans un même génome.Pb : paire de base ; unité de séquence d’ADN, représentée par une base et sa complémentaire-inverse sur l’autre brin.Phénotype : caractère observable d'un individu résultant des effets conjugués du génotype et du milieu.Phylogénomique : utilise les méthodes de la génomique et de la phylogénie. Par la comparaison de génomes entiers, permet de mettre en évidence des pertes et gains de gènes dans les génomes, ainsi que leur variabilité moléculaire, afin (entre autres buts) d’aider à prédire leur fonctions.Plasmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragment d’ADN génomique de taille allant de 500 pb* à 10 kb* environ.Polymorphisme d'ADN : existence de deux ou de plusieurs allèles* alternatifs à un locus.Puce à ADN ou puce pangénomique : Système permettant pour un individu le génotypage simultané de très nombreux marqueurs génétiques (de quelques milliers à quelques centaines de milliers).QTL : abréviation de locus à effets quantitatifs (de l’anglais Quantitative Trait Locus).Récessivité : qualificatif de l’effet d'un allèle, où l'homozygotie* est nécessaire pour l'expression du phénotype* approprié. opposé de : dominance*.RH : Radiation Hybrid (hybride irradié*)Sanger (méthode de) : méthode de séquençage publiée en 1977 (Sanger et al 1977) et encore utilisée de nos jours avec les séquenceurs à électrophorèse capillaire.Scaffold : ensemble de contigs* de séquence reliés entre eux par des informations apportées par des lectures appariées (mate-pairs* ou paired-ends*).Sélection assistée par marqueurs (abréviation : SAM) : utilisation d’un jeu restreint de marqueurs de l'ADN pour améliorer la réponse à la sélection dans une population : les marqueurs sont choisis comme étroitement liés à un ou plusieurs loci cibles, qui sont souvent des loci à effets quantitatifs ou QTL*.SNP : polymorphisme d'un seul nucléotide à une position particulière de la séquence d’ADN (abréviation de l’anglais Single Nucleotide Polymorphism).Supercontig : nom alternatif pour les scaffolds*.WGS : Whole Genome Shotgun ; production de lectures de séquence d’un génome entier de manière aléatoire.

Quoiqu’entré dans le langage courant, le terme de “biotechnologies” a gardé une signification quelque peu imprécise. Au sens large, les biotechnologies peuvent être définies comme un ensemble de techniques et de connaissances permettant d’exploiter les propriétés du vivant à des fins d’application. Sous cette acception, les biotechnologies sont aussi vieilles que nos civilisations puisque l’homme s’est servi très tôt - bien sûr sans le savoir - de micro-organismes pour fabriquer des aliments tels le pain, le fromage et des boissons fermentées. Mais ce sont les avancées spectaculaires de la biologie moderne, notamment celles de la biologie moléculaire, qui élargissent presque à l’infini le champ d’application potentiel des biotechnologies. C’est le cas, entre autres, des applications possibles à l’élevage des progrès de la biologie animale. Le présent ouvrage regroupe, sur les biotechnologies animales, huit contributions qui représentent un spectre très large d’applications : produits issus de procédés biotechnologiques (vaccins, hormone), techniques de reproduction, aide à l’ amélioration génétique, transgenèse et nouveaux outils d’analyse de mécanismes biologiques. Prenant le contre-pied d’une certaine partie de la littérature antérieure sur le sujet, qui se présente comme une sorte d’hymne un peu naïf à la modernité, ces textes sont inspirés par le souci de replacer les biotechnologies dans leur contexte d’application réel, qu’il soit actuel ou potentiel, en essayant de dégager les perspectives et les limites de leur utilisation, tant du point de vue économique que de celui de l’acceptabilité par le citoyen. Dans cette optique, il est intéressant de rapprocher certaines des contributions présentées. Le premier rapprochement suggéré est celui des contributions traitant de l’utilisation de produits issus des biotechnologies, les vaccins et l’hormone de croissance recombinante. Dans le cas de la fabrication des vaccins, les progrès de la biologie moléculaire, associés à ceux des connaissances sur les agents pathogènes et le déterminisme de leur virulence, ont ouvert une série de voies nouvelles (vaccins recombinants, vecteurs inertes ou subunitaires). Toutefois, comme le remarque M. Eloit, ces produits ne sont pas encore entrés en force sur le marché pour des raisons d’ordre pratique et économique. En effet, les vaccins “de nouvelle génération” ne sont pas forcément à ce stade plus intéressants que les vaccins conventionnels existants, et ne sont pas nécessairement plus faciles à produire quand ces derniers n’ont pas pu l’être. On a donc ici le cas d’applications très attendues, ne posant pas de problème majeur d’acceptabilité par le public, mais qui n’ont pas encore débouché autant qu’on pouvait l’espérer. Bien entendu, il reste encore une marge de progrès considérable, et la vaccinologie moderne ne peut qu’aboutir, à l’avenir, à des obtentions significatives. A l’opposé, la production industrielle d’hormone de croissance recombinante est bien maîtrisée. Par ailleurs, une somme importante de connaissances, synthétisées par Y. Chilliard et coll., a été accumulée sur les effets zootechniques de cette hormone -positifs- ainsi que sur son mode d’action et sur les conséquences prévisibles de son utilisation au niveau des élevages et de la filière. Mais on sait que l’utilisation de cette hormone recombinante est interdite en Europe pour des raisons socio-économiques : il s’agit du refus de voir encore accélérer le processus de concentration des élevages avec ses conséquences sur la déprise de certaines zones agricoles, ainsi que de la crainte d’une dégradation de l’image des produits laitiers. On a donc ici le cas, inverse du précédent, d’un outil techniquement au point mais dont l’utilisation, pourtant fortement voulue par les lobbies industriels intéressés, se heurte à des oppositions inspirées par le souci de l’intérêt général. Le second groupe d’articles qu’il est intéressant de rapprocher est celui des biotechnologies de la reproduction : insémination artificielle, cryoconservation des gamètes, transplantation embryonnaire, sexage des embryons, fécondation in vitro et clonage embryonnaire. Il s’agit des contributions de J. Mallard et J.-C. Mocquot, J.-J. Colleau et coll., et G. Maisse et coll. L’insémination artificielle, et notamment son application aux bovins laitiers, est l’exemple par excellence d’une technologie de la reproduction ayant connu un plein succès. Comme le notent J. Mallard et J.-C. Mocquot, on dispose dans ce cas du recul nécessaire pour analyser tous les effets de l’utilisation de cette technologie, bien au point chez les bovins, qui sont considérables. Associée à la congélation du sperme, l’insémination artificielle a surtout permis le testage des mâles puis l’utilisation préférentielle des sujets améliorateurs ainsi repérés. Or, même si le terme de “testage” n’existait pas encore, l’idée d’une pratique consistant à observer la descendance des taureaux pour pouvoir ensuite en utiliser les meilleurs préexistait, avant sa réalisation effective, chez les plus clairvoyants des éleveurs et des cadres de l’élevage. On a, sur ce point, des témoignages datant de plus de 75 ans. Il est donc fondamental de prendre conscience du fait que la technologie de l’insémination artificielle associée à la congélation du sperme est venue répondre à un besoin latent très fort, ce en quoi elle représente un cas de figure très particulier. La situation n’est pas tout à fait comparable pour les autres biotechnologies de la reproduction - transplantation embryonnaire, sexage des embryons, clonage embryonnaire - qui répondent certes à des besoins, mais à des besoins beaucoup moins caractérisés et plus réduits que le précédent. L’article de J.-J. Colleau et coll. permet de préciser les limites techniques et économiques de l’utilisation de ces nouveaux outils de la reproduction, ainsi que leurs perpectives d’application dans les programmes d’amélioration génétique, c’est-à-dire dans le cadre d’une démarche d’intérêt collectif. Curieusement, la cryoconservation des gamètes, routinière dans certaines espèces, est loin d’être au point dans d’autres, alors qu’elle pourrait rendre de grands services dans le cadre de la sélection et dans celui de la préservation des ressources génétiques. La contribution de G. Maisse et coll. fait le point des travaux qui se poursuivent chez les poissons, où de nombreuses difficultés restent à résoudre. Au début des années 80, période pendant laquelle, selon la formule de J. Mallard et J.-C. Mocquot, le terme de biotechnologies était “majoritairement décliné au futur”, la transgenèse a été volontiers présentée comme le substitut moderne aux méthodes de la génétique quantitative utilisées pour l’amélio ration génétique des espèces d’élevage. La lecture des contributions de D. Boichard et coll. sur l’utilisation des marqueurs moléculaires en génétique animale et de L.M. Houdebine sur la transgenèse animale confirme à quel point ces prévisions étaient naïves. A l’heure actuelle, deux constats principaux doivent être faits. Tout d’abord, la transgenèse appliquée à la création de souches des grandes espèces animales est encore balbutiante, surtout par manque de techniques vérita blement opérationnelles. En second lieu, les travaux d’analyse des génomes animaux qui, eux, progressent très vite, doivent permettre, dans un avenir proche, de détecter les principales régions chromosomiques impliquées dans le déterminisme des caractères économiques et d’intégrer cette masse d’informations nouvelles dans le processus de sélection. Il s’agira du début d’une nouvelle phase décisive de l’histoire de la génétique appliquée aux espèces d’élevage. Les progrès auront donc été beaucoup plus significatifs que pour la trans genèse. A l’avenir, celle-ci devrait bénéficier des résultats de ces travaux d’analyse du génome, ne serait-ce que pour identifier des gènes dont le transfert ou la mutation pourrait s’avérer judicieux. Il restera quand même à prendre en compte, dans le contexte futur encore incertain, les limites de l’acceptabilité par le public des obtentions transgéniques. Last but not least, il ne faut pas oublier que les nouvelles biotechnologies sont à leur tour des outils très puissants d’analyse des mécanismes du vivant. La contribution de T. Pineau donne l’exemple des avancées en cours dans les domaines de la pharmacologie et de la toxicologie. En définitive le bilan qui peut être fait aujourd’hui des avancées des biotechnologies animales peut paraître contra sté, surtout si on se réfère aux prévisions faites il y a une quinzaine d’années par les bateleurs de la Science. De nos jours, l’affichage des perspectives d’application des biotechnologies reste parfois contaminé par la nécessité devant laquelle se trouvent les équipes, engagées dans la chasse aux crédits, de justifier leurs travaux par la promesse de retombées concrètes. Toutefois, la lecture du présent document montre que, dans certains domaines, les choses ont déjà beaucoup avancé. Par ailleurs, les perspectives de progrès de la biologie animale sont encore considérables, tout comme les perspectives d’application des biotechnologies qui en décou leront. Mais beaucoup d’inattendu étant devant nous, on se gardera ici d’être plus précis dans les prédictions !

Mycoplasma hominis est un pathogène humain opportuniste responsable d’infections génitales et néo-natales. Modifier génétiquement cette bactérie est nécessaire afin de comprendre les mécanismes de virulence et d’infection de ce pathogène. Il n’existe à ce jour aucun outil moléculaire efficace permettant de manipuler le génome de M. hominis, limitant les recherches sur sa pathogénicité et son métabolisme particulier reposant sur l’arginine. De nouvelles technologies rassemblées sous le terme de Biologie de Synthèse (BS) ont récemment émergé, offrant des perspectives inédites pour l’étude des mycoplasmes en permettant de modifier leurs génomes à grande échelle et de produire des souches mutantes. Ces travaux menés au J. Craig Venter Institute (JCVI, USA) ont montré que le génome de mycoplasmes apparentés pouvait être cloné et manipulé dans la levure avant d’être transplanté dans une cellule receveuse. La levure sert d’hôte d’accueil temporaire pour modifier le génome de la bactérie. Cette approche novatrice ouvre de nombreuses perspectives dans le cadre du développement de la génomique fonctionnelle chez les mycoplasmes pour lesquels les outils génétiques efficaces sont peu nombreux. Le but de cette thèse a été d’adapter pour la première fois certains outils de BS à M. hominis dans le but de créer des mutants déficients pour une fonction donnée. Pour cela, le génome de la souche type de M. hominis PG21 (665 kb) a été cloné dans la levure Saccharomyces cerevisiae par « Transformation-Associated Recombination cloning » (TAR-cloning). Deux clones (B3-2 et B3-4) de levure possédant le génome complet de M. hominis ont été validés par analyse en PCR simplex, PCR multiplex et électrophorèse en champs pulsé (PFGE). Ces clones levures ont ensuite été propagés en milieu sélectif durant 180 générations (30 passages), afin d’évaluer la stabilité du génome bactérien dans son hôte. Cette expérience a montré que (i) si la taille du génome de M. hominis ne variait pas au cours des premiers passages, elle diminuait progressivement à partir du dixième passage (≈60 générations), et que (ii) les zones du génome enrichies en séquence répétées étaient préférentiellement perdues. En tenant compte de ces résultats, le génome de M. hominis a été modifié chez le clone B3-4 par la technique « Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas9 » (CRISPR/Cas9) lors de passages précoces. Des clones de S. cerevisiae possédant un génome de M. hominis PG21 complet délété du gène vaa, codant une protéine d’adhésion majeure, ont été ainsi produits. La dernière étape de cette approche consistait à transplanter le génome modifié dans une cellule receveuse de M. hominis ou de Mycoplasma arthritidis, espèce phylogénétiquement la plus proche de M. hominis. Aucun protocole de transformation de M. hominis n’étant disponible au début de nos travaux, cette étape constituait un verrou majeur dans la mise en place des outils de BS chez cette espèce. Ce verrou a été en partie levé puisqu’une méthode de transformation de M. hominis basée sur du polyéthylène glycol (PEG) et mettant en jeu le plasposon pMT85 (plasmide contenant un transposon conférant la résistance à la tétracycline) a été mise au point au laboratoire. Cette technique de transformation, développée pour la souche de référence M. hominis M132 (745 kb) reste encore peu efficace ; elle est néanmoins reproductible et a permis d’obtenir des mutants d’intérêt de M. hominis. Le transformant n°28-2 a, ainsi, été muté dans le gène Mhom132_2390, codant le précurseur de la protéine P75, une adhésine putative de M. hominis. Le séquençage des génomes complets d’autres transformants a révélé l’insertion de multiples copies du transposon et la présence d’évènements de duplication et d’inversion de larges fragments d’ADN dans au moins deux génomes de M. hominis
Mycoplasma hominis is an opportunistic human pathogen responsible for genital and neonatal infections. Genetically modifying this bacterium is necessary to understand the virulence and infection mechanisms of this pathogen. There is currently no effective molecular tool to engineer the genome of this bacterium, limiting research on its pathogenicity and its peculiar metabolism based on arginine.New technologies have recently emerged in the field of Synthetic Biology (BS), offering new perspectives for the study of mycoplasmas by allowing large scale genome modifications and the production of mutant strains. Work at the J. Craig Venter Institute (JCVI, USA) has shown that the genome of related mycoplasmas can be cloned and manipulated in yeast before being transplanted into a recipient cell. The yeast serves as a temporary host to modify the genome of the bacterium. This innovative approach opens many perspectives in the development of functional genomics in mycoplasmas for which there are few effective genetic tools. The goal of this thesis was to adapt a number of BS tools to M. hominis for the first time, in order to create mutants deficient for a given function. To achieve this goal, the genome of the M. hominis type strain PG21 (665 kb) was cloned into the yeast Saccharomyces cerevisiae by Transformation-Associated Recombination cloning (TAR-cloning). Two yeast clones (B3-2 and B3-4) possessing the complete genome of M. hominis were validated by simplex PCR, multiplex PCR and Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) analyses. These yeast clones were then propagated in a selective medium for 180 generations (30 passages) to evaluate the stability of the bacterial genome in its host. This experiment showed that (i) the size of the genome of M. hominis did not change during the first passages, it decreased progressively from the tenth passage (≈60 generations), and (ii) the enriched genome areas in repeated sequence were preferentially lost. Thus, the genome of M. hominis was modified in the B3-4 clone at early passages using the Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas9 (CRISPR/Cas9) technology. Yeast clones with a complete M. hominis PG21 genome with a deleted vaa gene, encoding a major adhesion protein, were produced using this approach. The final step of this approach was to transplant the modified genome into a recipient cell of M. hominis or Mycoplasma arthritidis, the species phylogenetically closest to M. hominis. As no M. hominis transformation protocol was available at the beginning of our work, this step constituted a major obstacle in the implementation of BS tools in this species. This barrier has been partially lifted since a method of transformation of M. hominis based on polyethylene glycol (PEG) and involving the plasposon pMT85 (plasmid carrying a transposon conferring resistance to tetracycline) has been developed in the laboratory. This transformation technique, developed for the reference strain M. hominis M132 (745 kb) still remains not very efficient; it is nevertheless reproducible and allowed to obtain M. hominis mutants of interest. The Mhom132_2390 gene, encoding the precursor of the P75 protein, a putative adhesin of M. hominis, was effectively mutated in transformant No. 28-2. Complete genome sequencing of other transformants revealed the insertion of multiple copies of the transposon and the presence of duplication and inversion of large DNA fragments within at least two M. hominis genomes.In conclusion, this data has opened the way for the development and transposition of existing genetic modification approaches to M. hominis, previously considered as a genetically intractable bacterium

L’ingénierie des génomes des micro-organismes est devenue un standard dans les biotechnologies microbiennes. En 2010, des technologies prometteuses de biologie de synthèse utilisant la levure comme plateforme pour l’assemblage et l’ingénierie de génomes synthétiques bactériens suivi de leur transplantation dans une cellule receveuse ont vu le jour. Ces technologies ont conduit à la création des premières cellules synthétiques et ouvert de nouvelles voies vers la construction de cellules aux propriétés biologiques entièrement contrôlées. Le transfert de ces outils à des micro-organismes d’intérêt industriel comme la bactérie Gram+ Bacillus subtilis (Bsu), modèle dans le secteur des biotechnologies, constituerait une avancée majeure. C’est précisément l’objectif du projet ANR « Bacillus 2.0 », qui réunit deux équipes INRAE et qui se propose d’adapter l’ensemble de ces outils de biologie de synthèse à Bsu afin d’être en mesure de partir d’une conception, assistée par ordinateur, de génomes semi-synthétiques de Bsu jusqu’à l’obtention de nouvelles souches industrielles. Cependant, les premiers travaux réalisés sur ce projet ont montré que le génome entier de Bsu ne pouvait pas être cloné et maintenu en l’état dans la levure. Ces résultats risquaient de remettre en question la faisabilité du projet dans son ensemble et en particulier la pertinence d’utiliser la levure comme plateforme d’assemblage du génome semi-synthétique de Bsu.L’objectif de ma thèse a consisté à démontrer que la levure restait un hôte pertinent pour le projet « Bacillus 2.0 ». Elle s’est déclinée en 3 parties. Dans la première partie, une méthode de clonage de génome récemment développée au laboratoire et dénommée CReasPy-Fusion, a progressivement été adaptée à Bsu. Les résultats obtenus ont montré (i) le transfert possible d'ADN plasmidique entre protoplastes bactériens et sphéroplastes de levure, (ii) l'efficacité d'un système CRISPR-Cas9 porté par les cellules de levure pour capturer/modifier cet ADN plasmidique pendant la fusion Bsu/levure, puis (iii) l'efficacité de ce même système pour capturer des fragments de génome d’une centaine de kb à partir de trois souches différentes. Des observations en microscopie à fluorescence ont également été réalisées et ont mis en évidence deux types d’interactions qui permettraient de passer d’un contact protoplastes/sphéroplastes à un ADN bactérien cloné dans la levure. Dans la seconde partie de ma thèse, la méthode CReasPy-Fusion a été mise à profit pour tenter de cloner de grands fragments du génome de Bsu dans la levure. Des fragments génomiques jusqu’à ~1 Mb ont pu être clonés dans la levure, mais leur capture a nécessité l’ajout préalable d’un grand nombre d’ARS sur le génome de Bsu pour stabiliser les constructions génétiques. La dernière partie a été l’adaptation de la méthode RAGE à Bsu. Cette méthode permet le transfert, non pas d’un génome entier mais de portions de génomes bactériens depuis la levure vers la bactérie à éditer. Une preuve de concept a été réalisée avec l’échange d’un premier fragment de génome de 155 kb par une version réduite de 44 kb.En conclusion, les travaux réalisés au cours de cette thèse ont montré la pertinence d’utiliser la levure comme plateforme d’ingénierie dans les modifications à grande échelle du génome de Bsu. D’une part, nous avons montré que des fragments d’une centaine de kb peuvent être clonés dans la levure, modifiés et transférés dans une cellule receveuse de façon à générer des Bsu mutants. Cette stratégie offre une véritable alternative à la transplantation de génome. D’autre part, nous avons montré que de grands fragments du génome de Bsu (jusqu’à 1Mb) peuvent également être clonés dans la levure à condition de contenir de nombreux ARS dans leurs séquences. Grâce à ces résultats, le clonage d’un génome réduit de Bsu chez la levure est redevenu un objectif réalisable
Genome engineering of microorganisms has become a standard in microbial biotechnology. In 2010, promising synthetic biology technologies using yeast as a platform for the assembly and engineering of synthetic bacterial genomes followed by their transplantation into a recipient cell have emerged. These technologies have led to the creation of the first synthetic cells and opened new avenues towards the construction of cells with fully controlled biological properties. Transferring these tools to microorganisms of industrial interest such as the Gram+ bacterium Bacillus subtilis (Bsu), a model in the biotechnology sector, would be a major step forward. This is precisely the aim of the ANR "Bacillus 2.0" project, which brings together two INRAE teams and aims to adapt all these synthetic biology tools to Bsu so as to be able to go from computer-aided design of semi-synthetic Bsu genomes to the production of new industrial strains. However, initial work on this project showed that the entire Bsu genome could not be cloned and maintained in yeast in its current state. These results threatened to call into question the feasibility of the entire project and, in particular, the relevance of using yeast as a platform for assembling the semi-synthetic Bsu genome.The goal of my thesis was to demonstrate that yeast remained a relevant host for the Bacillus 2.0 project. It was divided into 3 parts. In the first part, a genome cloning method recently developed in the laboratory, called CReasPy-Fusion, was progressively adapted to Bsu. The results obtained showed (i) the possible transfer of plasmid DNA between bacterial protoplasts and yeast spheroplasts, (ii) the efficiency of a CRISPR-Cas9 system carried by yeast cells to capture/modify this plasmid DNA during Bsu/yeast fusion, and then (iii) the efficiency of the same system to capture genomic fragments of about a hundred kb from three different strains. Fluorescence microscopy observations were also carried out revealing two types of interaction that would enable the transition from protoplast/spheroplast contact to cloned bacterial DNA in yeast. In the second part of my thesis, the CReasPy-Fusion method was used in an attempt to clone large Bsu genome fragments in yeast. Genomic fragments of up to ~1 Mb could be cloned in yeast, but their capture required the prior addition of a large number of ARS to the Bsu genome to stabilize the genetic constructs. The final part was the adaptation of the RAGE method to Bsu. This method allow the transfer, not of a whole genome, but of portions of bacterial genomes from yeast to the bacteria to be edited. Proof of concept was achieved by exchanging a 155 kb genome fragment with a reduced 44 kb version.In conclusion, the work carried out during this thesis has shown the relevance of using yeast as an engineering platform for large-scale modifications of the Bsu genome. On the one hand, we have shown that fragments of around 100 kb can be cloned in yeast, modified and transferred into a recipient cell to generate Bsu mutants. This strategy offers a real alternative to genome transplantation. On the other hand, we have shown that large fragments of the Bsu genome (up to 1 Mb) can also be cloned in yeast, provided they contain numerous ARS in their sequences. Thanks to these results, cloning a reduced Bsu genome in yeast has once again become an achievable goal

L'expression de récepteurs de type olfactif (OLRs) dans les bourgeons gustatifs de rat a été rapportée, suggérant leur implication dans la perception du goût en tant que récepteurs gustatifs. L'objectif de cette thèse était d'identifier et de caractériser des OLRs exprimés dans les tissus gustatifs humains. Neuf gènes et huit pseudogènes d'OLRs exprimés dans la langue humaine adulte et/ou fœtale ont été identifiés par RT-PCR. Leurs orthologues murins ont été déterminés : 5 sont exprimés dans la langue de souris adulte, dont 3 spécifiquement dans les papilles gustatives. Ils sont tous exprimés dans les tissus sensoriels et le cerveau, mais sont rarement détectés dans d'autres organes. L'un d'eux semble cependant présenter une expression ubiquitaire. Les expériences d'hybridation in situ, n'ont pas permis de détecter clairement l'expression de ces récepteurs dans les cellules gustatives. Un outil cellulaire visant à identifier les ligands de ces récepteurs a été construit
The expression of olfactory like receptors (OLRs) in rat taste buds has been previously described, suggesting their involvement in taste perception as gustatory receptors. The aim of this work was to identify and characterize human OLRs expressed in human gustatory tissues. Nine OLRs genes and eight pseudogenes expressed in human adult and/or foetal tongue were identified by RT-PCR. Their murine orthologs were assigned: 5 are expressed in adult mouse tongue, among which 3 are expressed specifically in gustatory papillae. The latter were detected in sensory tissues and brain, but rarely in other organs. Nevertheless, one of them seems to be ubiquitously expressed. In situ hybridization experiments did not show a clear expression of these receptors in mouse taste buds. A cellular tool was constructed in order to identify the ligands of these receptors

Préserver l’intégrité du matériel génétique est crucial pour assurer la survie cellulaire et prévenir le développement tumoral. L’ARN à interférence (RNAi) joue un rôle important dans ce contexte. Il s’agit d’un processus conservé surtout connu pour sa fonction de silencing transcriptionnel visant à induire la formation d’hétérochromatine chez différentes espèces. Au vu des divers rôles protecteurs dans l’intégrité du génome que revêt cet état chromatinien, le RNAi concourt ainsi, par ce biais, à préserver la stabilité du génome. Le RNAi a également été impliqué plus directement dans la réponse au stress génotoxique chez une variété d’eucaryotes. Dans ce cas, il agirait dans la signalisation ou la réparation des dommages de l’ADN. Cependant, cette fonction et les mécanismes moléculaires, qui sous-tendent son implication, restent très peu caractérisés, bien que la fonction soit clairement conservée de la levure à l’Homme.Dans cette étude, nous avons exploré la fonction moléculaire du RNAi dans le maintien de la stabilité génomique, en utilisant la levure Schizosacharomyces pombe comme modèle d’étude. Dans cet organisme, la fonction clé du RNAi dans la formation d’hétérochromatine a été disséquée. Son mécanisme d’action se base sur le complexe effecteur RITS (RNA Induced-Transcriptional Silencing), qui se charge en petits ARN produits par Dcr1. Ces derniers permettent de guider RITS au niveau des régions cibles afin de recruter les facteurs assurant la déposition et la maintenance des marques épigénétiques répressives associées à la formation d’hétérochromatine. En parallele, le RNAi participerait également à la résolution des collisions entre les machineries de réplication et de transcription se produisant au niveau de régions difficiles à répliquer, comme les régions riches en séquences d’ADN répétées. Selon le modèle proposé, il favoriserait la terminaison de la transcription, ce qui permettrait à la fourche de réplication de poursuivre sa progression (Zaratiegui et al., Nature, 2011 ; Castel et al., Cell, 2014).Notre étude a d’abord montré que RITS, et pas seulement Dcr1, sont impliqués dans le maintien de la stabilité génomique chez S. pombe. La combinaison d’approches biochimiques et d’analyses microscopiques a révélé des connexions physiques entre RITS et les processus de réplication et de réparation de l’ADN. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la fonction du RNAi dans la stabilité des rDNA. Nos données ont indiqué que le RNAi participe au maintien des nombreuses unités de rDNA, prévenant ainsi des réarrangements chromosomiques majeurs. Cette fonction requière RITS et Dcr1, mais n’implique pas d’autres facteurs essentiels à la formation d’hétérochromatine RNAi-dépendante. D’autre part, nous avons mis en évidence que le RNAi contribue à favoriser la progression des fourches de réplication au niveau d’une région proche des origines de réplication de l’unité ribosomale. Les fourches arrêtées constituent des structures fragiles pouvant entraîner une instabilité génomique. Afin d’explorer plus en détail la fonction du RNAi dans leur prise en charge, nous avons utilisé un système permettant de bloquer localement et de façon inductible la progression d’une seule fourche de réplication dans le génome. L’essai génétique basé sur ce système suggère que RITS et Dcr1 favoriseraient le redémarrage via la recombinaison homologue au niveau de la fourche bloquée. Ils agiraient tout particulièrement sur l’étape de la résection initiant ce processus. Dans l’ensemble, ces travaux permettent une meilleure compréhension de la fonction moléculaire du RNAi dans la réponse cellulaire au stress réplicatif. Cet aspect a été assez peu exploré dans les études actuelles chez les autres espèces eucaryotes
Preserving the integrity of genetic material is crucial to ensure cell survival and prevent tumor development. RNA Interference (RNAi) plays an important role in this context. This conserved process is well known to mediate sequence-specific transcriptional gene silencing via the induction of heterochromatin formation in a large variety of species. Through the various protective roles that this chromatin state has on the genome integrity, RNAi contributes to the preservation genomic stability. In parallel, RNAi has been involved also more directly in the cell response to genomic DNA damage in a variety of eukaryotes. In this case, it would participate to DNA damage signalization or repair. However, this function and the molecular mechanisms underlying its involvement remain poorly characterized, eventhough the function appears to be conserved from yeast to human.In this study, we explored the molecular function of RNAi in maintaining genomic stability, using the yeast Schizosacharomyces pombe as a model. In this organism, the key function of RNAi in the formation of heterochromatin has been extensively studied. The mechanism of action relies on the effector RITS complex (RNA Induced-Transcriptional Silencing), which is loaded with Dcr1produced small RNAs. These small RNAs guide RITS to the target regions in order to recruit the factors ensuring the deposition and maintenance of repressive epigenetic marks associated witth the formation of heterochromatin. RNAi has also been involved in the resolution of collisions between the replication and transcription machineries, occurring at hard-to-replicate genomic regions, like at regions containing highly repeated DNA. According to the current model, RNAi favors transcription termination thereby favouring replication fork progression (Zaratiegui et al., Nature, 2011 ; Castel et al., Cell, 2014).Our study first showed that RITS, and not just Dcr1, are involved in maintaining genomic stability in S. pombe. The combination of biochemical and microscopic approaches revealed physical connections between RITS and the DNA replication and repair processes. We studied in particular the implication of RNAi in the genomic stability of the rDNA region. Our data indicated that RNAi participates in the maintenance of the numerous rDNA units, thereby preventing major chromosomal rearrangements. This function requires RITS and Dcr1, but does not involve other factors essential for the formation of heterochromatin. Moreover, we identified that RNAi contributes to promote replication fork progression within a region close to the origin of replication of the ribosomal unit. The terminally-arrested replication forks constitute fragile structures which can cause genomic instability. In order to further explore this function of RNAi, we used a conditional and inducible fork barrier to block replication at a unique locus in the genome. A genetic assay based on this system, strongly suggest that RITS and Dcr1 manages the homologous recombination-dependent fork restart by acting specifically on the DNA resection step of this process. Altogether, our findings provide a better understanding of the RNAi molecular function in the cellular response to replicative stress. This aspect has been poorly explored by the current studies led in other eukaryotic models

Lors de la fécondation, le sperme et l'ovule s'unissent pour former un zygote totipotent. Initialement, le zygote est transcriptionnellement inactif. Au cours des premiers clivages a lieu la mise en route du génome embryonnaire (EGA) et le développement passe alors sous le contrôle de l’information embryonnaire (au stade 8-16-cellules chez le bovin). Cette transition d’un contrôle maternel à un contrôle embryonnaire est appelée « maternal to embryonic transition (MET) ». De la même façon, lors du transfert nucléaire (clonage), un noyau de cellule somatique placé dans un ovocyte énucléé devient totipotent. Ce processus est appelé «reprogrammation nucléaire somatique?». En fait, la reprogrammation nucléaire lors du clonage est équivalente à la MET, toutefois, le clonage est très peu efficace. Les objectifs de cette étude chez les bovins sont a) d'explorer le processus de reprogrammation lors de la MET dans des embryons fécondés in vitro (FIV) et b) d’estimer l'efficacité de la reprogrammation génique après le transfert nucléaire lors du clonage. Nous émettons l'hypothèse que l'acquisition d'un profil d'expression génique correct pourrait être prédictif d’un potentiel de développement à terme de l'embryon, et pourrait être évalué dès juste après l'activation du génome embryonnaire (EGA) chez les bovins. Nous avons développé notre travail selon deux axes a) des analyses globales d'expression génique utilisant une puce dédiée à l’EGA et b) l’analyse du profil d'expression de gènes candidats par qRT-PCR dans les embryons fécondés et clonés. Dans un premier temps nous avons optimisé le protocole d'amplification d'ARNm pour l'analyse du transcriptome de matériels rares. Puis nous avons fait l'analyse du transcriptome avant et après EGA d’embryons issus d’ovocytes prélevés sur des vaches phénotypées comme « bonnes » ou « mauvaises » donneuses d’embryons. En outre, ces ovocytes ont été maturés soit in vivo soit in vitro. Nos analyses montrent que l'effet individuel est plus important que l'effet « bonne ou mauvaise donneuse » ou même que l’effet « conditions de maturation ». Nous avons ensuite analysé les expressions géniques de 5 types d'embryons clonés ayant différents potentiels de développement à terme en fonction de la lignée cellulaire utilisée comme source de cellules donneuses. Globalement, leur expression génique est proche de celle de morulae FIV, mais quelques gènes présentent une expression différente. Ces gènes varient avec la lignée de cellules donneuses et leur nombre n’est pas lié à l’aptitude au développement à terme. L’analyse d’un lien éventuel entre leur nature et cette aptitude devra être poursuivie. Dans un deuxième temps, nous avons analysé les profils d'expression spatio-temporelle des transcrits et des protéines des gènes de pluripotence (OCT4, SOX2 et NANOG) et les niveaux d'ARNm de certains de leurs cibles dans les ovocytes et les embryons précoces chez le bovin. Les profils d'expression de ces gènes ont aussi été analysés dans des embryons clonés présentant différents potentiels de développement à terme. Nos résultats montrent que (1) la triade de gènes de pluripotence n'est probablement pas impliquée dans l’EGA bovine. (2) les transcrits et protéines de SOX2 et de NANOG sont restreints au lignage pluripotent plus tôt que ceux de OCT4, (3) les embryons à faible taux de développement à terme ont un taux de transcription plus élevé, néanmoins, l’équilibre précaire entre les gènes de pluripotence est maintenue. Cet équilibre pourrait permettre un développement normal in vitro, mais le taux de transcription plus élevé pourrait avoir des conséquences délétères sur le développement ultérieur
In natural fertilization, sperm and ovum unite to form a totipotent zygote. Initially, the zygote is transcriptionally inactive and after few cleavages (8-16-cell stage in bovine) embryonic genome activation (EGA) takes place and embryo shifts from maternal to embryonic control, the process called maternal to embryonic transition (MET). Likewise, in nuclear transplantation (cloning) a somatic cell nucleus achieves totipotency when placed in an enucleated oocyte, the process called “nuclear reprogramming”. In fact, nuclear reprogramming in cloning experiments is equivalent to MET; however, this process is afflicted with low efficiency. The objectives of this study in bovine were a) to explore the process of MET reprogramming of in vitro fertilized (IVF) embryos and b) to estimate the efficiency of gene reprogramming after nuclear transfer in animal cloning. We hypothesized that the acquisition of a proper gene expression pattern could herald development potential of the embryos, which could be assessed as early as morula stage or after embryonic genome activation (EGA) in bovine. Here, we opted for a study plan consisting of two axes a) global gene expression analysis using an EGA-dedicated microarray and b) candidate gene expression profiling through qRT-PCR in the fertilized and cloned bovine embryos. Firstly, we optimized the protocol of mRNA amplification for transcriptome analysis which generates antisens-RNA (aRNA). Then we did transcriptomic analysis of the 4-cell and morulae derived from two genotypes having better and two genotypes having poorer in vitro embryonic development potentials. In addition, these oocytes were either matured in vivo or in vitro. We observed that the effect of individual genotype was more important than the effect of the phenotypic category (poorer or better) or conditions of oocyte maturation. Furthermore, we explored the expression patterns of 5 types of cloned embryos having different full term developmental potentials depending upon the donor cell line used. Their genes expression patterns closely resembled to the IVF morulae, except for few genes which present differences. These genes vary with the cell line used as somatic cell donor for SCNT and the number of these deregulated genes did not increase with the poorer developmental potential of the cloned embryos. The analysis of an eventual correlation between the potential for embryonic development to term and nature of the deregulated genes should be addressed. Secondly, we charted quantitative and/or qualitative spatio-temporal expression patterns of transcripts and proteins of pluripotency genes (OCT4, SOX2 and NANOG) and mRNA levels of some of their downstream targets in bovine oocytes and early embryos. Furthermore, to correlate expression patterns of these genes with term developmental potential, we used cloned embryos, instead of gene ablation, having similar in vitro but different full term development rates. We chose these genes to be analysed since pluripotency genes are implicated in mouse embryonic genome activation (EGA) and pluripotent lineage specification. Moreover, their expression levels have been correlated with embryonic term development. Our findings affirm: first, the core triad of pluripotency genes probably is not implicated in bovine EGA since their proteins were not detected during pre-EGA phase, despite the transcripts for OCT4 and SOX2 were present. Second, an earlier ICM specification of SOX2 and NANOG makes them better candidates of bovine pluripotent lineage specification than OCT4. Third, embryos with low term development potential have higher transcription rates; nevertheless, precarious balance between pluripotency genes is maintained. This balance presages normal in vitro development but, probably higher transcription rate disturbs it at later stage that abrogates term development

Les télomères sont les structures nucléoprotéiques qui constituent l'extrémité des chromosomes eucaryotes. L'ADN télomérique est formé par la répétition de courtes séquences, qui ne sont pas répliquées intégralement. A chaque division cellulaire, la taille des télomères diminue donc, jusqu'à atteindre un seuil critique au-delà de laquelle la cellule ne peut plus se diviser. Dans les cellules germinales ou chez les organismes unicellulaires, la taille des télomères reste constante grâce à la présence d'une enzyme, la télomérase. Il s'agit d'une transcriptase inverse, formée d'une sous-unité portant l'activité catalytique (Est2 chez S. Cerevisiae), et d'un ARN (TLC1 chez S. Cerevisiae) qui sert de matrice pour l'ajout des répétitions. La réactivation de la télomérase dans des cellules somatiques peut conduire à leur transformation cancéreuse, car elles acquièrent la capacité de proliférer indéfiniment. A l'inverse, un déficit de l'expression ou de l'activité de la télomérase peut conduire à une autre maladie, la dyskératose congénitale. La compréhension de la régulation de la télomérase est donc importante, notamment dans la recherche sur ces deux pathologies. Chez Saccharomyces cerevisiae, la régulation négative de la télomérase implique notamment Pif1, une hélicase conservée chez l'Homme. Elle inhibe la télomérase en la dissociant de l'ADN télomérique. Nous avons montré que Pif1 et un sous domaine de la télomérase, le domaine des doigts, appartiennent à une même voie de régulation. En utilisant de la télomérase, qui la rend résistante à Pif1 au télomère, et qui permet de détecter une interaction entre Pif1 et le complexe télomérase, nous avons caractérisé cette voie. Ainsi, nous avons montré, d'une part, que le domaine des doigts de la télomérase est impliqué dans le maintien global de la stabilité du génome. En effet, de même que Pif1, il limite l'ajout de télomères sur des cassures double-brin de l'ADN, favorisant ainsi leur réparation par des voies conventionnelles. D'autre part, nous avons décrit l'interaction existant entre Pif1 et le domaine des doigts. Par microscopie, nous avons identifié un complexe au moins partiellement cytoplasmique. Des analyses biochimiques in vivo nous ont permis de conclure que ce complexe est indépendant de l'ADN. Il n'est perdu que lors de mutations de la sous-unité catalytique de la télomérase. Nous pensons que les protéines Pif1 et Est2 interagissent directement l'une avec l'autre. Ces résultats permettent de mieux comprendre la régulation de la télomérase chez S. Cerevisiae, et mettent au jour une implication directe, jusqu'alors inconnue, de la télomérase dans le maintien de l'intégrité du génome
Most of eukaryotic organisms posses telomeres at the extremity of their linear chromosomes. Telomeres are formed by G-rich repetitive sequences, TG1-3 in Saccharomyces cerevisiae, and of associated proteins. At each stage of replication, telomere length decreases. Telomerase is the reverse transcriptase that is involved in the re-synthesis of telomeres. In S. Cerevisiae, the enzyme is composed of the Est2 protein and of the TLC1 RNA. A few years ago, we described the est2-up34 mutation of the finger domain of Est2, which leads to elongated telomeres. This mutation also makes telomerase resistant to Pif1, a negative regulator of telomerase, which dissociates it from telomeric DNA. Here, we studied more precisely the relationship between Pif1 and telomerase, using the est2-up34 mutation as a tool. First, we analyzed the phenotypes of this mutation at a DSB site. We found that est2-up34 cells are deficient in repair, as GCR rate and sensitivity to genotoxic agents were both increased. The mutated telomerase was more recruited to a lesion, and seems to be insensitive to Rad52 competition. Moreover, est2-up34 mutation is epistatic to RAD24 deletion. We propose that the finger domain is involved in the inhibition of telomerase binding to a DSB, which demonstrate an uncharacterized role in the maintenance of genome stability. Second, we focused on the interaction between Pif1 and telomerase. We found that it exists outside of the nucleus, and is DNA independent. However, the complex formed by Pif1 and telomerase is addressed to DNA after DSB induction, which then could be involved in the regulation of telomerase at a break. Using several gene deletions, we faileds to detect any element required for this interaction. In fact, the complex only depends upon the presence of Est2, suggesting a direct interaction between both proteins. We proposed that Pif1 and the finger domain of telomerase interact to maintain genome stability

Un des défis de la biologie de synthèse (BS), est d’apporter des solutions nouvelles à des enjeux globaux majeurs (thérapeutiques/sanitaires, climatiques), en particulier via la construction de souches de production utiles, performantes et respectueuses de l’environnement.Bacillus subtilis (Bsu) est une bactérie Gram+ non pathogène utilisée en biotechnologie comme plateforme de production de molécules d’intérêt. Or, des études récentes ont établi que des souches de Bsu génétiquement modifiées permettaient d’obtenir une plus grande production de protéines recombinantes. Cela suggère que la production de châssis Bsu réduits pourrait être une étape importante dans l’amélioration des souches à visée industrielle.Le projet ANR Bacillus 2.0 dans lequel s’inscrit cette thèse, vise à transposer à Bsu des outils récents du domaine de la BS, et à mettre en place un pipeline efficace pour construire à haut débit des châssis modulables selon l’application biotechnologique. Ce pipeline rassemble les technologies suivantes : (i) design d’un génome synthétique (ii) assemblage de fragments d’ADN chevauchants au sein de la levure Saccharomyces cerevisiae (iii) isolement du génome et transplantation dans une cellule receveuse bactérienne et (iv) sélection et caractérisation des souches mutantes.Les objectifs de cette thèse étaient d’attester la faisabilité de ces méthodes, en tentant de cloner et maintenir le génome réduit de Bsu MPG192 (2,86 Mb) dans la levure, puis de le modifier avec les outils d’ingénierie disponibles chez S. cerevisiae. Dans un premier temps des stratégies déjà décrites dans la littérature ont été déployées afin de cloner le génome entier de Bsu, mais sont restées infructueuses. En nous basant sur une approche de TAR-Cloning, nous avons tenté de cloner plusieurs fragments obtenus par restriction du génome de Bsu. Initialement, seuls cinq fragments sur sept ont été clonés. L’incapacité à cloner le plus grand de ces fragments (1,50 Mpb) est vraisemblablement due à un manque d’ARS et/ou à sa taille. Concernant le second fragment, un ensemble de facteurs peuvent expliquer notre échec : à nouveau le manque d’ARS mais aussi, la présence de nombreux éléments répétés (7 opérons ribosomiques) ou l’expression délétère de ces gènes. Finalement, d’autres expérimentations ont permis de découper le génome en sous-fragments de tailles variables (6kb à 515kb) et ainsi de cloner en 21 morceaux la totalité du génome de Bsu MGP 192. Le TAR-Cloning imposant des contraintes dans le choix des sites de restriction, une nouvelle méthode de clonage, appelée CReasPy-Fusion, a été développée. Elle combine le système d’édition CRISPR-Cas9 et la fusion entre des sphéroplastes de levure et des cellules bactériennes. Comme preuve de concept, nous avons d’abord travaillé avec six espèces de mycoplasmes, et démontré qu’il est possible de cloner et modifier des génomes entiers. Cette approche a ensuite été transposée à Bsu, validant pour la première fois la fusion entre des sphéroplastes de levure et des protoplastes de bactéries Gram+. Elle a permis la capture précise d’un fragment d’environ 150kb.Bien que le génome entier de Bsu n’ait pas été cloné dans la levure à ce jour, plusieurs éléments critiques ont pu être identifiés. Tout d’abord, ces travaux soulignent l’importance de la méthode de clonage à adopter en fonction de l’organisme avec lequel on travaille. Ensuite, ils mettent en exergue l’existence de facteurs biologiques et techniques qui expliquent les difficultés actuelles et qui devront être pris en compte dans la suite des expérimentations. Enfin, ils ont permis le développement d’une nouvelle technique de clonage appelée CReasPy-Fusion, qui vient étoffer le catalogue des méthodes déjà décrites. Par sa versatilité, elle ouvre des perspectives pour la capture de grands fragments de génome, pour l’élimination de loci problématiques, ou encore, en appui à l’assemblage de fragments synthétiques
One of the major challenges in the synthetic biology (BS) field, is to provide new solutions to global issues (therapeutic/sanitary or climatic), in particular through the construction of useful, efficient and environmentally friendly production strains.The well-characterized, non-pathogenic, Gram+ bacterium Bacillus subtilis (Bsu), is widely used in industry as a biotechnological workhorse. Recent studies have established that mutant strains with modified genomes are able to produce larger amounts of recombinant proteins. This suggests that the production of rationally designed Bsu chassis could be an important step in the improvement of valuable strains for industrial purposes.This work was performed within the Bacillus 2.0's ANR project, which aims at applying SB tools for Bsu, and at developing an effective pipeline for the high-throughput construction of versatile Bsu chassis strains. Selected SB technologies for the pipeline include (i) the synthetic genome design, (ii) the in-yeast DNA assembly methods using Saccharomyces cerevisiae, (iii) the from-yeast whole genome isolation and transplantation (GT) to a recipient bacteria cell and, (iv) the characterization of recombinant strains.The objectives of this thesis were to ensure the feasibility of these methods using a Gram+ bacterium, by showing, in particular, that it was possible to clone and maintain in S. cerevisiae the genome of a minimal Bsu strain, MPG192 (2.86 Mbp) and to modify it using the large repertoire of yeast genetic tools. Our first attempts to clone the entire Bsu genome into yeast using already described methods failed. Using a TAR-Cloning approach, we then attempted to clone large DNA fragments obtained by restriction of the Bsu genome. In a first experiment, five out of seven fragments were cloned. Difficulties to clone the largest fragment (1.50 Mbp), are presumably related to its size, and/or the lack of ARS elements. Concerning the other fragment, several factors have been proposed to explain the cloning failure: again, an insufficient number of ARS elements, but also, the presence of many repeated sequences (7 ribosomal operons), and/or the deleterious expression of these genes. Finally with other experiments, the whole 2.86 Mb genome was cloned in 21 pieces ranging from 6 kbp to 515 kbp. As TAR-Cloning imposes constraints in the choice of restriction sites, a new cloning method, called CReasPy-Fusion, was developed. This method allows the simultaneous cloning and engineering of mega-sized genome in yeast using the CRISPR-Cas9 system, after direct bacterial cell to yeast spheroplast cell fusion. As a proof of concept, we demonstrated that the method can be used to capture a piece of genome, or to clone and edit the whole genome from six different Mycoplasma species. This method was then adapted to Bsu, showing for the first-time yeast spheroplast and Gram+ protoplast cell fusion. A fragment of ~150 kb has been successfully cloned in yeast.Even if, the entire Bsu genome has not yet been cloned in yeast, several critical elements have been identified. First of all, this work underlines the importance of the cloning method to be adopted depending on the organism of interest. Then, it emphasizes the existence of both biological and technical factors that explain current difficulties and that will have to be taken into account in subsequent experiments. Finally, it enabled the development of the new in-yeast cloning method called CReasPy-Fusion which expands the catalog of technics already described. Through its versatility, it opens up prospects for the capture of large genome fragments, the suppression of problematic loci, and to support the assembly of synthetic fragments

Ce travail presente l'etude du role des proteines redox associees au cytochrome p450, la nadph-cytochrome p450 reductase et le cytochrome b5, ainsi que leur implication dans la reponse induite par l'exposition du champignon filamenteux rhizopus nigricans a la progesterone. Les arnms specifiquement produits en reponse a la progesterone ont ete amplifies par rt-pcr en utilisant des amorces de sequence degeneree. Les primers ont ete definis en comparant les regions tres conservees de liaison au fmn et fad chez les reductases connues. Les adnc correspondant aux regions centrales de deux nouvelles reductases nommees cpr1-cs et cpr2-cs ont ete clones. D'autre part, par clonage fonctionnel dans une souche de levure s. Cerevisiae dont le gene cpr1 est sous le promoteur conditionnel et le gene cyb5 est inactive, nous avons identifie deux adnc, dont l'expression permet d'abolir l'hypersensibilite au ketoconazole d'une telle levure : un adnc long codant pour une reductase (cpr1-fl) qui inclut la sequence cpr1-cs et un adnc codant pour un cytochrome b5 (cyb5-1). L'etude de l'expression par nothern blot montre que deux transcrits de 2,1 kbp (cpr1-fl et cpr2-cs), correspondent aux reductases que nous avons clonees. Seule cpr1-fl est fortement induit (8-fois) lors de la reponse a la progesterone. Par contre l'expression de cpr2-cs et cyb5-1 n'est pas modifiee. La localisation cellulaire et de la fonction du produit de cpr1-fl ont ete etudiees dans une souche de levure dont le gene de la cpr1 endogene a ete prealablement interrompu. Cette analyse conduite en utilisant l'adnc complet cpr1-fl ainsi qu'une version tronquee commencant au premier atg trouve en 5 - (cpr-s) revele que ces deux adnc codent pour des produits fonctionnellement equivalents localises dans le cytosol et les microsomes. L'addition d'un codon atg immediatement en amont du premier atg de l'adnc de cpr1-fl (cpr1-l) accroit la fraction de l'activite presente dans les microsomes : la resistance au ketoconazole est accrue, alors que l'activite nadph-cytochrome c reductase globale se trouve diminuee. L'adnc du cyb5-1 a ete reformate et son produit surexprime et surproduit dans e. Coli. Puis solubilise par des detergents et purifie. Il montre un spectre d'absorption et des proprietes redox typiques du cytochrome b5. De plus il module fortement les activites testosterone hydroxylase and ethoxycoumarin deethylase des p450 3a4 et 2b6 humains de maniere dependante de la nature de la reductase. L'ensemble des donnes montre que trois composants du systeme monooxygenase de rhizopus nigricans ont ete clones et caracterises. Leur implication differente en reponse a la progesterone a ete demontre.