L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie rare caractérisée par une obstruction progressive et un remodelage vasculaire des artères pulmonaires distales, conduisant à une pression artérielle pulmonaire moyenne supérieure à 20mmHg. L'augmentation de la pression aboutit à une dysfonction du ventricule droit et la mort. À l'heure actuelle, il n'existe pas de traitement curatif pour l'HTAP. Il est donc primordial d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Comme dans le cancer, les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire des patients atteints d'HTAP présentent un phénotype hyper-prolifératif et résistant à l'apoptose, entraînant un remodelage vasculaire pulmonaire. Ainsi, plusieurs stratégies thérapeutiques anti cancéreuses pourraient être utiles pour le traitement de l'HTAP. Compte tenu de l'expression altérée des récepteurs tyrosines kinases dans l'HTAP ainsi que dans le cancer, les inhibiteurs de tyrosine-kinases (ITK) ont été mise sur le marché pour le traitement de différents types de cancers et ont été envisagées dans le cadre de l'HTAP. Ainsi, l'ITK, Imatinib, a été capable de régresser l'HTAP induite dans des modèles expérimentaux, tandis que l'administration d'un autre inhibiteur, le Dasatinib, était associée au développement de l'HTAP. Récemment, plusieurs études observationnelles ont démontré le développement de l'HTAP chez des patients atteints d'un cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) présentant des réarrangements de la kinase lymphocytaire anaplasique (ALK) et qui ont reçu des ITK ALK/cMET, notamment Xalkori (R-Crizotinib), Ceritinib, Brigatinib et Lorlatinib. Étant donné que l'hypertension pulmonaire peut être associée à plusieurs maladies, y compris le cancer du poumon, la question demeure de savoir si le développement de l'HTAP chez les patients atteints d'un cancer du poumon recevant l'ITK ALK/c-MET représente un événement indésirable du médicament ou un résultat de la propagation de la maladie. Ainsi, l'objectif principal de chapitre 1 est de déterminer si le R-Crizotinib (connu sous le nom de Xalkori et qui est une première ligne de traitement des patients ayant un CPNPC-ALK positif) exacerbe l'HTAP et/ou prédispose à l'HTAP dans des modèles animaux. In vivo, le traitement par R-Crizotinib a entraîné une élévation marquée de la pression systolique du ventricule droit et de la pression artérielle pulmonaire moyenne associée à une augmentation de l'épaisseur de la paroi médiale des artères pulmonaires distales. De plus, R-Crizotinib, administré avant l'exposition à une faible dose de monocrotaline (MCT), induit une réponse hypertensive pulmonaire exagérée, comme en témoigne une augmentation de la pression systolique du ventricule droit et de la pression artérielle pulmonaire moyenne, de l'épaisseur de la paroi médiale et une diminution du débit cardiaque. In vitro, nous avons démontré que le traitement avec R-Crizotinib réduit la prolifération des cellules endothéliales contrôles de l'artère pulmonaire, effet associé à la formation de cellules multinucléées, ce qui est généralement observée dans les cellules qui meurent d'une une catastrophe mitotique. En conclusion, nous avons démontré que l'agent anticancéreux R-Crizotinib favorise le dysfonctionnement des cellules endothéliales, conduisant à la prédisposition et à l'exacerbation de l'HTAP dans des modèles animaux. Les dernières années de recherche ont approuvé l'importance des marques épigénétiques dans le développement de l'HTAP. En effet, nous nous sommes intéressés, dans le deuxième volet de la thèse, au facteur épigénétique « G9a », qui s'est révélé surexprimé dans différents types de cancers, favorisant la survie et la prolifération des cellules. Compte tenu de l'analogie cancer/HTAP, G9a fut un candidat idéal pour l'étude de son potentiel rôle dans le développement de l'HTAP. Ainsi, l'objectif principal du chapitre 2 est de déterminer si G9a est impliqué dans la progression et la pathogenèse de l'HTAP et de déterminer si son inhibition est bénéfique dans les modèles animaux. Nous avons démontré que G9a est surexprimé dans les artères pulmonaires de patients HTAP et dans les modèles expérimentaux. In vitro, l'inhibition pharmacologique de G9a à l'aide de BIX01294 diminue drastiquement la capacité d'hyper prolifération et la résistance à l'apoptose des cellules musculaires lisses HTAP. Grâce au séquençage d'ARN, nous avons démontré que l'inhibition de G9a s'accompagnait d'une altération du flux d'autophagie et d'une accumulation de lipides. Enfin, le traitement thérapeutique avec BIX01294 a réduit le remodelage vasculaire pulmonaire et la pression artérielle pulmonaire moyenne dans un modèle expérimentale de rat et a également amélioré l'hémodynamique pulmonaire et la fonction ventriculaire droite dans un autre modèle de souris. Ces résultats suggèrent que l'inhibition de G9a pourrait représenter une nouvelle approche thérapeutique dans l'HTAP. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare and fatal disease characterized by "a progressive loss and obstructive remodeling of pulmonary arteries (PAs) leading to a mean pulmonary arterial pressure (mPAP) greater than 20mmHg. The persistent elevation of pulmonary pressures leads to right ventricular dysfunction and death. Currently, there is no cure for patients with PAH, which increases the need to develop new and effective therapeutic strategies. Pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs) from PAH patients exhibit a "cancer-like" hyperproliferative and apoptosis-resistant phenotype leading to pulmonary vascular remodeling. Therefore, several anti-cancer therapies could be useful for the treatment of PAH. Given the altered expression of receptor tyrosine kinases and their ligands in PAH as well as in cancer, tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have been marketed for the treatment of different types of cancers and have been in the spotlight for anti-PAH drug research. Indeed, the tyrosine kinase inhibitor, Imatinib, was able to regress established PAH in experimental models, while the administration of another inhibitor, Dasatinib, was associated with the development of PAH. Recently, several observational studies have highlighted the development of PAH in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) with anaplastic lymphocyte kinase (ALK) rearrangements who received ALK/cMET TKIs, including Xalkori (R-crizotinib), Ceritinib, Brigatinib, and Lorlatinib. Since pulmonary hypertension can be associated with several diseases, including lung cancer, the question remains whether the development of PAH in lung cancer patients receiving cMET/ALK TKIs represents an adverse drug event or a result of disease spread. Thus, the main objective of Chapter 1 is to determine whether R-Crizotinib (known as Xalkori and which is the first-line treatment for patients with advanced ALK-positive NSCLC) exacerbates PAH and/or predisposes to PAH in experimental animal models. In vivo, R-Crizotinib treatment resulted in a marked elevation of the right ventricular systolic pressure (RVSP) and mPAP which was associated with an increased medial wall thickness of the distal PAs. Additionally, we found that pretreatment of rats with R-Crizotinib, induced an exaggerated pulmonary hypertensive response, as evidenced by the increased RVSP, mPAP, medial wall thickness, and decreased cardiac output. In vitro, we have demonstrated that treatment with R-Crizotinib reduces the proliferation of control pulmonary artery endothelial cells, which was accompanied by the appearance of multinucleated cells, a feature commonly seen in cells dying from mitotic catastrophe. In conclusion, we have demonstrated for the first time that the anticancer agent R-Crizotinib promotes endothelial cell dysfunction, leading to susceptibility and exacerbation of PAH in animal models. Previous studies have demonstrated the importance of epigenetic marks in the development and progression of PAH. Indeed, we were interested in the second part of the thesis, in the epigenetic factor "G9a", which was found to be overexpressed in different types of cancers, promoting cell survival and proliferation. Given the similarities between PAH and cancer, G9a was the ideal candidate to study in PAH. Thus, the main objective of Chapter 2 is to determine if G9a is involved in the progression and pathogenesis of PAH and to determine if its inhibition is beneficial in PAH animal models. We demonstrated that G9a is overexpressed in PAs of PAH patients and in experimental models. In vitro, we found that pharmacological inhibition of G9a using BIX01294 drastically reduces the PAH-PASMC proliferation and survival. Through RNA sequencing analysis, we demonstrated that G9a inhibition is accompanied by an impaired autophagy flux and lipid accumulation. Finally, therapeutic treatment with BIX01294 reduced pulmonary vascular remodeling as well as mPAP in an experimental rat model and also improved pulmonary hemodynamics and right ventricular function in another PAH mouse model. These results suggest that G9a inhibition could represent a new therapeutic approach in PAH.

La SUMOylation est une modification post-traductionnelle, réversible, qui module une variété de processus cellulaires principalement associés à des événements nucléaires. Lors d'une analyse du protéome de fractions subcellulaires de prostate, nous avons révélé plusieurs caractéristiques incluant la présence d'une quantité particulièrement abondante de peptides SUMO-1 libres. Une observation similaire a été faite dans le pancréas exocrine, un tissu également spécialisé dans une activité unique de sécrétion. À partir de ces données, qui suggèrent que les peptides SUMO jouent un rôle important dans ces tissus, nous avons identifié une série de protéines membranaires potentiellement SUMOylées. Une caractérisation approfondie de ces candidats, à l'aide d'un système de surexpression dans les cellules LNCaP, indique que les protéines ANXA1 et ANXA2 sont SUMOylabiés. Nous avons démontré par mutagénèse dirigée que la SUMOylation de l'ANXAl correspond à une multi-SUMOylation qui a lieu à la fois dans une séquence consensus, sur le résidu K257, et au niveau de la région flexible du domaine N-terminal qui ne correspond à aucune séquence consensus. Des résultats similaires ont été obtenus pour TANXA2. Nous observons que la mutation Y21F diminue de façon marquée la SUMOylation de l'ANXAl, suggérant qu'une connexion existe entre la phosphorylation dépendante de l'EGF et la SUMOylation. L'ensemble de nos résultats montre que la SUMOylation est impliquée dans la régulation des fonctions de ANXA1 et ANXA2 et suggère la présence de mécanismes qui coordonnent le trafic membranaire dans les voies de l'exocytose et de l'endocytose.

La tyrosinémie héréditaire de type I, un désordre autosomique récessif, aboutit à des lésions du foie et des reins avec un développement de carcinomes hépatocellulaires. Cette maladie est due à une déficience de la fumarylacétoacétate hydrolase menant à l'accumulation du fumarylacétoacétate qui peut être empêchée par l'administration de NTBC. L'objectif du travail est d'étudier les changements physiopathologiques et moléculaires qui peuvent survenir si le patient cesse de prendre le NTBC pour une raison et un temps donnés. Des souris FAH ~'~ ont été soumises à un protocole à deux interruptions de NTBC séparées par une reprise du traitement pendant un mois. Sans NTBC soit au premier ou au deuxième arrêt, ces souris subissent une diminution du poids corporel avec une hépatomégalie et une néphromégalie et montrent une induction de l'expression de protéines anti-apoptotiques, de PKC, MEK1/2 et ERK1/2. Une réversibilité de ces modifications a été observée en présence du NTBC de façon précoce et rapide.

Le silicium (Si) est ubiquiste dans les sols et plusieurs effets bénéfiques sont associés à son absorption par les plantes. En général, les monocotylédones, dont les graminées, se situent dans le spectre supérieur d'absorption tandis que les dicotylédones, incluant Arabidopsis thaliana, se situent dans le spectre inférieur et répondent faiblement à une supplementation en Si. Dans cette étude, nous avons voulu vérifier s'il était possible d'augmenter l'absorption de Si d'une plante faiblement accumulatrice par l'expression hétérologue de transporteurs d'influx de Si provenant du blé (TaLsil) ou du riz (OsLsil). Nos résultats ont ainsi démontré que la teneur en Si avait augmenté de 3 à 5 fois chez les plantes transformées en moins de 7 jours. Cet influx rapide pouvait toutefois causer des nécroses foliaires, et une distribution appropriée dans les feuilles semble être nécessaire afin de ne pas nuire au développement normal de la plante.

Les micro-organismes constituent 90 % de la matière vivante océanique. Parmi eux, le Crenarchaeota Candidatus Nitrosopumilus maritimus a récemment été isolé, révélant que les membres du même clade sont responsables d'une grande part de la nitrification, dans le cycle de l'azote. Ce potentiel biochimique est détecté chez les Crenarchaeota avec une approche moléculaire, avec la présence et l'expression du gène de la sous-unité A de l'ammonium monooxygénase (amoA). L'environnement échantillonné, la région des Eaux du Nord (Nord de la Baie de Baffin, entre l'île Ellesmere et le Groenland) a une productivité biologique parmi les plus élevées en Arctique. Celle-ci résulte notamment d'apports externes de nitrate, le produit final de la nitrification. Les résultats obtenus démontrent que le gène amoA était abondamment présent et exprimé dans les Eaux du Nord, que sa distribution et son expression étaient influencées par certains paramètres environnementaux et que sa diversité phylogénétique différerait entre les analyses basées sur l'ADN (présence) et l'ADNc (expression).

Saccharina longicruris est une algue brune présente au Québec comportant des polysaccharides sulfatés (galactofucanes ou fiicoïdane) et un (î-glucane (laminarane) dont les structures n'ont jamais été caractérisées. Les fucoïdanes d'autres espèces algales ont démontré plusieurs activités biologiques telles qu'anticoagulante, anti-inflammatoire, antivirale et anti-tumorale. Quant au laminarane, des activités anti-tumorale au niveau du colon et anti-apoptose ont été observées. Les caractéristiques structurales des laminaranes et galactofucanes (fiicoïdane dont le contenu en galactose est égal ou supérieur au fucose) extraits en mai (M05), août (A05), novembre 2005 (N05) et juin 2006 (J06) ont été étudiées. La caractérisation structurale du laminarane et du galactofucane a été ensuite approfondie. Les galactofucanes ont été dépolymérisés pour faciliter la détermination de la structure mais aussi pour étudier l'effet du poids moléculaire sur l'activité biologique. L'activité métabolique des fractions a été étudiée par l'utilisation de puces à ADN. Le profil d'expression génique de fibroblastes traités avec du laminarane et du galactofucane a montré des modulations du métabolisme du cycle cellulaire et de la matrice extracellulaire. Ces résultats ont été validés par des tests in vitro classiques pour confirmer les effets sur la croissance cellulaire, l'apoptose et la sécrétion de métalloprotéinase matricielle (MMP) et de collagène-I. Par exemple, le laminarane stimule la sécrétion de collagène-1, protéine importante pour la guérison des plaies alors que le galactofucane inhibe la prolifération cellulaire. Ces résultats ont permis d'identifier des caractéristiques structurales importantes pour la modulation de l'activité comme le poids moléculaire. Ils ont aussi permis de clarifier la relation entre la structure et la bioactivité du laminarane et du galactofucane.

Le récepteur nucléaire Fetoprotein Transcription Factor (FTF) identifié par notre laboratoire et exprimé principalement dans le système digestif est un régulateur important du métabolisme des lipides et des stéroïdes, de la prolifération cellulaire et du développement embryonnaire. Plusieurs groupes ont constaté que l’influence du récepteur FTF sur la synthèse de stéroïdes et la régulation du cycle cellulaire stimule la prolifération tumorale de cellules d’origine tissulaire diverse. Mes études de doctorat ont porté sur l’expression tissulaire de FTF, sur la caractérisation d’un nouvel élément régulateur de son promoteur et sur l’identification par immunoprécipitation de chromatine (ChIP-chip) des cibles transcriptionnelles de FTF dans le foie de souris fœtale et adulte et dans les cellules d’hépatome humain. Ces études ont permis de mieux définir le rôle métabolique de FTF ainsi que son rôle développemental et son implication potentielle dans la carcinogenèse hépatique. L’expression de FTF par les organes du système digestif et par certaines structures nerveuses, sa régulation par des récepteurs nucléaires métaboliques et sa liaison aux promoteurs de multiples enzymes et transporteurs impliqués dans le métabolisme énergétique placent FTF dans une position clé dans l’homéostasie métabolique et énergétique de l’organisme. Le facteur de transcription C/EBPpartenaire de FTF au promoteur de l’AFP et impliqué lui aussi dans le développement hépatique et le métabolisme énergétique, est lié au promoteur de 20% des cibles transcriptionnelles de FTF. De plus, C/EBP lie le promoteur de FTF formant ainsi une autre boucle activatrice s’ajoutant au réseau transcriptionnel hépatique. Dans les cellules d’hépatome, FTF lie les promoteurs de plusieurs gènes impliqués dans la prolifération et le maintien des cellules tumorales, soit des régulateurs de la réplication, de la croissance et de l’apoptose cellulaire. FTF fait donc partie intégrante du réseau transcriptionnel hépatique régissant le développement et la différenciation hépatique et le maintien du métabolisme énergétique chez l’adulte et est vraisemblablement impliqué dans la promotion de la cancérogenèse hépatique. / FTF is a nuclear receptor principally expressed in adult digestive organs that has been shown to act as a major regulator of lipids and steroids metabolism, cellular proliferation and embryonic development. FTF involvement in steroid synthesis and cell cycle regulation tends toward the stimulation of tumor proliferation in neoplasic tissues in which FTF is expressed. However, more studies of FTF function in normal and disease states and on its regulation are needed to draw a complete picture of FTF activity in cell physiology. Within the context of my studies, I delineated the FTF adult and fetal tissular expression, characterized a novel Ftf promoter element and identified FTF direct hepatic transcriptional targets in fetal, adult and tumor cell lines by using chromatin immunoprecipitation (ChIP-on-chip). These studies defined new FTF functions in metabolism, fetal development and hepatic carcinogenesis. FTF expression in digestive system and in neural structures controlling eating behavior, its transcriptional regulation by metabolic nuclear receptors and its binding to enzyme and transporter gene promoters driving energy metabolism, puts FTF in a key location for governing cellular and organismal energy metabolism. C/EBP, a transcriptional FTF partner on the Afp gene promoter and also involved in energy metabolism, is bound to 20% of the FTF targets including FTF itself thus adding branches to the complex hepatic transcriptional network. In hepatoma cells, FTF binds to proliferation and tumor cell maintenance genes like replication, growth and apoptosis regulators. Therefore, FTF belongs to the hepatic transcription network that governs hepatic development, differentiation and adult energy metabolism and is likely to be involved in promoting hepatic tumorogenesis.

La résistance des bactéries aux antibiotiques est devenue un problème majeur dans la lutte aux infections bactériennes. En effet, plusieurs bactéries telles que Pseudomonas aeruginosa ont développé des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Le développement de nouveaux agents antibactériens s'impose donc. Étant donné que les virus de type bacteriophage sont des pathogènes naturels des bactéries, ils représentent une approche intéressante dans le but de développer de nouveaux agents antibactériens. Pour ce faire, nous avons entrepris des études sur les mécanismes moléculaires qui permettent aux bacteriophages de lyser les bactéries. Dans le cadre de cette étude, nous avons évalué les interactions potentielles entre l'endolysine du phage <)>KZ (gpl44) et des membranes modèles. Nous avons constaté que gpl44 interagit préférentiellement avec les membranes anioniques bactériennes. Nos études suggèrent aussi que la structure de la protéine n'est pas affectée de façon significative par la présence des lipides. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié des protéines de soie d'araignée naturelle et transgénique. Les fibres de soie d'araignée sont parmi les matériaux structuraux les plus évolués dans la nature. En effet, la soie, tout en étant très solide, possède une grande extensibilité. Comme ce type de matériau peut servir à de nombreuses applications, Nexia Biotechnologies Inc. a entrepris la production de soie d'araignée transgénique. Le but de notre étude est donc de déterminer l'influence de paramètres de production de la soie naturelle et transgénique sur la structure et la dynamique des protéines de fibres de soie et, éventuellement, de relier ces observations aux propriétés mécaniques de la soie. Nos études ont permis de déterminer que la vitesse de filage a une influence sur la dynamique des échantillons de soie naturelle. Pour ce qui est des différents types de soie naturelle étudiées soit la soie de la glande ampullacée majeure, mineure et de cocon, nous avons noté que bien qu'elles possèdent toutes les mêmes structures secondaires, des différences majeures ont été notées au niveau de la dynamique des échantillons. Nous avons aussi étudié des échantillons de soie transgénique produits par filage humide. Nous avons observé que peu importe la forme de l'échantillon transgénique étudié, il semble que ce soit la dynamique des échantillons qui soit critique pour obtenir des échantillons de soie recombinante possédant les mêmes propriétés mécaniques que la soie naturelle et non la structure secondaire de la protéine.

L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare, caractérisée par une défaillance de la moelle osseuse, des anomalies du développement et une forte incidence de cancer, essentiellement des leucémies myéloïdes aiguës. L'anémie de Fanconi peut être causée par la mutation de 13 gènes différents, et neuf des protéines Fane sont responsables de la monoubiquitination de FANCD2, qui est donc centrale dans la 'voie Fanconi'. Le complexe MRN joue plusieurs rôles essentiels dans la réparation des cassures double-brin dans l'ADN par recombinaison homologue : dans la signalisation du dommage et dans les points de contrôle du cycle cellulaire, dans la préparation des extrémités de la cassure pour les étapes suivantes de la réparation ainsi qu'un rôle structural afin de faciliter la réparation. Il a été montré précédemment que la protéine FANCD2 colocalise avec NBS1. Cependant, la relation fonctionnelle entre FANCD2 et MRE11 est mal comprise. Mes travaux de doctorat montrent que l'inhibition de MRE11, NBS1 ou RAD50 conduit à la déstabilisation de FANCD2. FANCD2 s'accumule de la phase S à la phase G2 aux sites contenant de l'ADN simple brin ou aux sites de dommages à l'ADN. La protéine FANCD2 purifiée lie préférentiellement d'ADN simple brin en comparaison à différents substrats d'ADN. L'inhibition de l'activité nuclease de MRE11 par le MIRIN diminue le nombre de foyers de FANCD2 formés in vivo. Nous proposons donc que FANCD2 lie l'ADN simple brin provenant de la résection de la cassure double brin par MRE11. Nos données établissent que MRN est un régulateur essentiel de la stabilité et de la fonction de FANCD2 au cours de la réponse aux dommages à l'ADN.

Comprendre les bases génétiques de l'adaptation constitue un objectif important de la biologie évolutive, particulièrement celles reliées aux adaptations au climat, en raison des changements climatiques présents et prédits. Une variation génétique des caractères quantitatifs reliés à l'adaptation selon des gradients géographiques et climatiques a déjà été démontrée chez l'épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P.), sans pour autant identifier les variations de l'ADN responsables de ces tendances. Afin de documenter la nature des polymorphismes d'ADN reliés aux adaptations climatiques chez cette espèce, des SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) situés dans des séquences de gènes ont été testés par différentes méthodes, permettant d'identifier des marqueurs ou des régions du génome qui sont sous sélection ou impliqués dans la variation de caractères reliés à l'adaptation. L'étude des niveaux de différenciation génétique entre groupes climatiques de populations pour 583 SNPs de gènes, ayant servi à cartographier le génome de l'espèce, a permis d'identifier 26 polymorphismes reliés à l'adaptation à la température et/ou aux précipitations. Ces SNPs, soumis à une intensité de sélection moyenne mais significative depuis la colonisation postglaciaire, étaient dispersés sur l'ensemble du génome et représentaient une large diversité de familles de gènes dont certaines avaient déjà été relevées dans d'autres études d'adaptation chez les conifères. Des analyses de cartographie de QTL (Quantitative Trait Loci) impliqués dans la variation de la date d'aoûtement ou de la hauteur chez des arbres juvéniles ont également révélé plusieurs régions impliquées dans l'adaptation avec de faibles proportions de variance expliquée par QTL. Par la suite, des tests d'association entre des SNPs candidats et ces caractères ont permis de relier 65% d'entre eux à la variation phénotypique, appuyant leur implication dans l'adaptation. L'étude de la distribution de SNPs neutres à travers l'ensemble de l'aire de répartition de l'épinette noire au Canada a permis d'identifier trois lignées glaciaires et leurs zones de contact. Des analyses d'identification de SNPs reliés à la variation climatique ont été menées indépendamment dans les deux plus grandes lignées glaciaires et ont démontré que l'histoire démographique reliée aux événements glaciaires avait influencé la composition génétique préexistante sur laquelle la sélection naturelle a pu agir ultérieurement.