La pollution de l’environnement est un problème croissant à l’échelle mondiale. La phytoremédiation est une technique in situ qui utilise les plantes et les micro-organismes qui leur sont associés pour extraire, dégrader ou immobiliser les contaminants environnementaux. Il s’agit d’une méthode moins coûteuse et moins nocive pour l’environnement que les autres techniques de restauration conventionnelles. Le cuivre est un élément trace (ET) souvent trouvé dans les friches industrielles ; il est peu mobile en raison de sa forte liaison avec la matière organique et les particules d’argile. Lorsqu’il est présent en excès, il est nocif pour la flore et la faune. Nous avons mené une expérience en conteneurs impliquant deux espèces distinctes, Brassica napus L., une plante agricole cultivée en grande quantité au Canada et Salix nigra 'S05', une espèce ligneuse à croissance rapide originaire du sud-est du Canada qui ont été cultivées ensemble ou séparément. Le but était de comparer leur potentiel de phytoremédiation de sol contaminé avec du cuivre suivant différentes concentrations. Pour les deux espèces, le cuivre était présent en plus grande quantité dans les racines. Nous avons constaté que la polyculture, en plus de produire le plus de biomasse en général, permettrait la stabilisation et l’extraction maximale de Cu et que l’arrachage de la plante entière serait le moyen le plus efficace d’assurer l’élimination maximale de Cu du sol. De nouvelles expériences devront être effectuées, car le déracinement des plantes présente de nouveaux défis et de nombreux autres facteurs doivent être étudiés et pris en considération. / Environmental pollution is a growing problem on a global scale. Phytoremediation, an approach that uses plants and their associated microorganisms to extract, degrade or immobilise environmental contaminants, is cheaper and less harmful to the environment compared to other conventional remediation techniques such as excavation. Furthermore, phytoremediation can help restore the ecological integrity of an ecosystem and allows for the revegetation of the sites. Copper is a trace element (TE) often found in brownfields which has a low mobility partly due to its strong bond with organic matter and clay particles. When present in excess, Cu is harmful to both flora and fauna. We experimented with two distinct species, B. napus L., an crop species which is grown in large quantities in Canada and S. nigra ‘S05’, a fast-growing woody species native to south eastern Canada in order to compare their phytoremediation potential in various levels of copper-contaminated soil when grown together or in monoculture. For both species, the copper was present in greater quantities in the roots as expected. We observed that the polyculture, in addition to producing the most overall biomass, would allow for the maximum stabilization and extraction of Cu of all treatments and that the removal of the entire plant would be the most efficient way of ensuring Cu removal from the soil. Further experiments will have to be done since the uprooting of plants would present new challenges and multiple other factors would have to be studied and taken into consideration.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué et la troisième cause de mortalité liée au cancer chez les hommes au Canada. Un quart des patients diagnostiqués développeront une forme plus agressive de ce cancer. Bien que nous possédions plusieurs indices cliniques pronostiques dans les cancers localisés (score de Gleason, taux sérique d’antigène prostatique spécifique (APS), stade, etc.), ceux-ci sont insuffisants pour adéquatement distinguer les patients à faible risque de progression de ceux à haut risque. A ce jour, aucun biomarqueur pronostique n’est encore utilisé en clinique. Les cliniciens ont donc besoin de nouveaux outils plus efficaces pour stratifier ce cancer et pour s’assurer d’adapter au mieux le traitement à chaque patient. En nous basant sur la littérature et sur des études préliminaires (cohortes de moins de 65 patients), notre hypothèse est que les protéines PUMA-NOXA et les récepteurs membranaires de la famille ERBB seraient, lorsqu’utilisés en combinaison, des biomarqueurs prédictifs de la progression du cancer de la prostate. Les objectifs de cette thèse sont : 1) identifier et valider de bons anticorps pour chaque biomarqueur d’intérêt, 2) définir les niveaux d’expression de chaque biomarqueur sur une cohorte de 285 patients, et 3) établir les corrélations entre les niveaux d’expression et les données cliniques des patients. Dans l’optique d’une utilisation en clinique, des anticorps de type monoclonal ont été choisis pour identifier les biomarqueurs d’intérêts. Ces anticorps ont été testés et validés pour leur spécificité par immunobuvardage de type western blot et par immunofluorescence. La localisation de la protéine d’intérêt a été validée sur des échantillons de tissus de patients suivie de l’optimisation du multi-marquage sur les cellules épithéliales et basales. Après perfectionnement de l’analyse d’images, nous avons montré qu’une expression extrême (faible ou forte) de PUMA couplée à une forte expression de NOXA dans les glandes bénignes est associée à la rechute biochimique des patients. La présence de ces biomarqueurs dans les glandes bénignes permet d’envisager d’améliorer l’identification lors des premières biopsies des patients se qualifiant pour la surveillance active. Par ailleurs, le suivi de l’expression des récepteurs de la famille ERBB dans les glandes tumorales permet une stratification des patients atteints d’un cancer de la prostate en fonction des risques de rechute biochimique, de développement de métastases et de mort liée au cancer. Ainsi, les patients présentant la combinaison d’une forte expression de EGFR et d’une faible expression de ERBB3 sont les plus susceptibles de mourir spécifiquement de leur cancer de la prostate, en particulier si les cellules tumorales présentes en plus une faible expression de ERBB2 entrainant un fort risque de développer des métastases. Mon projet de doctorat aura donc permis d’identifier et de valider des biomarqueurs d’intérêt pour prédire l’évolution du cancer de la prostate et démontrer l’intérêt de suivre ces biomarqueurs en combinaison afin d’obtenir une meilleure stratification des patients. Ces résultats devront être validés sur une cohorte indépendante et multicentrique en vue de fournir aux cliniciens un plus grand nombre d’outils pour leur permettre de réaliser une stratification fine des patients atteints d’un cancer de la prostate, et ouvrirait la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques plus ciblées. / Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and the third leading cause of cancer-related death in men in Canada. A quarter of patients will develop a more aggressive form of this cancer. While there are several clinical prognostic variables for localized prostate cancer (Gleason score, prostate specific antigen (PSA) levels, stage, etc.), these are insufficient to adequately distinguish between low and high-risk of progression cases. As a result, clinicians need new, more effective tools to stratify this cancer and to ensure that treatments are best tailored to each patient. To date, no prognostic biomarker has yet been used clinically. Based on the literature and preliminary studies of small cohorts (less than 65 patients), we hypothesize that the protein expression of PUMA-NOXA and ERBB family members could help with the prediction of prostate cancer progression. The objectives of this thesis are: 1) to identify and validate antibodies for each biomarker of interest, 2) to define the expression levels of each biomarker on a 285 patient cohort, 3) to evaluate the correlation between marker expression levels and patient clinical data. For clinical use, monoclonal-type antibodies were chosen to identify the biomarkers of interest. These antibodies were validated for specificity by western blot and immunofluorescence techniques. The localization of the protein of interest was further identified within samples of patient tissues and additional optimization involving combinatorial staining for epithelial and basal cells. After refining the imaging and statistical analysis of PUMA and NOXA in benign glands, we found that extreme (weak or strong) PUMA expression coupled with high NOXA expression was associated with biochemical relapse. In addition, these proteins have significant potential for predicting disease evolution based on the initial radical prostatectomy sample. The presence of these proteins in benign glands would allow the identification of patients less suitable for active surveillance. Additionally, statistical analysis of ERBB family receptors in tumor glands, when used alone, allow stratification of prostate cancer patients for the prediction of biochemical relapse, development of metastases and also specific death from prostate cancer. Moreover, patients expressing a combination of high EGFR expression and low ERBB3 expression are at high risk of biochemical relapse and are at higher risk of prostate cancer specific mortality. In addition, coupling this high EGFR – low ERBB3 combination to a low ERBB2 expression helps classify patients at high risk of developing metastases. My doctoral research project will have made it possible to identify and validate biomarkers of interest for predicting the progression of prostate cancer and demonstrating the interest of combining these biomarkers in order to achieve better stratification of patients with prostate cancer. In the context of clinical utility, these results need to be validated on an independent and multicenter cohort in order to confirm these findings. This would eventually provide clinicians with a greater number of tools at their disposal to correctly anticipate patient trajectories and possibly identify new therapeutic targets for the control of the disease.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) constituent la première cause de mortalité dans le monde. Des efforts significatifs ont été menés pour améliorer la prévention des MCV et ont abouti à une réduction du taux de mortalité. Cependant, un ralentissement considérable du taux de réduction des MCV a été observé à partir de 2011 malgré les nouvelles avancées thérapeutiques. Ces taux alarmants justifient le besoin de découvrir de nouvelles thérapies afin d’améliorer la prévention des MCV dans la population générale. Des taux élevés de cholestérol total et transporté par les lipoprotéines de basse densité (LDL) sont fortement liés aux MCV athérosclérotiques. Ainsi, les thérapies hypolipémiantes sont les thérapies les plus utilisées pour prévenir les MCV. Nos résultats antérieurs ont identifié Golgi glycoprotein 1 (GLG1) comme étant une nouvelle protéine impliquée dans le métabolisme lipidique. Par conséquent, notre étude actuelle vise à démontrer l'effet de GLG1 sur le développement de l'athérosclérose. Pour étudier cet effet, nous avons réduit l'expression de GLG1 (silençage génique ou knockdown) dans le foie de souris hypercholestérolémiques Apoe-/- en utilisant un virus adéno-associé de type 8 (AAV8) véhiculant un petit ARN en épingle à cheveux (shRNA) ciblant GLG1. Deux semaines post-injection, les souris ont été nourries par un régime occidental pendant 12 semaines. L'étude a révélé que le knockdown de GLG1 réduit significativement les taux plasmatiques de cholestérol total, de lipoprotéines de très basse densité (VLDL), de LDL et diminue les lésions athérosclérotiques au niveau du sinus aortique. Cependant, nos résultats ont démontré que le knockdown de GLG1 à l’aide du système AAV8 n'était pas stable pendant toute l'étude, le rendant inefficace au-delà de 2 mois. En résumé, nos résultats montrent que le knockdown de GLG1 réduit les taux de cholestérol plasmatique ainsi que la progression de l'athérosclérose chez les souris Apoe-/-. Cette réduction s'est produite en dépit de la perte progressive du knockdown de GLG1 et est probablement liée à la réduction de la sécrétion d'apolipoprotéines B100. Ces résultats montrent que GLG1 est une cible thérapeutique prometteuse pour abaisser les taux de cholestérol plasmatique, en particulier les VLDL et LDL, et prévenir le développement de l'athérosclérose. / Cardiovascular diseases (CVD) are the leading cause of death worldwide. Significant efforts have been made to prevent CVD and have resulted in a reduced mortality rate. However, a considerable slowdown in the reduction rate of CVD has been observed starting in 2011 despite new therapeutic advances. These alarming rates justify the need to discover new therapies to improve the prevention of CVD in the general population. High levels of total cholesterol and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) are strongly linked to atherosclerotic cardiovascular diseases. Thus, lipid-lowering therapies are the most used therapies to prevent CVDs. Our previous study identified Golgi glycoprotein 1 (GLG1) as a new protein involved in lipid metabolism. Therefore, our current study aims to demonstrate the effect of GLG1 on the development of atherosclerosis. To study the effect of GLG1 on atherosclerosis, we reduced GLG1 expression in hypercholesterolemic Apoe-/- mice livers using an adeno-associated virus coding for a short hairpin RNA (shRNA) targeting GLG1 then 2 weeks post-injection mice were fed a Western diet for 12 weeks. The study revealed that GLG1 knockdown significantly reduced plasma total cholesterol levels, especially very low-density lipoprotein (VLDL)- and LDL-C, and atherosclerotic lesions in the aortic root. However, our results showed that AAV-mediated GLG1 knockdown was not stable during the entire study, making it ineffective in lowering plasma cholesterol levels beyond 2 months. In summary, our results show that lowering GLG1 expression reduces plasma cholesterol levels as well as atherosclerosis progression in Apoe-/- mice. Remarkably, the reduction in atherosclerosis occurred in spite of the gradual loss of GLG1 AAV-mediated knockdown and is likely related to the reduced apolipoptotein B100 secretion. These findings demonstrate that GLG1 is a promising therapeutic target for lowering plasma cholesterol levels, particularly VLDL- and LDL-C, and preventing atherosclerosis development.

Comme la demande mondiale des éléments de terres rares (ETR) ne cesse d'augmenter, de nouveaux projets d'exploration ont été lancés dans de nombreux pays, incluant au Canada. Le présent projet découle d'un programme communautaire environnemental issu d'une collaboration entre des chercheurs et la communauté inuite de Kangiqsualujjuaq suite à la proposition d’un projet minier d'ETR au Nunavik. Pour répondre aux études limitées sur la distribution des ETR dans les environnements non pertubés, cette étude rapporte les niveaux actuellement observés des sédiments, des lichens et de multiples espèces animales provenant d'écosystèmes terrestres, d’eau douce et du milieu marin du subarctique de l’est du Canada. Les résultats suggèrent que toutes les matrices ont la capacité d'accumuler les ETR, bien qu'une dilution trophique soit notée. De plus, l’analyse des tissus d’espèces alimentaires traditionnelles a démontré que le foie des vertébrés avait des concentrations d'ETR plus élevées que le muscle et le gras, tandis que les tissus osseux et rénaux présentaient généralement des concentrations intermédiaires. En outre, les tendances observées pendant l'analyse des anomalies du cérium sensibles aux transformations d’oxydoréduction ont suggéré que ces anomalies peuvent servir de biomarqueur dans l’exposition aux ETR et leur transformation biologique. Dans l'ensemble, cette étude présente une bioaccumulation et un fractionnement d’ETR spécifiques aux espèces et aux tissus, ce qui justifie des recherches plus approfondies afin de comprendre les facteurs de contrôle du comportement d’ETR au sein des espèces animales. Ces résultats peuvent également servir à établir des lignes directrices nationales d’ETR, et servir de référence dans les futures études de biosurveillance. / A gradual increase in the release of rare earth elements (REE) to the environment has been reported, as well as a continuous rise in their global demand. New REE exploration projects have been initiated in multiple countries, including within Canada where REE deposits are frequently located in northern regions. This project stems from a community-based environmental program between researchers and the Inuit community of Kangiqsualujjuaq in the context of a prospective REE mine in Nunavik. To address the limited review of REE distribution in natural environments, the present study reports the current REE values for sediments, lichens, and multiple animal species from terrestrial, freshwater and marine ecosystems of the eastern Canadian subarctic. Results suggest that all matrices have the capacity to accumulate REE, though a biodilution across taxonomic groups is noted. Also, a study of animal tissue samples from country food species demonstrated that liver tissues have significantly higher concentrations of REE than the muscle and blubber, with bone and kidney tissues typically presenting intermediate concentrations. Further, the analysis of redox-sensitive cerium anomalies supported the presence of tissue-specific mechanisms that suggest these anomalies may serve as a biomarker in REE exposure and biological transformation. Overall, this study presents a species- and tissue- specific bioaccumulation and fractionation of REE that warrants further investigation to better understand the controlling factors of REE processing within animal species. The results may additionally serve in the establishment of national REE guidelines for environmental health and human consumption, and act as a reference in future biomonitoring studies.

Le cortex cérébral est impliqué dans plusieurs fonctions entre autres le traitement des informations sensorielles. Il inclut des zones recevant directement une entrée sensorielle telle que le cortex visuel primaire (V1) qui traite les informations visuelles. Au niveau du V1 des mammifères, chaque neurone présente une combinaison préférentielle de stimuli pour lesquels sa réponse est optimale. Cela dit, chaque attribut de stimulus tel que les fréquences temporelle et spatiale, l’orientation et la direction du mouvement induit une réponse maximale du neurone. Le neurone du V1 est donc sélectif. Cependant, cette sélectivité n’est pas le résultat de l’activité du neurone en question seul, mais plutôt du réseau neuronal dans lequel il est impliqué. L’ensemble des préférences d’un neurone ainsi que le réseau neuronal auquel il appartient demeurent sensiblement inchangés, tant que les facteurs contextuels ne varient que peu ou pas. Toutefois, si les composantes de l’environnement changent de manière imposante, la sélectivité neuronale et l’organisation du réseau original seront modifiées pour induire un nouvel état d’équilibre. C’est la plasticité neuronale. Le but ultime de cette thèse est de comprendre et d’approfondir les connaissances relatives aux mécanismes régissant la sélectivité à l’orientation ainsi que la plasticité dans V1, et ce, par différentes études qui sont organisées, dans cette thèse en trois sections. Les sections (3) et (4) se basent sur une étude pharmacologique qui vise à examiner l’effet de la kétamine sur la sélectivité à l’orientation (section 3) et sur l’adaptation visuelle tout en traitant la connectivité neuronale (section 4). La section (5) vise à examiner l’effet de l’adaptation sur l’affinité des courbes d’accord des neurones. Ce travail a permis d’étudier l’effet de la kétamine et de l’adaptation visuelle sur les propriétés sélectives à l’orientation des neurones ainsi que sur la dynamique des relations fonctionnelles au sein du microcircuit. / The cerebral cortex plays a key role in several functions including the processing of sensory information. It contains areas that receive direct sensory input such as the primary visual cortex (V1) which processes visual information. V1 neurons of mammals are selective for several attributes, such as spatial and temporal frequencies, orientation, and direction of motion. Thus, V1 neurons exhibit selectivities. This neuronal selectivity rests in the convergence of clusters of synapses involved in the network. Neural selectivity and networks are formed during the sensitive period of brain development and is present throughout the animal’s life. However, in V1 during postnatal life, the neuronal selectivity and the neural circuitry are further shaped by experience, thus, rendering it plastic. The main objective of the current thesis is to understand the mechanisms involved in the orientation selectivity as well as the neuroplasticity in V1. To this aim, different investigations, organized in this thesis, in three sections, were carried out. The sections (3) and (4) are based on a pharmacological study that aim to examine the effect of ketamine on orientation selectivity (section 3) and on visual adaptation in relation with neural connectivity (section 4). The study presented in the third section (section 5) investigated the effect of adaptation on the cell’s tuning. Here, we disclose the effects of ketamine and visual adaptation on the cell’s tuning properties as well as on the dynamics of functional relationships between neurons in the microcircuit.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Caractérisée surtout par une dégradation du cartilage, l'arthrose est une maladie articulaire qui montre également une sclérose de l'os sous-chondral et une formation d'ostéophytes. Au stade clinique, cette pathologie progressive atteint environ 60% des personnes âgées de 65 ans et plus. La dégradation du cartilage qui accompagne cette maladie est la manifestation clinique la plus importante et la plus étudiée au niveau moléculaire. Par contre, la sclérose de l'os sous-chondral était toujours considérée comme secondaire ou comme un phénomène de compensation suite à l'érosion du cartilage. Cependant, la recherche fondamentale intensive sur le cartilage n'a toujours pas réussi à identifier le(s) mécanisme(s) responsable(s) de la dégradation du cartilage. Ainsi, le traitement qui existe présentement se limite à calmer la douleur des patients. Par ailleurs, les études visant à comprendre le rôle de l'os sous-chondral, qui fait partie des tissus touchés par cette maladie, ont été toujours marginales. Notre hypothèse générale est qu'un défaut dans le métabolisme de l'os sous-chondral pourrait contribuer au déclenchement et/ou à la progression de l'arthrose. Ce défaut expliquerait la sclérose osseuse de l'os sous-chondral observée chez ces patients, situation qui serait alors responsable de la détérioration du cartilage via soit; i) un (des) messager(s) chimique(s), ii) l'imposition d'une contrainte mécanique sur le cartilage, ou iii) les deux précédents. De manière à démontrer notre hypothèse générale, nous avons utilisé des extraits d'expiants ex vivo et nous avons mis au point une technique pour cultiver les ostéoblastes provenant du plateau tibial medial de patients arthrosiques ou d'individus normaux. Au tout début de nos travaux nous avons démontré que, grâce à la mesure de marqueurs spécifiques, les ostéoblastes provenants de patients arthrosiques auraient un phénotype altéré lorsque comparé aux normaux. Ainsi, au niveau des expiants d'os sous-chondral, nos données montrent que l'activité de la phosphatase alcaline était augmentée dans les ostéoblastes arthrosiques avant et après une stimulation avec la 1,25 (OH)2 D3 (métabolite actif de la vitamine Ds). La même observation a été notée pour l'ostéocalcine suite à une stimulation à la 1,25 (OH)2 D3 chez les ostéoblastes arthrosiques. Par ailleurs, les ostéoblastes arthrosiques ont montré une résistance à la stimulation par la PTH et la prostaglandine E2 (PGE2), leur taux de synthèse de l'AMPc (Adénosine 3', 5' monophosphate cyclique) étant 50% et 100% inhibé versus les ostéoblastes normaux. Une altération dans la voie de signalisation de la PTH pourrait être la cause de cette inhibition de synthèse d'AMPc chez les ostéoblastes arthrosiques. Toutefois, une stimulation directe de l'adénylate cyclase avec de la foskoline, produit qui court-circuite le récepteur à la PTH et la protéine Gs, a ramené le niveau de l'AMPc à la normale, démontrant que l'activité de l'adénylate cyclase est intacte dans les ostéoblastes arthrosiques. Un traitement à la toxine de choléra qui ribosyle la protéine Gs n'a toutefois pas réussi à augmenter le niveau de l'AMPc après stimulation avec la PTH, ce qui signifie que l'activité de la protéine Gs est partiellement et/ou totalement inhibée. Au contraire, la stimulation de la protéine Gi (la protéine G inhibitrice) par la toxine de Pertussis a complètement inhibé la formation de l'AMPc après stimulation avec la PTH indiquant que la protéine Gi est intacte. Par la suite, la protéine Gs fût l'objet d'une quantification par western blot qui n'a révélé aucun changement au niveau de la quantité de cette protéine versus les ostéoblastes normaux. La quantification du récepteur de la PTH à l'aide d'une étude de liaison avec du I-PTH a montré une diminution de 50% du niveau de récepteurs à la PTH. Cette diminution pourrait être causée par une désensibilisation hétérologue par la PGE2. En effet, les ostéoblastes arthrosiques synthétisent plus de PGE2 que les ostéoblastes normaux et l'inhibition de la synthèse de la prostaglandine par le Naproxen a ramené à la normale le niveau de formation de l'AMPc après stimulation avec la PTH. Par ailleurs, le niveau d'ARNm du récepteur à la PTH évalué par RT-PCR semi-quantitatif était diminué. Le ratio avec le glycéraldehyde phosphate déshydrogénase (GAPDH) dans les ostéoblastes arthrosiques était de 25 à 65 % plus faible que pour les ostéoblastes normaux, le niveau d'inhibition variant en parallèle avec la sévérité de la maladie. Ceci indique que l'expression du récepteur à la PTH était diminuée dans les cellules arthrosiques. Nos résultats ont également montré que l'activité du système PA/Plasmine, le premier système à initier la résorption osseuse, est inhibé dans l'os sous-chondral arthrosique ce qui pourrait entraîner une diminution de la résorption osseuse. Le niveau protéique et l'activité de l'activateur du plasminogène de type urokinase (uPA) et du facteur de croissance de type insulinique-1 (IGF-1) sont tous les deux augmentés dans les expiants arthrosiques comparativement aux expiants normaux, tandis que le niveau de la protéine inhibitrice du plasminogène (PAI-1) pour sa part était inchangée. Afin de vérifier si les modifications observées avec les expiants arthrosiques étaient vraiment dues à un défaut dans les ostéoblastes arthrosiques eux-mêmes, nous avons repris ces expériences avec ces cellules. Les niveaux d'uPA (activité et protéine) et d'IGF-1, dans les surnageants des ostéoblastes arthrosiques ont montré une augmentation significative comparativement aux ostéoblastes normaux. Par contre, le niveau de l'inhibiteur du PA (PAI-1) était similaire entre arthrose et normal. Puisque les systèmes d'uPA/plasmine et d'IGF1/IGFBP sont tous deux impliqués dans la résorption et/ou la formation osseuse, et que des travaux récents démontraient une interrelation possible de ces deux systèmes, nous avons étudié cette question chez les ostéoblastes arthrosiques. L'ajout d'IGF-1 diminua significativement P<0.05) le niveau d'uPA seulement dans les ostéoblastes arthrosiques. Au contraire, l'uPA n'a pas modifié le niveau de l'IGF-1 dans les ostéoblastes normaux ni dans les ostéoblastes arthrosiques. Suite à une stimulation avec l'IGF-1, l'activité basale de l'uPA fut augmentée dans les ostéoblastes arthrosiques, tandis qu'aucun changement n'était observé dans les ostéoblastes normaux. L'ajout de plasminogène a fortement augmenté l'activité de l'uPA via un phénomène de rétro-action positive causée par la génération de la plasmine qui peut à son tour activer l'uPA latent en uPA actif. Le mécanisme de rétroaction positive fut inhibé par le PAI-1 et l'a2-antiplasmine. Le traitement des ostéoblastes arthrosiques avec l'IGF-1 a inhibé le phénomène de rétroaction positive et ceci d'une façon dose-dépendante, ce facteur de croissance n'ayant aucun effet chez les ostéoblastes normaux. Cette inhibition ne peut être due à une modification du niveau de PAI-1 parce que le niveau de cette protéine n'a révélé aucun changement après le traitement avec l'IGF-1. L'ajout d'IGF-1 a aussi diminué l'activité de la plasmine, dosée par l'hydrolyse d'un substrat spécifique, dans les ostéoblastes arthrosiques mais pas dans les ostéoblastes normaux. En résumé nos travaux ont montré que les ostéoblastes arthrosiques avaient un métabolisme altéré. En plus de montrer des changements à la réponse de marqueurs spécifiques, ces cellules pathologiques présentaient une diminution au niveau des récepteurs à la PTH et une réponse anormale au système uPA/plasmine à leur traitement avec l'IGF-1. Cette observation est appuyée par la diminution du nombre de récepteurs à la PTH dans les ostéoblastes, une situation qui est aussi en accord avec une diminution possible de la résorption osseuse. Si ces observations in vitro se transposent in vivo, ceci signifie que la sclérose de l'os sous-chondral pourrait être due en partie à la diminution de la résorption osseuse. Par ailleurs, l'augmentation du niveau d'IGF-1 et son rôle dans le contrôle négatif de la rétroaction positive du système uPA/Plasmine pourrait aussi contribuer à augmenter la formation osseuse et réduire la résorption osseuse respectivement. La sclérose de l'os sous-chondral pourrait alors jouer un rôle clef dans le déclenchement et la progression de l'arthrose.

Helicobacter pylori est une bactérie à Gram négatif qui colonise plus de 50% de la population humaine. Cette bactérie est l'un des pathogènes les plus présents dans la population et la colonisation se fait dans l'enfance et l'adolescence. H. pylori est responsable de l'apparition de maladies gastriques chez l'humain comme des ulcères gastriques, mais aussi des cancers gastriques. Plusieurs mécanismes contribuent aux maladies gastriques dont une infection chronique à long terme ainsi que des facteurs de virulence comme le système de sécrétion de type 4 (SST4). Le SST4 forme une seringue protéique utilisée par la bactérie pour injecter la protéine CagA dans les cellules humaines. Cette protéine a été la première protéine bactérienne classifiée comme une oncoprotéine par sa capacite à interférer et modifier de nombreuses fonctions et signaux métaboliques des cellules épithéliales gastriques. Afin d'éradiquer Helicobacter, une antibiothérapie est utilisée, cependant depuis les 10 dernières années plus de 50% des bactéries isolées de patients ont été identifiés comme étant porteuses de résistances contre aux moins un antibiotique de première ligne. L’utilisation de petites molécules organiques capables d'interférer avec les facteurs de virulence est une alternative intéressante à la thérapie aux antibiotiques. L'utilisation de ces molécules possède des avantages dont la faible pression de sélection de résistance parce qu’elles n’impactent pas des fonctions vitales des bactéries. Le SST4 de H. pylori est composé de nombreuses protéines essentielles qui pourraient être de potentielles cibles pour des molécules inhibitrices. Nous avons choisi la cible Cagα, une ATPase homologue à VirB11 de Agrobacterium tumefaciens. Cette protéine est essentielle pour l’injection de CagA. Précédemment, notre laboratoire a identifié une petite molécule nommée 1G2 qui était capable d’interagir avec Cagα et de diminuer l’induction de l’interleukine 8 produit par les cellules gastriques lors de l’infection par des souches de H. pylori possédant un SST4 fonctionnel. A partir d’une structure cristallographique de Cagα liée à 1G2 et nous avons créé des protéines Cagα avec des mutations aux site de liaison de 1G2. En utilisant la fluorimétrie différentielle à balayage (DSF) nous avons pu identifier les acides aminés qui contribuent à la liaison de 1G2 (K41, R73 et F39). Basé sur cette information nous avons utilisé la chimie médicinale pour créer une librairie de molécules dérivées de 1G2 dans le but d’identifier des inhibiteurs plus puissants. Après avoir éliminé les molécules ayant un effet toxique sur les cellules gastriques et H. pylori, nous avons sélectionné cinq molécules (1313, 1338, 2886, 2889 et 2902) qui inhibent la production d’IL-8 plus que 1G2 dans notre modèle d’infection cellulaire. Nous avons montré par DSF que les molécules interagissent toujours avec Cagα et 1338, 2889 et 2902 sont des inhibiteurs plus puissants de son activité d’ATPase. Avec le modèle d’infection, nous avons déterminé que les cinq molécules n’affectent par la présence de CagA dans le lysat de l’infection. Cependant, nous avons observé par microscopie électronique à balayage que le SST4 pilus n’était pas présent en présence des inhibiteurs. En plus, nous avons testé les effets de 1G2 sur des souches de H. pylori résistantes, à un ou plusieurs antibiotiques de première ligne, isolées de biopsie gastriques de patients. Comme dans le cas de la bactérie modèle de laboratoire, nous avons observé une diminution de l’induction des IL-8 lors de l’infection ainsi qu’une inhibition de la formation du SST4 pilus. Nous avons aussi identifié que le gène de la protéine Cagα d’une des bactéries résistantes à 1G2 (souche #3822) porte un remplacement de R73 à K ce qui pourrait expliquer la résistance à 1G2. Pour conclure, nous avons dans cette étude caractérisé le site de liaison de 1G2 à Cagα et nous avons identifié des molécules qui sont plus puissantes comme inhibiteurs que 1G2. / Helicobacter pylori is a Gram-negative bacterium that colonizes more than 50% of the human population. This bacterium is one of the most common pathogens in the population and colonization occurs in childhood and adolescence. H. pylori is implicated in the manifestation of gastric diseases in humans such as gastric ulcers and also gastric cancer. Several mechanisms are involved in the formation of gastric diseases including long-term chronic infection as well as virulence factors such as the type 4 secretion system (T4SS). The T4SS forms a protein syringe used by the bacteria to inject the protein CagA into mammalian cells. This protein is the first bacterial protein classified as an oncoprotein by its ability to interact with numerous metabolic functions of gastric epithelial cells. To eradicate Helicobacter, antibiotic therapy is used, but for the last 10 years more than 50% of the bacteria isolated from patients have been identified as carrying resistance against at least one first-line antibiotic. The use of small molecules capable of interfering with virulence factors is being studied as an alternative to antibiotic therapy. The use of these molecules has many advantages, and they may cause lower selection pressure for resistance than antibiotics. The H. pylori T4SS is composed of many essential proteins that could be potential targets for inhibitory molecules. We chose the target Cagα, an ATPase homologous to the model VirB11 from Agrobacterium tumefaciens. This protein is essential for the injection of CagA. Previously, our laboratory identified a small molecule coined 1G2 that interacts with Cagα and decreases the induction of interleukin-8 produced by gastric cells upon infection with H. pylori strains with functional T4SS. Based on a crystallographic study of Cagα bound to 1G2, we created Cagα proteins with mutations at the 1G2 binding site. Using differential scanning fluorimetry, we identified amino acids that contribute to 1G2 binding (K41, R73 and F39). Based on these observations, we used medicinal chemistry to create a library of molecules derived from 1G2 to create more potent inhibitors. After eliminating the molecules with a toxic effect on gastric cells and H. pylori growth, we selected five molecules with stronger effects than 1G2 on IL8 induction in our cell infection model (1313, 1338, 2886, 2889 and 2902). We observed by DSF that the molecules interact with Cagα and 1338, 2889 and 2902 are stronger inhibitors of the ATPase 8 activity than 1G2. With our infection model, we determined that the five molecules do not affect the presence of CagA. However, by scanning electron microscopy we observed that the T4SS pilus was not present. In addition to the tests on a laboratory model bacterium, we evaluated 1G2 on resistant strains of H. pylori isolated from gastric biopsy from patients. Similar to the laboratory model bacterium, 1G2 decreased IL-8 induction and inhibited T4SS pilus formation. We have also identified that strain #3822 that is resistant to 1G2 carries a R73 to K mutation in the Cagα gene, which could explain the 1G2 resistance. To conclude, we have here characterized the 1G2 binding site on Cagα and we created inhibitors that are more potent than 1G2.

Le domaine de l’écologie des réseaux est encore limité dans sa capacité à faire des inférences mondiales à grande échelle. Ce défi est principalement dû à la difficulté d’échantillonnage des interactions sur le terrain, entraînant de nombreuses « lacunes » en ce qui concerne la couverture mondiale des données. Cette thèse adopte une approche « centrée sur les méthodes » de l’écologie des réseaux et se concentre sur l’idée de développer des outils pour aider à combler les lacunes en matière de données en présentant la prédiction comme une alternative accessible à l’échantillonnage sur le terrain et introduit deux « outils » différents qui sont prêts à poser des questions à l’échelle mondiale. Le chapitre 1 présente les outils que nous pouvons utiliser pour faire des prédictions de réseaux et est motivé par l’idée selon laquelle avoir la capacité de prédire les interactions entre les espèces grâce à l’utilisation d’outils de modélisation est impératif pour une compréhension plus globale des réseaux écologiques. Ce chapitre comprend une preuve de concept (dans laquelle nous montrons comment un simple modèle de réseau neuronal est capable de faire des prédictions précises sur les interactions entre espèces), une évaluation des défis et des opportunités associés à l’amélioration des prédictions d’interaction et une feuille de route conceptuelle concernant l’utilisation de modèles prédictifs pour les réseaux écologiques. Les chapitres 2 et 3 sont étroitement liés et se concentrent sur l’utilisation de l’intégration de graphiques pour la prédiction de réseau. Essentiellement, l’intégration de graphes nous permet de transformer un graphe (réseau) en un ensemble de vecteurs, qui capturent une propriété écologique du réseau et nous fournissent une abstraction simple mais puissante d’un réseau d’interaction et servent de moyen de maximiser les informations disponibles. dispo- nibles à partir des réseaux d’interactions d’espèces. Parce que l’intégration de graphes nous permet de « décoder » les informations au sein d’un réseau, elle est conçue comme un outil de prédiction de réseau, en particulier lorsqu’elle est utilisée dans un cadre d’apprentissage par transfert. Elle s’appuie sur l’idée que nous pouvons utiliser les connaissances acquises en résolvant un problème connu. et l’utiliser pour résoudre un problème étroitement lié. Ici, nous avons utilisé le métaweb européen (connu) pour prédire un métaweb pour les espèces canadiennes en fonction de leur parenté phylogénétique. Ce qui rend ce travail particulière- ment passionnant est que malgré le faible nombre d’espèces partagées entre ces deux régions, nous sommes capables de récupérer la plupart (91%) des interactions. Le chapitre 4 approfondit la réflexion sur la complexité des réseaux et les différentes ma- nières que nous pourrions choisir de définir la complexité. Plus spécifiquement, nous remet- tons en question les mesures structurelles plus traditionnelles de la complexité en présentant l’entropie SVD comme une mesure alternative de la complexité. Adopter une approche phy- sique pour définir la complexité nous permet de réfléchir aux informations contenues dans un réseau plutôt qu’à leurs propriétés émergentes. Il est intéressant de noter que l’entropie SVD révèle que les réseaux bipartites sont très complexes et ne sont pas nécessairement conformes à l’idée selon laquelle la complexité engendre la stabilité. Enfin, je présente le package Julia SpatialBoundaries.jl. Ce package permet à l’utili- sateur d’implémenter l’algorithme de wombling spatial pour des données disposées de manière uniforme ou aléatoire dans l’espace. Étant donné que l’algorithme de wombling spatial se concentre à la fois sur le gradient et sur la direction du changement pour un paysage donné, il peut être utilisé à la fois pour détecter les limites au sens traditionnel du terme ainsi que pour examiner de manière plus nuancée la direction des changements. Cette approche pourrait être un moyen bénéfique de réfléchir aux questions liées à la détection des limites des réseaux et à leur relation avec les limites environnementales. / The field of network ecology is still limited in its ability to make large-scale, global inferences. This challenge is primarily driven by the difficulty of sampling interactions in the field, leading to many ‘gaps’ with regards to global coverage of data. This thesis takes a ’methods-centric’ approach to network ecology and focuses on the idea of developing tools to help with filling in the the data gaps by presenting prediction as an accessible alternative to sampling in the field and introduces two different ’tools’ that are primed for asking questions at global scales. Chapter 1 maps out tools we can use to make network predictions and is driven by the idea that having the ability to predict interactions between species through the use of modelling tools is imperative for a more global understanding of ecological networks. This chapter includes a proof-of-concept (where we show how a simple neural network model is able to make accurate predictions about species interactions), an assessment of the challenges and opportunities associated with improving interaction predictions, and providing a conceptual roadmap concerned with the use of predictive models for ecological networks. Chapters 2 and 3 are closely intertwined and are focused on the use of graph embedding for network prediction. Essentially graph embedding allows us to transform a graph (net- work) into a set of vectors, which capture an ecological property of the network and provides us with a simple, yet powerful abstraction of an interaction network and serves as a way to maximise the available information available from species interaction networks. Because graph embedding allows us to ’decode’ the information within a network it is primed as a tool for network prediction, specifically when used in a transfer learning framework, this builds on the idea that we can take the knowledge gained from solving a known problem and using it to solve a closely related problem. Here we used the (known) European metaweb to predict a metaweb for Canadian species based on their phylogenetic relatedness. What makes this work particularly exciting is that despite the low number of species shared between these two regions we are able to recover most (91%) of interactions. Chapter 4 delves into thinking about the complexity of networks and the different ways we might choose to define complexity. More specifically we challenge the more traditional structural measures of complexity by presenting SVD entropy as an alternative measure of complexity. Taking a physical approach to defining complexity allows us to think about the information contained within a network as opposed to their emerging properties. Interest- ingly, SVD entropy reveals that bipartite networks are highly complex and do not necessarily conform to the idea that complexity begets stability. Finally, I present the Julia package SpatialBoundaries.jl. This package allows the user to implement the spatial wombling algorithm for data arranged uniformly or randomly across space. Because the spatial wombling algorithm focuses on both the gradient as well as the direction of change for the given landscape it can be used both for detecting boundaries in the traditional sense as well as a more nuanced look at at the direction of changes. This approach could be a beneficial way with which to think about questions which relate to boundary detection for networks and how these relate to environmental boundaries.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'algue unicellulaire Gonyaulax polyedra est notre modèle pour l'étude des mécanismes reliant l'horloge interne aux rythmes circadiens observés. La bioluminescence, présente lors de la phase de nuit, ainsi que la division cellulaire observée au début de la phase de jour sont les deux rythmes sur lesquels porte la présente étude. Chez Gonyaulax, la présence des protéines LBP et luciférase, limitée à la phase obscure, permet la production de lumière. Une régulation au niveau de la traduction par une protéine inhibitrice CCTR se fixant en région 3 de l'ARNm LBP permet l'expression cyclique de la protéine LBP in vivo chez Gonyaulax polyedra . La construction d'une banque d'ADNc dans un vecteur d'expression constitutive (le p425 GPD) représente l'outil nécessaire pour l'isolation d'un ADNc codant pour la protéine CCTR. Cette isolation repose sur un mécanisme moléculaire d'interaction in vivo de la protéine CCTR avec la région régulatrice de l'ARNm lbp annexée à un gène létal inductible (le gène GSP1) dans la construction du plasmide pCS7. La transformation de levure possédant le pCS7 avec la banque d'ADNc permettrait la production de CCTR actif dans la levure et ainsi l'inhibition de la traduction de l'ARNm GSP1 par fixation du CCTR à la région régulatrice de lbp. Le criblage d'une banque d'ADNc comportant 2,8 x 105clones a été effectué. La croissance de 127 colonies a été observée lors du premier criblage de la banque. Chaque colonie a été soumise à une extraction d'ADN plasmidique et les plasmides obtenus ont été utilisés pour une seconde transformation dans les levures porteuses du pCS7. Le second criblage nous a permis de constater qu'aucun de ces positifs ne peut produire une protéine CCTR fonctionnelle. Une contamination par des levures d'une autre souche ou par une source de carbone permettant la croissance (telle que le glucose), une présence de "révertants" ou le clonage d'un ADNc codant pour le facteur de sélection du pCS7 peuvent être à l'origine de ces "faux positifs" obtenus. La production de clones supplémentaires afin d'augmenter statistiquement les chances de représentation d'un gène impliqué dans la génération d'un rythme circadien, ainsi que la transformation répétée de la banque dans les mêmes cellules pour permettre de réunir les différentes composantes qui pourraient être nécessaires à la formation d'un CCTR actif, pourraient permettre d'isoler un ADNc codant pour une protéine CCTR active. Chez la majorité des dinoflagellés on observe la présence d'une phase S dans le cycle cellulaire. De plus, chez Gonyaulax, la division cellulaire est limitée à l'aurore. Il est donc probable que la protéine kinase p34œk2qui régule la formation de l'hétérodimère MPF (impliqué dans l'initiation de la division cellulaire) soit également sujette à une régulation par l'horloge circadienne. L'isolation d'un homologue de la protéine kinase p34ede2repose sur une technique de clonage par compensation d'une mutation. Les levures de la souche cdc28 ne peuvent se diviser normalement à température restrictive de 34°C à cause d'une mutation thermosensible de la protéine kinase p34edc2. La transformation de la banque d'ADNc construite dans des levures de cette souche, puis l'incubation à température restrictive, permet le criblage pour un homologue de la p34cdc2. Le premier criblage de la banque a permis la croissance de sept colonies qui ont toutes été soumises à une extraction d'ADN plasmidique puis à une retransformation dans les cellules de la souche cdc28. Aucun des positifs n'a franchi le seuil de ce second test. Le criblage de clones supplémentaires ou encore le criblage pour un homologue de la cycline (la seconde composante du MPF) pourrait permettre d'isoler directement ou indirectement l'homologue de la p34cdc2.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre ce qui contrôle la spécificité parasitaire dans le système hôte-parasite constitué par les poissons de la famille des Sparidae et leurs monogènes (Plathelminthes ectoparasites) spécifiques du genre Lamellodiscus. En d'autres termes, il s'agissait de comprendre les causes amenant une espèce parasite à utiliser une seule ou plusieurs espèces hôtes. On suppose que la spécificité est soumise à des contraintes écologiques et évolutives. L'hypothèse d'une augmentation de la diversité taxonomique avec la spécificité a également été testée. Cela est basé sur l'idée que les espèces généralistes, plus tolérantes à leur environnement, sont supposées être moins sujettes à subir des spéciations après un changement d'hôte, et ainsi être moins diversifiées que les espèces spécialistes. Comme l'histoire évolutive des parasites peut être influencée par celle de leurs hôtes à travers des phénomènes de coévolution, il était nécessaire d'obtenir une phylogénie des hôtes et des parasites. L'étude de la coévolution hôte-parasite dans ce système avait pour but de déterminer si le profil d'association hôte-parasite (et donc la spécificité) est contrôlé par des interactions coévolutives. Des phylogénies ont été élaborées pour les hôtes et les parasites à partir de données moléculaires obtenues par séquençage d'ADN. Cette analyse moléculaire a permis de reconsidérer le statut taxonomique de plusieurs espèces de monogènes : sur la base des sequences obtenues, Lamellodiscus virgula et L. obeliae s'avèrent être une seule espèce (L. virgula), alors que Furnestinia echeneis fait partie du genre Lamellodiscus. Plusieurs méthodes d'étude de la coévolution ont été utilisées dans ce travail. L'une d'elles, ParaFit, a été mise au point pendant la thèse. Toutes les méthodes indiquent que ce système complexe ne semble pratiquement pas être soumis à des phénomènes de cospéciation. Aucun lien entre la diversification taxonoinique et la spécificité n'a pu être mis en évidence chez les Lamellodiscus et la famille qui les contient, les Diplectanidae. Par contre, un tel lien a été mis en évidence au niveau des groupes principaux de parasites. Les déterminants écologiques et phylogénétiques de la spécificité ont ensuite été recherchés à l'aide d'analyses statistiques multivariables. Les variables considérées étaient des caractéristiques des hôtes considérées comme des déterminants écologiques potentiels de la spécificité. La phylogénie des parasites a été prise en compte dans ces analyses à l'aide de méthodes comparatives, comme la méthode des contrastes indépendants. La spécificité apparaît être fortement contrainte par la phylogénie, ce qui suggère l'existence de déterminants génétiquement transmissibles. Les analyses révèlent également que les parasites spécialistes ont tendance à utiliser les hôtes les plus grands. Cela est interprété comme une spécialisation sur une ressource prédictible. / The objective of this thesis was to obtain a better understanding of the factors controlling host specificity in the host-parasite system formed by fish from the family Sparidae and their specific monogeneans parasites from the genus Lamellodiscus (Platyhelminthes). In other words, the goal was to understand the factors determining the number of hosts used by a parasite species. We assumed that specificity is under ecological and evolutionary constraints. The hypothesis of an increase of taxonomic diversity with specificity was also tested. It is based on the idea that generalist species are more tolerant to their environment, and therefore less subject to speciation after a host change event, and are then less diversified than specialist species. Since the evolutionary history of parasites can be influenced by the history of their hosts via coevolutionary interactions, it was necessary to obtain phylogenies for the hosts and parasites. The aim of the study of host-parasite coevolution in this system was to assess if the pattern of host-parasite association (and consequently, specificity) was determined by coevolutionary interactions. Phylogenies were obtained for hosts and parasites from the analysis of DNA sequences. This analysis, carried out at the molecular level, led us to reconsider the taxonomic status of several monogenean species. On the basis of the DNA sequences obtained, Lamellodiscus virgula and L. obeliae appear to form a single species (L. virgula), while Fumestinia echeneis is transferred to the genus Lamellodiscus. Several analytical methods were used to study host-parasite coevolution in this system. Among them, ParaFit was designed during this thesis. All methods agreed that this host-parasite system does not exhibit a general cospeciation pattern. No link between taxonomic diversity and specificity has been found in Lamellodiscus, nor in their family, the Diplectanidae. However, such a link was found when the main groups of parasites were considered. Ecological and phylogenetic determinants of specificity were investigated via multivariate statistical methods. The variables included in the analyses were potential host-related ecological determinants of specificity. The parasite phytogeny was taken into account through comparative methods, including the independent contrasts method. Specificity appears to be strongly constrained by the phylogeny, suggesting the existence of genetically transmitted determinants. The analyses also revealed that Lamellodiscus monogeneans tend to specialize on larger hosts. This is interpreted as a specialization on a predictable resource.