La machinerie pour l’exploitation des ressources minérales qui se trouvent au fond des océans est déjà opérationnelle et la délivrance de permis miniers est imminente malgré d’inquiétantes lacunes de connaissances sur ces écosystèmes. En effet, dans une optique de sauvegarde, il est particulièrement important de mieux connaître les processus clés de l’écologie des profondeurs. Quelles sont les conséquences évolutives de la symbiose si répandue dans les écosystèmes profonds? Comment les sources hydrothermales sont-elles connectées? Quelles adaptations permettent la résilience des espèces endémiques de ces milieux? Dans le Pacifique est, la faune hydrothermale est caractérisée par de denses populations de palourdes de la famille Vesicomyidae et de vers polychètes tubicoles qui servent de niche à une multitude d'autres espèces. Ces deux groupes d'invertébrés dépendent pour leur nutrition de bactéries symbiotiques chimiolithotrophes. Celles-ci sont directement transmises de génération en génération chez les palourdes, et acquises de novo à partir de sources environnementales chez les vers. De plus, les vers possèdent une grande plasticité phénotypique associée aux conditions environnementales très variées (en terme de température, d’oxygène et de concentration de minéraux) dans lesquelles ils se retrouvent. Du fait du contraste dans leurs mode de transmission des symbiotes, de leur distribution étendue, et de leur rôle écologique important, ces deux groupes taxonomiques sont un excellent modèle pour étudier l’évolution, la connectivité et la résilience dans les écosystèmes marins profonds basés sur la chimiosynthèse. Ainsi, les objectifs de ma thèse sont de 1) déterminer les conséquences du mode de transmission des symbiotes sur leur évolution, 2) comparer la connectivité inter-sources entre les populations d’hôtes et de symbiotes, et 3) caractériser la méthylation de l'ADN chez les polychètes des sources hydrothermales et déterminer si ce mécanisme épigénétique joue un rôle adaptatif important. Ces objectifs sont abordés dans trois études indépendantes qui révèlent que 1) des processus à la fois neutres et sélectifs façonnent les génomes des symbiotes bactériens, 2) les populations de symbiotes bactériens dans les cheminées hydrothermales ne sont pas panmictiques mais sont influencées par des modèles locaux de connectivité, et 3) la méthylation de l'ADN est un mécanisme important d'adaptation dans les grands fonds marins. Ultimement, ces études permettent d'établir des lignes directrices en matière de conservation pour les opérations minières, et aident à l’établissement d’aires marines protégées. / The mining industry is ready to exploit the mineral resources lying on the seafloor and the issuing of mining permits is imminent despite concerning knowledge gaps about the key evolutionary and ecological processes at play in these ecosystems. What are the evolutionary consequences of symbioses which are ubiquitous in deep-sea benthic ecosystems? How are chemosynthetic-based ecosystems connected? What kind of adaptations enable the resilience of vent endemic species to their extreme environment? In the eastern Pacific, chemosynthetic-based communities are characterized by dense aggregations of vesicomyid clams (in hydrocarbon seeps) or tubeworms (in hydrothermal vents) both of which offer habitat for many other species. Both invertebrates rely on chemolithotrophic bacteria for their nutrition. In the clams these symbionts are transmitted directly to the next generation through the eggs whereas in the tubeworms the symbionts are acquired de novo from the environment. The tubeworms also display striking phenotypic plasticity according to the physico-chemical conditions of their habitat. Because of their contrasting symbiont transmission mode, extended distribution, and ecological significance, these two taxonomic groups constitute an excellent model to study evolution, connectivity, and resilience in deep-sea chemosynthetic-based ecosystems. Thus, the objective of my thesis are to 1) identify the consequences of symbiont transmission mode on their evolution, 2) compare host and symbiont populations connectivity, and 3) characterize DNA methylation in deep-sea polychaetes and assess whether this epigenetic mechanism could explain their resilience. These objectives were addressed in three independent studies which revealed that 1) both neutral and selective processes participate in shaping the genomes of bacterial symbionts, 2) the populations of bacterial symbionts in hydrothermal vents are not panmictic but are influenced by local patterns of connectivity, and 3) DNA methylation is an important mechanism of adaptation in the deep-sea. Ultimately, these studies provide conservation guidelines for mining operations and help with the establishment of marine protected areas.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les écologistes qui ont fertilisé des écosystèmes lotiques et lentiques ont démontré que la production des jeunes salmonidés peut être contrôlée par les nutriments via la voie trophique. Cependant, à ma connaissance, aucune étude n'a été réalisée sur la limitation de la production des juvéniles du Saumon de l'Atlantique par les nutriments, via les interactions trophiques, en milieux naturels. De plus, bien que plusieurs études portent sur la diète des juvéniles de salmonidés sédentaires, très peu ont été réalisées sur la diète des juvéniles de salmonidés anadromes comme le Saumon de l'Atlantique. Le but de cette recherche est d'identifier les patrons des relations trophiques dans un écosystème lotique du Saumon de l'Atlantique et d'examiner quels sont les facteurs déterminant la sélection des proies de ces jeunes saumons dans l'écosystème de la rivière Ste-Marguerite pour l'été 1995. Pour tester les hypothèses de la première partie de cette recherche, des échantillons de phosphore total, de périphyton, d'invertébrés benthiques ainsi que de juvéniles du Saumon de l'Atlantique ont été récoltés dans cinq ruisseaux et dans quatre sites de la rivière principale. Pour la deuxième partie, des échantillons d'invertébrés de la dérive et de contenus stomacaux de juvéniles du Saumon de l'Atlantique ont été récoltés dans cinq ruisseaux et dans trois sites de la rivière principale. L'échantillonnage s'échelonnait sur une période de deux mois, soit Juillet et Août de l'année 1995. Le premier chapitre porte sur les interactions entre chaque niveau trophique de l'écosystème de la rivière Ste-Marguerite. Le périphyton semble être le seul niveau trophique à être contrôlé par la voie ascendante (ressources). En effet, aucune dépendance significative à cette voie n'a été trouvée pour les niveaux supérieurs au périphyton. Les différences abiotiques entre les habitats (ruisseaux et rivières) semblent contrôler davantage la communauté des juvéniles du Saumon de l'Atlantique que leurs ressources via les interactions trophiques. Le second chapitre porte sur les facteurs déterminant le choix des proies par les juvéniles du Saumon de l'Atlantique. Seulement deux types d'invertébrés sur six sont sélectionnés en fonction de leur taille ou de leur abondance. Ces paramètres ne semblent donc pas être des facteurs primordiaux pour contrôler la sélection des proies par les jeunes saumons. L'augmentation de la taille des proies consommées suite à un accroissement de la taille des juvéniles du Saumon de l'Atlantique est probablement mieux expliquée par la limitation morphologique de la gueule des poissons, la bioénergétique et la base saisonnière de l'échantillonnage que par le phénomène de la sélection en taille. En conclusion, dans un écosystème oligotrophe naturel comme celui de la rivière Ste-Marguerite, il s'avère que la production des juvéniles du Saumon de l'Atlantique n'est pas exclusivement contrôlée par les ressources via la voie trophique. Il semble également que contrairement à la majorité des études publiées, les jeunes saumons ne sélectionnent pas principalement leurs proies en fonction de l'abondance et de la taille de celles-ci.

Le biomimétisme est une approche de design grandissante et perçue comme prometteuse en termes d’innovation et de résolution de problèmes. Elle est considérée comme une stratégie de développement possédant un vaste potentiel en respect des perspectives de durabilité. Des études récentes démontrent cependant une situation contradictoire. La pratique biomimétique est qualifiée comme technocentriste et bio-exclusive. Cette situation est symptomatique d’une discontinuité entre les programmes de la durabilité et de la biomimétique. Le déploiement de la typologie de Nigel Cross comme outil conceptuel permet d’analyser le contexte méthodologique du biomimétisme d’une manière révélatrice : l’étude biologique du design nécessite d’être formalisée sous la bannière du biomimétisme. Pour y parvenir, un examen de littérature sur l’application du cadre darwinien, génétique et des méthodes de classification sur la culture matérielle est réalisé. Cet examen méthodologique permet d’introduire les mécanismes d’évolution à la théorie du design comme les mécanismes de conception de l’objet de design, soit comme un modèle ontogénique cohérent et formalisé. L’examen procède aussi à l’analyse de l’usage des méthodes de classification du règne artificiel et permet de formuler un modèle ontologique des objets de design. Ensemble ces modèles ontogéniques et ontologiques constituent un modèle descriptif complémentaire de microévolution et de macroévolution. Finalement le besoin d’un modèle de durabilité est abordé. Basé sur les modèles descriptifs précédents, le principe biologique d’adaptation est proposé comme modèle de durabilité à caractère évolutionniste pour la pratique biomimétique. / Biomimicry is a growing design approach perceived as promising in terms of innovation and problem solving. It is considered a development strategy possessing a vast potential regarding durability prospects. Nevertheless, recent studies report a contradictory situation. Biomimicry is described as techno centrist and bio-exclusive. This situation is symptomatic of a discontinuity between the biomimicry and the durability programs. The implementation of Nigel Cross’s typology as a conceptual device enables us to analyze the methodological context of biomimicry in an insightful manner: the biological study of design remains to be formalized under the biomimicry umbrella. To achieve this, a literature review examining the application of the Darwinian and genetics framework, as well as the classification methods upon our material culture is carried out. This review allows us to introduce the known evolutionary mechanisms to design theory as the development mechanisms of the designed object. This constitutes a cohesive and formalized ontogeny model. The review proceeds to analyze the applications of classification methods on the artificial realm which allows to formulate an ontological model on the designed object. Together these models form a complementary descriptive model of micro and macroevolution. Finally, the need for a model of sustainability is addressed. Based upon the aforementioned descriptive models, the biological principle of adaptation is presented as an evolutionary model of sustainability for biomimetic design practice.

Les sites industriels abandonnés présentent souvent des sols ayant des propriétés physico-chimiques atypiques et des concentrations élevées en métaux traces, rendant leur dépollution coûteuse de surcroît quand les superficies sont grandes. Les phytotechnologies, comme la phytoremédiation, émergent alors comme des options économiques et socialement acceptables. Cette étude, conduite en conditions semi-contrôlées, a examiné la capacité de saules (Salix miyabeana 'SX67') et de peupliers (Populus DNxM '915508') à phytoremédier des sols contaminés, notamment par le cuivre, et a comparé leurs performances suivant l’application de frass, un résidu de l’élevage d’insectes, et de fumier de poule, tous deux produits dans une démarche d’économie circulaire. Dans l'ensemble, aucune tendance claire n'a pu être identifiée entre les traitements et les espèces concernant la production de biomasse, les paramètres physiologiques, ou l'assimilation des éléments traces. Cependant, les saules amendés avec du frass ont atteint une hauteur moyenne de 210 cm, significativement supérieure à celle des saules non fertilisés. Les concentrations de cuivre extrait par les plantes n'ont pas été affectées par les deux types d'amendements organiques. Comme pour le cuivre, qui a montré des concentrations de 407 mg kg-1 dans les racines et de 14 mg kg-1 dans les parties aériennes, la majorité des dix éléments étudiés a été principalement retrouvée dans les racines. Seuls le zinc et le cadmium ont montré un facteur de translocation supérieur à un. En ce qui concerne les différentes fractions de cuivre dans le sol, aucune différence significative n'a été observée entre les traitements pour les fractions labiles et phytodisponibles, bien qu'une tendance puisse être notée pour les peupliers amendés avec du fumier. Les macronutriments tels que l'azote et le phosphore ont montré une interaction complexe impliquant les espèces, les amendements, et la contamination en cuivre. Malgré des résultats ambigus et une complexité inattendue, cette étude semble indiquer que le frass et le fumier de poule sont des matériaux efficaces en comparaison des engrais inorganiques communément utilisés. Néanmoins, ils soulignent également la nécessité d'une recherche plus approfondie sur l'utilisation de ces amendements organiques issus de l'économie circulaire afin d'optimiser leur utilisation. Une telle exploration, en alignement avec les principes de durabilité et de recyclage, pourrait éventuellement orienter nos stratégies vers des solutions plus efficaces, viables et économiques, contribuant ainsi à l'avenir de la restauration écologique des terrains industriels abandonnés. / Brownfield sites, characterized by soils with atypical physicochemical properties and high trace element (TE) concentrations, are generally expensive to decontaminate especially when large areas are involved. Economical and socially approved phytotechnologies, such as phytoremediation, offer environmentally conscious solutions that require an approach distinct from those using chemical fertilizers in industrial or agricultural contexts. This study, conducted under semi-controlled conditions, examined the ability of willows (Salix miyabeana 'SX67') and poplars (Populus DNxM '915508') to phytoremediate contaminated soils, especially those contaminated with copper, and compared their performance following the application of frass, a residue from insect breeding, and chicken manure, both produced in a circular economy approach. The study examined biomass production, specific physiological properties, and the assimilation of copper and other trace elements into plant tissues. Results showed no discernible pattern between the treatments and the species. However, willows treated with frass achieved significantly greater heights, averaging 210 cm. Neither organic amendment influenced the level of copper phytoextracted with, in most cases, higher concentrations of trace elements in roots rather than in the aerial parts, exemplified by copper levels of 407 mg kg-1 in roots and only 14 mg kg-1 in leaves. Notably, only zinc and cadmium had translocation factors greater than one. Concerning soil copper fractions, there were no statistical differences in both labile and phytoavailable copper across treatments despite a visible trend for frass-amended poplars. Macronutrients such as nitrogen and phosphorus demonstrated complex interactions dependent on the species, amendments, and Cu contamination. Despite ambiguous results and unexpected complexity, this study seems to indicate that frass and chicken manure are effective materials compared to commonly used inorganic fertilizers. However, they also emphasize the need for more in-depth research on the use of these organic amendments from the circular economy to optimize their utilization. Such exploration, in alignment with principles of sustainability and recycling, could potentially guide our strategies towards more effective, viable, and economical solutions, thereby contributing to the future of ecological restoration of abandoned industrial sites.

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.

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.

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. / 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.

Certaines lignées de plantes tendent à rester dans le même biome au cours du temps (conservatisme de biome), tandis que d’autres semblent s’adapter plus facilement à de nouveaux biomes (changements de biome). Les ~396 espèces (14 genres) de la sous-famille des Cercidoideae se retrouvent dans plusieurs biomes à travers le monde, en particulier dans les régions tropicales de l’Amérique du Sud, de l’Asie et de l’Afrique. Ces espèces diffèrent aussi au niveau de leur port, pouvant être des arbres, arbustes, lianes ou herbacées. Après avoir établi une liste révisée d’espèces de la sous-famille, incluant tous les synonymes connus et leurs noms acceptés, des données d’occurrence ont été téléchargées depuis le Global Biodiversity Information Facility (GBIF) et d’autres bases de données d’herbiers. Après avoir nettoyé les données d’occurrences, des cartes de répartition des espèces ont été produites. Ces cartes ont été comparées avec des cartes publiées de biomes tropicaux afin d’attribuer chaque espèce à un biome et à un continent. Les biomes de forêt tropicale humide (179 espèces), de savane (117 espèces), succulent (65 espèces) et tempéré (7 espèces et sous-espèces) ont été identifiés comme importants pour décrire la répartition globale des Cercidoideae, avec plusieurs espèces se trouvant dans plus d’un biome. Après avoir reconstruit une phylogénie calibrée dans le temps, nous avons effectué des estimations de caractères ancestraux afin d’évaluer le nombre et la direction des changements de biome, de port et de continent. Les analyses suggèrent que plusieurs changements de biomes ont eu lieu dans l’histoire évolutive de la sous-famille, les changements du biome succulent à la forêt tropicale humide et de la forêt tropicale humide à la savane étant les plus communs, tandis qu’il n’y avait aucun changement depuis la savane. Sept changements de port ont eu lieu, dont trois qui sont associés à des changements de biome (un est caractéristique du genre Tylosema (Schweinf.) Torre & Hillc., un du genre Lysiphyllum (Benth.) de Wit et un de l’espèce Phanera retusa Benth.). Les analyses montrent aussi que les changements de biomes tendent à avoir lieu au sein d’un même continent et que les dispersions vers de nouveaux continents tendent à se produire au sein d’un même biome. Par contraste avec d’autres sous-familles de légumineuses plus conservées au niveau des biomes, les changements fréquents observés au sein des Cercidoideae suggèrent une capacité d’adaptation à des environnements significativement différents à travers le temps. / Some plant lineages remain within the same biome over time (biome conservatism), whereas others seem to adapt more easily to new biomes (biome shifts). The ~396 species (14 genera) in subfamily Cercidoideae of Leguminosae (Fabaceae) are found in many biomes around the world, particularly in the tropical regions of South America, Asia and Africa, and display a variety of habits/growth forms (small trees, shrubs, lianas and herbs). After establishing an updated expert-verified species list, including all known synonyms and their accepted names, we downloaded and cleaned occurrence records from the Global Biodiversity Information Facility (GBIF) and other herbarium databases to produce species distribution maps. These maps were compared with existing biome maps to attribute species to biomes and continents. Rainforest (179 species), savanna (117 species), succulent (65 species) and temperate (7 species and subspecies) biomes were found to be important in describing the global distribution of Cercidoideae, with many species occurring in multiple biomes. After reconstructing a time-calibrated phylogeny, we performed ancestral state reconstructions to evaluate the number and direction of shifts in biome, habit and continents. Analyses suggest multiple biome shifts throughout the phylogeny, shifts from succulent to rainforest and from rainforest to savanna being the most common, while no shifts were observed from the savanna. Seven shifts in habit occurred, of which at least three were associated with biome shifts (one subtends the genus Tylosema (Schweinf.) Torre & Hillc., one subtends the genus Lysiphyllum (Benth.) de Wit and one occurs in Phanera retusa Benth.). Analyses also show that biome shifts tend to occur within the same continent and that dispersals to new continents tend to occur within the same biome. In contrast to other more biome-conserved legume subfamilies, the frequent shifts observed in Cercidoideae suggest ability for adaptation to significantly different environments through time.