La maladie d’Alzheimer est actuellement la forme de démence la plus courante. Les causes, les facteurs de risques ainsi que le(s) mécanisme(s) conduisant à l’apparition des symptômes ne sont pas encore clairement connus. Néanmoins, le rôle central du peptide amyloïde (Aβ) dans le développement de la maladie a été démontré au travers de nombreuses recherches et fait actuellement l’unanimité. L’espèce oligomérique d’Aβ est plus précisément pointée doigt comme l’espèce la plus toxique. La formation des oligomers, au cours du processus d’agrégation, conduit à une population hétérogène en termes de taille et morphologies limitant la compréhension actuelle de leur implication dans le processus pathologique ainsi que dans l’initiation de la maladie. <p>Notre étude structurale minutieuse du processus d’agrégation du peptide Aβ démontre la formation d’agrégats dont le degré d’assemblage augmente au cours du temps. Nous avons montré que les agrégats identifiés comme étant des oligomères adoptent une structure en feuillets β antiparallèles. Tandis que l’interconversion de la structure β d’antiparallèle à parallèle conduit à la formation de fibrilles. Sur base de l’interprétation des spectres infrarouges analysés par corrélation à 2 dimensions, nous suggérons que ce changement de conformation est rendu possible grâce aux modifications des liens hydrogènes. En effet, les liens hydrogènes intramoléculaires qui stabilisent la structure antiparallèle des brins β disparaissent en faveur de liens intermoléculaires conduisant à la formation de feuillets β parallèles. De plus, ce changement de conformation requière la rotation des brins β le long de leur axe respectif. <p>Notre travail a pu mettre en avant le rôle central des oligomères dans la pathologie d’une part par leur rôle d’intermédiaires transitoires nécessaires et obligatoires à la formation des fibrilles mais également par la relation étroite qui existe entre leur structure en feuillets β antiparallèles et leur toxicité cellulaire. La modulation et/ou suppression de cette conformation est requise spécifiquement pour réguler leur toxicité et empêcher le processus de mauvais reploiement du peptide conduisant au développement de la maladie. <p>Enfin, nous avons également apporté de nouvelles informations concernant l’implication des membranes biologiques dans le mécanisme de toxicité des oligomères. Nos résultats démontrent que l’interaction du peptide avec un modèle de la membrane biologique ne conduit pas à la déstabilisation de cette dernière. L’hypothèse suggérant la formation de pores et/ou de canaux ioniques comme mécanisme de cytotoxicité est de facto réfutée par notre travail. Néanmoins, nous suggérons que l’interaction du peptide avec les lipides modifie le processus d’agrégation décrit dans la première partie de notre travail. Elle accélère l’étape de nucléation permettant la formation rapide d’oligomères à la surface de la membrane et accentuant ainsi leur probabilité d’interaction avec les protéines membranaires neuronales telles que les récepteurs de neurotransmetteurs./<p>Aggregation of amyloid-β peptides (Aβ1-40 and Aβ1-42) leads to formation of heterogeneous<p>toxic species, oligomers and fibrils, implicated in Alzheimer’s disease. As oligomers were<p>identified as the most cytotoxic entities, our research did focus on their implications in<p>pathology and the Aβ aggregation process which are currently not fully understood.<p>Using ATR-FTIR spectroscopy, we demonstrated that Aβ oligomers adopt an antiparallel β-<p>sheet structure. β-sheet interconversion from antiparallel to parallel seems to be an important<p>step in the Aβ oligomers-to-fibrils transformation. Furthermore, 2-D correlation analysis of<p>infrared spectra recorded during aggregation showed that Aβ isoforms undergo different β-<p>sheet reorganizations explaining their distinct aggregation kinetics. Aβ1-40 misfolding seems<p>to be related to a greater extent of secondary structure changes (increase of β-sheet structure<p>while α-helices and random coil structures content decrease). On the contrary, the same<p>analysis for Aβ1-42 suggests that a possible β-strand ‘rotation’ triggering inter-H bonding<p>formation and stabilizing fibrils may probably explain the antiparallel to parallel β-sheet<p>conversion.<p>We also provided evidence that cytotoxicity is strongly related to the oligomeric antiparallel<p>β-sheet structure of Aβ. The concomitant absence of antiparallel β-sheet structure due to<p>incubation with whey protein-derived peptide hydrolysate strongly suggests that cytotoxicity<p>and β-sheets organization are related.<p>Formation of β-barrel spanning the lipid membrane has been proposed to explain this Aβ<p>structure-toxicity relationship. In the last part of our work, we demonstrated that the<p>interaction of Aβ1-42 with anionic lipid membranes creates and/or stabilizes specific-size<p>oligomers. These oligomers, especially the dodecamer, are known to be the most toxic.<p>Nevertheless, we could not show that these specific oligomers are implicated in membrane<p>destabilization. Further works are needed to separate and study the individual properties of<p>each oligomer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La malignité des astrocytomes est établie sur base de critères morphologiques définis au sein de la classification de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Ce système de gradation, qui s’échelonne de I à IV, constitue actuellement l’outil pronostique le plus fiable. Par facilité, les cliniciens regroupent les astrocytomes de grade I (astrocytomes pilocytiques) et les astrocytomes diffus de grade II sous le terme d’« Astrocytomes de bas-grade » par opposition aux astrocytomes de haut-grade, constitués des astrocytomes anaplasiques (grade III) et des glioblastomes (GBM ;grade IV). Cette terminologie conduit à des prises en charge cliniques inadéquates car elle englobe des tumeurs très différentes en terme d’agressivité :les astrocytomes de grade I, majoritairement non infiltrants, non évolutifs et indolents et les astrocytomes diffus de grade II, toujours infiltrants et évolutifs, progressant systématiquement en astrocytomes de haut-grade et entraînant le plus souvent le décès prématuré du patient. Bien que ces tumeurs soient définies par la classification de l’OMS comme des entités clinicopathologiques distinctes, peu de données sont disponibles dans la littérature pour expliquer leurs particularités biologiques et la pratique quotidienne montre que les différencier peut être difficile. <p><p>Le but des études entreprises au cours de ce travail de thèse est d’apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de tumorigenèse qui différencient l’astrocytome de grade I des astrocytomes diffus (grade II-IV), de manière à identifier des voies biologiques qui permettraient, au moins en partie, d’expliquer ces différences de comportement. <p><p>Au cours de la première partie de ce travail, nous avons caractérisé les profils d’expression génomique des astrocytomes de grade I et de grade II, en comparant les données d’expression de gènes (évaluées par des technologies de micropuces d’ADN) de travaux publiés entre 2000 et 2005. L’expression des gènes identifiés a été validée par des analyses de RT-PCR quantitative sur une série indépendante d’astrocytomes de grade I, II et IV. Les fonctions biologiques des protéines codées par chacun de ces gènes ont fait l’objet de recherches bibliographiques détaillées afin de proposer un modèle permettant d’approcher les différences de comportement de ces tumeurs. Cette analyse nous a permis d’identifier TIMP4 (tissue inhibitor of metalloproteinases 4) et IGFBP2 (insulin-like growth factor binding protein 2) comme gènes candidats pour améliorer la caractérisation biologique et clinique des astrocytomes de grade I par rapport aux astrocytomes diffus. TIMP4 et IGFBP2 codent respectivement pour un inhibiteur endogène des métalloprotéinases matricielles (MMPs) et une protéine de liaison capable d’inhiber l’action des « insulin-like growth factors » (IGFs, dont IGFI et IGFII), des facteurs impliqués dans la croissance et la migration des astrocytes normaux et tumoraux. <p><p>Sur base de la surexpression de TIMP4 et d’IGFBP2 dans les astrocytomes de grade I, en comparaison aux astrocytomes diffus de grade II, nous avons posé l’hypothèse suivante :« L’absence d’agressivité des astrocytomes de grade I, en comparaison aux astrocytomes diffus (grade II-IV) pourrait en partie être liée à l’inhibition par TIMP-4 de la protéolyse des complexes IGFBP2-IGFII au sein de ces tumeurs ». Cette protéolyse, qui diminue l’affinité d’IGFBP2 pour IGFII, pourrait contribuer à libérer IGFII dans la matrice extracellulaire (MEC), favoriser la liaison d’IGFII à son récepteur IGF-IR et stimuler la croissance et la migration des cellules astrocytaires tumorales. Pour tester cette hypothèse, nous avons réalisé différentes analyses biochimiques afin i) de caractériser les actions protéolytiques de MMP-2, MMP-9 et MT1-MMP sur le complexe IGFBP2-IGFII, ii) d’identifier la libération d’IGFII lors du clivage de ce complexe, et iii) d’étudier l’action inhibitrice de TIMP-4. A l’aide d’un modèle cellulaire in vitro (lignée astrocytaire tumorale LN229), nous avons ensuite observé l’influence de la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII sur la croissance et la motilité cellulaire. Cette étude a montré :(1) la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII par MMP-9, (2) l’inhibition partielle de cette protéolyse par TIMP-4, (3) la libération d’IGFII résultant de cette protéolyse et (4) les effets stimulants de la libération d’IGFII sur la croissance et la motilité des cellules LN229. Cette étude souligne le rôle important de la protéolyse des complexes IGFBP2-IGFII dans l’agressivité des astrocytomes diffus. Elle confirme les effets stimulants propres d’IGFII, d’IGFBP2 et de MMP-9 sur la motilité et/ou la croissance des cellules astrocytaires tumorales. Enfin, elle identifie un rôle inhibiteur potentiel de TIMP-4 sur la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII, qui pourrait contribuer à expliquer le caractère plus indolent des astrocytomes de grade I en comparaison aux astrocytomes diffus.<p><p>\ / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La crête neurale (CN) est une structure transitoire apparaissant en bordure de la plaque neurale chez les embryons de vertébrés. Au cours du développement embryonnaire, les cellules de la CN prolifèrent, subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent et se différencient en de nombreux types cellulaires tels que des neurones et cellules gliales du système nerveux périphérique, des mélanocytes, des cellules musculaires lisses ou des élements du squelette cranio-facial. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules de la CN, nous avons étudié le rôle de deux facteurs de transcription, Hairy2 et Stat3, via des expériences de perte et gain de fonction chez l’embryon de xénope. <p>Le gène Hairy2 code pour un facteur de transcription bHLH-O répresseur. Il est exprimé précocement au niveau de la bordure de la plaque neurale incluant la CN présomptive. Nous avons montré que Hairy2 est requis pour la prolifération des cellules de la CN en aval de signaux FGFs et qu’il maintient les cellules dans un état indifférencié en réprimant l’expression précoce des gènes spécifiques de la CN. Hairy2 réprime aussi la transcription du gène Id3 codant pour un facteur HLH essentiel à la prolifération des cellules de la CN. Id3 affecte également Hairy2. Nous avons observé que la protéine Id3 interagit physiquement avec Hairy2 et bloque son activité, démontrant que les interactions entre Hairy2 et Id3 jouent un rôle important dans la prolifération et la spécification des cellules de la CN. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un des buts principaux de la biologie évolutive et de la médecine moléculaire consiste à reconstruire les relations phylogénétiques entre organismes à partir de leurs séquences moléculaires. En littérature, cette question est connue sous le nom d’inférence phylogénétique et a d'importantes applications dans la recherche médicale et pharmaceutique, ainsi que dans l’immunologie, l’épidémiologie, et la dynamique des populations. L’accumulation récente de données de séquences d’ADN dans les bases de données publiques, ainsi que la facilité relative avec laquelle des données nouvelles peuvent être obtenues, rend l’inférence phylogénétique particulièrement difficile (l'inférence phylogénétique est un problème NP-Hard sous tous les critères d’optimalité connus), de telle manière que des nouveaux critères et des algorithmes efficaces doivent être développés. Cette thèse a pour but: (i) d’analyser les limites mathématiques et biologiques des critères utilisés en inférence phylogénétique, (ii) de développer de nouveaux algorithmes efficaces permettant d’analyser de plus grands jeux de données. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Parmi les paramètres influençant l'inférence d'arbres phylogénétiques, nous nous sommes penchés d'une part sur (i) l'utilisation et l'efficacité de différents marqueurs et (ii) l'influence de la radiation évolutive (la succession rapide d'événements de spéciation) dans la construction d'arbres phylogénétiques et, d'autre part, sur l'applicabilité du modèle de substitution nucléotidique GTR (General Time Reversible).<p><p>La première partie de ce travail étudie l'évolution des cétacés en se basant sur les séquences des génomes mitochondriaux, sur le motif d'insertion de rétroposons SINEs (short interspersed elements) nouvellement isolés et les loci nucléaires de ces derniers. Le choix des cétacés est motivé par la présence, durant leur évolution, de radiations évolutives, qui sont propices au tri différentiel de lignées généalogiques: si des séquences de gènes ou des allèles restent polymorphes entre des événements de spéciations, il est possible, et même probable, d'observer une incompatibilité entre les histoires évolutives de ces marqueurs, malgré que celles-ci soient bien correctes. Nous abordons l'étude du tri différentiel des lignées généalogiques par le biais des SINEs, dont l'insertion aléatoire et irréversible confère à ces marqueurs un risque de convergence particulièrement faible.<p><p>Notre approche multi-marqueur nous permet de reconstruire un arbre robuste à partir duquel nous analysons ces différents marqueurs à l'aide des rapports signal/bruit (la qualité du contenu informatif du marqueur) et effort/signal (les efforts à mettre en oeuvre pour obtenir du signal phylogénétique). Nous discutons également les relations conflictuelles/incorrectes obtenues à partir des différents marqueurs, notamment des motifs d'insertion de SINEs pour lesquels nous décrivons un test objectif nous permettant de différencier le tri différentiel de lignées généalogiques et la convergence.<p><p><p>Les modèles de substitutions nucléotidiques sont à la base de nombreuses méthodes d'inférence phylogénétiques. Parmi ces modèles, le modèle GTR est un des plus complets et des plus utilisés. Waddell and Steel [1997] ont décrit une procédure qui permet d'estimer les distances et les taux instantanés de substitution pour des séquences évoluant selon les hypothèses du modèle GTR. Il existe néanmoins des conditions qui rendent cette procédure, et donc l'utilisation du modèle GTR, inapplicables. <p><p>Nous avons simulé l'évolution de séquences d'ADN le long de 12 arbres caractérisés par un ensemble de conditions biologiquement plausibles (différentes longueurs de branches, des conditions de (non-)homogénéité de la matrice de taux instantanés de substitution et différentes longueurs de séquences). Pour chaque ensemble de conditions, nous avons évalué (i) l'applicabilité du modèle GTR et (ii) la qualité des alignements obtenus à partir des données simulées. <p><p>Nos résultats indiquent que l'inapplicabilité de la procédure de Waddell and Steel [1997] peut effectivement être considérée comme un problème pratique car elle apparaît avant les difficultés d'alignement (étape nécessaire et préalable à toute inférence phylogénétique). La probabilité de cette inapplicabilité dépend du taux de substitution et de la taille des données.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce projet consiste à fractionner le Sérum Foetal Bovin (FBS) dans l'espoir de découvrir de nouveaux facteurs mitogéniques. Une plateforme de séparation a été conçue comprenant différentes techniques de manière itérative séquentielle: l'utilisation d'agents chaotropiques suivie par l'ultrafiltration et la chromatographie d'échange d'anions. Les fractions obtenues sont testées pour leur effet sur l'expansion cellulaire, individuellement et en combinaison selon une méthode de planification statistique des expériences (DOE). Le rétentat du FBS dénaturé avec l'urée a été identifié comme la fraction la plus prometteuse par rapport à la prolifération des cellules précurseurs de muscle et a été séparé dans une seconde étape par échange anionique produisant cinq fractions différentes. Le traitement d'images a été utilisé afin de réduire le temps, l'effort, et l'erreur, associés à l'application de l'hémaecytomètre pour les comptes cellulaires. L'analyse par electrophorèse sur gel a également été réalisée afin d'identifier les facteurs enjeu dans ce liquide biologique.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 août 2023) / La maladie d'Alzheimer (MA) est la cause la plus commune de démence chez les personnes de 65 ans et plus. Qu'est-ce qui déclenche réellement cette maladie ? La réponse est probablement une interaction dynamique de diverses voies, y compris l'amyloïde-bêta, les protéines tau hyperphosphorylées et les cytokines inflammatoires, modulées par des facteurs de risque tels que la génétique et le sexe. Cependant, tester une telle hypothèse multifactorielle chez l'humain est logistiquement presque impossible. Les modèles mathématiques pourraient résoudre ce problème en offrant un moyen de démêler les relations causales. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons construit un modèle mathématique décrivant l'évolution d'un cerveau normal vers un état pathologique. Il est composé de dix-neuf équations différentielles ordinaires utilisant des paramètres issus de la littérature. Nos variables incluent l'amyloïde-bêta, les protéines tau, les neurones, les astrocytes activés, les microglies et macrophages, et certaines cytokines. Nous obtenons des résultats pour ces variables pour le vieillissement entre 30 et 80 ans d'âge. En raison de son importance dans la MA, nous avons séparé l'accumulation d'amyloïde-bêta en plusieurs composantes, soit les monomères intracellulaires et extracellulaires, les oligomères et les plaques. L'effet du sexe et la présence de l'allèle APOE4 ont été pris en compte via des paramètres sélectionnés. Le modèle est également sensible à l'insuline, étant donné que le diabète est un facteur de risque bien connu de la MA. Notre modèle relie avec succès la plupart des variables par rapport à l'âge. Nous présentons aussi deux variations du modèle, soit sans la variation de la concentration d'insuline, ou avec une diminution du taux d'activation des microglies. Les résultats obtenus sont cohérents avec les observations expérimentales. Malgré cela, notre modèle est encore sujet à plusieurs améliorations et une validation avec des données expérimentales est à faire. / Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in people aged 65 and over. What actually triggers this disease? The solution is likely a dynamic interplay of various pathways, including amyloid-beta, hyperphosphorylated tau proteins, and inflammatory cytokines, modulated by risk factors such as genetics and gender. However, testing such a multifactorial hypothesis is logistically almost impossible to achieve in humans in practice. Mathematical models could solve this problem by offering a way to untangle causal relationships. As part of this thesis, we have built a mathematical model presenting the evolution of a normal brain towards a pathological state. It is composed of nineteen ordinary differential equations using parameters taken from the literature. Our variables include amyloid-beta, tau proteins, neurons, activated astrocytes, microglia and macrophages, and some cytokines. We obtain results for these variables for aging between 30 and 80 years of age. Because of its importance in AD, we have separated amyloid-beta accumulation into several components, namely intracellular and extracellular monomers, oligomers and plaques. The effect of sex and the presence of the APOE4 allele were taken into account via selected parameters. The model is also insulin sensitive, as diabetes is a well-known risk factor for AD. Our model successfully links most of the variables with age. We also present two variations of the model, either without the variation in insulin concentration, or with a decrease in the rate of activation of microglia. The results obtained are consistent with the experimental observations. Despite this, our model is still subject to several improvements and a validation with experimental data is to be done.

Comparer les structures génétiques des populations d’un couple hôte-parasite permet d’évaluer les facteurs qui façonnent la dispersion ainsi que la potentialité d’adaptation locale de ces espèces. Le modèle étudié est le crabe ectoparasite Dissodactylus primitivus et son oursin-hôte Meoma ventricosa, endémiques des Caraïbes et des côtes américaines voisines. <p>En étudiant des populations le long de l’arc antillais et de la côte panaméenne, ce travail a mis en évidence que la structure génétique des populations du parasite D. primitivus diffère fortement de celle de son hôte M. ventricosa (microsatellites et cytochrome oxydase I). En effet, alors que les populations du parasite présentent une différenciation au sein de cette région, celles de l’hôte sont génétiquement homogènes. Ce contraste peut être expliqué par des caractères biologiques et écologiques (fécondité, habilité à la nage, disponibilité de l’habitat) et suggère des potentialités d’adaptation locale distinctes. La distance géographique semble être importante dans la structuration des populations du crabe mais la courantologie ou encore des évènements passés (glaciations) jouent également un rôle. A l’échelle d’une même île, les crabes ne présentent pas de différenciation entre des sites distincts. En outre, nous avons pu montrer que des crabes issus d’hôtes d’espèces différentes ne sont pas différenciés génétiquement ce qui pourrait être liée à la mobilité des crabes adultes. Par des analyses de paternité, nous avons souligné cette mobilité, démontrant que le mode de reproduction du crabe est de la polygamie mais aussi que des accouplements pouvaient avoir lieu entre crabes d’espèces hôtes distinctes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished