Génétique fonctionnelle et validation biologique d’un locus quantitatif d’expression lié en trans- à un réseau de gènes impliqués dans l’immunité innée

Abstract

Contrairement aux maladies génétiques mendéliennes, qui dépendent d’un seul gène causal, les traits quantitatifs complexes sont des caractéristiques mesurables d’organismes vivants, qui résultent de l’interaction entre plusieurs gènes et les facteurs environnementaux. La génomique fonctionnelle nous a permis d’identifier de nombreux locus génétiques liés aux caractères complexes, qui sont appelés «locus de traits quantitatifs» (QTL). Cependant, de telles études ne permettent pas une caractérisation précise de l'architecture génétique des traits complexes. Plus récemment, il est devenu possible d’identifier des locus génétiques associés aux niveaux d'expression de gènes, appelés«locus de traits quantitatifs d’expression» (eQTLs). Dans de tels cas, les variants génétiques peuvent affecter l'expression soit des gènes qui se situent dans leur voisinage (cis-eQTLs), soit de ceux qui résident plus loin (trans-eQTLs). Dans des cas particuliers, un même locus peut affecter l’expression de plusieurs gènes situés dans différents chromosomes, formant ce qu’on appelle des ‘trans-eQTLs hotspots’. Ceux-ci peuvent avoir d’importants intérêts biologiques, car ils sont généralement enrichis en gènes fonctionnellement apparentés qui peuvent influencer le même trait phénotypique. Dans cette thèse, en analysant l'expression des gènes dans des échantillons de cœurs obtenus à partir d'un panel de souches consanguines recombinantes de souris AxB / BxA, nous avons détecté un QTL lié en trans- à l'expression de 190 transcrits, dont la majorité est connue pour être sensible aux interférons de type I. Le même locus correspondait également à celui d'un cis-eQTL pour le gène Ypel5, ce qui suggère que ce dernier peut être un régulateur commun des gènes trans-eQTL. Donc, le but principale de cette thèse fut de valider biologiquement le rôle du gène cis-eQTL dans la régulation du ‘trans-eQTLs hotspots’. Les travaux présentés dans cette thèse ont montrés que la réduction de l'expression de Ypel5 dans des macrophages de souris a stimulée l'expression de plusieurs gènes qui appartiennent au ‘trans-eQTL hotspot’, et ce d’une manière dépendante d’IFNB1. Le knockdown de YPEL5 a également augmenté l’induction d’IFNB1 dans les cellules humaines HEK293T. Lorsque ces dernières ont été soumis à des stimuli qui activent les kinases TBK1 / IKBKE, nous avons détecté des interactions fonctionnelles de YPEL5 avec l'activité de ces kinases, ainsi que des interactions physiques avec IKBKE. Nos résultats préliminaires (présentés dans le chapitre3) suggèrent aussi l’implication de YPEL5 dans la régulation du cycle cellulaire et /ou de la sénescence. En conclusion, nous sommes parmi les premiers groupes à fournir des preuves biologiques montrant le rôle d'un gène cis-eQTL en tant que régulateur commun de gènes appartenant à un ‘hotspot de trans-eQTL’. La validation biologique des analyses génomiques a ainsi permis de découvrir Ypel5 comme un nouveau régulateur négatif de la réponse antivirale innée qui agit (au moins en partie) au niveau des kinases TBK1 / IKBKE.

Unlike Mendelian genetic diseases, which depend on a single causal gene, complex quantitative traits are measurable characteristics of living organisms, which result from the interaction between several genes and environmental factors. Functional genomics has allowed us to identify many genetic loci linked to complex traits, which are called "quantitative trait loci" (QTL). However, such studies do not allow an accurate characterization of the genetic architecture of complex traits. More recently, it has become possible to identify genetic loci associated with gene expression levels, called "expression quantitative trait locus" (eQTLs). In such cases, the genetic variants can affect the expression of genes that are either located in their vicinity (cis-eQTLs) or that reside further away (trans-eQTLs). In particular cases, the same locus can affect the expression of several genes located on different chromosomes, forming so-called ‘trans-eQTLs hotspots’. These may have important biological interests, as they are generally enriched in functionally related genes, which may influence the same phenotypic trait. In this thesis, by analyzing the expression of genes in hearts from a panel of AxB / BxA mouse recombinant inbred strains, we detected a QTL linked in trans- to the expression of 190 transcripts, the majority of which are known to be sensitive to type I interferon. The same locus also corresponded to that of a cis-eQTL for the Ypel5 gene, suggesting that it could be a common regulator of the trans-eQTL genes. Therefore, the main purpose of this thesis was to biologically validate the role of the cis-eQTL gene in the regulation of the ‘trans-eQTL hotspot’. The work presented in this thesis showed that the silencing of Ypel5 expression in mouse macrophages stimulated the expression of several genes that belong to the ‘trans-eQTL hotspot’ in an IFNB1-dependent manner. YPEL5 knockdown also increased IFNB1 induction in human HEK293T cells. When the latter were subjected to stimuli that activate the TBK1/IKBKE kinases, we detected functional interactions of YPEL5 with the activity of these kinases and physical interactions with IKBKE. Our preliminary results (presented in Chapter 3) suggest also the involvement of YPEL5 in the regulation of cell cycle progression and / or senescence. In conclusion, we are among the first groups to provide biological evidence showing the role of a cis-eQTL gene as a common regulator of genes belonging to a ‘trans-eQTL hotspot’. The biological validation of genomic analysis thus revealed Ypel5 as a new negative regulator of the innate antiviral response that acts (at least in part) at the level of the TBK1 / IKBKE kinases.