Caenorhabditis elegans can enter an alternative dormant state called "dauer" to circumvent harsh environmental conditions. During this stage they cease their reproductive developmental program and food intake, while remaining fully viable and motile. During this stage increased levels of AMP-activated kinase (AMPK) blocks the exhaustion of the cellular energy depot by directly inhibiting a critical triglyceride lipase called ATGL-1. By performing a whole genome RNAi survey for genes that, when compromised, enhance the survival of AMPK mutant dauers I revealed that catalase genes were somehow involved in dauer survival in the mutants. I showed that increased hydrogen peroxide, to an optimal level, can alter both the abundance and the nature of the fatty acid content through HIF-1 transcription factor-dependent expression of several fatty acid biosynthetic enzymes. In addition, I showed that the AMPK-dependent phosphorylation of ATGL-1 not only signals its polyubiquitylation and subsequent proteasome-dependent degradation, but also generates a 14-3-3 binding site, which is recognized by PAR-5, the C. elegans 14-3-3 protein homologue. This association sequesters ATGL-1 away from cellular lipid droplets thereby reducing its accessibility to substrate. By studying the C. elegans CGI-58 protein, I provide evidence that in addition to its previously characterised role as a co-activator of ATGL in mammals, it also functions to maintain lipid droplet structure and prevents lipid exchange and fusion events among the lipid droplets. In summary, my work characterizes several regulators of the lipolysis pathway that can shed light on development of novel therapeutic treatments for diseases associated with abnormal lipid storage, hydrolysis or general homeostasis. / Les Caenorhabditis elegans ont la capacité d'entrer dans une phase de dormance alternative appelée 'dauer', afin d'échapper à des conditions environnementales difficiles, pendant laquelle ils cessent de se développer et de se nourrir, tout en restant mobile, et accroissent leur capacité de résistance au stress, si bien qu'ils sont capables de vivre quatre fois plus longtemps que les animaux adultes normaux. Les animaux dont la signalisation des insuline est en danger entrent dans une phase 'dauer' à une température restrictive, où la proteine AMPK agit comme un interrupteur qui limite la délivrance du dépôt d'énergie en ralentissant directement l'ATGL, l'enzyme restraignant le taux de tout le processus de lipolyse. En uitlisant des RNA interférants pour realiser une étude du génome, à la recherche de gènes, qui, lorsqu'ils sont compromis, améliorent la survie des AMPK mutantes dormantes, je révèle que le péroxyde d'hydrogène, lorsqu'il est augmenté à un niveau optimal, peut modifier à la fois l'abondance et la nature de la teneur en acide gras, à travers l'expression de facteur de transcription HIF-1 dépendant de plusieurs enzymes clés impliquées dans la biosynthèse des acides gras. De plus, je démontre que la phosphorylation catalysée par l'AMPK de l'ATGL-1 signale non seulement sa poly-ubiquitination, suivie de sa dégradation liée aux protéasomes, mais génère également un site de liaison 14-3-3. Ce dernier est reconnu par PAR-5, la protéine homologue de 14-3-3 des C. elegans, qui éloigne l'ATGL-1 des goutelettes lipidiques cellulaires, et donc décroit sa possibilité de former un substrat. En étudiant la protéine CGI-58 des C. elegans, j'apporte la preuve qu'en plus de son rôle de co-activateur de la protéine ATGL, observé chez les mammifères, elle agit également pour maintenir une structure de gouttelettes lipidiques normale et empêcher tout échange de lipides et toute fusion entre les gouttelettes lipidiques. En résumé, mon travail met en lumière plusieurs régulateurs de l'action de lypolyse qui peuvent avoir des conséquences sur le développement de traitements thérapeutiques novateurs pour les maladies associées aux lipides.

Cisplatin is an effective chemotherapeutic agent which causes oxidative and inflammatory damages to the cochlea, the hearing organ of the auditory system. The degenerative changes of the cochlea as a result of cisplatin chemotherapy lead to permanent hearing loss in patients, especially in younger children. Curcumin is a phytochemical compound known to exert various biological properties including acting as an effective antioxidant agent. In this study, curcumin was encapsulated by NIPAAM/VP/PEG-A nanoparticles to increase the bioavailability of the drug. Our hypothesis is that a combination therapy of curcumin loaded nanoparticles and dexamethasone can reduce the cisplatin-induced oxidative and inflammatory stress to the hearing organ. In a first step, characterization of the curcumin nanoparticles showed moderate stability in aqueous matrix, and temperature related slight release pattern of the curcumin from the nanoparticles. In the next phase, the protective effect of curcumin nanoparticles and dexamethasone against cisplatin damage were tested on auditory cells and in a guinea pig model. The in vivo experiments included the auditory brainstem response, antioxidant enzyme assays and morphological assessment of the cochlea. The results of our experiments showed that a combination treatment of curcumin loaded nanoparticles and dexamethasone reduced cisplatin-induced degenerative changes both in vitro and in vivo. / Le cisplatin est un agent chimiothérapeutique efficace qui cause des effets néfastes oxydatifs et inflammatoires à la cochlée, l'organe jouant un rôle primordial dans l'audition. Les changements dégénératifs de la cochlée suite au traitement avec le cisplatin entrainent une perte auditive permanente chez les patients, particulièrement chez les jeunes enfants. Le curcumin est un composant phytochimique qui peut exercer diverses propriétés biologiques, particulièrement comme agent antioxydant efficace. Dans cette étude, le curcumin a été encapsulé par des nanoparticules NIPAAM/VP/PEG-A afin d'augmenter la biodisponibilité du médicament. Notre hypothèse est qu'un traitement avec du curcumin encapsulé en nanoparticules en combinaison avec la dexaméthasone peut réduire le stress oxydatif et l'inflammation induite par le cisplatin à l'organe auditif. Dans une première étape, la caractérisation des nanoparticules de curcumine a montré une stabilité dans la matrice aqueuse, ainsi qu'une légère libération du curcumin des nanoparticules. Dans la phase suivante, l'effet protecteur des nanoparticules de curcumin combiné avec de la dexaméthasone contre les effets néfastes du cisplatin ont été testés sur des cellules auditives et un modèle de cochon d'inde. Les expériences in vivo comprenaient des réponses auditives cérébrales, des tests d'enzymes anti-oxydantes et des évaluations morphologiques de la cochlée. Les résultats in vitro et in vivo ont affirmé qu'un traitement de curcumin encapsulé en nanoparticules en combinaison avec la dexaméthasone réduit les changements dégénératifs induits par le cisplatin.

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is characterized by severe lung inflammation and progressive airflow limitation. Systemic manifestations of COPD, including exercise intolerance and skeletal muscle dysfunction, contribute to disease severity and mortality. Chronic oxidative stress has been implicated as a major contributor to the development of these co-morbid conditions. Oxidized proteins and lipids have been described in COPD skeletal muscle, however oxidatively damaged DNA has not been previously investigated. To assess the integrity of nuclear (nDNA) and mitochondrial DNA (mtDNA), we obtained muscle biopsies from 29 moderate-to-severe COPD patients (FEV1 = 48 ± 15% predicted) and 19 age-matched, healthy controls. Using a competitive ELISA assay, we found that COPD patients have significantly higher levels of oxidized DNA (387 ± 41 pg/mL) compared to controls (258 ± 21 pg/mL, p = 0.03). We also detected a higher prevalence of mtDNA deletions (74% in COPD and 15% in controls, p < 0.01) and incidence of Electron Transport Chain (ETC) abnormalities (8.0 ± 2.1% in COPD and 1.5 ± 0.42% in controls, p < 0.05). COPD patients with mtDNA deletions had significantly higher levels of oxidized DNA (457 ± 46 pg/mL) than patients with wild-type mtDNA (197 ± 29 pg/mL, p < 0.05). These results implicate ROS-mediated formation of mtDNA deletions and ETC dysfunction as novel systemic manifestations of COPD. / La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est caractérisée par une inflammation sévère des poumons et une obstruction progressive des voies respiratoires. Les manifestations systémiques de la MPOC, incluant l'intolérance à l'effort et le dysfonctionnement des muscles squelettiques, contribuent à la gravité de la maladie et au risque de mortalité. Le stress oxydatif chronique a été identifié comme contributeur majeur au développement de ces comorbidités. Les processus d'oxydation des protéines et des lipides dans le muscle squelettique chez les personnes atteints de MPOC ont été décrits dans la littérature, néanmoins les dommages oxydatifs causé à l'ADN n'ont jamais été préalablement étudiés.Pour évaluer l'intégrité de l'ADN nucléaire (ADNn) et de l'ADN mitochondrial (ADNmt), nous avons collecté des échantillons de biopsies musculaires chez 29 patients atteints de MPOC de niveau modérée à sévère (VEMS 1 = 48 ± 15% des valeurs prédites) et 19 sujets témoins sains du même âge.Les résultats du test ELISA concurrent nous ont permis de constaté que les patients atteints de MPOC présentaient des niveaux significativement plus élevés d'ADN oxydée (387 ± 41 pg / mL) par rapport aux sujets témoins (258 ± 21 pg / ml, p = 0,03). Nous avons également détecté une prévalence plus élevée de délétions dans l'ADN mitochondriale (74% chez les patients MPOC vs. 15% chez les sujets témoins, p < 0,01) et une incidence plus élevée d'anomalie dans la chaîne de transport des électrons (CTE) (8,0 ± 2,1% chez les patients MPOC vs. 1,5 ± 0,42% chez les témoins, p <0,05). Les patients atteints de MPOC ayant des délétions dans l'ADN mitochondriale présentaient une concentration significativement plus élevée d'ADN oxydée (457 ± 46 pg / mL) comparativement aux patients ayant un ADN mitochondrial intacts (197 ± 29 pg / ml, p <0,05).Nos résultats suggèrent la formation de stress oxydatif, induite par la présence de délétions dans l'ADN mitochondriale et l'augmentation de l'incidence d'anomalie dans la CTE, comme nouvelle manifestation systémiques de la MPOC.

Phenotypic plasticity is the ability for a single genotype to give rise to alternative adaptive phenotypes in response to environmental conditions facilitating their survival. In some cases, environmental conditions can influence the course of development of an organism, leading to the induction of novel phenotypic variation, the raw materials for selection in evolution. Although this fact has the potential to unify the disparate fields of ecology, development and evolution, we have only begun to investigate the underlying molecular mechanisms that translate the environment into phenotypic diversity. Ants are highly plastic; during development a single genotype can give rise to an array of alternative phenotypes related to dramatic differences in morphology, longevity, reproduction and behavior. This environmental sensitivity is the basis for the diversity of complex ant caste systems. Here, I used ant development of the hyperdiverse genera Pheidole and Camponotus as models to investigate my major goal, which is to understand how ecology (environment) acts on development, generating morphological variation, which can then lead to morphological diversification and evolution. The first specific goal (Chapter 2) of my thesis is to investigate the hormonal and developmental genetic basis underlying the evolution of novel worker ant subcastes. Specifically, the genus Pheidole is composed of over 1000 species, all of which comprise a complex worker caste system of minor workers and soldiers. In a hand full of these species, there exists an additional novel worker subcaste, the supersoldier. Through phylogenetic and developmental genetic analysis, I determined that this subcaste has evolved in parallel in different species. I then discovered through field observations and hormonal manipulations that there exists an ancestral developmental potential in this group: all Pheidole species have the hidden capacity to produce supersoldiers through environmental induction, the recurrence of which can lead to their evolution. The second specific goal of my thesis (Chapter 4) is to investigate the epigenetic mechanisms that translate environmental conditions into morphological variation within castes. Specifically, I investigated the involvement of DNA methylation in generating continuous sizing in the worker caste of the genus Camponotus. I discovered that DNA methylation is responsible for generating a continuous distribution of worker size and that one of its primary targets is the gene Egfr. Furthermore, the methylation level of Egfr is associated with quantitative variation in worker size and pharmacological inhibition of EGFR signaling demonstrated that this pathway is capable of generating the continuous distribution of size found within this caste. DNA methylation is an epigenetic mechanism that is known to cause transgenerational inheritance and therefore it can facilitate the evolution of environmentally generated quantitative variation. Collectively, the results of my thesis show how the environment acts on development through the integration of hormones, genes and epigenetic mechanisms to generate phenotypic variation for selection to act on. Perhaps we are coming closer to a point in time in evolutionary theory when we can say that the environment is as important in generating phenotypic variation as it is in the process of selection. / La plasticité phénotypique est l'habileté d'un génotype unique de produire des phénotypes adaptatifs alternes en réponse à des conditions environnementales facilitant leur survie. Dans certains cas, les conditions environnementales peuvent influencer le cours du développement d'un organisme, menant à l'induction d'une variation phénotypique nouvelle, qui est la matière brute pour la sélection en évolution. Bien que ce fait ait le potentiel d'unifier les champs distincts de l'écologie, du développement et de l'évolution, on commence seulement à étudier les mécanismes moléculaires fondamentaux qui traduisent l'environnement en diversité phénotypique. Les fourmis démontrent une grande plasticité phénotypique; durant le développement, un génotype unique peut produire une diversité de phénotypes adaptatifs qui démontrent des différences dramatiques de morphologie, de longévité, de reproduction et de comportement. Cette sensibilité environnementale est à la base de la diversité des systèmes complexes de castes chez les fourmis. Ici, j'ai utilisé le développement des genres hyperdiversifiés Pheidole et Camponotus comme modèles pour investiguer mon but principal, qui est de comprendre comment l'écologie (l'environnement) agit sur le développement, en générant de la variation morphologique qui peut par la suite mener à une évolution morphologique. Le premier objectif spécifique de ma thèse (Chapitre 2) est d'investiguer les bases hormonales et du développement des nouvelles sous-castes ouvrières chez les fourmis. Plus spécifiquement, le genre Pheidole est composé de plus de 1000 espèces, toutes démontrant un système de castes ouvrières complexe comprenant des ouvrières mineurs et des soldates. Chez un petit groupe de ces espèces, il existe une caste ouvrière additionnelle, la supersoldate. En utilisant des analyses phylogénétiques et de génétique du développement, j'ai déterminé que cette sous-caste a évolué en parallèle chez les différentes espèces. J'ai par la suite découvert, par des observations sur le terrain et des manipulations hormonales, qu'il existe un potentiel ancestral de développement dans ce groupe: toutes les espèces de Pheidole ont une capacité cachée de produire des supersoldates par induction environnementale, cette récurrence pouvant mener à leur évolution. Le second objectif spécifique de ma thèse (Chapitre 4) est d'investiguer les mécanismes épigénétiques qui traduisent les conditions environnementales en variation morphologique entre les castes. Plus spécifiquement, j'ai investigué le rôle de la méthylation de l'ADN dans l'élaboration d'une distribution de taille continue chez la caste ouvrière de Camponotus. J'ai découvert que la méthylation de l'ADN génère une distribution continue de taille chez la caste ouvrière et que l'une de ses cibles principales est le gène Egfr. D'ailleurs, le niveau de méthylation de Egfr est associé à une variation quantitative de la taille des ouvrières et une inhibition pharmacologique de la signalisation EGFR a démontré que cette voie de signalisation est capable de générer la distribution continue des tailles dans cette caste. La méthylation de l'ADN est un mécanisme épigénétique qui est connu pour causer une héritabilité transgénérationelle et donc, elle peut faciliter l'évolution d'une variation quantitative générée par l'environnement. Collectivement, les résultats de ma thèse montrent comment l'environnement agit sur le développement par l'intégration des hormones, des gènes et des mécanismes épigénétiques pour générer de la variation phénotypique sur laquelle la sélection naturelle peut agir par la suite. Peut-être que nous nous rapprochons d'un moment où la théorie de l'évolution peut proposer que l'environnement soit également important pour générer de la variation phénotypique qu'il peut l'être au cours du processus de sélection.

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The arachidonic acid released post-mortem from the complex lipids of rat forebrain labelled with {('3)H(,8)}-arachidonic acid had a specific activity close to that of the total phospholipids and much lower than that of the neutral lipids. The arachidonic acid is probably released from a mixture of phospholipids which excludes phosphatidylserine and phosphatidic acid. In the microsomal fraction, the specific activity of free arachidonic acid was very close to that of phosphatidylinositol. In rat cerebral cortex slices incubated in the presence of {('2)H(,8)}-arachidonic acid, prostaglandin F(,2(alpha)) reached maxiumum labelling before any of the lipids examined except for a pool of rapidly labelled free arachidonic acid located at the damaged surfaces of the tissue. In homogenates the deuterium to protium ratio of the total free arachidonic acid was similar to that of prostaglandin F(,2(alpha)). However, the probable occurrence of an isotope enrichment effect suggests that the total free arachidonic acid fraction is not identical with the precursor pool used for prostaglandin F(,2(alpha)) synthesis. In vivo, the amount of free arachidonic acid and prostaglandin F(,2(alpha)) in rat forebrain was increased following convulsions induced by carbachol and metrazol. The level of thromboxane B(,2) was not affected. Post-mortem levels of unesterified fatty acids were decreased in forebrains of phenytoin treated rats.

Recent studies have led to new insights regarding the molecular mechanisms of viral pathogenesis. Although the infectious process is quite complex, it is clear that one critical event, the interaction of viral attachment proteins with cell surface receptors, plays a major role in determining the pattern of infection. The mammalian reoviruses have served as useful models for understanding the molecular basis of viral pathogenesis. The mammalian reovirus hemagglutinin ((sigma)1 protein), which is an outer capsid protein, has been shown to be a major factor in determining virus host-cell interactions. To further our understanding of the structure and function of the hemagglutinin, we have cloned a cDNA copy of the reovirus type 3 Sl double-stranded RNA gene that encodes the viral hemagglutinin and sequenced the DNA complementary to the Sl gene. Analysis of the predicted amino acid sequence of the viral hemagglutinin has allowed us to determine that the amino-terminal portion contains an (alpha)-helical coiled-coil structure and that the carboxy-terminal portion contains the receptor interacting domains. With this information we have designed a model that shows how the reovirus hemagglutinin is attached to the viral particle.

This work concerns the central regulation of dopamine beta-hydroxylase in the adrenal gland of the rat. This enzyme is neurally induced by subjecting rats to stress or to the injection of reserpine. Several neurotransmitter agonists and antagonists were administered in order to clarify the nervous pathways to this organ. The combination of the central or systemic administration of a catecholamine depletor and a serotonin depletor also increases the activity of this enzyme. Serotonin antagonists but not catecholamine antagonists potentiate the action of reserpine. However, the depletion of catecholamines or serotonin alone does not elevate the activity of this adrenal enzyme. Serotonin agonists block the effect of reserpine. Adrenal phenylethanolamine N-methyltransferase exhibits a similar regulation. Electrolytic lesions and administration of a serotonin neurotoxin in the raphe area show that the medial raphe nucleus is the centre of the inhibitory serotonergic pathway regulating adrenal functions. The muscarinic agonist oxotremorine produces a centrally mediated induction of adrenal dopamine beta-hydroxylase. Depletion of central or peripheral catecholamines and serotonin does not modify the elevation of this enzyme activity by oxotremorine. Central and systemic administration of agonists binding to gamma-aminobutyric acid-receptors decreases adrenal dopamine beta-hydroxylase activity and impairs the effect of the cholinergic inducer. These negative effects are blocked by a specific antagonist of gamma-aminobutyric acid type A-receptors. This work suggests a central inhibitory action of the aminoacid and a gamma-aminobutyric-cholinergic interaction in regard to adrenal dopamine beta-hydroxylase. Corticotropin releasing factor, centrally administered at a constant rate, increases adrenal dopamine beta-hydroxylase and phenylethanolamine N-methyltranferase activities without elevating plasma corticosterone. This result supports the role of the peptide as first medi

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