Comparaison des méthodes d'analyse de l'expression différentielle basée sur la dépendance des niveaux d'expression

La technologie des microarrays demeure à ce jour un outil important pour la mesure de l'expression génique. Au-delà de la technologie elle-même, l'analyse des données provenant des microarrays constitue un problème statistique complexe, ce qui explique la myriade de méthodes proposées pour le pré-traitement et en particulier, l'analyse de l'expression différentielle. Toutefois, l'absence de données de calibration ou de méthodologie de comparaison appropriée a empêché l'émergence d'un consensus quant aux méthodes d'analyse optimales. En conséquence, la décision de l'analyste de choisir telle méthode plutôt qu'une autre se fera la plupart du temps de façon subjective, en se basant par exemple sur la facilité d'utilisation, l'accès au logiciel ou la popularité. Ce mémoire présente une approche nouvelle au problème de la comparaison des méthodes d'analyse de l'expression différentielle. Plus de 800 pipelines d'analyse sont appliqués à plus d'une centaine d'expériences sur deux plateformes Affymetrix différentes. La performance de chacun des pipelines est évaluée en calculant le niveau moyen de co-régulation par l'entremise de scores d'enrichissements pour différentes collections de signatures moléculaires. L'approche comparative proposée repose donc sur un ensemble varié de données biologiques pertinentes, ne confond pas la reproductibilité avec l'exactitude et peut facilement être appliquée à de nouvelles méthodes. Parmi les méthodes testées, la supériorité de la sommarisation FARMS et de la statistique de l'expression différentielle TREAT est sans équivoque. De plus, les résultats obtenus quant à la statistique d'expression différentielle corroborent les conclusions d'autres études récentes à propos de l'importance de prendre en compte la grandeur du changement en plus de sa significativité statistique.Microarrays remain an important tool for the measurement of gene expression, and a myriad of methods for their pre-processing or statistical testing of differential expression has been proposed in the past. However, insufficient and sometimes contradictory evidence has prevented the emergence of a strong consensus over a preferred methodology. This leaves microarray practitioners to somewhat arbitrarily decide which method should be used to analyze their data. Here we present a novel approach to the problem of comparing methods for the identification of differentially expressed genes. Over eight hundred analytic pipelines were applied to more than a hundred independent microarray experiments. The accuracy of each analytic pipeline was assessed by measuring the average level of co-regulation uncovered across all data sets. This analysis thus relies on a varied set of biologically relevant data, does not confound reproducibility for accuracy and can easily be extended to future analytic pipelines. This procedure identified FARMS summarization and the TREAT gene ordering statistic as algorithms significantly more accurate than other alternatives. Most interestingly, our results corroborate recent findings about the importance of taking the magnitude of change into account along with an assessment of statistical significance

Étude transcriptomique du mode d'action des conjugués sidérophores-antibiotiques de type hydroxamate

La résistance aux antibiotiques est un problème criant de la médecine moderne. Pour donner un second souffle à toute une génération d'antibiotiques ayant fait leurs preuves par le passé, le transport actif de ces molécules peut être amélioré en utilisant les systèmes de transport du fer bactériens, ceci constitue le concept du Cheval de Troie. Le fer est un élément essentiel à la survie de tous les microorganismes, alors qu'il est très peu disponible sous forme assimilable. Pour leur approvisionnement en fer, les microorganismes sécrètent des sidérophores, de petites molécules capables de chélater le fer et de le rendre assimilable à l'aide de systèmes de transport spécifiques. Le concept du Cheval de Troie consiste à coupler, à un sidérophore, un antibiotique et ainsi permettre son transport actif par les systèmes de transport du fer. L'analyse du mode d'action de ce type de molécule se fait à travers l'étude des mutants résistants qui apparaissent in vitro en milieu riche en fer.--Résumé abrégé par UMI

Identification et caractérisation fonctionnelle d'un gène codant un facteur de transcription de type WRKY cherzla vigne, VvWRKY1. Implicitation dans les mécanismes de défense.

Afin de comprendre le rôle des facteurs de transcription WRKY dans les réactions de défense de la Vigne (Vitis vinifera) contre des agents pathogènes, nous avons identifié un ADNc, VvWRKY1, codant une protéine présentant de fortes homologies avec les membres de cette famille multigénique. Après avoir vérifié la fonctionnalité de la protéine, traduite par sa capacité à se lier à l'ADN spécifiquement au niveau des boîtes W, l'étude de l'expression de ce gène chez la Vigne a été réalisée. VvWRKY1 est ainsi fortement régulé au cours du développement des feuilles et des baies de raisin. La blessure et des molécules de stress comme l'acide salicylique, l'éthylène, le peroxyde d'hydrogène induisent son expression dans les feuilles de Vigne alors que l'acide jasmonique la réprime. L'analyse fonctionnelle de VvWRKY1 a été entreprise par sur-expression chez le Tabac, Arabidopsis thaliana et la Vigne. Les résultats suggèrent une réelle implication de cette protéine dans la défense contre des champignons pathogènes. Effectivement, une sensibilité différente est observée dans les plantes transgéniques par rapport aux plantes sauvages vis-à -vis de différents champignons. Toutefois, les mécanismes sous-jacents n'ont pas encore été identifiés mais des expériences d'hybridation sur puces à ADN comparant les Vignes transgéniques et les Vignes sauvages ont permis d'identifier des gènes potentiellement régulés par VvWRKY1 dont deux gènes codant des lipoxygénases.In order to understand the function of WRKY transcription factor in defense mechanisms in Grapevine towards pathogens, we identified a full-length cDNA encoding a protein which shares high homology with members of this multigenic family. After checking the ability of the protein to bind DNA on W boxes, gene expression was studied on grape. VvWRKY1 gene is regulated during grapeberry and leaves development. Wounding and stress molecules such as salicylic acid, ethylene and hydrogen peroxyde induce its expression in leaves whereas jasmonic acid repress it. Functional analysis of VvWRKY1 protein was performed by overexpression in tobacco, Arabidopsis thaliana and grapevine. Results suggested its real involvement in defense mechanisms against fungal pathogens. Indeed, different susceptibility towards several fungi was observed in transgenic plants compared to wild type plants. Mechanisms underlying its response stay unclear but microarrays experiments comparing transformed grapevines to wild type plants revealed potential target genes of VvWRKY1 transcription factor and particularly two genes encoding lipoxygenases

Méthodes bayésiennes pour l'analyse génétique

Ces dernières années, la génomique a connu un intérêt scientifique grandissant, notamment depuis la publication complète des cartes du génome humain au début des années 2000. A présent, les équipes médicales sont confrontées à un nouvel enjeu : l'exploitation des signaux délivrés par les puces ADN. Ces signaux, souvent de grande taille, permettent de connaître à un instant donné quel est le niveau d'expression des gênes dans un tissu considéré, sous des conditions particulières (phénotype, traitement, ...), pour un individu. Le but de cette recherche est d'identifier des séquences temporelles caractéristiques d'une pathologie, afin de détecter, voire de prévenir, une maladie chez un groupe de patients observés. Les solutions développées dans cette thèse consistent en la décomposition de ces signaux en facteurs élémentaires (ou signatures génétiques) selon un modèle bayésien de mélange linéaire, permettant une estimation conjointe de ces facteurs et de leur proportion dans chaque échantillon. L’utilisation de méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov sera tout particulièrement appropriée aux modèles bayésiens hiérarchiques proposés puisqu'elle permettra de surmonter les difficultés liées à leur complexité calculatoire. ABSTRACT : In the past few years, genomics has received growing scientic interest, particularly since the map of the human genome was completed and published in early 2000's. Currently, medical teams are facing a new challenge: processing the signals issued by DNA microarrays. These signals, often of voluminous size, allow one to discover the level of a gene expression in a given tissue at any time, under specic conditions (phenotype, treatment, ...). The aim of this research is to identify characteristic temporal gene expression proles of host response to a pathogen, in order to detect or even prevent a disease in a group of observed patients. The solutions developed in this thesis consist of the decomposition of these signals into elementary factors (genetic signatures) following a Bayesian linear mixing model, allowing for joint estimation of these factors and their relative contributions to each sample. The use of Markov chain Monte Carlo methods is particularly suitable for the proposed hierarchical Bayesian models. Indeed they allow one to overcome the diculties related to their computational complexity

Recherche des mécanismes impliqués dans les dérégulations de l'épissage alternatif à l'origine de la progéria et étude du rôle de l'étape d'épissage dans les changements globaux d'expression des gènes en réaction au choc thermique

The Hutchinson-Gilford syndrome, also called progeria, is a rare genetic disease, characterized by symptoms that can be assimilated to accelerated natural ageing. Mutations that cause progeria affect the LMNA gene, which codes the lamin A that plays a major role in the shaping, maintenance and resistance of the nucleus. These mutations lead to the activation of alternative or cryptic 5' splice sites located within the exon 11 of LMNA pre-mRNA upstream from the normal 5' splice site. Our work revealed an effect of the mutations on the 2D RNA structure of the splice sites, which contributes to the increased use of the mutant sites. On top of it, we showed the impact of several SR proteins, (SRSF1, SRSF5 and SRSF6) on the regulation of the use of the exon 11 5' splice sites. On the other hand, it was previously observed that cells from progeria patients contain nuclear stress bodies (nSB), located in chromosomal pericentromeric regions and containing satellite III RNAs and several splicing regulatory proteins. Similar bodies are formed in healthy cells submitted to various stresses such as heat shock. A work hypothesis is that those nSBs sequester splicing factors in order to regulate the global alternative splicing profile in cells during the recovery period after stress. We purified proteins associated with satellite III RNAs in vitro, to find new components of the nSBs, and analyzed the transcriptome of cells subjected to heat shock using exon junction microarrays, in order to eventually understand how nSB formation can affect alternative splicingLe syndrome de Hutchinson-Gilford, ou progéria, est une pathologie génétique rare qui se caractérise par des symptômes assimilés à un vieillissement prématuré. Les mutations à l'origine de la progéria affectent le gène LMNA, codant la lamine A, qui joue un rôle majeur dans la formation, la maintenance et la résistance du noyau. Ces mutations activent l'utilisation de sites 5' alternatif ou cryptique d'épissage présents dans l'exon 11 du pré-ARNm LMNA en amont du site normalement utilisé. Nous avons révélé un effet des mutations sur la structure secondaire de l'ARN aux alentours des mutations, qui permet l'augmentation de l'utilisation des sites d'épissage mutants. De plus, nous avons montré l'implication de plusieurs protéines SR (SRSF1, SRSF5 et SRSF6) dans la régulation de l'utilisation des différents sites d'épissage. D'autre part, il a déjà été observé que les noyaux des cellules des patients atteints de progéria contiennent des granules de stress, les nSB, situés dans les régions péricentromériques des chromosomes et contenant des ARN dits satellite III et des facteurs d'épissage. Des nSB similaires sont formés dans les cellules saines suite à divers stress, comme le stress thermique. Il est possible que ces nSB séquestrent ces facteurs d'épissage afin de réguler le profil d'épissage alternatif des cellules pendant la régénération après un stress. Nous avons purifié les protéines associées aux ARN satellite III in vitro afin de trouver de nouveaux composants des nSB et analysé, par emploi de puces jonction-exon, le transcriptome de cellules soumises à un choc thermique, pour mieux comprendre à terme comment la formation des nSB peut affecter l'épissage alternati

La déficience intellectuelle (du diagnostic en puces ADN à l'identification de gènes candidats)

L'analyse chromosomique sur puce ADN (ACPA) tend à devenir le principal examen diagnostique dans la déficience intellectuelle (DI). Parmi les techniques d'ACPA, les puces SNP ont l'intérêt de pouvoir détecter les pertes d'hétérozygotie, et par conséquent d identifier les isodisomies uniparentales (iUPD) et les zones d'identité liées à la consanguinité. Nous avons étudié une cohorte de 1 187 patients atteints de DI, dans un cadre diagnostique, sur puces SNP. Nous avons réalisé, par cette étude, 145 diagnostics (12%) dont 2 iUPD et 6 délétions n'incluant qu'un seul gène. De plus, nous avons détecté 639 CNV rares non décrits chez des sujets contrôles et incluant des séquences codantes, ce qui nous a permis d'identifier 11 gènes candidats dans la DI : CAMTA1, SP3, CNTNAP4, NUDT12, STXBP6, DOCK8, DOCK10, SMARCA2, NYAP2, ATAD3A et ATAD3B. Nous avons tenté de valider l'implication de ces gènes par séquençage, mais n'avons trouvé de seconde mutation pour aucun d'entre eux. Toutefois, des réarrangements de CAMTA1 ont été retrouvés dans 2 autres familles avec un phénotype homogène (DI et ataxie congénitale) ce qui nous a permis d affirmer qu'il s'agit d'un gène de DI. Par ailleurs, l'homozygosity mapping, réalisé avec puces SNP, a identifié, par séquençage whole exome, une mutation non-sens homozygote du gène BUD13 dans une famille de DI syndromique. Enfin, de façon fortuite, nous avons caractérisé en ACPA une translocation familiale entraînant une disruption d'un gène d'ataxie spino-cérébelleuse, ATXN10, ce qui a permis de mieux comprendre la physiopathologie de cette maladie. Au total, notre étude démontre l'intérêt des puces SNP dans la DI, d'une part en diagnostic et d'autre part pour l'identification de nouveaux gènes responsables de DI.Chromosomal Microarray Analysis (CMA) has become the main diagnostic test in the field of intellectual disability (ID). Among CMA techniques, SNP arrays have the advantage of identifying losses of heterozygosity in addition to Copy Number Variants (CNVs). Therefore they can detect uniparental isodisomies (iUPD) and regions of identity by descent. We screened a cohort of 1,187 patients with ID, in diagnostic setting, by CMA using SNP arrays. Causal abnormalities, including 2 iUPDs and 6 deletions comprising only one gene, were detected in 145 patients (12%). Moreover we found 639 rare CNVs, absent from control individuals, which included coding sequences. Our results allowed us to identify 11 genes possibly involved in or contributing to ID: CAMTA1, SP3, CNTNAP4, NUDT12, STXBP6, DOCK8, DOCK10, SMARCA2, NYAP2, ATAD3A and ATAD3B. We then screened additional patients with similar phenotypes in order to find a second mutation, but no second mutation was identified in any of them. Besides, CAMTA1 rearrangements were also found among two other families with homogeneous phenotypes (ID and congenital ataxia), which confirms that this gene is involved in ID. Furthermore, thanks to homozygosity mapping made possible by SNP arrays combined with exome sequencing, we identified a homozygous nonsense mutation in the BUD13 gene, in a family with syndromic ID. Finally we incidentally characterized a familial translocation resulting in the disruption of ATXN10, a gene responsible for spinocerebellar ataxia. This translocation has helped to better understand the pathophysiology of the disease. Overall, our study shows the importance of SNP arrays for the molecular diagnosis of ID and as a tool to identify genes responsible for ID.PARIS5-Bibliotheque electronique (751069902) / SudocSudocFranceF

Caractérisation moléculaire d'un mutant d'arabidopsis thaliana résistant à la thaxtomine A

La thaxtomine A (TA) est la principale toxine produite par l'agent pathogène causant la gale commune Streptomyces scabies.La TA est nécessaire et suffisante à l'induction des symptômes de la maladie.La TA a un rôle d'inhibiteur de la synthèse de la cellulose et cause une inhibition importante de la croissance racinaire chez Arabidopsis thaliana. Ce projet avait pour objectif de caractériser un mutant d'Arabidopsis plus résistant à la TA, 9F32, dans le but de mieux comprendre le mécanisme d'action de la TA. 9F32 a démontré une résistance trois fois plus importante à la TA que Col 0, autant au niveau du phénotype global qu'au niveau de la croissance racinaire. Le taux d'entrée de la TA mesuré chez 9F32 est significativement inférieur à celui du type sauvage et comparable à celui d'un mutant présumé du transport de la toxine, txr1. Une analyse de micro-puces à ADN a montré la variation d'expression de 195 gènes chez 9F32, 174 gènes ont une expression augmentée et 21 sont réprimés (FC [supérieur ou égal] 2). Cette analyse a montré que le mutant présente une expression augmentée des réponses de stress, et plus particulièrement de la voie de réponse de défense de l'acide salicylique. 9F32 présente un phénotype et une expression transcriptionnelle partageant les caractéristiques d'une privation de phosphore, soit une petite taille et une production accrue d'anthocyanines. Finalement, l'infection du mutant 9F32 avec la bactérie S. scabies a montré une diminution des symptômes par rapport au type sauvage Col 0. Ces résultats suggèrent que la résistance à la TA procure un avantage important lors de l'infection. 9F32 est donc un outil adéquat pour l'étude du mécanisme de la TA et ses phénotypes laissent présager un nouveau mécanisme de résistance à la toxine