Cette thèse porte sur l'étude de structures lasers à semi-conducteurs à base d'îlots et de bâtonnets quantiques, connues pour avoir quelques propriétés remarquables telles leur fort gain, leur effet non-linéaire renforcé, leur faible courant de seuil, leur haute température caractéristique ... Les caractérisations en termes de bruit d'intensité et d'injection optique de ces structures montrent un comportement atypique comparativement aux structures classiques (massives ou à base de puits quantiques). Nous avons pu ainsi comparer le bruit d'un laser DFB à bâtonnets quantiques avec celui d'un laser DFB massif ou à puits quantiques. Des études comparatives de bruit ont aussi été effectuées sur des lasers de type Fabry-Perot. Une modélisation du bruit a été confrontée aux résultats expérimentaux et montre l'importance de la prise en compte de la couche de mouillage. L'injection optique, contrairement aux propriétés d'un laser classique, présente un grand nombre de régimes dynamiques fortement non linéaires près du seuil laser (r~1,1) et peu de régimes à seuil modéré (r~3). Ces résultats nous indiquent finalement que le couplage des modes longitudinaux est à la fois fort et fortement amorti par l'interaction avec la couche de mouillage, ce qui nous donne des pistes très intéressantes pour la modélisation du blocage de modes observé dans ces structures.

In type 1 diabetes (T1D) a combination of genetic predisposition and environmental factors triggers islet inflammation (insulitis) leading to a selective and gradual destruction of the pancreatic beta cells. Beta cells mainly die through apoptosis, triggered at least in part by pro-inflammatory cytokines such as IL-1β, TNF-α and IFN-γ. Recent findings suggest that the mitochondrial pathway of cell death is involved in this death cascade. Array analysis indicated that TNF-α+IFN-γ induces transcription factors such as NF-ĸB, STAT1, and AP-1 in beta cells. We presently aimed to examine the pathway(s) of apoptosis triggered by TNF-α+IFN-γ in beta cells. <p>TNF-α+IFN-γ induces beta cell apoptosis through the intrinsic pathway of cell death. This involved activation of the BH3 only proteins DP5, PUMA and Bim. Knockdown (KD) of either DP5 or PUMA or both led to a partial protection of INS-1E cells (12-20%), while silencing Bim led to about 60% protection against cytokine-induced apoptosis. Bim is transcriptionally induced by activated STAT1. TNF-α+IFN-γ also induces downregulation of Bcl-XL, an anti-apoptotic Bcl-2 gene which inhibits Bim. Knocking down Bcl-XL alone led to increase in apoptosis, but this was prevented by the parallel KD of Bim.<p>The ultimate goal of our research is to protect beta cells from the autoimmune assault. Previous data revealed that JunB inhibits ER stress and apoptosis in beta cells treated with IL-β+IFN-γ. Here, TNF-α+IFN-γ up-regulated the expression of JunB which was downstream of activated NF-ĸB. JunB KD exacerbated TNF-α+IFN-γ induced beta cell death in primary rat beta cells and INS-1E cells. The gene networks affected by JunB were studied by microarray analysis. JunB regulates 20-25% of the cytokine-modified beta cell genes, including the transcription factor ATF3 and Bcl-XL. ATF3 expression was increased in cytokine-treated human islets and in vitro silencing of JunB led to >60% reduction in ATF3 overexpression. We confirmed direct JunB regulation of the ATF3 promoter by its binding to an ATF/CRE site. Silencing of ATF3 aggravated TNF-α+IFN-γ induced cell death in beta cells and led to the downregulation of Bcl-XL expression in INS-1E cells. Pharmacological upregulation of JunB using forskolin led to upregulation of ATF3 and consistent protection of these cells against cytokine-induced cell death, while genetic overexpression of JunB in mice increased ATF3 expression in the pancreatic islets and reversed the pro-apoptotic effects of cytokines on beta cells (±40 % protection). <p>As a whole, our findings indicate that TNF-α+IFN-γ triggers beta cell apoptosis by the upregulation of the pro-apoptotic protein Bim and downregulation of the Bcl-XL protein. These deleterious effects are at least in part antagonized by JunB via activation of ATF3. <p><p>Dans le diabète de type 1 (DT1), la combinaison de facteurs génétiques de prédisposition et de l'environnement déclenche l'inflammation des îlots de Langerhans (insulite) conduisant à une destruction sélective et progressive des cellules bêta du pancréas. Les cellules bêta meurent principalement d’apoptose, déclenchée au moins en partie par les cytokines pro-inflammatoires sécrétées par les cellules immunitaires comme l’IL-β, le TNF-α l’IFN-γ. De récentes découvertes suggèrent que la voie mitochondriale de la mort cellulaire jouerait un rôle dans la mort de ces cellules. L'analyse de réseaux de gène utilisant les biopuces d’ADN indique que l’association TNF-α+IFN-γ induit l’activation de facteurs de transcription tels que NF-ĸB, STAT1 et AP-1 dans la cellule bêta. Dans ce contexte, nous avons cherché à examiner les voies de l'apoptose déclenchées par le TNF-α+IFN-γ dans la cellule bêta. <p>En présence de TNF-α+IFN-γ les cellules bêta meurent par apoptose via la voie intrinsèque. L’activation des protéines pro-apoptotiques « BH3-seulement » dont DP5, PUMA et Bim étaient en cause de cette apoptose. Le « knockdown »1 (KD), de DP5 ou de PUMA, ou des deux en même temps conduit à une protection partielle des cellules INS-1E (12-20%), tandis que le KD de Bim conduit à environ 60% de protection contre l’apoptose induite par cette combinaison de cytokines. La transcription de Bim est induite par STAT1 activé. Parallèlement à la régulation positive de Bim, TNF-α+IFN-γ conduit à la régulation négative de la protéine Bcl-XL. Bcl-XL est une protèine anti-apoptotique de la famille de protèines Bcl-2 qui en general inhibe Bim. Réduire l’expression de Bcl-XL seul induit une augmention de l'apoptose, alors que le KD de Bim et Bcl-XL en parallèle empêche l'apoptose.<p>Le but ultime de notre recherche est de protéger les cellules bêta des agressions autoimmunitaires. Les données antérieures ont révélé que JunB inhibe le stress du réticulum endoplasmique et l'apoptose dans les cellules bêta traitées avec IL-β+IFN-γ. Nous avons observé que TNF-α+IFN-γ induit l'expression de JunB qui se produit en aval de NF-ĸB activé. Il est important de noter que l’inactivation de JunB par des agents interférants de l’ARN (siRNA) exacerbe la mort des cellules primaires bêta de rat et de cellules INS-1E induite par les cytokines. Les réseaux de gènes touchés par JunB ont été étudiés grâce a l'analyse en microréseaux. JunB règule 20-25% des gènes modifiés par des cytokines dans les cellules bêta, y compris le facteur de transcription ATF3 et Bcl-XL. L’expression d’ATF3 est augmenté dans les îlots humains traités avec les cytokines et la répression in vitro de JunB conduit à une réduction de >60% de l’expression d’ATF3. Nous avons confirmé la régulation d’ATF3 par JunB en montrant que JunB est directement lié au promoteur d’ATF3 via le site ATF/CRE. La diminution d’expression d’ATF3 en presence de TNF-α+IFN-γ a aggravé la mort cellulaire induite dans les cellules bêta et a conduit à la régulation négative de l'expression de Bcl-XL dans les cellules INS-1E. L’augmentation pharmacologique de JunB dans les cellules INS-1E par l’utilisation de forskolin a conduit à la régulation positive en aval d’ATF3 et par conséquente à la protection de cellules bêta vis-a-vis de effets indésirables des cytokines. Dans cette optique, la surexpression génétique de JunB dans le modèle Ubi-JunB de souris transgénique a conduit à une surexpression d’ATF3 dans les îlots pancréatiques et a permir d’inverser les effets pro-apoptotiques de cytokines sur la cellule bêta (protection ± 40%).<p>Globalement, ces résultats indiquent que TNF-α+IFN-γ déclenche l'apoptose des cellules bêta par la régulation positive du gène pro-apoptotique Bim et la régulation négative du gène anti-apoptotique Bcl-XL. Ces effets indésirables sont inhibé en partie par JunB via l’activation de ATF3.<p><p>1Pas d’équivalent en français. Signifie la réduction de l’expression d’un gène via utilisation d’un siRNA (agent interférant de l’ARN).<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The endoplasmic reticulum (ER) is the organelle responsible for synthesis and folding of secreted and membranous protein and lipid biosynthesis. It also functions as one of the main cellular calcium stores. Pancreatic beta-cells evolved to produce and secrete insulin upon demand in order to regulate blood glucose homeostasis. In response to increases in serum glucose, insulin synthesis represents nearly 50% of the total protein biosynthesis by beta-cells. This poses an enormous burden on the ER, rendering beta-cells vulnerable to agents that perturb ER function. Alterations of ER homeostasis lead to accumulation of misfolded proteins and activation of an adaptive response named the unfolded protein response (UPR). The UPR is transduced via 3 ER transmembrane proteins, namely PERK, IRE-1 and ATF6. The signaling cascades activated downstream of these proteins: a) induce expression of ER resident chaperones and protein foldases. Increasing the protein folding capacity of the ER; b) attenuate general protein translations which avoids overloading the stressed ER with new proteins; c) upregulate ER-associated degradation (ERAD) genes, which decreases the unfolded protein load of the ER. In severe cases, failure by the UPR to solve the ER stress leads to apoptosis. The mechanisms linking ER stress to apoptosis are still poorly understood, but potential mediators include the transcription factors Chop and ATF3, pro-apoptotic members of the Bcl-2 familly, the caspase 12 and the kinase JNK. <p>Accumulating evidence suggest that ER stress contributes to beta-cell apoptosis in both type 1 and type 2 diabetes. Type 1 diabetes is characterized by a severe insulin deficiency resulting from chronic and progressive destruction of pancreatic beta-cells by the immune system. During this autoimmune assault, beta-cells are exposed to cytokines secreted by the immune cells infiltrating the pancreatic islets. Our group has previously shown that the pro-inflamatory cytokines interleukin-1beta (IL1-beta and interferon-gamma (IFN-gamma), via nitric oxide (NO) formation, downregulate expression and function of the ER Ca2+ pump SERCA2. This depletes beta-cell ER Ca2+ stores, leading to ER stress and apoptosis. Of note, IL1-beta alone triggers ER stress but does not induce beta-cell death, while IFN-gamma neither causes ER stress nor induces beta-cell death. Together, these cytokines cause beta-cell apoptosis but the mechanisms behind this synergistic effect were unknown.<p>Type 2 diabetes is characterized by both peripheral resistance to insulin, usually as a result of obesity, and deficient insulin secretion secondary to beta cell failure. Obese patients have high levels of circulating free fatty acids (FFA) and several studies have shown that the FFA palmitate induces ER stress and beta-cell apoptosis.<p>In the present work we initially established an experimental model to specifically activate the ER stress response in pancreatic beta-cells. For this purpose, insulinoma cells (INS-1E) or primary rat beta-cells were exposed to the reversible chemical SERCA pump blocker cyclopiazonic acid (CPA). Dose-response and time course experiments determined the best conditions to induce a marked ER stress without excessive cell death (<25%).<p>The first goal of the work was to understand the synergistic effects of IL1-beta and IFN-gamma leading to pancreatic beta-cell apoptosis. Our group previously observed, by microarray analysis of primary beta-cells, that IFN-gamma down-regulates mRNAs encoding for some ER chaperones. Against this background, our hypothesis was that IFN-gamma aggravates beta-cell ER stress by decreasing the ability of these cells to mount an adequate UPR. To test this hypothesis, we investigated whether IFN-gamma pre-treatment augments CPA-induced ER stress and beta cell death. The results obtained indicated that IFN-gamma pre-treatment potentiates CPA-induced apoptosis in INS-1E and primary beta-cells. This effect was specific for IFN-gamma since neither IL1-beta nor a low dose CPA pre-treatment potentiated CPA-induced apoptosis in INS-1E cells. These effects of IFN-gamma were mediated via the down regulation of genes involved in beta cell defense against ER stress, including the ER chaperones BiP, Orp150 and Grp94 as well as Sec61, a component of the ERAD pathway. This had functional consequences as evidenced by a decreased basal and CPA-induced activity of a reporter construct for the unfolded protein response element (UPRE) and augmented expression of the pro-apoptotic transcription factor Chop. <p>We next investigated the molecular regulation of the Chop gene in INS-1E cells in response to several pro-apoptotic and ER stress inducing agents, namely cytokines (IL1-beta and IFN-gamma), palmitate, or CPA. Detailed mutagenesis studies of the Chop promoter showed differential regulation of Chop transcription by these compounds. While cytokines (via NO production)- and palmitate-induced Chop expression was mediated via a C/EBP-ATF composite and AP-1 binding sites, CPA induction required the C/EBP-ATF site and the ER stress response element (ERSE). Cytokines, palmitate and CPA induced ATF4 protein expression and further binding to the C/EBP-ATF composite site, as shown by Western blot and EMSA experiments. There was also formation of distinct AP-1 dimers and binding to the AP-1 site after exposure to cytokines or palmitate. <p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’objectif est de distinguer les îlots boisés relictuels des néoformés dans une matrice agricole, de les recenser avant de les caractériser et d’évaluer leur biodiversité et pour finir d’en tirer un modèle. La méthode associe le recours aux archives et aux photographies aériennes à l’enquête de terrain (1996-2007). L’approche cartographique s’est faite par analyse régressive (2004-1620). Le seuil temporel permet de reconnaître 152 îlots (<50ha) dont l’existence est attestée avant 1620. L’analyse régressive s’appuie sur le réseau viaire, élément fixe et structurant du paysage, pour cartographier les petits bois.On constate une forte relation entre la localisation des îlots relictuels, les tracés antiques et les chemins médiévaux. La caractérisation et l’évaluation de la biodiversité des relictuels s’effectuent selon une démarche spatio-temporelle pluriscalaire, et à partir d’une comparaison avec les îlots néoformés. L’analyse à partir de la canopée informe sur la texture de la couverture boisée et la dynamique du manteau forestier, sur les coupes, les lisières et le réseau viaire intraforestier. L’analyse de la structure interne porte sur la diversité taxinomique et la diversité écologique des espèces végétales et des espèces aviaires indicatrices. Ces analyses font apparaître la spécificité des relictuels, dont est proposé un modèle. Il s’agit soit de fragments de forêts anciennes, soit en plus grand nombre de formations boisées secondaires mais anciennes, gallo-romaines, mérovingiennes ou médiévales. / The purpose is to distinguish the relictual forest islands from the recent ones in an agricultural matrix; to inventory and characterize them and to assess their biodiversity, and eventually to develop a model. The method combines the resort to archives and aerial photographs with field studies (1996-2007). The mapping approach has been based on regression analysis (2004-1620). The time threshold has made it possible to identify 152 woodlots (<50ha) which presence was attested before 1620. The regression analysis to map the wood patches has been based on the path network, which is a fixed and structuring element of the landscape. There is a strong relation between the location of the relictual forest islands, the antique tracks and the medieval paths. The characterization and assessment of the relictual forest islands biodiversity have been carried out following a time and space pluri-scalar approach and from a comparison with recent forest islands. The analysis was based on the shapeless canopy, the texture and dynamics of the forest cover, the cuttings, the edges and the internal forest path network. The analysis of the internal structure focuses on the taxonomic diversity and the ecological diversity of the plant species and the indicator bird species. These analyses have stressed the specificity of the relictual forest islands, a model of which has been developed. They are either fragment of ancient forests, or, in most cases, secondary but old forest forms from the Gallo-Roman, Merovingian or medieval time.

Le diabète de type 2 (DT2) résulte de l’incapacité des cellules β sécrétrices d’insuline à compenser la résistance à l’insuline qui s’installe chez les patients obèses. Un traitement potentiel viserait donc à augmenter la sécrétion d’insuline. Dans ce sens, les récepteurs aux acides gras GPR120 et GPR40 potentialisent la sécrétion d’insuline. Cependant, la signalisation GPR120 dans les îlots est méconnue. L’activation de GPR120 diminue la sécrétion de somatostatine (SST), un inhibiteur de la sécrétion d’insuline, par les cellules δ. Ces deux récepteurs régulent l’homéostasie du glucose et sont donc possiblement complémentaires. Nos objectifs étaient d’étudier la signalisation GPR120 dans les îlots pancréatiques, ainsi que la complémentarité des récepteurs GPR120 et GPR40 dans le contrôle de l’homéostasie glucidique. À l’aide d’îlots isolés de souris n’exprimant pas GPR120, constitutivement ou uniquement dans les cellules δ, nous avons étudié le rôle de GPR120 dans les sécrétions d’insuline, glucagon et de SST. Nous avons ensuite étudié des souris n’exprimant pas GPR40, GPR120 ou les deux, sous une diète riche en gras pendant 12 semaines pour étudier la complémentarité des deux récepteurs. L’activation de GPR120 diminue la sécrétion de SST et stimule les sécrétions d’insuline et de glucagon dans les îlots isolés. Cet effet est aboli par la délétion de GPR120 dans les cellules δ in vitro, et la double délétion de GPR120 et GPR40 ne révèle pas d’action complémentaire dans l’homéostasie glucidique. Ces résultats suggèrent que la signalisation GPR120 dans les cellules δ est responsable de l’amélioration de la fonction des îlots. Une meilleure compréhension du rôle joué par GPR120 dans la fonction des îlots et l’homéostasie du glucose est cruciale et pourrait permettre le développement de nouvelles options thérapeutiques dans le traitement du diabète. / In obese patients, type 2 diabetes stems from the failure of the insulin-secreting beta cells to compensate for insulin resistance. Increasing insulin secretion is therefore a viable treatment strategy. In this regard, G protein-coupled receptors (GPCR) are proven therapeutic targets. Activation of the GPCR for long-chain saturated and unsaturated fatty acid GPR40 and GPR120 increase insulin secretion in response to glucose. However, exactly how GPR120 potentiates insulin secretion is unknown. GPR120 and GPR40 both regulate glucose homeostasis and therefore could act in a complementary manner. We aimed to decipher GPR120 signalling in the pancreatic islets and study the complementary roles of GPR120 and GPR40 in maintaining glucose homeostasis. To this aim, we first measured insulin, glucagon and somatostatin secretion following GPR120 activation in isolated islets from mice with a global or somatostatin-cell-specific knock-out of GPR120. Then we studied glucose metabolism in mice with global deletion of GPR120, GPR40 or both, under a high fat diet for 12 weeks. We observed increased insulin and glucagon secretions mirrored by a decreased in somatostatin release following GPR120 activation in isolated islets, an effect abolished by a global or δ-specific deletion of GPR120. A double deletion of GPR120 and GPR40 did not have more impact on glucose metabolism or beta-cell function compared to a simple deletion of either receptor. A better understanding of the GPR120 role in islet function is crucial and could lead to the discovery of new therapeutic options.

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens. / Type 2 diabetes is characterized by insulin resistance and impaired insulin secretion from the pancreatic β-cell. Endoplasmic reticulum (ER) stress and innate immunity have both been reported to alter pancreatic β-cell function. However, it is not clear whether these factors can affect the transcription of the insulin gene. The aim of this thesis was to assess the role of ER stress and innate immunity in the regulation of the insulin gene. Pancreatic β-cells have a well-developed endoplasmic reticulum (ER) due to their highly specialized secretory function to produce insulin in response to glucose and nutrients. In a first study, using several approaches we showed that ATF6 (activating transcription factor 6), a protein implicated in the ER stress response, directly binds to the A5/Core of the insulin gene promoter in isolated rat islets. We also showed that overexpression of the active (cleaved) fragment of ATF6α, but not ATF6β, inhibits the activity of an insulin promoter-reporter construct. However, the inhibitory effect of ATF6α was insensitive to mutational inactivation or deletion of the A5/Core. Therefore, although ATF6 binds directly to the A5/Core of the rat insulin II gene promoter, this direct binding does not appear to contribute to its repressive activity. In recent years, the gut microbiota was proposed has an environmental factor increasing the risk of type 2 diabetes. Subjects with diabetes have higher circulating levels of lipopolysaccharides (LPS) than non-diabetic patients. Recent observations suggest that the signalling cascade activated by LPS binding to Toll-Like Receptor 4 (TLR4) exerts deleterious effects on pancreatic β-cell function; however, the molecular mechanisms of these effects are incompletely understood. We showed that exposure of isolated human, rat and mouse islets of Langerhans to LPS dose-dependently reduced insulin gene expression. This was associated in mouse and rat islets with decreased mRNA expression of two key transcription factors of the insulin gene, PDX-1 (pancreatic duodenal homeobox 1) and MafA (mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). LPS repression of insulin, PDX-1 and MafA expression was not observed in islets from TLR4-deficient mice and was completely prevented in rat islets by inhibition of the NF-kB signalling pathway. These results demonstrate that LPS inhibits β-cell gene expression in a TLR4-dependent manner and via NF-kB signaling in pancreatic islets, suggesting a novel mechanism by which the gut microbiota might affect pancreatic β-cell function. Our findings provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying insulin gene repression in type 2 diabetes, and suggest potential therapeutic targets that might prevent or delay the decline of β-cell function in the course of type 2 diabetes, which affects more than two million Canadians.

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Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens. / Type 2 diabetes is characterized by insulin resistance and impaired insulin secretion from the pancreatic β-cell. Endoplasmic reticulum (ER) stress and innate immunity have both been reported to alter pancreatic β-cell function. However, it is not clear whether these factors can affect the transcription of the insulin gene. The aim of this thesis was to assess the role of ER stress and innate immunity in the regulation of the insulin gene. Pancreatic β-cells have a well-developed endoplasmic reticulum (ER) due to their highly specialized secretory function to produce insulin in response to glucose and nutrients. In a first study, using several approaches we showed that ATF6 (activating transcription factor 6), a protein implicated in the ER stress response, directly binds to the A5/Core of the insulin gene promoter in isolated rat islets. We also showed that overexpression of the active (cleaved) fragment of ATF6α, but not ATF6β, inhibits the activity of an insulin promoter-reporter construct. However, the inhibitory effect of ATF6α was insensitive to mutational inactivation or deletion of the A5/Core. Therefore, although ATF6 binds directly to the A5/Core of the rat insulin II gene promoter, this direct binding does not appear to contribute to its repressive activity. In recent years, the gut microbiota was proposed has an environmental factor increasing the risk of type 2 diabetes. Subjects with diabetes have higher circulating levels of lipopolysaccharides (LPS) than non-diabetic patients. Recent observations suggest that the signalling cascade activated by LPS binding to Toll-Like Receptor 4 (TLR4) exerts deleterious effects on pancreatic β-cell function; however, the molecular mechanisms of these effects are incompletely understood. We showed that exposure of isolated human, rat and mouse islets of Langerhans to LPS dose-dependently reduced insulin gene expression. This was associated in mouse and rat islets with decreased mRNA expression of two key transcription factors of the insulin gene, PDX-1 (pancreatic duodenal homeobox 1) and MafA (mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). LPS repression of insulin, PDX-1 and MafA expression was not observed in islets from TLR4-deficient mice and was completely prevented in rat islets by inhibition of the NF-kB signalling pathway. These results demonstrate that LPS inhibits β-cell gene expression in a TLR4-dependent manner and via NF-kB signaling in pancreatic islets, suggesting a novel mechanism by which the gut microbiota might affect pancreatic β-cell function. Our findings provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying insulin gene repression in type 2 diabetes, and suggest potential therapeutic targets that might prevent or delay the decline of β-cell function in the course of type 2 diabetes, which affects more than two million Canadians.

L’urbanisation transforme et fragmente le paysage en plus de changer son climat et d’induire une homogénéisation biotique mondiale, c’est-à-dire une perte de biodiversité inter-habitats. Qu’elles soient historiques ou contemporaines, naturelles ou humaines, les nombreuses perturbations au sein d’une ville compliquent l’étude des relations entre les plantes et leur environnement, mais l’originalité de cette thèse est de les décortiquer soigneusement à diverses échelles de temps et d’espace. Mes recherches visent à comprendre l’effet de l’urbanisation sur la diversité floristique et fonctionnelle des boisés. L’étude se déroule à Montréal et sur trois îles environnantes, au cœur de la région la plus peuplée du Québec. J’examine d’abord les changements temporels des communautés végétales d’un boisé, et identifie les processus en cause. La comparaison d’inventaires effectués au Bois-de-Saraguay (96 ha), avec ceux d’une étude similaire menée 30 ans plus tôt, a permis d’atteindre cet objectif. Je regarde ensuite s’il est possible de recourir aux ptéridophytes pour estimer l’intégrité forestière urbaine. À cette fin, la diversité ptéridologique a été répertoriée au sein de 82 boisés (paysage) et de 225 quadrats (microhabitats). Des variables révélatrices des perturbations ont servi à définir les niveaux d’intégrité. En troisième lieu, j’identifie les rôles des contraintes (filtres) associées à l’urbanisation et des processus sous-jacents dans l’assemblage des communautés de sous-bois. Pour ce faire, la diversité des plantes vasculaires de sous-bois a été recensée dans 50 boisés et 431 quadrats. Avec ces données, 18 aspects de la diversité taxinomique et fonctionnelle ont été examinés. Des filtres de grande (paysage) et fine (habitat) échelles ont été définis à partir de variables environnementales et spatiales. Mon dernier objectif consiste à dresser le portrait de la flore de l’aire d’étude. Mon analyse des communautés du Bois-de-Saraguay révèle qu’une homogénéisation fonctionnelle du sous-bois s’y est produite. Celle-ci résulte d’une réorganisation spatiale des populations dans laquelle des espèces similaires — comprenant les plantes ligneuses à fruits charnus et clonales — sont devenues dominantes. Selon mes résultats, ces changements ont commencé grâce à des événements de dissémination des espèces, puis en suivant les perturbations anthropiques en place. Mon analyse de la diversité ptéridologique montre qu’elle diminue dans les boisés perturbés par l’effet d’îlots de chaleur et par l’effet de lisières. Des niveaux d’intégrité du paysage forestier et des microhabitats peuvent donc être indiqués par les ptéridophytes. Mon analyse de la flore de sous-bois montre que les caractéristiques contemporaines des forêts, de la matrice urbaine et des habitats locaux représentent les trois catégories de filtres qui façonnent le plus d’aspects de la diversité végétale. L’histoire forestière influence peu d’aspects, hormis la présence de plantes exotiques par exemple. L’assemblage des communautés est principalement contrôlé par l’environnement et très secondairement par des processus spatiaux tels que la dissémination végétale. L’analyse des filtres révèle que les grands boisés sont riches en espèces, alors que les petits ou ceux de formes allongées favorisent les plantes clonales ou de grande taille. Les plantes se disséminant sans assistance se rencontrent davantage dans les boisés des zones faiblement urbanisées, les arbustes exotiques dans les zones résidentielles et les espèces à fruits adhésifs dans les zones fortement bâties. Les îlots de chaleur font chuter la diversité de traits fonctionnels. À petite échelle, la couverture arborée et arbustive influence fortement le type de diversité des sous-bois. De plus, mes inventaires dévoilent que les boisés étudiés sont très riches en plantes indigènes, qu’ils recèlent encore de nouvelles espèces pour le Québec, et ne comptent pas moins de 20 % de la flore provinciale. En somme, ma thèse milite en faveur de la conservation de l’ensemble des boisés urbains, même ceux de petite taille. / Urbanization transforms and fragments the landscape. It also changes its climate and induces a global biotic homogenization, namely a loss of between-habitat biodiversity. Whether historical or contemporary, natural or human, the numerous disturbances within a city make it difficult to study the relationships between plants and their environment. The originality of this thesis is to dissect them at various scales of time and space carefully. In this context, my main aim is to understand the effect of urbanization on the floristic and functional diversity of woodlands. My study takes place in Montreal and on three surrounding islands of the most populated region of Quebec. I first examine the temporal changes of communities in a forest park and identify the processes involved. The comparison of inventories carried out in the Bois-de-Saraguay (96 ha), with similar surveys conducted 30 years ago, made it possible to achieve this objective. Second, I consider the possibility of using pteridophytes to estimate the urban forest integrity. To this end, I recorded pteridological diversity among 82 woodlands (landscape) and 225 quadrats (microhabitats). I used metrics of disturbances to define the integrity levels. Third, I identify the roles of constraints (filters) associated with urbanization and underlying processes in the assembly of understorey communities. To this aim, I identified the diversity of understorey vascular plants in 50 woodlands and 431 quadrats. From these data, I examined 18 taxonomic and functional diversity aspects. I defined large (landscape) and fine (habitat) scale filters based on environmental and spatial variables. My final objective is to describe the flora of the study area. My analyses reveal that a functional homogenization occurred in the understorey communities of the Bois-de-Saraguay. This homogenization results from a spatial reorganization of communities in which species with similar traits — including woody plants with fleshy fruits and clonality — became dominant. According to my results, these changes began through species dispersal events, then following anthropogenic disturbances in place. Pteridological diversity decreases in woodlands disturbed by the heat island effect and by the edge effect, suggesting that this group of species is a good surrogate for urban forest integrity. My analyses of the understorey flora show that the contemporary features of forests, urban matrix and local habitats represent the three categories of filters that shape the most aspects of plant diversity. Forest history influences few aspects, apart from the presence of exotic plants for example. The assembly of communities is mainly controlled by the environment and secondarily by spatial processes such as plant dispersal. Analysis of the filters reveals that large woodlands are species rich, while small or elongated ones favor tall or clonal plants. Plants with unassisted dispersal are more common in forests located in weakly urbanized areas, exotic shrubs in residential areas, and adhesive-fruit species in highly built-up areas. Urban heat islands significantly reduced the diversity of functional traits. At the fine scale, tree and shrub cover strongly influences the type of understorey diversity. Finally, my inventories reveal that the studied forests are very rich in native plants. They still harbor unrecorded species for Québec and account for no less than 20% of the provincial flora. Overall, my thesis argues for the preservation of all the urban forests, even small ones.