Pre-treatment with polyunsaturated fatty acids or bioactive lipid mediators has been shown to reduce neuronal injury in rodent models of focal ischaemia, but the molecular mechanisms underlying this neuroprotection are unclear. In this study, we aimed to investigate whether systemic administration of alpha linolenic acid (ALA) leads to changes in the profile of mouse brain phospholipid and bioactive lipid mediators in both mouse brain and plasma within the previously determined neuroprotection time window. Mass spectrometry (MS) and tandem mass spectrometry (MS/MS) allowed us to detect and identify 47 phospholipids in mouse cerebral cortex, including several phospholipid species not previously reported in brain lipidomic studies. These included a phosphatidylethanolamine species with m/z 720 that has been associated with retinal stem cells. No widespread changes in cerebral cortex phospholipid composition were observed following intravenous ALA. Several significant changes in lipid mediators (P<0.05 with two-way ANOVA and post hoc Dunnett's t test) were detected in ALA-treated animals compared to untreated and vehicle-injected animals. Many of the affected lipid mediators are ligands for prostanoid receptors which have been demonstrated to play a role in the development of brain injury following cerebral ischaemia, implying that changes in bioactive lipid mediators or modulation of prostanoid receptors may occur following ALA pre-treatment in mice. This study illustrates the potential of advanced lipidomic analysis as a novel tool for neurochemists.

Pre-treatment with polyunsaturated fatty acids or bioactive lipid mediators has been shown to reduce neuronal injury in rodent models of focal ischaemia, but the molecular mechanisms underlying this neuroprotection are unclear. In this study, we aimed to investigate whether systemic administration of alpha linolenic acid (ALA) leads to changes in the profile of mouse brain phospholipid and bioactive lipid mediators in both mouse brain and plasma within the previously determined neuroprotection time window. Mass spectrometry (MS) and tandem mass spectrometry (MS/MS) allowed us to detect and identify 47 phospholipids in mouse cerebral cortex, including several phospholipid species not previously reported in brain lipidomic studies. These included a phosphatidylethanolamine species with m/z 720 that has been associated with retinal stem cells. No widespread changes in cerebral cortex phospholipid composition were observed following intravenous ALA. Several significant changes in lipid mediators (P<0.05 with two-way ANOVA and post hoc Dunnett¿s t test) were detected in ALA-treated animals compared to untreated and vehicle-injected animals. Many of the affected lipid mediators are ligands for prostanoid receptors which have been demonstrated to play a role in the development of brain injury following cerebral ischaemia, implying that changes in bioactive lipid mediators or modulation of prostanoid receptors may occur following ALA pre-treatment in mice. This study illustrates the potential of advanced lipidomic analysis as a novel tool for neurochemists.

Le palmier à huile est la première culture oléagineuse, avec environ 40% de la production mondiale, et son fruit accumule deux huiles de composition très différente dans le mésocarpe et l’amande. Chez les plantes, les acides gras sont assemblés en huile dans le réticulum endoplasmique, ceci par la voie dite de Kennedy à laquelle s’ajoutent des mécanismes d’édition impliquant le métabolisme de la phosphatidylcholine. Nous avons utilisé les outils de la lipidomique pour analyser la variabilité au sein de différentes populations de palmier ainsi que pour caractériser l’accumulation d’huile durant le développement du mésocarpe et de l’amande. Puis, nous avons entrepris de tester, dans le système du double hybride de levure, les interactions entre toutes les enzymes de la voie de Kennedy et celles responsables des mécanismes d’édition, et mis en évidence 241 interactions, dont 132 sont fortes, 73 moyennes et 36 faibles. Ces résultats suggèrent que ces enzymes pourraient s’assembler en complexes supra-moléculaires susceptibles de former des métabolons. Certaines isoformes d’une même enzyme ont des profils d’interaction distincts, ce qui ouvre des perspectives pour de futures recherches. De plus, nous avons caractérisé, par expression fonctionnelle dans un mutant de levure dépourvu de TAG, une acyltransférase présumée (EgWSD1-like) ainsi que les trois formes majeures de diacylglycérol acyltransférases du mésocarpe. EgWSD1-like ne restaure que l’activité de synthèse d’esters de cire dans le mutant, tandis que les trois DGAT complémentent toutes la déficience en TAG du mutant, avec d’apparentes spécificités distinctes vis-à-vis des acides gras. / Oil palm is the highest oil-yielding crop-plant, accounting for approximately 40% of the total world vegetable oil production. The fruit accumulates oil, made of triacylglycerol (TAG) molecules, in both mesocarp and kernel with totally different fatty acid profiles. Fatty acids are assembled into oil through Kennedy pathway in the endoplasmic reticulum, which is complicated by editing processes involving phosphatidylcholine metabolism. To investigate oil assembly in oil palm, we use lipidomics as a tool to analyze different populations of palm to search for TAG structural diversity, and to further characterize changes in lipid content and composition in mesocarp and kernel during fruit ripening. We used yeast two-hybrid system (split ubiquitin) to test protein-protein interactions for almost all the enzymes (32) involved in oil assembly pathway, and we demonstrated 241 interactions, including 132 strong interactions, 73 medium interactions and 36 weak interactions. Our results suggest that all enzymes might assemble into one or several complexes that may form metabolons. In addition, different isoforms of enzymes showed distinct interaction profiles, providing hints for future studies. Moreover, we also characterized the in vivo function of a putative acyltransferase (designated EgWSD1-like) possibly involved in oil assembly and the three major diacylglycerol acyltransferase (DGAT) isoforms of palm mesocarp in the mutant yeast H1246, which is devoid of neutral lipid synthesis. EgWSD1-like only shows wax ester synthase activity in yeast, while three EgDGATs all can restore TAG biosynthesis in yeast with different substrate specificities.

Projet I : Les endospores représentent un état de dormance des bactéries leur permettant de résister à des conditions extrêmes et de persister pendant des années. La formation d'endospores a façonné l'évolution puisqu’elle se produit exclusivement chez les Firmicutes. Plusieurs études ont rapporté la formation d'endospores chez des espèces en dehors des Firmicutes, en particulier chez deux espèces de Protéobactéries, Rhodobacter johrii et Serratia marscescens, et une espèce d'Actinobacteries, Mycobacterium marinum. Le fait d’identifier les endospores en dehors des Firmicutes pourrait affecter la forme de l'arbre de vie et aiderait dans notre lutte contre les agents pathogènes humains. Par conséquent, nous avons visé d’étudier l'endosporulation chez ces trois espèces en utilisant des approches avancées d'imagerie et d'analyse, y compris la microscopie corrélative alliant la microscopie optique et électronique (CLEM), la tomographie de cryo- électron (cryo-ET) et la lipidomique. Nous avons utilisé la bactérie sporulante bien caractérisée Bacillus subtilis comme contrôle positif de la sporulation. L'examen de R. johrii, S. marcescens et M. marinum en utilisant CLEM et cryo-ET a montré que les objets à phase brillante ne ressemblaient à aucun stade de l'endosporulation. Les cryo-tomogrammes ont montré que les objets à phase brillante chez S. marcescens étaient des débris cellulaires agrégés de cellules mortes, alors qu'ils présentaient des structures granulaires typiques des cellules bactériennes chez les R. johrii et M. marinum. L'analyse lipidomique chez R. johrii a identifié les structures granulaires comme des granules de stockage potentiels enrichis en triacylglycérides (TAG). Nous pensons que les TAG peuvent fournir une source d'énergie pour résister à l'épuisement des nutriments. Des approches biochimiques et bioinformatiques supplémentaires ont soutenu nos conclusions selon lesquelles R. johrii, S. marcescens et M. marinum sont des bactéries non sporulantes. Projet II : Les plasmides jouent un rôle vital dans la propagation des gènes de résistance au sein et entre les espèces bactériennes. Par conséquent, il est essentiel de comprendre les systèmes bactériens impliqués dans le transfert et la maintenance des plasmides pour mieux aider dans notre lutte contre la propagation de la résistance aux antibiotiques. Dans cette thèse de doctorat, nous avons cherché à caractériser l'opéron alp7ARC, en utilisant l'homologue de l'actine bactérienne Alp7A pour séparer le plasmide pLS20 codant pour la résistance à la tétracycline dans B. subtilis. La stabilité du plasmide s'est avérée dépendante de l'opéron alp7ARC, indiquant un rôle essentiel dans la ségrégation plasmidique. Nos résultats préliminaires sur Alp7A ont montré qu'il s'assemble dans une nouvelle nanostructure tubulaire plutôt que des filaments, suggérant un nouveau mécanisme de ségrégation de l'ADN par Alp7A. Nous avons également étudié la structure d'Alp7A in vivo en utilisant une combinaison d'approches, notamment la biologie moléculaire, la Cryo-ET et la fLM. Nous avons également utilisé la CLEM pour localiser Alp7A dans des cellules entières à une résolution macromoléculaire. En outre, nous avons étudié la structure et la fonction d'Alp7A in vitro en transfectant B. subtilis et E. coli avec diverses constructions plasmidiques incorporant des mutations dans le gène d’Alp7A. Nous avons déployé différentes méthodes pour la purification de la protéine Alp7A, y compris la séparation par chromatographie, et le fractionnement au sulfate d'ammonium. J'ai discuté des divers défis que nous avons rencontrés dans ces expériences, tels que la contamination, l'instabilité de la protéine Alp7A et l'épaisseur bactérienne. Enfin, j'ai proposé des approches expérimentales alternatives qui aideraient à étudier le mécanisme de ségrégation des plasmides par Alp7ARC. / Project I: Endospores represent a dormant state of bacteria that allows them to withstand extreme conditions and persist for years. Endospore formation has shaped evolution, whereby it exclusively occurs in Firmicutes. Several studies have reported endospore formation in species outside of Firmicutes, particularly in two species of Proteobacteria, Rhodobacter johrii and Serratia marcescens, and one species of Actinobacteria, Mycobacterium marinum. Identifying endospores outside of Firmicutes would affect the shape of the tree of life and aid in our fight against human pathogens. Therefore, we aimed to investigate endosporulation in these three species using advanced imaging and analytical approaches, including correlative light and electron microscopy (CLEM), cryo-electron tomography (cryo-ET), and lipidomics. We used the well-characterized sporulating bacterium Bacillus subtilis as a positive control of sporulation. Examination of R. johrii, S. marcescens, and M. marinum using CLEM and cryo-ET showed that phase-bright objects did not resemble any stages of endosporulation. Cryo-tomograms revealed that the phase-bright objects in S. marcescens were aggregated cellular debris of dead cells, whereas they displayed granular structures typical of bacterial cells in R. johrii and M. marinum. Lipidomic analysis in R. johrii identified the granular structures as potential storage granules enriched with triacyl-glycerides (TAGs). We speculate that TAGs may provide an energy source to withstand the nutrient depletion. Additional biochemical and bioinformatics approaches supported our conclusions that R. johrii, S. marcescens, and M. marinum are non-sporulating bacteria. Project II: Plasmids play a vital role in the spread of resistance genes within and across bacterial species. Therefore, it is essential to understand the bacterial systems involved in the transfer and maintenance of plasmids to better aid in our fight against the spread of antibiotic resistance. In this doctorate, we aimed to characterize the alp7ARC operon, employing the bacterial actin homolog Alp7A to segregate the tetracycline resistance-encoding plasmid pLS20 in B. subtilis. The stability of the plasmid was shown to be dependent on the alp7ARC operon, indicating an essential role in plasmid segregation. Preliminary results on Alp7A showed that it assembles into a novel tubular nanostructure rather than filaments, suggesting a novel mechanism for DNA segregation by Alp7A. We further studied the structure of Alp7A in vivo using combination of approaches, including molecular biology, cryo-ET, and fLM. We also used CLEM to localize Alp7A in whole cells to a macromolecular resolution. Besides, we investigated the structure and function of Alp7A in vitro by transfecting E. coli with various plasmid constructs and purification by several methods, including affinity chromatography and ammonium sulfate precipitation. I discussed the diverse challenges we encountered in these experiments, such as bacterial thickness, contamination, and Alp7A protein instability. Finally, I proposed alternative experimental approaches for investigating the mechanism of plasmid segregation by Alp7ARC.