Biochemical adaptations of mammalian hibernation: exploring squirrels as a perspective model for naturally induced reversible insulin resistance

An important disease among human metabolic disorders is type 2 diabetes mellitus. This disorder involves multiple physiological defects that result from high blood glucose content and eventually lead to the onset of insulin resistance. The combination of insulin resistance, increased glucose production, and decreased insulin secretion creates a diabetic metabolic environment that leads to a lifetime of management. Appropriate models are critical for the success of research. As such, a unique model providing insight into the mechanisms of reversible insulin resistance is mammalian hibernation. Hibernators, such as ground squirrels and bats, are excellent examples of animals exhibiting reversible insulin resistance, for which a rapid increase in body weight is required prior to entry into dormancy. Hibernator studies have shown differential regulation of specific molecular pathways involved in reversible resistance to insulin. The present review focuses on this growing area of research and the molecular mechanisms that regulate glucose homeostasis, and explores the roles of the Akt signaling pathway during hibernation. Here, we propose a link between hibernation, a well-documented response to periods of environmental stress, and reversible insulin resistance, potentially facilitated by key alterations in the Akt signaling network, PPAR-γ/PGC-1α regulation, and non-coding RNA expression. Coincidentally, many of the same pathways are frequently found to be dysregulated during insulin resistance in human type 2 diabetes. Hence, the molecular networks that may regulate reversible insulin resistance in hibernating mammals represent a novel approach by providing insight into medical treatment of insulin resistance in humans.

Identification of microRNAs and mRNAs associated with multidrug resistance of human laryngeal cancer Hep-2 cells

Multidrug resistance (MDR) poses a serious impediment to the success of chemotherapy for laryngeal cancer. To identify microRNAs and mRNAs associated with MDR of human laryngeal cancer Hep-2 cells, we developed a multidrug-resistant human laryngeal cancer subline, designated Hep-2/v, by exposing Hep-2 cells to stepwise increasing concentrations of vincristine (0.02-0.96'µM). Microarray assays were performed to compare the microRNA and mRNA expression profiles of Hep-2 and Hep-2/v cells. Compared to Hep-2 cells, Hep-2/v cells were more resistant to chemotherapy drugs (∼45-fold more resistant to vincristine, 5.1-fold more resistant to cisplatin, and 5.6-fold more resistant to 5-fluorouracil) and had a longer doubling time (42.33±1.76 vs 28.75±1.12'h, P<0.05), higher percentage of cells in G0/G1 phase (80.98±0.52 vs69.14±0.89, P<0.05), increased efflux of rhodamine 123 (95.97±0.56 vs 12.40±0.44%, P<0.01), and up-regulated MDR1 expression. A total of 7 microRNAs and 605 mRNAs were differentially expressed between the two cell types. Of the differentially expressed mRNAs identified, regulator of G-protein signaling 10, high-temperature requirement protein A1, and nuclear protein 1 were found to be the putative targets of the differentially expressed microRNAs identified. These findings may open a new avenue for clarifying the mechanisms responsible for MDR in laryngeal cancer.

Biological significance of miR-126 expression in atrial fibrillation and heart failure

We investigated the biological significance of microRNA-126 (miR-126) expression in patients with atrial fibrillation (AF) and/or heart failure (HF) to examine the possible mechanism of miR-126-dependent AF and development of HF. A total of 103 patients were divided into three groups: AF group (18 men and 17 women, mean age: 65.62±12.72 years), HF group (17 men and 15 women, mean age: 63.95±19.71 years), and HF-AF group (20 men and 16 women, mean age: 66.56±14.37 years). Quantitative real-time PCR was used to measure relative miR-126 expression as calculated by the 2−ΔΔCt method. miR-126 was frequently downregulated in the 3 patient groups compared with controls. This reduction was significantly lower in permanent and persistent AF patients than in those with paroxysmal AF (P<0.05, t-test). Moreover, miR-126 expression was markedly lower in the HF-AF group compared with the AF and HF groups. The 3 patient groups had higher N-terminal prohormone brain natriuretic peptide (NT-proBNP) levels, lower left ventricular ejection fraction (LVEF), larger left atrial diameter, and higher cardiothoracic ratio compared with controls. There were significant differences in NT-proBNP levels and LVEF among the AF, HF, and HF-AF groups. Pearson correlation analysis showed that relative miR-126 expression was positively associated with LVEF, logarithm of NT-proBNP, left atrial diameter, cardiothoracic ratio, and age in HF-AF patients. Multiple linear regression analysis showed that miR-126 expression was positively correlated with LVEF, but negatively correlated with the logarithm of NT-pro BNP and the cardiothoracic ratio (all P<0.05). Serum miR-126 levels could serve as a potential candidate biomarker for evaluating the severity of AF and HF. However, to confirm these results, future studies with a larger and diverse patient population are necessary.

Synthesis of Short Oligonucleotides on a Soluble Support by the Phosphoramidite Method

In the last decades, the chemical synthesis of short oligonucleotides has become an important aspect of study due to the discovery of new functions for nucleic acids such as antisense oligonucleotides (ASOs), aptamers, DNAzymes, microRNA (miRNA) and small interfering RNA (siRNA). The applications in modern therapies and fundamental medicine on the treatment of different cancer diseases, viral infections and genetic disorders has established the necessity to develop scalable methods for their cheaper and easier industrial manufacture. While small scale solid-phase oligonucleotide synthesis is the method of choice in the field, various challenges still remain associated with the production of short DNA and RNA-oligomers in very large quantities. On the other hand, solution phase synthesis of oligonucleotides offers a more predictable scaling-up of the synthesis and is amenable to standard industrial manufacture techniques. In the present thesis, various protocols for the synthesis of short DNA and RNA oligomers have been studied on a peracetylated and methylated β-cyclodextrin, and also on a pentaerythritol-derived support. On using the peracetylated and methylated β-cyclodextrin soluble supports, the coupling cycle was simplified by replacement of the typical 5′-O-(4,4′-dimethoxytrityl) protecting group with an acid-labile acetal-protected 5′-O-(1-methoxy-1-methylethyl) group, which upon acid-catalyzed methanolysis released easily removable volatile products. For this reason monomeric building blocks 5′-O-(1-methoxy-1-methylethyl) 3′-(2-cyano-ethyl-N,N-diisopropylphosphoramidite) were synthesized. Alternatively, on using the precipitative pentaerythritol support, novel 2´-O-(2-cyanoethyl)-5´-O-(1-methoxy-1-methylethyl) protected phosphoramidite building blocks for RNA synthesis have been prepared and their applicability by the synthesis of a pentamer was demonstrated. Similarly, a method for the preparation of short RNAs from commercially available 5´-O-(4,4´-dimethoxytrityl)-2´-O-(tert-butyldimethyl-silyl)ribonucleoside 3´-(2-cyanoethyl-N,N-diisopropylphosphoramidite) building blocks has been developed

Metal-Ion-Binding Oligonucleotides: High-Affinity Probes for Nucleic Acid Sequences

Small non-coding RNAs have numerous biological functions in cell and are divided into different classes such as: microRNA, snoRNA, snRNA and siRNA. MicroRNA (miRNA) is the most studied non-coding RNA to date and is found in plants, animals and some viruses. miRNA with short sequences is involved in suppressing translation of target genes by binding to their mRNA post-transcriptionally and silencing it. Their function besides silencing of the viral gene, can be oncogenic and therefore the cause of cancer. Hence, their roles are highlighted in human diseases, which increases the interest in using them as biomarkers and drug targets. One of the major problems to overcome is recognition of miRNA. Owing to a stable hairpin structure, chain invasion by conventional Watson-Crick base-pairing is difficult. One way to enhance the hybridization is exploitation of metal-ion mediated base-pairing, i. e. oligonucleotide probes that tightly bind a metal ions and are able to form a coordinative bonds between modified and natural nucleobases. This kind of metallo basepairs containing short modified oligonucleotides can also be useful for recognition of other RNA sequences containing hairpin-like structural motives, such as the TAR sequence of HIV. In addition, metal-ion-binding oligonucleotides will undoubtedly find applications in DNA-based nanotechnology. In this study, the 3,5-dimethylpyrazol-1-yl substituted purine derivatives were successfully incorporated within oligonucleotides, into either a terminal or non-terminal position. Among all of the modified oligonucleotides studied, a 2-(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-6-oxopurine base containing oligonucleotide was observed to bind most efficiently to their unmodified complementary sequences in the presence of both Cu2+ or Zn2+. The oligonucleotide incorporating 2,6-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)purine base also markedly increased the stability of duplexes in the presence of Cu2+ without losing the selectivity.

An exploratory study for the discovery of non-invasive hepatocellular carcinoma biomarkers among high-risk hepatitis C virus infected patients

Hepatocellular Carcinoma (HCC) is a major healthcare problem, representing the third most common cause of cancer-related mortality worldwide. Chronic infections with Hepatitis B virus (HBV) and/or Hepatitis C virus (HCV) are the major risk factors for the development of HCC. The incidence of HBV -associated HCC is in decline as a result of an effective HBV vaccine; however, since an equally effective HCV vaccine has not yet been developed, there are 130 million HCV infected patients worldwide who are at a high-risk for developing HCC. Because reliable parameters and/or tools for the early detection of HCC among high-risk individuals are severely lacking, HCC patients are always diagnosed at a late stage where surgical solutions or effective treatment are not possible. Using urine as a non-invasive sample source, two different approaches (proteomic-based and genomic-based approaches) were pursued with the common goal of discovering potential biomarker candidates for the early detection of HCC among high-risk chronic HCV infected patients. Urine was collected from 106 HCV infected Egyptian patients, 32 of whom had already developed HCC and 74 patients who were diagnosed as HCC-free at the time of initial sample collection. In addition to these patients, urine samples were also collected from 12 healthy control individuals. Total urinary proteins, Trans-renal nucleic acid (Tr-NA) and microRNA (miRNA) were isolated from urine using novel methodologies and silicon carbide-loaded spin columns. In the first, "proteomic-based", approach, liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used to identify potential candidates from pooled urine samples. This was followed by validating relative expression levels of proteins present in urine among all the patients using quantitative real time-PCR (qRT-PCR). This approach revealed that significant over-expression of three proteins: DJ-1, Chromatin Assembly Factor-1 (CAF-1) and 11 Moemen Abdalla HCC Biomarkers Heat Shock Protein 60 (HSP60), were characteristic events among HCC-post HCV infected patients. As a single-based HCC biomarker, CAF-1 over-expression identified HCC among HCV infected patients with a specificity of 90%, sensitivity of 66% and with an overall diagnostic accuracy of 78%. Moreover, the CAF-lIHSP60 tandem identified HCC among HCV infected patients with a specificity of 92%, sensitivity of 61 % and with an overall diagnostic accuracy of 77%. In the second genomic-based approach, two different approaches were processed. The first approach was the miRNA-based approach. The expression levels of miRNAs isolated from urine were studied using the Illumina MicroRNA Expression Profiling Assay. This was followed by qRT-PCR-based validation of deregulated expression of identified miRNA candidates among all the patients. This approach shed the light on the deregulated expression of a number of miRNAs, which may have a role in either the development of HCC among HCV infected patients (i.e. miR-640, miR-765, miR-200a, miR-521 and miR-520) or may allow for a better understanding of the viral-host interaction (miR-152, miR-486, miR-219, miR452, miR-425, miR-154 and miR-31). Moreover, the deregulated expression of both miR-618 and miR-650 appeared to be a common event among HCC-post HCV infected patients. The results of the search for putative targets of these two miRNA suggested that miR-618 may be a potent oncogene, as it targets the tumor-suppressor gene Low density lipoprotein-related protein 12 (LPR12), while miR-650 may be a potent tumor-suppressor gene, as it is supposed to downregulate the TNF receptor-associated factor-4 (TRAF4) oncogene. The specificity of miR-618 and miR-650 deregulated expression patterns for the early detection of HCC among HCV infected patients was 68% and 58%, respectively, whereas the sensitivity was 64% and 72%, respectively. When the deregulated expression of both miRNAs was combined as a tandem biomarker, the specificity and the sensitivity were 75% and 58% respectively. 111 Moemen Abdalla HCC Biomarkers In the second, "Trans-renal nucleic acid-based", approach, the urinary apoptotic nucleic acid (uaNA) levels of 70ng/mL or more were found to be a good predictor of HCC among chronic HCV infected patients. The specificity and the sensitivity of this diagnostic approach were 76% and 86%, respectively, with an overall diagnostic value of 81 %. The uaNA levels positively correlated to HCC disease progression as monitored by epigenetic changes of a panel of eight tumor-suppressor genes (TSGs) using methylation-sensitive PCR. Moreover, the pairing of high uaNA levels (:::: 70 ng/mL) and CAF-1 over-expreSSIOn produced a highly specific (l 00%) multiple-based HCC biomarker with an acceptable sensitivity of 64%, and with a diagnostic accuracy of 82%. In comparison to the previous pairing, the uaNA levels (:::: 70 ng/mL) in tandem with HSP60 over-expression was less specific (89%) but highly sensitive (72%), resulting in a diagnostic accuracy of 64%. The specificities of miR-650 deregulated expression in combination with either high uaNA content or HSP 60 over-expression were 82% and 79%, respectively, whereas, the sensitivities of these combinations were 64% and 58%, respectively. The potential biomarkers identified in this study compare favorably with the diagnostic accuracy of the a-fetoprotein levels test, which has a specificity of 75%, sensitivity of 68% and an overall diagnostic accuracy of 70%. Here we present an intriguing study which shows the significance of using urine as a noninvasive sample source for the identification of promising HCC biomarkers. We have also introduced new techniques for the isolation of different urinary macromolecules, especially miRNA, from urine. Furthermore, we strongly recommend the potential biomarkers indentified in this study as focal points of any future research on HCC diagnosis. A larger testing pool will determine if their use is practical for mass population screening. This explorative study identified potential targets that merit further investigation for the development of diagnostically accurate biomarkers isolated from 1-2 mL urine samples that were acquired in a non-invasive manner.

Prostate Cancer and the Search for Novel Biomarkers

The primary objective of this research project was to identify prostate cancer (PCa) -specific biomarkers from urine. This was done using a multi-faceted approach that targeted (1) the genome (DNA); (2) the transcriptome (mRNA and miRNA); and (3) the proteome. Toward this end, urine samples were collected from ten healthy individuals, eight men with PCa and twelve men with enlarged, non-cancerous prostates or with Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). Urine samples were also collected from the same patients (PCa and BPH) as part of a two-year follow-up. Initially urinary nucleic acids and proteins were assessed both qualitatively and quantitatively for characteristics either unique or common among the groups. Subsequently macromolecules were pooled within each group and assessed for either protein composition via LC-MS/MS or microRNA (miRNA) expression by microarray. A number of potential candidates including miRNAs were identified as being deregulated in either pooled PCa or BPH with respect to the healthy control group. Candidate biomarkers were then assessed among individual samples to validate their utility in diagnosing PCa and/or differentiating PCa from BPH. A number of potential targets including deregulation of miRNAs 1825 and 484, and mRNAs for Fibronectin and Tumor Protein 53 Inducible Nuclear Protein 2 (TP53INP2) appeared to be indicative of PCa. Furthermore, deregulation of miR-498 appeared to be indicative of BPH. The sensitivities and specificities associated with using deregulation in many of these targets to subsequently predict PCa or BPH were also determined. This research project has identified a number of potential targets, detectable in urine, which merit further investigation towards the accurate identification of PCa and its discrimination from BPH. The significance of this work is amplified by the non-invasive nature of the sample source from which these candidates were derived, urine. Many cancer biomarker discovery studies have tended to focus primarily on blood (plasma or serum) and/or tissue samples. This is one of the first PCa biomarker studies to focus exclusively on urine as a sample source.

Potential Urinary miRNA Biomarker Candidates for the Accurate Detection of Prostate Cancer among Benign Prostatic Hyperplasia Patients

MicroRNAs (miRNAs) are a class of short (similar to 22nt), single stranded RNA molecules that function as post-transcriptional regulators of gene expression. MiRNAs can regulate a variety of important biological pathways, including: cellular proliferation, differentiation and apoptosis. Profiling of miRNA expression patterns was shown to be more useful than the equivalent mRNA profiles for characterizing poorly differentiated tumours. As such, miRNA expression "signatures" are expected to offer serious potential for diagnosing and prognosing cancers of any provenance. The aim of this study was to investigate the potential of using deregulation of urinary miRNAs in order to detect Prostate Cancer (PCa) among Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). To identify the miRNA signatures specific for PCa, miRNA expression profiling of 8 PCa patients, 12 BPH patients and 10 healthy males was carried out using whole genome expression profiling. Differential expression of two individual miRNAs between healthy males and BPH patients was detected and found to possibly target genes related to PCa development and progression. The sensitivity and specificity of miR-1825 for detecting PCa among BPH individuals was found to be 60% and 69%, respectively. Whereas, the sensitivity and specificity of miR-484 were 80% and 19%, respectively. Additionally, the sensitivity and specificity for miR-1825/484 in tandem were 45% and 75%, respectively. The proposed PCa miRNA signatures may therefore be of great value for the accurate diagnosis of PCa and BPH. This exploratory study has identified several possible targets that merit further investigation towards the development and validation of diagnostically useful, non-invasive, urine-based tests that might not only help diagnose PCa but also possibly help differentiate it from BPH.

Conception de microARNs pour attenuer l'expression de genes

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Les cellules dendritiques plasmacytoides dans le sang de cordon et après greffe de sang de cordon

La greffe de sang de cordon est de plus en plus utilisée et a permis de traiter avec succès chez l’enfant des déficits immunitaires ainsi que des hémopathies malignes comme les leucémies. Malgré d’importants avantages tels que l’absence de risque pour le donneur ou la plus faible incidence de maladie du greffon contre l’hôte (GvHD), utiliser le sang de cordon comporte certains inconvénients. En effet, une reconstitution immunitaire retardée, des infections opportunistes en plus grand nombre et un risque de rechute sont des complications qui peuvent survenir et engendrer un risque pour le pronostic vital du patient. Par conséquent, de nouvelles stratégies d’immunothérapies doivent être envisagées. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes particulièrement intéressés aux cellules dendritiques plasmacytoides (pDC) dont les fonctions sont importantes pour l’initiation des réponses immunitaires innée et adaptative et particulièrement pour leur capacité à activer les cellules NK. Afin d’élucider le rôle et l’impact de ces cellules dans les greffes de sang de cordon, le nombre et la fonction des pDC et des NK a été suivi longitudinalement chez des patients ayant subi une greffe de sang de cordon comparativement à des patients transplantés avec de la moelle osseuse. Nous avons ainsi démontré que les pDC et les NK apparaissent précocement suite à une greffe de sang de cordon et que ces cellules sont fonctionnelles. Ces résultats mettent donc en lumière que ces cellules pourraient être de bons outils pour l’établissement d’une immunothérapie après greffe de sang de cordon. De plus, la caractérisation fonctionnelle des pDC du greffon de sang de cordon a permis de révéler une plus faible production d’IFN-α par les pDC, comparativement aux pDC de sang d’adulte. Cette différence pourrait jouer un rôle dans la plus faible incidence de GvHD après les greffes de sang de cordon. Dans le but de préciser les mécanismes moléculaires de régulation négative de la production d’IFN-α par les pDC de sang de cordon, nous avons étudié les protéines de la voie de signalisation TLR9-IRF7. L’expression similaire de l’ARN du TLR9, MyD88, IRAK1 et IRF7 contraste avec la plus faible expression des protéines correspondantes. De plus, l’expression des MicroARNs miR-146a et miR-155 est plus élevé dans les pDC de sang de cordon comparativement aux pDC de sang d’adultes. Ensemble, ces données pointent une régulation négative post-transcriptionnelle de la voie TLR9-IRF7 qui pourrait expliquer la plus faible production d’IFN-α des pDC du sang de cordon. L’ensemble des ces travaux suggère que les pDC pourraient représenter une cible de choix dans le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans les greffes de sang de cordon.

Prédiction de boucles de régulation associant microARN et gènes régulés par le récepteur de l'acide rétinoïque dans le cancer du sein

Le récepteur de l'acide rétinoïque RAR est une protéine de la superfamille des récepteurs nucléaires liant le ligand acide rétinoïque (AR). En présence de son ligand, RAR induit la transcription de ses gènes cibles alors qu'en son absence la transcription est inhibée. Le mécanisme de régulation de RAR est altéré dans les lignées cellulaires humaines de carcinome mammaire dû à une baisse de capacité de synthèse de l'AR. Aussi, l'expression des microARN (miR) est perturbée dans le cancer du sein et un grand nombre de gènes ont été identifiés, après une analyse in-silico, comme des cibles prédites des miRs. Ces derniers peuvent être régulés pas des facteurs de transcription et ils sont capables d'inhiber la prolifération cellulaire et d'induire l'apoptose via la régulation de leurs cibles. Ainsi, les miRs peuvent jouer un rôle dans le mécanisme de régulation de RAR et être impliqués dans des boucles de régulation avec ce récepteur. Dans le cadre de ce travail, nous décrivons une approche développée pour prédire et caractériser des circuits de régulation au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel dans le cancer du sein. Nous nous sommes intéressés aux boucles de régulation de type feed-forward où RAR régule un miR et en commun ils régulent un ensemble de gènes codants pour des protéines dans les cellules tumorales mammaires MCF7 et SKBR3. Ces circuits ont été construits en combinant des données de ChIP-chip de RAR et des données de micro-puces d'ADN tout en utilisant des outils in-silico de prédiction des gènes cibles de miRs. Afin de proposer le modèle approprié de régulation, une analyse in-silico des éléments de réponse de l'AR (RARE) dans les promoteurs des miRs est réalisée. Cette étape permet de prédire si la régulation par RAR est directe ou indirecte. Les boucles ainsi prédites sont filtrées en se basant sur des données d'expression de miR existantes dans des bases de données et dans différentes lignées cellulaires, en vue d'éliminer les faux positifs. De plus, seuls les circuits pertinents sur le plan biologique et trouvés enrichis dans Gene Ontology sont retenus. Nous proposons également d'inférer l'activité des miRs afin d'orienter leur régulation par RAR. L'approche a réussi à identifier des boucles validées expérimentalement. Plusieurs circuits de régulation prédits semblent être impliqués dans divers aspects du développement de l'organisme, de la prolifération et de la différenciation cellulaire. De plus, nous avons pu valider que let-7a peut être induit par l'AR dans les MCF7.

Modélisation de réseaux d'interactions des microARN et analyse et validation expérimentale de leurs boucles minimales avec des facteurs de transcription

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux.

Caractérisation de l’interaction entre la protéine Lin28 et le précurseur du microARN let-7g

La régulation de l’expression des gènes est ce qui permet à nos cellules de s’adapter à leur environnement, de combattre les infections ou, plus généralement, de produire la quantité exacte de protéine nécessaire pour répondre à un besoin spécifique. Parmi les joueurs les plus importants dans cette régulation de l’expression des gènes on retrouve les microARN (miARN). Ces petits ARN de 22 nucléotides sont présents chez la majorité des espèces multicellulaires et sont responsables du contrôle direct de plus de 30% des gènes exprimant des protéines chez les vertébrés. La famille de miARN lethal-7 (let-7) est composée de miARN parmi les plus connus et ayant des fonctions cruciales pour la cellule. La régulation du niveau des miARN let-7 est essentielle au bon développement cellulaire. La biogenèse de ces miARN, du transcrit primaire jusqu’à leur forme mature, est régulée principalement par Lin28, une protéine pluripotente très conservée. Cette protéine est composée d’un domaine cold shock (CSD) et de deux domaines de liaison au zinc. C’est grâce à ces domaines de liaison à l’ARN que Lin28 peut lier et inhiber la maturation des miARN let-7. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction entre Lin28 et le microARN précurseur let-7g afin de mieux comprendre le rôle de cette protéine dans l’inhibition de la biogenèse du miARN. À l’aide de techniques biochimiques et biophysiques, nous avons d’abord défini les principaux déterminants de l’interaction entre Lin28 et la boucle terminale du miARN précurseur let-7g (TL-let-7g). Nous avons conclu que le domaine C-terminal de Lin28, composé d’un motif riche en lysines et arginines ainsi que de deux motifs de liaison au zinc, permet à la protéine de lier spécifiquement et avec haute affinité un renflement riche en guanine conservé chez les précurseurs de la famille let-7. Aussi, parce que la séquence et la spécificité de liaison à l’ARN de ce domaine C-terminal sont semblables à celles de la protéine NCp7 du VIH, nous avons défini ce dernier comme le domaine NCp7-like de Lin28. Par la suite, nous avons caractérisé la multimérisation de trois protéines Lin28 sur la boucle terminale de pre-let-7g. Ceci a permis de réconcilier d’apparentes contradictions retrouvées dans la littérature actuelle concernant les sites de liaison de Lin28 lors de sa liaison aux miARN précurseurs. Nous avons identifié trois sites de liaison à haute affinité sur TL-let-7g qui sont liés dans un ordre précis par trois protéines Lin28. Lors de la formation du complexe multimérique, le CSD permet une déstabilisation de l’ARN, ce qui rend accessible plusieurs sites de liaison. Le domaine NCp7-like permet plutôt un assemblage ordonné de la protéine et facilite la liaison initiale de cette dernière. Ces nouveaux résultats rendent possible la mise au point d’un nouveau modèle de l’interaction entre Lin28 et le miARN précurseur let-7g. En conclusion, les études réalisées dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle d’une importante famille de miARN et permettront de guider les futures études dans le domaine de recherche en pleine effervescence qu’est celui de la biogenèse des miARN.