Tesi sul tema "Signature de gène"

L’altération constitutionnelle des gènes BRCA1 et BRCA2 est détectée dans 20 à 30% des formes familiales de cancer du sein. La fréquence de mise en évidence d’une mutation BRCA2 selon des critères généalogiques reste modeste. La définition de caractéristiques tumorales communes aux tumeurs du sein survenant dans un contexte de prédisposition lié à BRCA2 a pour objectif l’identification de caractéristiques propres aux tumeurs BRCA2 permettant de mieux définir les indications de recherche de mutation de ce gène, et l’identification de facteurs impliqués dans la tumorigénèse des cancers du sein liés à BRCA2. L’étude des profils génomiques des tumeurs BRCA2 a caractérisé la délétion récurrente des bras longs des chromosomes 13 et 14. L’analyse supervisée des données d’expression entre les tumeurs BRCA2 et les tumeurs familiales BRCAX a identifié une signature spécifique des tumeurs BRCA2. Les exomes des chromosomes 13 & 14 pour 5 tumeurs informatives et leur ADN constitutionnel ont été séquencés afin d’identifier la ou les cibles des régions délétées. Cette analyse a permis la caractérisation de variants somatiques qui seront à étudier dans une large série de cas BRCA2 et contrôles pour conclure sur leur rôle dans la tumorigénèse liée à BRCA2.La caractérisation de pertes de matériel chromosomique spécifiques aux tumeurs BRCA2, rapportée dans plusieurs études, offre une perspective diagnostique avec le développement d’un test FISH utilisable en pratique clinique pour préciser les indications d’une recherche de mutation du gène BRCA2, mais suggère également la présence de gènes cibles candidats dont l’inactivation est requise lors de la cancérisation mammaire liée à BRCA2
Germline BRCA1 and BRCA2 mutations account for 20-30% of familial breast cancer. The main indication for BRCA2 screening is a family history, but the mutation detection rate in patients selected this way is low. The identification of characteristics common to BRCA2-associated tumors would improve the criteria used to select patients for BRCA2 screening and could identify factors implicated in BRCA2-mutant breast cancer tumorigenesis. The analysis of BRCA2-mutant breast tumor genomic profiles identified deletions of chromosomes 13q and 14q as a common feature of BRCA2-tumors. Supervised gene expression analysis of BRCA2-mutant breast tumors and familial breast tumors without germline BRCA1 or BRCA2 mutations identified a specific BRCA2 gene signature. Exome sequencing of chromosomes 13q and 14q for 5 BRCA2-mutant tumors, and their associated germline DNA was performed in order to identify the target(s) of the specific genomic deletions in the BRCA2 tumors. This analysis characterized somatic variants that will be screened for in a larger cohort of BRCA2 and control tumors cases to explore their role in BRCA2-mutant breast cancer. Our study identified deletions of chromosomes 13q and 14q as a common feature of tumors with germline BRCA2 mutations, as has been observed in several previous studies. We suggest that FISH analysis for the deletion of these chromosomes would be a rapid and technically feasible first step to select tumors worth screening for germline BRCA2 mutations and we hypothesize that the inactivation of candidate genes located in these deleted regions allows the cell to resume division and progress thus contributing to tumorigenesis in BRCA2-mutant tumors

Les troubles psychiatriques (TP), tels que la schizophrénie, et les troubles bipolaires, affectent environ 12,5% de la population mondiale en 2019. Ces troubles sont définis par une perturbation de la cognition, de l’humeur, et du comportement d’un individu. Aujourd’hui, la psychiatrie est la seule branche de la médecine moderne pour laquelle aucun biomarqueur (BM) n’a été validé pour aider à réaliser le diagnostic. Pourtant, de nombreuses études montrent qu’il existe un lien entre le système immunitaire (SI) et les TP. Il devrait donc être possible d’identifier des BM des TP dans le sang. Lors de cette thèse, j’ai utilisé des méthodes omiques pour investiguer le SI d’individus atteints de TP après les avoir regroupés par la similarité de leurs troubles ou selon la sévérité de leurs symptômes. J’ai identifié des signatures altérées de miRNA spécifiques ou communes à des groupes élargis de TP, incluant des miARN déjà associés aux TP ainsi que d’autres qui ne l’étaient pas déjà. J’ai également étudié le SI de patients atteints de TP après les avoir classés de façon non supervisée en 2 groupes, selon la sévérité de leurs symptômes, à l’aide des données phénotypiques collectées durant l’étude longitudinale PsyCourse (IPPG, Germany). Si les analyses du méthylome et du miRNA n’ont pas permis d’identifier de différences entre les 2 groupes de sévérité, l’analyse du protéome a permis d’identifier des signatures spécifiques avec notamment une up-régulation de PLAUR, un gène connu pour être associé à la disruption de la barrière hémato-encéphalique et aux capacités cognitive des individus. Dans l’ensemble, cette thèse apporte un éclairage sur les signatures moléculaires liées à la sévérité des TB
Psychiatric disorders (PD), such as schizophrenia, and bipolar disorder, affect approximately 12.5% of the global population in 2019. These disorders are defined by a disturbance in cognition, mood, and behaviour or an individual. Today, psychiatry is the only branch of modern medicine for which no biomarker (BM) has been validated to help make the diagnosis. However, many studies show that there is a link between the immune system (IS) and PD. It should therefore be possible to identify BMs of PDs in the blood. In this thesis, I used omics methods to investigate the IS of individuals with PD after grouping them by the similarity of their disorders or by the severity of their symptoms. I identified altered miRNA signature specific or common to broad groups of PD, including miRNAs already associated with BD as well as others that were not already associated with BD. I also studied the proteome, methylome and miRNAome of PD patients after unsupervised classification into 2 groups, according to the severity of their symptoms, using phenotypic data collected during the longitudinal PsyCourse study (IPPG, Germany). While methylome and miRNA analyses did not identify differences between the 2 severity groups, proteome analysis identified specific signatures, including an up- regulation of PLAUR, a gene known to be associated with blood-brain barrier disruption and cognitive abilities. Overall, this thesis sheds light on the molecular signatures related to BD severity

L’arrivée des technologies à haut-débit pour mesurer l’expression des gènes a permis l’utilisation de signatures génomiques pour prédire des conditions cliniques ou la survie du patient. Cependant de telles signatures ont des limitations, comme la dépendance au jeu de données d’entrainement et le manque de généralisation. Nous proposons un nouvel algorithme, Integration Transcriptome-Interactome (ITI) (Garcia et al.) pour extraire une signature generalisable prédisant la rechute métastatique dans le cancer du sein par superimposition d’un très large jeu de données d’interaction protèine-protèine sur de multiples jeux de données d’expression des gènes. Cette méthode ré-implemente l’algorithme Chuang et al. , avec la capacité supplémentaire d’extraire une signature génomique à partir de plusieurs jeux de donnés d’expression des gènes simultanément. Une analyse non-supervisée et une analyse supervisée ont été réalisés sur un compendium de jeux de donnés issus de puces à ADN en cancer du sein. Les performances des signatures trouvées par ITI ont été comparé aux performances des signatures préalablement publiées (Wang et al. , Van De Vijver et al. , Sotiriou et al. ). Nos résultats montrent que les signatures ITI sont plus stables et plus généralisables, et sont plus performantes pour classifier un jeu de données indépendant. Nous avons trouvés des sous-réseaux formant des complexes précédement relié à des fonctions biologiques impliquées dans la nétastase et le cancer du sein. Plusieurs gènes directeurs ont été détectés, dont CDK1, NCK1 et PDGFB, certains n’étant pas déjà relié à la rechute métastatique dans le cancer du sein
High-throughput gene-expression profiling technologies yeild genomic signatures to predict clinical condition or patient outcome. However, such signatures have limitations, such as dependency on training set, and lack of generalization. We propose a novel algorithm, Interactome-Transcriptome Integration (ITI) (Garcia et al.) extract a generalizable signature predicting breast cancer relapse by superimposition of a large-scale protein-protein interaction data over several gene-expression data sets. This method re-implements the Chuang et al. algorithm, with the added capability to extract a genomic signature from several gene expression data sets simultaneously. A non-supervised and a supervised analysis were made with a breast cancer compendium of DNA microarray data sets. Performances of signatures found with ITI were compared with previously published signatures (Wang et al. , Van De Vijver et al. , Sotiriou et al. ). Our results show that ITI’s signatures are more stable and more generalizable, and perfom better when classifying an independant dataset. We found that subnetworks formed complexes functionally linked to biological functions related to metastasis and breast cancer. Several drivers genes were detected, including CDK1, NCK1 and PDGFB, some not previously linked to breast cancer relapse

Le cancer est une maladie complexe de par son étiologie multiple. Les gènes suppresseurs de tumeurs, véritables gardiens du génome, peuvent être mis sous silence par une répression épigénétique anormale qui présente l'avantage thérapeutique d'être réversible. Afin d'étudier ce phénomène, nous avons focalisé nos études sur le récepteur à l’acide rétinoïque beta 2 (RARβ2) dont la méthylation du promoteur conduit à sa perte d'expression dans les cancers de la prostate et du sein. L'étude de son profil épigénétique dans plusieurs modèles cellulaires a montré que la méthylation de l'ADN et la répression par les protéines polycomb pouvait co-exister sur ce locus. Pourtant, ces deux mécanismes répressifs sont décrits comme mutuellement exclusifs. Nous avons recherché l'existence d'ARN non codants associés au promoteur de RARβ2 et pouvant guider cette répression épigénétique mais de tels ARN n'ont pas été identifiés. Nous avons ensuite mis en place un système d'expression inductible de la protéine polycomb EZH2 dans une lignée prostatique qualifiée de "pré-tumorale". Ce modèle original est destiné à éprouver l'hypothèse du ciblage de l'hyperméthylation par les protéines polycomb sur le gène modèle RARβ2 avant d'étendre les analyses à l'échelle génomique. Enfin, nous nous sommes intéressés à un niveau supérieur de régulation de l'expression des gènes, l'organisation nucléaire. Nous avons abordé cette problématique complexe par des études de microscopie et nous montrons que le positionnement de RARβ2 dans l'espace nucléaire ne semble pas être corrélé à son état d'expression. De manière intéressante, nous avons identifiés des foyers de protéines polycomb dans les cellules tumorales
Today it has become clear that epigenetic alterations also are critical in the initiation and the progression of the disease. In fact tumor suppressor genes, that prevent tumorigenesis, can be abnormally silenced by epigenetic factors. As epigenetic repression is reversible, the understanding of such deregulation is of great interest and opens new therapeutic perspectives. In order to study this phenomenon, we chose as model the retinoic acid receptor beta 2 (RARβ2), a tumor suppressor gene which expression is lost in prostate and breast cancers by DNA methylation. Upon studying several cell models, we actually found that DNA methylation and polycomb repression can co-occur at this locus, although these distinct epigenetic processes are usually described as mutually exclusive. We investigated the existence of non-coding RNA associated to RARβ2 promoter that could direct epigenetic silencing. Such RNAs were not identified in our models. Then, we developed an inducible expression system of EZH2, a polycomb protein, in a pre-tumoral prostate cell line. This original model will be useful to test the hypothesis according to which polycomb protein can target DNA hypermethylation. RARβ2 will be the model gene before performing genome-wide analysis that will allow to find the genes targeted by polycomb repression in prostate tumorigenesis. Finally, we got interested in how higher order of chromatin architecture influences gene regulation. We addressed nuclear organization by microscopy studies and showed that RARβ2 position seems not to be correlated with its transcriptional level. Interestingly, we found polycomb spots in human cancer cells

Les adénomes hépatocellulaires (AHC) sont des tumeurs hépatiques bénignes rares se développant chez la femme jeune suite à la prise de contraceptifs oraux et pouvant se compliquer d’hémorragie et de transformation maligne en carcinome hépatocellulaire (CHC). Une classification génotype/phénotype a mise en évidence trois groupes d’AHC : les AHC inactivés pour le facteur de transcription HNF1A, les AHC mutés pour la β-caténine et les AHC dit « inflammatoires » ayant une activation de la voie JAK/STAT. Nous avons identifiés des mutations activatrices du gènes GNAS, codant pour la sous unité alpha de la protéine Gs, dans un sous-groupe d’AHC inflammatoires ainsi que chez des patients avec des AHC et atteints d’un syndrome de McCune Albright, une maladie rare combinant des tumeurs endocriniennes, une dysplasie fibreuse osseuse et des taches cutanés café au lait. Cette découverte confirme les interactions entre la voie de l’AMP cyclique induite par les mutations GNAS et la voie JAK/STAT. Les CHC sont les tumeurs primitives du foie les plus fréquentes, survenant souvent sur un foie cirrhotique exposé à différents facteurs de risque comme l’hépatite B chronique, l’hépatite C chronique, l’alcool ou le syndrome métabolique. Le CHC est le résultat de l’accumulation d’altérations génétiques et épigénétiques. Premièrement, nous avons identifiés les mutations du promoteur de TERT (Telomerase reverse transcriptase) comme les altérations génétiques somatiques les plus fréquentes des CHC. Ces mutations ont été aussi retrouvées dans des lésions prénéoplasiques développées sur cirrhose suggérant leurs rôles précoces dans l’initiation tumorale et la transformation maligne. A l’inverse l’étude des mutations du promoteur de TERT et la réalisation de séquençage haut-débit dans les AHC et les transformation d’adénome en CHC nous a permis de disséquer les mécanismes de transformation maligne sur foie sain avec la présence de manière précoce d’une mutation de la β-caténine et dans un second temps l’apparition d’une mutation dans le promoteur de TERT. Par la suite, nous avons mis en évidence une signature moléculaire pronostique transcriptomique chez les patients avec CHC traités par résection hépatique. Cette signature moléculaire prédisant à la fois la récidive tumorale et le décès a été validée dans des cohortes de patients à l’étranger. Enfin, nous avons mise en évidence le rôle oncogénique de l’adeno-associated virus de type 2 dans la survenue de CHC sur foie sain via un mécanisme de mutagénèse insertionnelle dans des gènes clés de la carcinogénèse comme TERT, CCNA2, MLL4 ou TNFSF10. Ces résultats ont permit de mettre en évidence de nouveaux facteurs de risque viraux de survenue du CHC, d’identifier de nouvelles altérations génétiques impliquées dans la transformation maligne sur cirrhose et sur foie sain et permit de développer une signature moléculaire pronostique qui pourrait être utiliser dans le futur comme une aide à la stratification thérapeutique chez les patients atteint de CHC
Hepatocellular adenomas (HCA) are rare benign liver tumors occuring in young women taking oral contraception and complications as haemorrhage or malignant transformation in hepatocellular carcinomes (HCC) could occur. A genotype/phenotype classification has defined different subgroups of tumors : HCA with inactivating mutations of HNF1A, HCA with activating mutations of β-catenin and inflammatory HCA with activation of the JAK/STAT pathway. We have identified activation mutations of GNAS, that codes for the alpha subunit of the Gs protein in a subgroup of inflammatory HCA and in patients with HCA and McCune Albright syndrom, a rare disease that combined endocrine tumor, bone fibrous dysplasia and « cafe au lait » skin macula. These findings highlight the crosstalk between the cyclic AMP pathway induced by GNAS mutation with the JAK/STAT pathway. HCC are the most frequent primary liver tumors worldwide and mainly occur on cirrhosis due to various risk factor as hepatitis B and C virus, alcohol consumption and metabolic syndrome. HCC is due to the accumulation of genetic and epigenetic alterations in the malignant hepatocytes. We have identified TERT (telomerase reverse transcriptase) promoter mutations as the most frequent somatic genetic alterations in HCC. These mutations were also found in cirrhotic premalignant nodules underlying their role in tumor initiation and malignant transformation. In contrast, the study of the different steps of malignant transformation of HCA into HCC using next generation sequencing and TERT promoter screening have shown that activatiing mutation of β-catenin is an early genetic alteration whereas TERT promoter mutation is required in a second step to promote a full malignant transformation. We have also identified a prognostic molecular signature, the 5-gene score, in patients with HCC treated by liver resection. The 5-gene score predicts tumor recurrence and disease specific survival and has been validated in different cohorts of patients worldwide. Finally, we have shown that adeno-associated virus type 2 is involved in liver carcinogenesis on normal liver through insertional mutagenesis in key cancer genes as TERT, CCNA2, MLL4 and TNFSF10. These results have underlined a new oncogenic virus involved in HCC development, identified new genetic alterations involved in malignant transformation on cirrhosis and normal liver and a new prognostic molecular signature that will help to guide treatment of patients with HCC in the future

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

Chez les bactéries en contact direct avec leur milieu, la transcription des gènes et la synthèse des protéines sont régulées de manière efficace à chaque changement des paramètres environnementaux afin de permettre la survie cellulaire. Dans le cas des bactéries commensales de l’intestin, ces régulations doivent aussi permettre les interactions symbiotiques et la colonisation dont les mécanismes moléculaires, encore peu connus, sont probablement liés, entre autres, à la surface des bactéries (molécules exposées et sécrétées…). Lactobacillus casei, bactérie commensale, possède environ 330 gènes prédits comme intervenant dans la composition et la fonctionnalité de la surface cellulaire. Afin d’avoir une vue globale de la totalité des gènes qui interviennent dans l’établissement de L. casei dans l’intestin, une approche de génétique inverse a été réalisée. Pour cela, une banque de mutants aléatoires étiquetés de L. casei par « Signature-Tagged Mutagenesis » a été créée puis annotée et réorganisée grâce au séquençage des régions d’insertion du transposon. Les mutants ont été criblés quant à leur capacité à s’établir dans l’anse iléale ligaturée de lapin et quantifiés par qPCR. Parmi les 47 gènes identifiés comme étant impliqués dans l’établissement in vivo, trois gènes en opéron codant pour un système à deux composants et une « penicillin-binding protein » ont été caractérisés. Ces trois gènes sont impliqués dans la modulation de la surface cellulaire et plus particulièrement dans la régulation des hydrolases du peptidoglycane qui sont nécessaires à la protection de la bactérie dans l’environnement intestinal
In bacteria which are in direct contact with their environment, genes transcription and proteins synthesis are efficiently regulated at each change of environmental parameters to allow cell survival. For intestinal commensal bacteria, these regulations must also allow symbiotic interactions and colonization whose molecular mechanisms, so far little known, are probably related, among others, to the bacteria surface (molecules exposed and secreted…). Lactobacillus casei, a commensal bacterium, has about 330 predicted genes involved in the composition and functionality of the cell surface. To have a global view of the whole genes involved in the establishment of L. casei in the gut, a reverse genetics approach was performed. For that, a library of L. casei random labeled-mutants by Signature-Tagged Mutagenesis was generated then annotated and reassembled thanks to the sequencing of transposon insertion sites. Mutants were screened for their ability to establish themselves in the rabbit ligated ileal loop and quantified by qPCR. Among the 47 genes identified as involved in the in vivo establishment, three genes in an operon encoding a two-component system and a penicillin-binding protein were characterized. These three genes are involved in the cell surface modulation and particularly in the regulation of peptidoglycan hydrolases which are required for the bacteria protection in the intestinal environment

Deux espèces de tournesols Helianthus annuus et H. Petiolaris ont donné naissance il y a plusieurs milliers d’années à une espèce hybride H. Paradoxus inféodée à des marais salins. Ma thèse a consisté à caractériser les bases génétiques de l’adaptation de H. Paradoxus à ce milieu extrême, par recherche des signatures de sélection, à l’échelle du génome et à une échelle plus fine (entre 20 et 90 cM). J’ai analysé les patrons de diversité génétique pour des marqueurs microsatellites dans des populations de H. Paradoxus et ses espèces parentales, autour de trois QTL de survie et ailleurs dans le génome. A l’échelle du génome, une baisse de diversité autour de ces QTL a été mise en évidence chez l’espèce hybride et non chez ses parents indiquant qu’il est possible de détecter une signature de la sélection. A l’échelle plus fine, le patron de diversité est en mosaïque. L’ordre des marqueurs n’étant pas connu avec certitude chez l’espèce hybride, une méthode basée sur le déséquilibre de liaison entre des marqueurs génotypés dans des populations naturelles a été développée. Elle permet de regrouper sur une carte des marqueurs en fort déséquilibre de liaison. Parallèlement une étude physiologique et d’expression génique visant à comprendre le mécanisme d’adaptation à la salinité de H. Paradoxus a été conduite. L’espèce hybride est très plastique, mais se porte mieux en milieu salin, ses feuilles sont plus succulentes, avec une concentration en sodium et sulfate très élevée dans ses tissus. Plusieurs gènes candidats, impliqués dans différentes voies de réponse à la salinité, et dont certains sont cartographiés dans les régions des QTL, sont différentiellement exprimés chez l’espèce hybride et chez ses parents. Ces résultats confirment qu’ils sont des candidats potentiels importants dans l’adaptation de H. Paradoxus aux marais salins et donc impliqués dans le processus de spéciation
The homoploid hybrid sunflower species, Helianthus paradoxus, is derived from two sunflower species H. Annuus and H. Petiolaris, and is adapted to salt marshes. My work characterizes the genetic basis of the natural selection that created the adaptation of H. Paradoxus to this extreme habitat. I searched for signatures of selection at the whole genome scale, and at a finer scale of 20 to 90 cM within individual chromosomes. Accordingly, I analyzed the genetic diversity of populations of H. Paradoxus and its parental species using microsatellite markers. For the analysis, I used microsatellite markers that are located near three survivorship QTLs, and compared their genetic diversity to markers from putative unselected regions. Genetic diversity was significantly lower around the survivorship QTL in the hybrid species but not in the parental species, signaling for the signature of selection in the H. Paradoxus genome detectable at this scale. At the finer scale, I found a mosaic pattern of genetic diversity. To overcome unknown mapping locations of genetic markers in H. Paradoxus, a method to group and order markers based on measure of linkage disequilibrium in natural populations was developed. In addition, a physiological and gene expression study was developed to understand the mechanisms of H. Paradoxus adaptation to salty habitat. The hybrid species exhibited a high plasticity response, and performed better than its parental species in a saline habitat. Leaves of H. Paradoxus were more succulent and have a higher concentration of sodium and sulfate, compared to the parental species. Several candidate genes, implied in various salinity response pathways and located for some within the mapped QTL regions, were differentially expressed in the hybrid species and the two parental species. These results confirm that these genes are potential candidate genes for studying H. Paradoxus adaptation to saline marshes, and probably played a major role in the process of speciation

Les cancers du sein sont dits hormono-dépendants dans la mesure où 70% d'entre-eux expriment le récepteur des oestrogènes ERα et sont donc, en principe, accessibles à un traitement anti-hormonal de type anti-oestrogène tel que le Tamoxifène. Cependant, 40% des patientes traitées s'avèrent résistantes. L'identification de signatures moléculaires spécifiant l'hormono-susceptibilité tumorale et permettant de prédire la récidive du cancer au cours du traitement apparaît donc nécessaire. Dans un premier temps, nous avons étudié, par RT-PCR quantitative, les niveaux d'expression de 47 gènes, choisis sur la base de leur implication probable dans l'hormono-sensibilité tumorale, dans 200 tumeurs primitives du sein. L'analyse par "clustering" hiérarchique suivi par un test de Chi2, a permis de mettre en évidence des sous-groupes de tumeurs caractérisés par l'expression de combinaisons distinctes des gènes d'intérêt. Cette étude nous a permis d'une part, de retrouver les sous-types de tumeurs mis en évidence par Sorlie et col. Et, d'autre part, de mettre en exergue un nouveau sous-groupe de tumeurs. Dans un second temps, nous avons recherché une signature moléculaire prédictive de la récurrence sous Tamoxifène. Pour cela, nous avons étudié les profils d'expression, sur puces à ADN, de 132 tumeurs ER+ et/ou PR+ provenant de patientes traitées au Tamoxifène. L'analyse supervisée par PAM de ces profils géniques nous a permis de mettre en évidence une signature de 36 gènes prédictive de l'apparition de récurrence dans les 5 ans de traitement au Tamoxifène. Cette signature classe correctement les patientes sans récidive avec une sensibilité de 80% et les patientes récidivantes avec une spécificité de 78%. Nous avons confirmé la robustesse de notre classifieur par la classification de 2 sets externes de 23 et 41 tumeurs, avec une exactitude de 78% et 70%. Par ailleurs, nous avons démontré que la signature 36-gènes a un pouvoir pronostique plus puissant que les critères histo-pathologiques et cliniques habituellement utilisés.

L'adaptation par sélection naturelle est centrale dans l'évolution des espèces. En ciblant les différences de survie et/ou de reproduction des individus en fonction des changements de l'environnement, la sélection filtre les variants génétiques dans les populations. Les gènes extrêmement conservés sont soumis à la sélection purifiante qui élimine les mutations délétères, alors que d'autres gènes plus polymorphes porteront des mutations positivement sélectionnées dans un certain contexte environnemental. Depuis plus de 20 ans, la modélisation en génétique des populations et l'émergence de technologies de séquençage accélérant l'identification de variants génétiques à l'échelle du génome (e.g. les Single Nucleotide Polymorphisms - SNP) ont permis le développement de nombreuses méthodes statistiques analysant le polymorphisme pour identifier des gènes ou régions du génome présentant des signatures de sélection, tout en tenant compte des autres forces évolutives (dérive génétique, flux géniques) influençant ce polymorphisme. Cependant, elles testent l'hypothèse de sélection indépendamment sur chaque locus et ne permettent pas d'explorer l'interaction entre les allèles des gènes comme cible potentielle de la sélection épistatique. Or, la génétique quantitative et la biologie moderne montrent indiscutablement que les gènes ne sont pas des entités fonctionnellement indépendantes, mais qu'ils sont des éléments interagissant dans des réseaux plus vastes permettant l'expression des caractéristiques biologiques. Cette thèse a pour objectif de proposer un nouveau test statistique qui permet d'identifier des signatures de sélection épistatique, donc des gènes coadaptés, sur la base du déséquilibre de liaison (DL) à l'aide de marqueurs SNP. Dans une première partie, nous décrivons les statistiques proposées, Trv et TcorPC1v, qui comparent des paires de SNP ou de régions génomiques. Elles sont basées sur des travaux récents montrant que le coefficient de corrélation (r), fortement influencé par la structuration génétique des populations et l'apparentement des individus, doit être corrigé (rv) par la matrice d'apparentement entre les individus (V). Couplées à des calculs intensifs, des simulations de données SNP pangénomiques en populations structurées ont permis de démontrer que Trv et TcorPC1v suivent une distribution de Student t(n-2), réduisent fortement le bruit de fond de DL généré par les forces évolutives non sélectives, et ont une bonne puissance de détection. Dans une deuxième partie, nous utilisons l'approche de " Genome-Wide Epistatic Selection Scan " (GWESS) chez la plante modèle Medicago truncatula, où un gène candidat est utilisé comme appât pour calculer sa corrélation avec tous les autres gènes du génome. Suite à l'identification d'une signature de sélection épistatique entre MtSUNN et MtCLE02, codant respectivement pour un récepteur et un peptide de signalisation, une preuve de concept est apportée par la démonstration expérimentale (collaboration) que MtCLE02 a un rôle négatif sur la nodulation et dépendant de MtSUNN.[...]
Adaptation by natural selection is central to the evolution of species. By targeting differences in survival and/or reproduction of individuals according to changes in the environment, selection filters genetic variants in populations. Extremely conserved genes are subjected to purifying selection which eliminates deleterious mutations, while other more polymorphic genes will carry positively selected mutations in a certain environmental context. For more than 20 years, modeling in population genetics and the emergence of sequencing technologies allowing the identification of genetic variants at the genome level (e.g. Single Nucleotide Polymorphisms - SNP) have allowed the development of numerous statistical methods analyzing polymorphism to identify genes or regions of the genome presenting selection signatures, while taking into account the other evolutionary forces (genetic drift, gene flow) influencing this polymorphism. However, they test the selection hypothesis independently at each locus and do not allow the interaction between the alleles of genes to be explored as a potential target for epistatic selection. Still, quantitative genetics and modern biology unquestionably show that genes are not functionally independent entities, but that they are interacting elements in larger networks allowing the expression of biological characteristics. The purpose of this thesis is to propose a new statistical test which makes it possible to identify epistatic selection signatures, therefore coadapted genes, on the basis of linkage disequilibrium (DL) using SNP markers. In the first part, we describe the proposed statistics, Trv and TcorPC1v, which compare pairs of SNPs or genomic regions. They are based on recent work showing that the correlation coefficient (r), strongly influenced by the genetic structure of populations and the degree of genetic similarity between individuals, must be corrected (rv) by the relationship matrix between individuals (V). Coupled with intensive calculations, simulations of genome-wide SNP data in structured populations have made it possible to demonstrate that Trv and TcorPC1v follow a Student distribution t(n-2), greatly reduce noisy DL background generated by non-selective evolutionary forces, and show good detection power. In a second part, we use the "Genome-Wide Epistatic Selection Scan" (GWESS) approach in the model plant Medicago truncatula, where a candidate gene is used as bait to calculate its correlation with all the other genes in the genome. Following the identification of an epistatic selection signature between MtSUNN and MtCLE02, coding respectively for a receptor and a signaling peptide, a proof of concept is provided by the experimental demonstration (collaboration) that MtCLE02 has a MtSUNN-dependent negative role on nodulation. The GWESS approach applied to SNP data in humans shows an epistatic selection signature between the SLC24A5 and EDAR genes, involved in skin pigmentation and the development of ectodermal organs (hair, teeth).[...]

Le cancer est une maladie du génome. La transformation tumorale résulte de l’acquisition de mutations somatiques via divers processus mutagènes opérant tout au long de la vie du patient. Les mécanismes à l’origine des mutations incluent les erreurs de réplication, les défauts de réparation de l’ADN, les modifications de base spontanées ou catalysées par des enzymes cellulaires, et l’exposition à des agents mutagènes endogènes (ROS) ou exogènes (tabac, UV…). Au cours de ma thèse, j’ai analysé des données de séquençage exome et génome complet de tumeurs hépatiques pour décortiquer les mécanismes à l’origine des mutations dans ces tumeurs, leur interaction avec les facteurs de risque, les processus cellulaires, les gènes drivers, et leur évolution au cours de la maladie. J’ai utilisé des méthodes statistiques existantes et dévoloppé des outils bioinformatiques innovants pour:- extraire les signatures de mutations et de réarrangements structuraux à l’aide de données de séquençage à haut débit- identifier les facteurs de risque et/ou les altérations génétiques à l’origine de chacune- prédire les mécanismes mutagènes à l’origine de chaque mutation somatique- explorer les corrélations entre la densité des mutations et les processus cellulaires comme la réplication et la transcription- reconstruire l’histoire clonale des tumeurs et dater l’apparition des signatures mutationnelles et des aberrations chromosomiques.Ces approches innovantes m’ont permis d’identifier 10 signatures mutationnelles: 5 signatures ubiquitaires à l’œuvre dans toutes les tumeurs hépatiques mais modulées par les facteurs de risque (sexe, alcool, tabac), et 5 signatures sporadiques opérant dans moins de 5% des tumeurs et associées à des étiologies connues (aflatoxine B1, acide aristolochique) ou restant à identifier. J’ai aussi mis en évidence 6 signatures de réarrangements structuraux, notamment des phénotypes duplicateurs et déléteurs, spécifiques de petits groupes de tumeurs. Chaque processus mutagène est modulé différemment par la réplication et la transcription. Les signatures liées à des molécules formant des adducts sur l’ADN (hydrocarbures polycycliques aromatiques, aflatoxine B1, acide aristolochique) sont nettement moins actives dans les gènes fortement exprimés suite à l’action du transcription-coupled repair, alors que la signature 16, liée à l’alcool, présente un motif unique de transcription-coupled damage. Une corrélation étonnante entre la densité des petites insertions et délétions (indels) et l’expression des gènes a été identifiée, conduisant à une accumulation considérable d’indels dans les gènes très forterment exprimés dans les cellules hépatiques. Enfin, l’histoire clonale des tumeurs hépatiques montre l’évolution des signatures mutationnelles au cours du temps et identifie l’accumulation de gains chromosomiques multiples comme un évènement tardif entraînant probablement une croissance de la tumeur jusqu’à une taille détactable en clinique. Ces résultats nous éclairent sur les mécanismes à l’origine des altérations génomiques dans l’histoire naturelle des cancers du foie
Cancer is a disease of the genome. A normal cell goes rogue and is transformed into a cancerous cell due to acquired somatic mutations in its genome. The catalogue of these somatic mutations observed in the cancer genome is the outcome of multiple mutational processes that have been operative over the lifetime of a patient. These mutational processes that have occurred throughout the development of cancer may be infidelity of the DNA replication machinery, impaired DNA repair system, enzymatic modifications of DNA, or exposures to exogenous or endogenous mutagens. Each mutational process leaves a characteristic pattern – a “mutational signature” on the cancer genome. Various genomic features related to genome architecture, including DNA replication and transcription, modulate these mutational processes. During my PhD, I analyzed whole exome and whole genome sequencing data from liver tumors to understand the mutational processes remodeling these tumor genomes, their interaction with risk factors, cellular processes, and driver genes, and their evolution along the tumor histories. For that aim, I used existing statistical methods and I developed innovative computational tools to:- extract mutational and structural variant signatures from next-generation sequencing data- identify risk factors or genetic alterations underlying each process- predict the mutational process at the origin of each somatic mutation- explore correlations between mutation rates and cellular processes like replication and transcription- reconstruct the clonal history of a tumor and the timing of mutational processes and copy-number changes These innovative analytical strategies allowed me to identify 10 mutational signatures: 5 ubiquitous signatures operative in every liver cancer but modulated by risk factors (gender, alcohol, tobacco), and 5 sporadic signatures operative in <5% of HCC and associated with specific known (aflatoxin B1, aristolochic acid) or unknown mutational processes. I also identified 6 structural variant signatures, including striking duplicator or deletor phenotypes in rare tumors. Each mutational process showed a different relationship with replication and transcription. Signatures of bulky DNA adducts (polycyclic aromatic hydrocarbons, aflatoxin B1, aristolochic acid) strongly decreased in highly expressed genes due to transcription-coupled repair, whereas the alcohol-related signature 16 displayed a unique feature of transcription-coupled damage. A striking positive correlation between indel rate and gene expression was observed, leading to recurrent mutations in very highly expressed tissue-specific genes. Finally, reconstructing the clonal history of HCC revealed the evolution of mutational processes along tumor development and identified synchronous chromosome duplications as late events probably leading to fast tumor growth and clinical detection of the tumor. Together, these findings shed new light on the mechanisms generating DNA alterations along the natural history of liver cancers

Ce mémoire porte sur l'analyse bioinformatique des mécanismes impliqués dans la régulation de l'expression des gènes, phénomène ubiquitaire chez les êtres vivants, notamment à l'origine de la différenciation cellulaire. L'exploitation des jeux de données génomiques à haut débit a motivé la mise au point d'algorithmes et de méthodes spécifiques. Ces approches ont conduit au développement d'outils et de bases de données, notamment le logiciel BZScan pour la quantification des images de puces à ADN, la base de données ATD répertoriant les sites de polydénylation dans les génomes de l'homme et de la souris, la suite logicielle TranscriptomeBrowser intégrant une base de données de signatures transcriptionnelles, ainsi que le logiciel de modélisation et de simulation logique GINsim. Notre approche de programmation modulaire a en outre permis le développement de communicationes performantes entre ces différents outils
This thesis report is about bioinformatic analysis of mechanisms involved in regulation of gene expression, an ubiquitous phenomenon in all life froms, notably at the root of cellular differenciation. The use of genomic large scale datasets motivated the creation of specific algorithms and methods. These approaches led to the development of tools and databases, namely the software BZScan for the quantification of DNA microarray images, the ATD database listing polyadenylation sites in human and mouse genomes, the sofware package TranscriptomeBrowser containing a transcriptional signatures database, and the logical simultaion and modellind software signatures database, and the logical simulation and modelling software GINsim. A modular programming approach allowed us to develop efficient communication between these different tools

Le trouble majeur de la dépression est un des troubles de santé mentale les plus fréquents dans la société d’aujourd’hui avec plus de 350 millions de personnes atteintes dans le monde. Malgré la présence de différents types de traitement, comme les antidépresseurs ou les thérapies comportementales, les causes de ce trouble ne sont pas encore complètement élucidées. Les lacunes concernant la compréhension de cette pathologie se trouve plus particulièrement au niveau de ses fondements génétiques. A partir d’un grand échantillon de 267 sujets atteints de la dépression, de 286 sujets témoins ainsi que de trois modèles animaux, la présente étude a pour objectif de mettre en évidence différents gènes et fonctions associés de façon significative à cette maladie et de caractériser les différences transcriptionnelles spécifiques au sexe. Pour ce faire, deux grandes étapes composent ce projet. Une analyse de gènes différentiellement exprimés ainsi qu’une de modules de gènes Eigengenes, toutes deux effectuées sur l’humain et sur les modèles animaux. Les résultats ont mis en exergue plusieurs gènes associés à la dépression et partagés entre l’humain et les modèles animaux. Il semblerait que le modèle animal qui reproduit le plus les observations chez l’humain soit celui de l’isolation sociale. De plus, plusieurs fonctions biologiques pertinentes avec la caractérisation du trouble étudié ont été identifiées. Par surcroît, les modules de gènes associés à la dépression chez les femelles étaient en plus grand nombre que chez les mâles et cette observation est bien reproduite dans le modèle du stress variable chronique de l’animal. Cette étude a donc permis une amélioration des connaissances concernant la génétique de la dépression. Il en ressort que les modèles animaux utilisés dans cette étude permettent de bien de reproduire un état dépressif chez l’animal.
Le trouble majeur de la dépression est un des troubles de santé mentale les plus fréquents dans la société d’aujourd’hui avec plus de 350 millions de personnes atteintes dans le monde. Malgré la présence de différents types de traitement, comme les antidépresseurs ou les thérapies comportementales, les causes de ce trouble ne sont pas encore complètement élucidées. Les lacunes concernant la compréhension de cette pathologie se trouve plus particulièrement au niveau de ses fondements génétiques. A partir d’un grand échantillon de 267 sujets atteints de la dépression, de 286 sujets témoins ainsi que de trois modèles animaux, la présente étude a pour objectif de mettre en évidence différents gènes et fonctions associés de façon significative à cette maladie et de caractériser les différences transcriptionnelles spécifiques au sexe. Pour ce faire, deux grandes étapes composent ce projet. Une analyse de gènes différentiellement exprimés ainsi qu’une de modules de gènes Eigengenes, toutes deux effectuées sur l’humain et sur les modèles animaux. Les résultats ont mis en exergue plusieurs gènes associés à la dépression et partagés entre l’humain et les modèles animaux. Il semblerait que le modèle animal qui reproduit le plus les observations chez l’humain soit celui de l’isolation sociale. De plus, plusieurs fonctions biologiques pertinentes avec la caractérisation du trouble étudié ont été identifiées. Par surcroît, les modules de gènes associés à la dépression chez les femelles étaient en plus grand nombre que chez les mâles et cette observation est bien reproduite dans le modèle du stress variable chronique de l’animal. Cette étude a donc permis une amélioration des connaissances concernant la génétique de la dépression. Il en ressort que les modèles animaux utilisés dans cette étude permettent de bien de reproduire un état dépressif chez l’animal.
Major depressive disorder is one of the most common mental health disorder in modern society affecting more than 350 million people worldwide. While different types of treatment are available, such as antidepressants or behavioural therapies, causes of this disorder are not yet fully understood. A better comprehension of its genetic basis could fulfil the gaps. From a large sample of 267 subjects with depression, 286 control subjects and three animal models, this study aims to identify different genes and functions significantly associated with this disorder and to characterize sex-specific transcriptional differences. This project splits in two major steps: a differentially expressed genes analysis and a gene modules analysis using Eigengenes, both performed on humans and animal models. Results highlight several genes shared between humans and animal models. The animal model that seems to better reproduce the effects observed in humans is that of social isolation. In addition, several biological functions appear to be relevant to major depressive disorder characterization. Furthermore, gene modules associated with depression are more numerous in females than in males and this observation is reproduced in the animal’s chronic variable stress model. This study therefore enhanced knowledge about depression’s genetics and shows that animal models can be effectively used to reproduce a depressive state in animals.
Major depressive disorder is one of the most common mental health disorder in modern society affecting more than 350 million people worldwide. While different types of treatment are available, such as antidepressants or behavioural therapies, causes of this disorder are not yet fully understood. A better comprehension of its genetic basis could fulfil the gaps. From a large sample of 267 subjects with depression, 286 control subjects and three animal models, this study aims to identify different genes and functions significantly associated with this disorder and to characterize sex-specific transcriptional differences. This project splits in two major steps: a differentially expressed genes analysis and a gene modules analysis using Eigengenes, both performed on humans and animal models. Results highlight several genes shared between humans and animal models. The animal model that seems to better reproduce the effects observed in humans is that of social isolation. In addition, several biological functions appear to be relevant to major depressive disorder characterization. Furthermore, gene modules associated with depression are more numerous in females than in males and this observation is reproduced in the animal’s chronic variable stress model. This study therefore enhanced knowledge about depression’s genetics and shows that animal models can be effectively used to reproduce a depressive state in animals.

Les bactéries sont capables de s'adapter à de brutales fluctuations des paramètres physico-chimiques de leur environnement Elles ont développé, pour cela, des mécanismes adaptatifs leur permettant de survivre à des conditions environnementales changeantes et de se protéger d'une multitude d'agents délétères. Chez Escherichia coli, une organisation hiérarchisée de l'activité cellulaire a été mise en évidence au sommet de laquelle se situe la protéine universelle de stress UspA, une protéine synthétisée en réponse à des contraintes stressantes et contrôlant l'adaptation de la cellule à des changements brusques de son environnement. L'association d'un gène rapporteur codant pour un variant de la protéine fluorescente GFP (pour Green Fluorescent Protein) au gène uspA, codant pour la protéine UspA, selon un procédé décrit, permet le suivi en temps réel et in vivo du processus d'induction du gène uspA, et la caractérisation tant qualitative que quantitative de réponses spécifiques à des stress environnementaux. Il a pu être mis en évidence que l'apparition de contraintes structurales au niveau de l'ADN influence l'architecture générale du locus uspAB et l'expression des gènes vspA et uspB connus pour être activés en situation de stress. L'état environnemental peut notamment avoir des conséquences importantes sur l'activité de multiples facteurs accessoires qui, comme le facteur d'intégration IHF, participent à l'assemblage de structures nucléoprotéiques complexes et au contrôle de l'expression génique. L'étude comparée des protéines bactériennes apparentées à la protéine UspA et des facteurs de transcription eucaryotes à structure MADS-box a permis d'établir un modèle moléculaire et structural et d'envisager des prédictions fonctionnelles concernant les domaines de liaison à l'ADN non caractérisés des protéines bactériennes de la famille UspA. L'attention portée à ces études traduit tout l'enjeu économique lié au développement de dispositifs analytiques mettant en œuvre des transducteurs biologiques multiparamétriques, susceptibles de permettre le suivi en temps réel de signatures spécifiques de stress chez les bactéries
Bacteria are well adapted to respond to environmental perturbations in physico-chemical parameters. Therefore they developed adaptive mechanisms in order to survive to changing environmental conditions, and to protect themselves against multiple deleterious agents. In Escherichia coli, a hierarchical organization of the cellular activity has been recognized. At the top of this organization, the Universal stress protein A (UspA), which is synthesized in response to stress conditions, controls the adaptation of the cell to brutal environmental changes. A reporter gene coding for a variant of the Green Fluorescent Protein (GFP) and integrated in the uspA gene, coding for the UspA protein, allows the real-time and in vivo detection of the uspA gene induction process, and qualitative and quantitative evaluation of specific responses to environmental stresses as well. DNA structural constraints were found to play an architectural role in the structural definition of the uspAB domain and affect directly the expression of uspA and uspB genes. These genes are known to be general responders to diverse types of stress. Environmental changes can have important consequences on the activities of multiple accessory factors. Like the Integration Host Factor (IHF), these factors participate to complex nucleoprotein structures and transcription controls. The comparative study of the bacterial homologous of the MADS-box family of transcription factors provide us with a molecular and structural model. This model allows functional predictions about uncharacterized DNA binding domains of the UspA family of bacterial proteins. The economical stake of these studies pertains to the development of multi-parametric biological sensors, designed for the detection of stress specific signatures in bacteria