Copy number variation modifies expression profiles over developmental time

Abstract : A preliminary understanding of the phenotypic effect of copy number variation (CNV) of DNA segments is emerging. These rearrangements were shown to influence, in a somewhat dose-dependent manner, the expression of genes mapping within them. They were also shown to modify the expression of genes located on their Hanks, sometimes at great distance. Here, we demonstrate by monitoring these effects at multiple life stages, that these controls over expression are effective throughout mouse development. Similarly, we observe that the more specific spatial expression patterns of CNV genes are maintained through life. However, 'we find that some brain- expressed genes mapping within CNVS appear to be under compensatory loops only at specific time-points, indicating that the effect of CNVS on these genes is modulated during development. Notably, we also observe that CNV genes are significantly enriched within transcripts that show variable time-course expression between strains. Thus, modifying the copy number of a gene may potentially alter not only its expression level, but its timing of expression as well. Résume : Nous commençons à comprendre les effets phénotypiques liés aux séquences d'ADN qui changent de nombre de copies d'un individu a l'autre. Des travaux précédents ont montré que ces variante de nombre de copies (CNVS) avaient une influence sur l'expression non seulement des gènes se trouvant dans le réarrangement, mais aussi sur ceux se trouvant à une certaine distance. Le présent travail étudie ces effets à différents stades du développement de la souris allant d'un embryon de deux semaines à la souris adulte. Nous avons observé que certains gènes exprimés dans le cerveau semblent soumis à un contrôle plus strict a certaines étapes du développement suggèrent que l'effet des CNVs est modulé différemment au cours de la vie. Notre travail sur trois souches différentes de souris a permis de montrer que les gènes ayant un profil d'expression différent dans le temps entre souches sont enrichis en gènes se trouvant dans des CNVs. Ceci nous amène à penser que les CNVs ont, non seulement une influence sur le niveau d'expression des gènes, mais aussi sur les moments durant lesquels ils seront exprimés. Résumé pour un large public : De nombreuses maladies sont dues soit a un gain (on parle alors de duplication) soit à une perte de matériel génétique (il s'agit dune délétion). Bien que les recherches visant à identifier les mécanismes moléculaires liés à ces réarrangements de notre génome progressent continuellement, la plupart des causes des maladies génétiques restent à élucider. Certaines parties de notre génome sont présentes en un nombre de copies qui diffère d'un individu à l'autre sans pour autant provoquer une ou des maladies. Ces segments d'ADN qui varient en nombre sont appelés Copy Number Variant (CNVs). Ils couvrent environ 12% de notre matériel génétique. Des études menées sur différents modèles animaux ont montré que les CNVs avaient une influence aussi bien sur les gènes qui sont a l'intérieur des CNVs que sur ceux qui sont dans leur voisinage. Ce travail étudie l'effet des CNVs à travers différents stades du développement de la souris. Nous avons démontré que les segments d'ADN qui varient en nombre de copies ont des effets variables selon le stade auxquels ils sont mesurés. Ainsi, les CNVs ont non seulement un impact sur l'expression des gènes présents dans ces régions et dans leur voisinage, mais influencent également leurs profils d'expression au cours du temps.

Perinuclear Mlp proteins down-regulate gene expression in response to a defect in mRNA export

Résumé Une caractéristique des cellules eucaryotes est le confinement du matériel génétique (ADN/DNA) dans le noyau. Pour décoder cette information, un ARN messager (mRNA) est d'abord transcrit sous forme d'un ARN prémessager (pré-mRNA). Ce-dernier doit subir plusieurs étapes de maturation pour aboutir à une particule ribonucléoprotéique (mRNP) qui sera exportée vers le cytoplasme et traduite en protéine. La protéine de levure Mex67p et son homologue humain TAP sont des récepteurs d'export médiant la translocation du mRNP au travers des complexes du pore nucléaire (NPC). Mex67p/TAP ne se lient pas directement au mRNA, mais nécessitent la présence de protéines adaptatrices, telles que Yra1p et son homologue humain REF1. Afin d'identifier de nouveaux facteurs impliqués dans l'export des mRNPs ou de nouvelles fonctions pour Yra1p, nous avons effectué un crible génétique avec un mutant thermosensible de Yra1p, GFP-yra 1 -8. Ce mutant présente un défaut d'export des mRNAs et une diminution des niveaux de transcrits du gène rapporteur LacZ ainsi que de certains transcrits endogènes. Nous avons trouvé que la perte de Mlp2p, ou d'une protéine hautement similaire, Mlp1p, restaure la croissance du mutant GFP-yra1-8 à température restrictive. Mlp1p et Mlp2p sont des protéines nucléaires, dont l'homologue humain est TPR. Les Mlp (myosin¬like proteins) ainsi que TPR forment des structures filamenteuses ancrées aux NPC. Bien que la fonction des Mlp ne soit pas clairement définie, un rôle dans la biogenèse et la surveillance des mRNPs a été récemment proposé. Notre étude montre que la perte des Mlp, non seulement restaure la croissance de GFP-yra1-8, mais augmente aussi les niveaux des transcrits LacZ et facilite leur apparition dans le cytoplasme. Des expériences d'immunoprécipitations de la chromatine révèlent que Mlp2p diminue le taux de synthèse du transcrit LacZ dans GFP-yra1-8. Des analyses du transcriptome montrent que Mlp2p réduit aussi les niveaux d'une population de transcrits endogènes dans le mutant. Finalement, des localisations in situ suggèrent que la transcription du rapporteur LacZ a lieu à la périphérie du noyau, à proximité des Mlp. Ainsi, les protéines Mlp pourraient préférentiellement diminuer la transcription de gènes exprimés à la périphérie nucléaire. Nous montrons aussi que Yra1p interagit génétiquement avec Nab2p une protéine liée au mRNA et impliquée dans son export, mais non avec d'autres protéines également impliquées dans l'export des mRNAs. Les résultats obtenus soutiennent un modèle où les protéines Yra1p et Nab2p sont nécessaires à l'arrimage des mRNPs sur la plate-forme des Mlp. Si ces signaux manquent ou sont défectueux, les mRNPs ne peuvent pas poursuivre leur trajet vers le canal central du NPC. Ce bloc induirait par la suite une diminution de la transcription d'une population de gènes potentiellement localisée à la périphérie nucléaire. Dans son ensemble, cette étude suggère que les protéines Mlp établissent un lien entre la transcription de certains mRNAs et leur export au travers du pore nucléaire. Summary A hallmark of the eukaryotic cell is the packaging of DNA in the nucleus. To decode the genetic information, a messenger RNA (mRNA) is first synthesized as a pre-mRNA molecule, which undergoes different maturation steps resulting in an mRNP (messenger RNA ribonucleoprotein), which can be actively transported to the cytoplasm and translated into a protein. Yeast Mex67p and its human homologue TAP are export receptors mediating mRNP translocation through the nuclear pore complex (NPC). The recruitment of Mex67p/TAP to mRNA is mediated by mRNA export adaptors of the evolutionarily conserved REF (RNA and Export Factor binding) family: yeast Yra1p and human REF1. To uncover new functions of Yra1p or new factors implicated in mRNA export, we performed a genetic screen with a themiosensitive (ts) yra1 mutant, GFP-yra1-8. This mutant exhibits mRNA export defects and a decrease in the levels of LacZ reporter and certain endogenous transcripts. We found that the loss of Mlp2p, or the related Mlp1p protein, substantially rescues the growth defect of the GFP-yra1 -8 mutant. Mlp1p and M1p2p are large non-essential proteins, homologous to human TPR, proposed to form intra-nuclear filamentous structures anchored at the NPC. Their role is not clearly defined, but they have been implicated in mRNP biogenesis and surveillance. Our study shows that loss of Mlp proteins not only restores growth of GFP-yra1-8, but also rescues LacZ mRNA levels and increases their appearance in the cytoplasm. Chromatin immunoprecipitation and pulse chase experiments indicate that Mlp2p down-regulates LacZ mRNA synthesis in GFP-yra1-8. DNA micro- array analyses reveal that Mlp2p also reduces the levels of a subset of cellular transcripts in the yra1 mutant strain. In situ localizations suggest that LacZ transcription occurs at the nuclear periphery, in close proximity to Mlp proteins. Thus, Mlp proteins may preferentially down-regulate genes expressed at the nuclear periphery. Finally, we show that Yra1p genetically interacts with the shuttling mRNA-binding protein Nab2p and that loss of Mlp proteins rescues the growth defect of yra1 and nab2, but not other mRNA export mutants. The data support a model in which Nab2p and Yra1p are required for rnRNP docking to the Mlp platform. Lack of these signals prevents mRNPs from crossing the Mlp gate. This block may then negatively feed-back on the transcription of a subset of genes, potentially located at the nuclear envelope. Overall, this study suggests that perinuclear Mlp proteins establish a link between mRNA transcription and export.

Characterization of the effect of mammary gland irridiation on experimental brest cancer progression and analysis of the implicated mechanisms

SUMMARY Radiotherapy is commonly and efficiently used to treat solid cancer in the clinic. Experimental evidence however suggests that radiation can promote tumor progression by inducing chronic modifications of the tumor microenvironment. Clinically, these observations are highly relevant to aggressive tumoral lesions relapsing after radiation therapy, a leading cause of patients' death. The investigation and understanding of the biological mechanisms implicated in the malignant progression of post-radiation relapses are therefore of major importance. Here we used a syngeneic (immunocompetent) breast cancer orthotopic xenograft model, to show that local irradiation of the mammary gland promotes the appearance of an invasive and metastatic tumor phenotype. Previous studies in our laboratory revealed that inhibition of tumor-induced angiogenesis and consequent increase in tumor hypoxia promotes metastasis formation through the activation of pro-invasive programs in the tumor cells. Our results extend these observations suggesting that mammary gland irradiation induces the recruitment of CD11b+ cells to both the primary tumor and the lungs at pre-metastatic stages through the hypoxia-dependent induction of Kit-ligand (KITL) expression in primary tumors. Abrogation of KITL expression in tumor cells prevented CD11 b+ cells accumulation in both the primary tumor and lungs and significantly reduced metastases of tumors growing in irradiated mammary gland. Importantly, irradiated mammary gland enhanced tumor-induced mobilization of circulating CD11b+cKit+ myelomonocytic cells through a HIF1- and KITL-dependent process. By cell transfer experiments, mobilized circulating CD11b+cKit+ cells were shown to supply both tumor- and lungs infiltrating CD11b+ cells. Using a blocking antibody against cKit (the KITL receptor), the mobilization of CD11b+cKit+ ceils was prevented as well as lung metastases derived from tumors growing in irradiated mammary gland. Taken together, these results indicate that tumors growing in a pre-irradiated mammary gland partially promote their malignant progression through the distant mobilization of circulating myelomonocytic precursor cells. They identify KITL inhibition and/or cKit receptor neutralization as potentially promising therapeutic approaches for post-radiation relapses. RESUME La radiothérapie est largement utilisée comme traitement de choix de nombreux types de cancers. L'agressivité des récidives tumorales observée en clinique après radiothérapie suggère cependant que le recours à l'irradiation pourrait dans certains cas accélérer la progression tumorale. De récents travaux expérimentaux ont en effet permis d'appuyer cette hypothèse, en montrant notamment l'effet néfaste des modifications chroniques de l'environnement induites par l'irradiation sur la progression tumorale. A l'aide d'un modèle murin syngénique orthotopique de cancer de sein, nous avons pu montrer que l'irradiation locale de la glande mammaire facilite l'invasion et la dissémination métastatique des cellules tumorales en favorisant le recrutement de cellules myéloïdes CD11 b+ vers la tumeur primaire et les poumons à un stade pré-métastatique. Comme mécanisme impliqué dans le recrutement des cellules CD11b+, nous avons pu observer après irradiation locale de la glande mammaire une expression augmentée de Kit-ligand (KITL) dans la tumeur (induite par l'hypoxie) ainsi que la mobilisation de cellules myéloïdes circulantes exprimant le récepteur cKit et précurseurs des cellules CD11b+ infiltrant la tumeur et les poumons. En empêchant la mobilisation par la tumeur de cellules circulantes cKit+ par des approches à la fois génétique et pharmacologique nous avons pu prévenir l'accumulation de cellules myéloïdes CD11 b+ dans la tumeur primaire et les poumons ainsi que la dissémination métastatique induites par' l'irradiation de la glande mammaire. De façon générale, ces résultats montrent que la progression agressive des tumeurs qui se développent dans un environnement irradié repose à la fois sur l'expression tumorale de KITL et la mobilisation de cellules myéloïdes précurseurs cKit*. Ils auront permis d'identifier KITL et/ou cKit comme des cibles thérapeutiques potentielles intéressantes pour le traitement des récidives tumorales après radiothérapie.

Une méta-analyse GWA de la glycémie après 2h d'HGPO révèle que GIPR est associé avec la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose et que l'ADCY5 est un nouveau gène de suseptibilité au diabète de type 2. [A meta-analysis of GWA blood glucose after 2 h of OGTT revealed that GIPR is associated with the secretion of insulin based on glucose and ADCY5 is a new susceptibility gene for type 2 diabetes.]

Introduction: Les études GVvA (Genome-wide association ,-studies) ont identifié et confirmé plus de 20 gènes de susceptibilité au DT2 et ont contribué à mieux comprendre sa physiopathologie. L'hyperglycémie à jeun (GJ), et 2 heures après une HGPO (G2h) sont les deux mesures cliniques du diagnostic du DT2. Nous avons identifié récemment la G6P du pancréas (G6PC2) comme déterminant de la variabilité physiologique de la GJ puis Ie récepteur à la mélatonine (MTNRIB) qui de plus lie la régulation du rythme circadien au DT2. Dans ce travail nous avons étudié la génétique de la G2h à l'aide de l'approche GWA. Résultats: Nous avons réalisé une méta-analyse GWA dans le cadre de MAGIC (Meta-Analysis of Glucose and Insulin related traits Consortium) qui a inclus 9 études GWA (N=15'234). La réplication de 29 loci (N=6958-30 121, P < 10-5 ) a confirmé 5 nouveaux loci; 2 étant connus comme associés avec Ie DT2 (TCF7L2, P = 1,6 X 10-10 ) et la GJ (GCKR, p = 5,6 X 10-10 ); alors que GIPR (p= 5,2 X 10-12), VSP13C (p= 3,9 X 10-8) et ADCY5 (p = 1,11 X 10-15 ) sont inédits. GIPR code Ie récepteur au GIP (gastric inhibitory polypeptide) qui est sécrété par les ceIlules intestinales pour stimuler la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose (l'effet incrétine). Les porteurs du variant GIPR qui augmente la G2h ont également un indice insulinogénique plus bas, (p= 1,0 X 10-17) mais ils ne présentent aucune modification de leur glycémie suite à une hyperglycémie provoquée par voie veineuse (p= 0,21). Ces résultats soutiennent un effet incrétine du locus GIPR qui expliquerait ~9,6 % de la variance total de ce trait. La biologie de ADCY5 et VPS13C et son lien avec l'homéostasie du glucose restent à élucider. GIPR n'est pas associé avec le risque de DT2 indiquant qu'il influence la variabilité physiologique de la G2h alors que le locus ADCY5 est associé avec le DT2 (OR = 1,11, P = 1,5 X 10-15). Conclusion: Notre étude démontre que l'étude de la G2h est une approche efficace d'une part pour la compréhension de la base génétique de la physiologie de ce trait clinique important et d'autre part pour identifier de nouveaux gènes de susceptibilité au DT2.

Phenotypic plasticity in salmonid embryos : characterizing pathogen-induced stress effects on heritable variation in traits and reaction norms

Les pressions écologiques peuvent varier tant en nature qu'en intensité dans le temps et l'espace. C'est pourquoi, un phénotype unique ne peut pas forcément conférer la meilleure valeur sélective. La plasticité phénotypique peut être un moyen de s'accommoder de cette situation, en augmentant globalement la tolérance aux changements environnementaux. Comme pour tout trait de caractère, une variation génétique doit persister pour qu'évoluent les traits plastiques dans une population donnée. Cependant, les pressions extérieures peuvent affecter l'héritabilité, et la direction de ces changements peut dépendre du caractère en question, de l'espèce mais aussi du type de stress. Dans la présente thèse, nous avons cherché à élucider les effets des pressions pathogéniques sur les phénotypes et la génétique quantitative de plusieurs traits plastiques chez les embryons de deux salmonidés, la palée (Coregonus palaea), et la truite de rivière (Salmo trutta). Les salmonidés se prêtent à de telles études du fait de leur extraordinaire variabilité morphologique, comportementale et des traits d'histoire de vie. Par ailleurs, avec le déclin des salmonidés dans le monde, il est important de savoir combien la variabilité génétique persiste dans les normes de réaction afin d'aider à prédire leur capacité à répondre aux changements de leur milieu. Nous avons observé qu'une augmentation de la croissance des communautés microbiennes symbiotiques entraînait une mortalité accrue et une éclosion précoce chez la palée, et dévoilait la variance génétique additive pour ces deux caractères (Chapitres 1-2). Bien qu'aucune variation génétique n'ait été trouvée pour les normes de réaction, nous avons observé une variabilité de la plasticité d'éclosion. Néanmoins, on a trouvé que les temps d'éclosion étaient corrélés entre les environnements, ce qui pourrait limiter l'évolution de la norme de réaction. Le temps d'éclosion des embryons est lié à la taille des géniteurs mâles, ce qui indique des effets pléiotropiques. Dans le Chapitre 3, nous avons montré qu'une interaction triple entre la souche bactérienne {Pseudomonas fluorescens}, l'état de dévelopement de l'hôte ainsi que ses gènes ont une influence sur la mortalité, le temps d'éclosion et la taille des alevins de la palée. Nous avons démontré qu'une variation génétique subsistait généralement dans les normes de réaction des temps d'éclosion, mais rarement pour la taille des alevins, et jamais pour la mortalité. Dans le même temps, nous avons exhibé que des corrélations entre environnements dépendaient des caractères phénotypiques, mais contrairement au Chapitre 2, nous n'avons pas trouvé de preuve de corrélations transgénérationnelles. Le Chapitre 4 complète le chapitre précédent, en se plaçant du point de vue moléculaire, et décrit comment le traitement d'embryons avec P. fluorescens s'est traduit par une régulation négative d'expression du CMH-I indépendemment de la souche bactérienne. Nous avons non seulement trouvé une variation génétique des caractères phénotypiques moyens, mais aussi de la plasticité. Les deux derniers chapitres traitent de l'investigation, chez la truite de rivière, des différences spécifiques entre populations pour des normes de réaction induites par les pathogènes. Dans le Chapitre 5, nous avons illustré que le métissage entre des populations génétiquement distinctes n'affectait en rien la hauteur ou la forme des normes de réaction d'un trait précoce d'histoire de vie suite au traitement pathogénique. De surcroît, en dépit de l'éclosion tardive et de la réduction de la taille des alevins, le traitement n'a pas modifié la variation héritable des traits de caractère. D'autre part, dans le Chapitre 6, nous avons démontré que le traitement d'embryons avec des stimuli contenus dans l'eau de conspécifiques infectés a entraîné des réponses propre à chaque population en terme de temps d'éclosion ; néanmoins, nous avons observé peu de variabilité génétique des normes de réaction pour ce temps d'éclosion au sein des populations. - Ecological stressors can vary in type and intensity over space and time, and as such, a single phenotype may not confer the highest fitness. Phenotypic plasticity can act as a means to accommodate this situation, increasing overall tolerance to environmental change. As with any trait, for plastic traits to evolve in a population, genetic variation must persist. However, environmental stress can alter trait heritability, and the direction of this shift can be trait, species, and stressor-dependent. In this thesis, we sought to understand the effects of pathogen stressors on the phenotypes and genetic architecture of several plastic traits in the embryos of two salmonids, the whitefish (Coregonus palaea), and the brown trout (Salmo trutta). Salmonids lend themselves to such studies because their extraordinary variability in morphological, behavioral, and life-history traits. Also, with declines in salmonids worldwide, knowing how much genetic variability persists in reaction norms may help predict their ability to respond to environmental change. We found that increasing growth of symbiotic microbial communities increased mortality and induced hatching in whitefish, and released additive genetic variance for both traits (Chapters 1-2). While no genetic variation was found for survival reaction norms, we did find variability in hatching plasticity. Nevertheless, hatching time was correlated across environments, which could constrain evolution of the reaction norm. Hatching time in the induced environment was also correlated to sire size, indicating pleiotropic effects. In Chapter 3 we report that a three-way interaction between bacterial strain (Pseudomonas fluorescens), host developmental stage, and host genetics impacted mortality, hatching time, and hatchling size in whitefish. We also showed that genetic variation generally persisted in hatching age reaction norms, but rarely for hatchling length, and never for mortality. At the same time, we demonstrated that cross-environmental correlations were trait-dependent, and unlike Chapter 2, we found no evidence of cross-generational correlations. Chapter 4 expands on the previous chapter, moving to the molecular level, and describes how treatment of embryos with P. fluorescens resulted in strain-independent downregulation of MHC class I. Genetic variation was evident not only in trait means, but also in plasticity. In the last two chapters, we investigated population level differences in pathogen- induced reaction norms in brown trout. In Chapter 5, we found that interbreeding between genetically distinct populations did not affect the elevation or shapes of the reaction norms of early life-history traits after pathogen challenge. Moreover, despite delaying hatching and reducing larval length, treatment produced no discernable shifts in heritable variation in traits. On the other hand, in Chapter 6, we found that treatment of embryos with water-borne cues from infected conspecifics elicited population-specific responses in terms of hatching time; however, we found little evidence of genetic variability in hatching reaction norms within populations. We have made considerable progress in understanding how pathogen stressors affect various early life-history traits in salmonid embryos. We have demonstrated that the effect of a particular stressor on heritable variation in these traits can vary according to the trait and species under consideration, in addition to the developmental stage of the host. Moreover, we found evidence of genetic variability in some, but not all reaction norms in whitefish and brown trout.

Effects of the relatedness of arbuscular mycorrhizal fungi on associated species ecology

More than 80 % of vascular plants in the world form symbioses with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF supply plants with nutrients such as phosphate and nitrogen, and can also help the plants to take up water. Hence, the symbiosis can greatly influence the growth and the defence of plants. By modifying plant productivity and diversity, AMF are considered as keystone species in ecosystems, playing a role that ultimately affects many food webs. This is why mycorrhizal symbioses have been investigated for several decades by many research groups.¦However, a large part of the scientific research done on AMF symbiosis has focused on the interaction between one plant and one fungus. This situation is far from realistic, as in natural ecosystems, many different fungal strains and species are co-existing and interacting in a belowground network. The main goal of this PhD was to investigate first, the interaction occurring among different co-existing AMF depending on their genetic relatedness and second, the outcome of the interaction and their effects on associated species.¦We found that AMF genetic relatedness partly explains the interaction among AMF, and this was in agreement with theories made for completely different species. Briefly, we demonstrated that AMF isolates of the same species coexisted more easily when they were closely-related, whereas AMF from different species were more in competition in this case of high relatedness. We also demonstrated that coexistence and competition among AMF can mediate plant growth as well as herbivore behaviour, opening new insights in our understanding of AMF effects on ecosystem functioning.¦Overall, the results of the different experiments of this PhD highlight the necessity of using multiple AMF to understand their interactions. Even so, we demonstrated here that simple species richness is not enough to understand these interactions and genetic relatedness among the co-existing AMF is a parameter that must be taken into account.¦-¦Sur Terre, plus de 80 % des plantes vasculaires forment des symbioses avec des champignons endomycorhiziens à arbuscules (CEA). Ces CEA permettent aux plantes d'acquérir plus facilement des nutriments tels que des phosphates, des nitrates, ou simplement de l'eau. Ainsi, cette symbiose peut avoir un effet important à la fois sur la croissance mais aussi sur la défense des plantes. En modulant la productivité et la diversité des plantes, les CEA sont donc des espèces clefs dans l'écosystème. Leur présence peut avoir des répercussions sur l'ensemble des réseaux trophiques. C'est pourquoi de nombreuses équipes de recherches étudient ces symbioses mycorhizienes depuis plusieurs décennies.¦La plupart des études concernant ces symbioses se sont focalisées sur l'action d'une espèce de CEA sur une espèce de plante. Malheureusement, cette situation ne correspond pas à ce que l'on peut retrouver dans la nature, où de nombreuses souches et de nombreuses espèces de CEA coexistent et interagissent dans un réseau mycélien souterrain. Le principal but de cette thèse était d'étudier, premièrement les interactions entre les différent CEA en fonction de leur apparentement génétique, et deuxièmement, d'étudier l'effet de ces interactions fongiques sur l'écologie des espèces associées.¦Au cours des différentes expériences de cette thèse, nous avons démontré que l'apparentement génétique entre les CEA expliquait une part non négligeable de leurs interactions. En résumé, plus l'apparentement génétique entre des souches de CEA d'une même espèce sera grand, plus ces souches seront capables de coexister. En revanche, s'il s'agit d'espèces différentes de CEA, plus elles seront apparentées, plus la compétition sera grande entre elles. Nous avons également démontré que la coexistence et la compétition entre différents CEA peut modifier à la fois la croissance des plantes mais aussi le comportement de leur prédateurs, ce qui ouvre de nouvelles perspectives sur notre compréhension des effets des CEA dans le fonctionnement des écosystèmes.¦Globalement, les résultats de nos différentes expériences mettent en évidence la nécessité d'utiliser plusieurs souches ou espèces de CEA pour mieux comprendre leurs interactions. Quand bien même, nos expériences démontrent que le simple recensement du nombre d'espèces de CEA n'est pas suffisant pour comprendre les interactions et que l'apparentement génétique des CEA coexistants est un paramètre qui doit être pris en compte.

Parasites and sociality in ants

SUMMARY : Parasites and sociality in ants This thesis investigates the complex relationships between sociality, defences against parasites and the regulation of social structures. We studied how fungal parasites influenced colony organization, collective defences and social immunity in the ant Formica selysi. We first describe the diversity and prevalence of fungal pathogens associated with ant nests. The richness of fungal parasites community may increase the risk of multiple infections and select for a diversification of anti-parasitic defences in ants. Collective defences are powerful means to combat parasites, but can also increase the risk of disease transmission. Here, we showed that allo-grooming (mutual cleaning) was directed towards every returning individuals, be they contaminated or not. This collective behaviour removed conidia more efficiently than self-grooming but did not improve the survival of contaminated individuals. This suggests that allo-grooming may rather protect the group than cure contaminated individuals. It may also permit "social vaccination" if a contact with contaminated ants protects groomers frorn a second fungal exposure. Social transfer of immunity is an emerging theme in insect immunology. Here, we showed that ants in contact with an ant from a different genetic lineage had a higher disease resistance. We also found that naïve ants had a higher resistance after a contact with an immunized ant. This suggests that a transfer of resistance is possible and that "social vaccination" may improve the resistance of the group. However, it remains unclear whether repeated exposure to parasites may also increase the resistance of infected individuals themselves. lmmune memory in invertebrates is still debated. We tested whether immune priming against fungal parasite arose in ants and whether it was strain-specific. We found no evidence of immune priming. Naïve and immunized ants had a similar survival when infected. Together with our previous results, this suggests that ants have evolved efficient collective anti-fungal defences but that these defences aim at protecting the group rather than the contaminated individuals. ln colonies of our study population, there is a strong variation in the number of breeders. This is associated with important changes in life-history traits like demography or queen and worker body size. In the second part of the thesis, we investigated how social structures evolved and were maintained. We showed that queens from monogyne and polygyne colonies were able to found new colonies both alone or in association. We also found that there was no difference between monogyne and polygyne colonies in the acceptance of additional queens. These results suggest that a high plasticity has been maintained in this population, which may permit to adapt rapidly to changing environmental conditions. RESUME : Parasites et socialité chez les fourmis Durant cette thèse, nous avons étudié comment la socialité apporte de nouvelles réponses a des problèmes complexes telle que la défense contre les parasites ou l'organisation de la vie en groupe. Nous avons choisi comme modèle la fourmi Formica selysi et ses champignons pathogènes. Nous avons d'abord montré que la diversité et la prévalence de champignons pathogènes associés aux nids de fourmis étaient très élevées. Cela a pu pousser les fourmis à diversifier le champ de leur défenses anti-parasitaires afin d'éviter les infections multiples, La socialité a en particulier permis l'évolution de défenses collectives qui pourraient être plus efficaces que les défenses individuelles. Nous nous sommes donc intéressés de plus près aux défenses collectives et avons étudié quels en étaient les coûts et les bénéfices pour le groupe et pour ses membres. Nous avons trouvé que les fourmis nettoyaient tous les individus entrant dans la colonie, qu'ils soient contaminés ou non. Cela permettait d'ôter plus de spores que le nettoyage individuel et n'augmentait pas la transmission de maladie. Cependant, le nettoyage mutuel n'augmentait pas non plus la survie des individus contaminés. ll se pourrait donc que ce comportement serve plutôt a éviter une dissémination de la maladie qu'à soigner les individus contaminés. Le nettoyage mutuel pourrait aussi permettre aux individus sains d'avoir un premier contact non-létal avec un parasite et d'être vaccinés contre une future exposition. Cette hypothèse a été soutenue par une expérience dans laquelle nous avons montré que le contact avec une fourmi immunisée permettait d'augmenter la résistance d'individus naïfs. Les fourmis avaient aussi une meilleure résistance lorsqu'elles étaient en contact avec une fourmi provenant d'une autre lignée génétique. Cette "vaccination sociale" pourrait permettre d'une part d'augmenter le nombre d'espèce de parasites contre lesquelles le groupe serait protégé et d'autre part de faire l'économie d'autres défenses individuelles telles que la réponse immunitaire. Nous avons testé si les fourmis étaient elles-mêmes "vaccinées", c'est-à-dire, si elles exprimaient une mémoire immunitaire après un premier contact avec un champignon parasite. Nous n'avons trouvé aucune différence de survie entre les individus naïfs et immunisés ce qui suggère les fourmis favorisent d'autres défenses que la mémoire immunitaire contre les champignons entomopathogènes. Cela suggère également que les comportements coopératifs anti-parasitaires pourraient compléter, voire remplacer les défenses individuelles. La socialité telle qu'elle est pratiquée par les fourmis pose un autre problème de poids qui est celui de savoir combien d'individus se reproduisent. En effet, si les ouvrières sont stériles, le nombre de reines assurant la reproduction peut varier considérablement. Dans la population de E sebrsi étudiée, les colonies monogynes (une reine) co-existent avec des colonies polygynes (plusieurs reines) dans le même habitat. Nous nous sommes demandés si ces structures sociales étaient fixes ou si un changement de l'une à l'autre était possible. Pour cela nous avons comparé la fondation de nouvelles colonies par les jeunes reines issues de colonies monogynes et polygynes. Nous avons également observé si l'acceptation de nouvelles reines était possible dans les deux types de colonies. Nous n'avons trouvé aucune différence entre les deux types de colonies. Cela suggère qu'un changement est possible et que l'évolution des structures sociales est un processus dynamique. Cela pourrait être dû à l'habitat particulièrement changeant dans lequel se trouve notre population qui exigerait d'être capable de s'adapter très rapidement a de nouvelles conditions.

Enjeux éthiques et sociaux de la médecine génomique

La médecine génomique est souvent présentée comme un nouveau paradigme permettant une prise en charge personnalisée du patient. Englobant à la fois une démarche de recherche et une vision de la médecine du futur, elle pourrait avoir des conséquences importantes sur la manière de diagnostiquer, traiter et prévenir la maladie. Cet article présente quelques grands enjeux éthiques et sociaux soulevés par le développement de la médecine génomique: les implications sur nos conceptions de la maladie et de l'identité, la question de la validité et de l'utilité clinique des analyses du génome, les enjeux liés à la maîtrise de l'information génétique par les soignants et à sa communication aux patients, et la question des coûts pour le système de santé.

High prevalence of major cardiovascular risk factors in first-degree relatives of individuals with familial premature coronary artery disease : the GENECARD project

Rapport de synthèse La prévalence de l'hypertension artérielle, d'une dyslipidémie, d'une obésité et d'un tabagisme est élevée chez les patients qui souffrent d' une maladie coronarienne familiale précoce (MC-FP). L? e but de cette étude fut d'investiguer la prévalence de ces facteurs de risque cardiovasculaires au sein des membres d'une famille dont un patient est affecté d'une MC-FP. Nous avons étudié 108 familles différentes dont au minimum 2 frères/soeurs ont survécu à une maladie coronarienne précoce. Cette dernière fut définie par la survenue d'un événement coronarien avant l'âge de 51 ans pour les hommes et 56 ans pour les femmes. Au total, nous avons identifié 222 patients atteints de MC-FP chez qui 158 frères/soeurs, 197 enfants et 94 époux/épouses ne souffraient pas de maladie coronarienne. Ces parents proches furent comparés à un collectif d'individus "contrôles" issus de la population générale. Les frères/soeurs non affectés avaient une prévalence plus élevée d'hypertension artérielle (49% versus 24%, p<0.001), d'hypercholestérolémie (47% versus 34%, p=0.002), d'obésité abdominale (35% versus 24%, p=0.006) et de tabagisme (39% versus 24%, p=0.001) par rapport aux individus issus de la population générale. Parmi les enfants, une prévalence plus élevée d'hypertension artérielle fut identifiée chez les femmes, et une prévalence plus élevée d'hypercholestérolémie et d'obésité abdominale dans les deux sexes par rapport aux contrôles de la population générale. Aucune différence parmi les facteurs de risque cardiovasculaire n'a été observée entre les époux/ épouses et les contrôles. Les frères/soeurs affectés et non affectés par la MC-FP ont également été comparés entre eux. La prévalence des facteurs de risque était similaire dans les 2 groupes, sauf pour le tabagisme, qui avait une prévalence plus élevée chez les frères/sueurs affectés (76% versus 39%, p=0.008). La prévalence de l'hypertension artérielle, de l'obésité, et de la dyslipidémie est également élevée chez les parents de premier degré de patients atteints de MC-FP, mais pas chez leurs époux/épouses. Ces personnes-là requièrent donc une attention médicale particulière en raison d'une vulnérabilité familiale et/ou génétique augmentée aux anomalies métaboliques athérogènes. Dans ces familles, le tabagisme pourrait être le facteur déclenchant de la MC-FP.

Regulation of frizzled receptor activity at the plasma membrane : an interplay of the receptor, the trimeric G protein Go, and RGS protein and a scaffolding protein Kermit

G-protein-signaling pathways convey extracellular signals inside the cells and regulate distinct physiological responses. This type of signaling pathways consists of three major components: G-protein-coupled receptors (GPCRs), heterotrimeric G proteins (G-proteins) and downstream effectors. Upon ligand binding, GPCRs activate heterotrimeric G proteins to initiate the signaling cascade. Dysfunction of GPCR signaling correlates with numerous diseases such as diabetes, nervous and immune system deficiency, and cancer. As the signaling switcher, G-proteins (Gs, Gq/11, G12/13, and Gi/o) have been an appealing topic of research for decades. A heterotrimeric G-protein is composed of three subunits, the guanine nucleotide associated a-subunit, ß and y subunits. In general, the duration of signaling is determined by the lifetime of activated (GTP bound) Ga subunits. Identification of novel communication partners of Ga subunits appears to be an attractive way to understand the machinery of GPCR signaling. In our lab, we mainly focus on Gao, which is abundantly expressed in the nervous system. Here we present two novel interacting partners of Drosophila Gao: Dhit and Kermit, identified through yeast two-hybrid screening and genetic screening respectively. Dhit is characterized by a small size with a conserved RGS domain and an N-terminal cysteine rich motif. The RGS domain possesses the GAP (GTPase activating protein) activity towards G proteins. However, we found that Dhit exerts not only the GAP activity but also the GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) activity towards Gao. The unexpected GDI activity is preserved in GAIP/RGS19 - a mammalian homologue of Dhit. Further experiments confirmed the GDI activity of Dhit and GAIP/RGS19 in Drosophila and mammalian cell models. Therefore, we propose that Dhit and its mammalian homologues modulate GPCR signaling by a double suppression of Ga subunits - suppression of their nucleotide exchange with GTP and acceleration of their hydrolysis of GTP. Kermit/GEPC was first identified as a binding partner of GAIP/RGS19 in a yeast two- hybrid screen. Instead of interacting with the Drosophila homologue of GAIP/RGS19 (Dhit), Kermit binds to Gao in vivo and in vitro. The functional consequence of Kermit/Gao interaction is the regulation of localization of Vang (one of the planar cell polarity core components) at the apical membrane. Overall, my work elaborated the action of Gao with its two interaction partners in Gao- mediated signaling pathway. Conceivably, the understanding of GPCR signaling including Gao and its regulators or effectors will ultimately shed light on future pharmaceutical research. - Les voies de signalisation médiées par les protéines G transmettent des signaux extracellulaires à l'intérieur des cellules pour réguler des réponses physiologiques distinctes. Cette voie de signalisation consiste en trois composants majeurs : les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs), les protéines G hétérotrimériques (G-proteins) et les effecteurs en aval. Suite à la liaison du ligand, les GPCRs activent les protéines G hétérotrimériques qui initient la cascade de signalisation. Des dysfonctions dans la signalisation médiée par les GPCRs sont corrélées avec de nombreuses maladies comme le diabète, des déficiences immunes et nerveuses, ainsi que le cancer. Puisque la voie de signalisation s'active et se désactive, les protéines G (Gs, Gq/11, G12/13 et Gi/o) ont été un sujet de recherche attrayant pendant des décennies. Une protéine G hétérotrimérique est composée de trois sous-unités, la sous-unité a associée au nucléotide guanine, ainsi que les sous-unités ß et y. En général, la durée du signal est déterminée par le temps de demi-vie des sous-unités Ga activées (Ga liées au GTP). Identifier de nouveaux partenaires de communication des sous-unités Ga se révèle être un moyen attractif de comprendre la machinerie de la signalisation par les GPCRs. Dans notre laboratoire nous nous sommes concentrés principalement sur Gao qui est exprimée de manière abondante dans le système nerveux. Nous présentons ici deux nouveaux partenaires qui interagissent avec Gao chez la drosophile: Dhit et Kermit, qui ont été identifiés respectivement par la méthode du yeast two-hybrid et par criblage génétique. Dhit est caractérisé par une petite taille, avec un domaine RGS conservé et un motif N- terminal riche en cystéines. Le domaine RGS contient une activité GAP (GTPase activating protein) pour les protéines G. Toutefois, nous avons découvert que Dhit exerce non seulement une activité GAP mais aussi une activité GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) à l'égard de Gao. Cette activité GDI inattendue est préservée dans RGS19 - un homologue de Dhit chez les mammifères. Des expériences supplémentaires ont confirmé l'activité GDI de Dhit et de RGS19 chez Drosophila melanogaster et les modèles cellulaires mammifères. Par conséquent, nous proposons que Dhit et ses homologues mammifères modulent la signalisation GPCR par une double suppression des sous-unités Ga - suppression de leur nucléotide d'échange avec le GTP et une accélération dans leur hydrolyse du GTP. Kermit/GIPC a été premièrement identifié comme un partenaire de liaison de RGS19 dans le criblage par yeast two-hybrid. Au lieu d'interagir avec l'homologue chez la drosophile de RGS19 (Dhit), Kermit se lie à Gao in vivo et in vitro. La conséquence fonctionnelle de l'interaction Kermit/Gao est la régulation de la localisation de Vang, un des composants essentiel de la polarité planaire cellulaire, à la membrane apicale. Globalement, mon travail a démontré l'action de Gao avec ses deux partenaires d'interaction dans la voie de signalisation médiée par Gao. La compréhension de la signalisation par les GPCRs incluant Gao et ses régulateurs ou effecteurs aboutira à mettre en lumière de futurs axes dans la recherche pharmacologique.

When several queens reign: how polygyny affects social life in ants

Astract: The aim of this thesis was to investigate how the presence of multiple queens (polygyny) affects social organization in colonies of the ant Formica exsecta. This is important because polygyny results in reduced relatedness among colony members and therefore reflects a potential paradox for altruistic cooperation being explained by inclusive fitness theory. The reason for this is that workers in polygynous colonies rear no longer only their siblings (high inclusive fitness gain) but also more distantly ox even unrelated brood (low or no inclusive fitness gain). All research projects conducted in this thesis are novel and significant contributions to the understanding of the social evolution of insect societies. We used a mixture of experimental and observational methodologies in laboratory and field colonies of F. exsecta to examine four important aspects of social life that are impacted by polygyny. First, we investigated the influence of queen number on colony sex allocation and found that the number of queens present in a colony significantly affects colony sex ratio investment. The data were consistent with the queen-replenishment hypothesis, which is based on the observation that newly mated queens are often recruited back to their parental nest. According to this theory, colonies containing many queens should only produce males due to local resource competition (i.e. related queens compete for common resources), whereas colonies hosting few queens benefit most from producing new queens to ensure colony survival. Second, we examined how reproduction is partitioned among nestmate queens. We detected a novel pattern of reproductive partitioning whereby a high proportion of queens were completely specialized in the production of only a subset of offspring classes produced within a colony, which might translate into great differences in reproductive success between queens. Third, we could demonstrate that F. exsecta workers indiscriminately reared highly related and unrelated brood although such nepotistic behaviour (preferential rearing of relatives) would be predicted by inclusive fitness theory. The absence of nepotism is probably best explained by its negative effects on overall colony efficiency. Finally, we conducted a detailed population genetic analysis, which revealed that the genetic population structure is different for queens and workers. Our data were best explained with queens forming family-based groups (multicolonial population structure), whereas workers from several nests seemed to be grouped into larger unites (unicolonial population structure) with workers moving freely between neighbouring nests. Altogether, the presented work significantly increased our understanding of the complex organization of polygynous social insect colonies and shows how an important life history trait such as queen number affects social organization at various levels. Résumé: Le but de cette thèse était d'étudier comment la présence de plusieurs reines par colonie (polygynie) influence la vie sociale chez la fourmi Formica exsecta. Ce sujet est important parce que la polygynie chez les insectes sociaux présente un passible paradoxe au niveau de la théorie du "fitness inclusive". Ce paradoxe est basé sur le fait que les ouvrières n'élèvent plus uniquement leurs frères et soeurs (gain de "fitness inclusive" maximale), mais également des individus moins ou pas du tout apparentés (gain de "fitness inclusive" réduit ou absent). Tous les projets de recherche présentés au cours de cette thèse apportent une meilleure compréhension et connaissance au niveau de l'organisation des colonies chez les insectes sociaux. Nous avons employé des méthodes d'observation et de laboratoire afin de mettre en évidence des aspects importants de la vie sociale chez les fourmis influencés par la polygynie. Quatre aspects ont été caractérisés : (1) l'influence du nombre de reines sur le sexe ratio produit par la colonie. Nous avons démontré que les colonies contenant beaucoup de reines produisaient rarement des reines tandis que les colonies contenant peu de reines souvent investissaient beaucoup de ressources dans la production des reines. Ces résultats sont en accord avec la "queen-replenishment hypothesis" qui est basé sur l'observation que les nouvelles reines sont recrutées dans la colonie où elles étaient nées. Cette hypothèse postule que la production des reines est défavorable dans les colonies contenant beaucoup de reines, parce que ces reines apparentées, rentrent en compétition pour des ressources communes. Au contraire, la production des reines est favorable dans des colonies contenant peu de reines afin d'assurer la survie de la colonie ; (2) comment les reines dans une colonie répartissent leur reproduction. Nous avons mis en évidence un nouveau pattern de cette répartition où une grande proportion de reines est complètement spécialisée dans la production d'un seul type de couvain ce qui probablement aboutit à des différences significatives entre reines dans le succès reproducteur ; (3) la capacité des ouvrières à discriminer un couvain de soeur d'un couvain non apparenté. Les résultats ont montré que les ouvrières ne font pas de discrimination entre le couvain de soeur et le couvain non apparenté ce qui n'est pas en accord avec la théorie de la "fitness inclusive". Cette absence de discrimination est probablement due à des effets négatifs comme par exemple la diminution de la production du couvain; (4) la structure génétique d'une population de F. exsecta. Nous avons mis en évidence que la structure génétique entre des groupes de reines est significativement différente de la structure génétique entre des groupes d'ouvrières. Les données suggèrent que les reines forment des groupes basés sur une structure familiale tandis que les ouvrières sont groupées dans des unités plus grandes.

Fanconi anemia and genome stability : the role of FANCM

RÉSUMÉ: Le génome de toute cellule est susceptible d'être attaqué par des agents endogènes et exogènes. Afin de préserver l'intégrité génomique, les cellules ont développé des multitudes de mécanismes. La réplication de l'ADN, une étape importante durant le cycle cellulaire, constitue un stress et présente un danger important pour l'intégrité du génome. L'anémie de Fanconi est une maladie héréditaire rare dont les protéines impliquées semblent jouer un rôle crucial dans la réponse au stress réplicatif. La maladie est associée à une instabilité chromosomique ainsi qu'à une forte probabilité de développer des cancers. Les cellules des patients souffrant de l'anémie de Fanconi sont sensibles à des agents interférant avec la réplication de l'ADN, et plus particulièrement àdes agents qui fient les deux brins d'ADN d'une manière covalente. L'anémie de Fanconi est une maladie génétiquement hétérogène. Treize protéines ont pu être identifiées. Elles semblent figurer dans une même voie de signalisation qui est aussi connue sous le nom de « FA/BRCA pathway », car un des gènes est identique au gène BRCA2 (breast cancer susceptibility gene 2). Huit protéines forment un complexe nucléaire dont l'intégrité est nécessaire à la monoubiquitination de deux autres protéines, FANCD2 et FANCI, en réponse à un stress réplicatif. A ce jour, la fonction moléculaire des protéines du « FA/BRCA pathway »reste encore mal décrite. Au début de mon travail de thèse, nous avons donc décidé de purifier les protéines du complexe nucléaire et d'étudier leurs propriétés biochimiques. Nous avons tout d'abord étudié les cinq protéines connues à l'époque qui sont FANCA, FANCC, FANCE, FANCF et FANCG. Par la suite, nous avons étendu notre étude à des protéines découvertes plus récemment, FANCL, FANCM et FAAP24, en concentrant finalement notre travail sur la caractérisation de FANCM. FANCM, contrairement aux autres protéines du complexe, est constituée de deux domaines conservés suggérant un rôle important dans le métabolisme de l'ADN. Il s'agit d'un domaine « DEAH box hélicase »situé dans la partie N-terminale et d'un domaine « ERCC4 nuclease »situé dans la partie C-terminale de la protéine. Dans cette étude, nous avons purifié avec succès la protéine FANCM entière à partir d'un système hétérologue. Nous montrons que FANCM s'attache de manière spécifique à des jonctions de Holliday et des fourches de réplication. De plus, nous démontrons que FANCM peut déplacer le point de jonction de ces structures via son domaine hélicase de manière dépendante de l'ATP. FANCM est aussi capable de dissocier de grands intermédiaires de la recombinaison, via la migration de jonctions de Holliday à travers une région d'homologie de 2.6 kb. Tous ces résultats suggèrent que FANCM peut s'attacher spécifiquement à des fourches de réplication et à des jonctions de Holliday in vitro et que son domaine hélicase est associé à une activité migratoire efficace. Nous pensons que FANCM peut avoir un rôle direct sur les intermédiaires de réplication. Ceci est en accord avec l'idée que les protéines de l'anémie de Fanconi coordonnent la réparation de l'ADN au niveau des fourches de réplication arrêtées. Nos résultats donnent une première indication quant au rôle de FANCM dans la cellule et peuvent contribuer à élucider la fonction de cette voie de signalisation peu comprise jusqu'à présent. SUMMARY: The genome of every cell is subject to a constant offence by endogenous and exogenous agents. Not surprisingly; cells have evolved a multitude of mechanisms which aim at preserving genomic integrity. A key step during the life cycle of a cell, DNA replication itself, constitutes a special danger to the integrity of the genome. The proteins defective in the rare hereditary disease Fanconi anemia (FA) are suspected to play a crucial role in the cellular response to DNA replication stress. The disease is associated with chromosomal instability and pronounced cancer susceptibility. Cells from Fanconi anemia patients are sensitive to a variety of agents which interfere with DNA replication, DNA interstrand cross-linking agents being particularly threatening to their survival. Fanconi anemia is a genetically heterogeneous disease with 13 different proteins identified, which seem to work together in a common pathway. Since one of the FA genes is identical to the breast cancer susceptibility gene BRCA2, it is also referred to as the FA/BRCA pathway. Eight proteins form a nuclear complex, whose integriry is required for the monoubiquitination of two other FA proteins, FANCD2 and FANCI, in response to DNA replication stress. Despite intensive research, the function of the FA/BRCA pathway at a molecular level has remained largely elusive so far. At the beginning of my thesis, we therefore decided to purify the proteins of the FA core complex and to investigate their biochemical properties. We started with the five proteins which were known at that time, FANCA, FANCC, FANCE, FANCF, and FACG. Later on, we extended our studies to the newly discovered proteins FANCL, FANCM, and FAAP24, and eventually focused our work on the characterisation of FANCM. In contrast to the other core complex proteins, FANCM contains two conserved domains, which point to a role in DNA metabolism: an N-terminal DEAH box helicase domain and a C-terminal ERCC4 nuclease domain. In this study, we have successfully purified full-length FANCM from a recombinant source. We show that purified FANCM binds to branched DNA molecules, such as Holliday junctions and replication forks, with high specificity and affinity. In addition, we demonstrate that FANCM can translocate the junction point of branched DNA molecules due to its helicase domain in an ATPase-dependent manner. FANCM can even dissociate large recombination intermediates, via branch migration of Holliday junctions through a 2.6 kb region of homology. Taken together, our data suggest that FANCM can specifically bind to replication forks and Holliday junctions in vitro, and that its DEAH box helicase domain is associated with a potent branch migration activity. We propose that FANCM might have a direct role in the processing of DNA replication intermediates. This is consistent with the current view that FA proteins coordinate DNA repair at stalled replication forks. Our findings provide a first hint as to the context in which FANCM might play a role in the cell. We are optimistic that they might be key to further elucidate the function of a pathway which is far from being understood.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

Distal trisomy 14 (q24 --> qter) and aorto-pulmonary window: a case report and review of the literature.

A newborn female with partial trisomy for the distal part of the long arm of the chromosome 14 (14q24 --> qter) resulting from a paternal balanced translocation (3;14) is described. We compare her phenotype with eight other individuals with trisomy 14q24 --> qter.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.