Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse (D. en biochimie)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Comprend des réf. bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 69-78. Publié aussi en version électronique.

Th. doct.-ing.--Électronique--Grenoble--I.N.P., 1980. N°: DI 174.

Chez les mammifères, la neurogénèse adulte est limitée, au contraire, chez les poissons téléostéens, elle est intense et a lieu dans tout le cerveau. Chez les poissons, l’aromatase cérébrale (aroB), l’enzyme de synthèse de l’œstradiol (E2) est régulée par l’E2 dans les cellules gliales radiaires (CGR). Ces CGR dont le rôle est inconnu chez les poissons sont des cellules progénitrices chez les mammifères lors de l’embryogénèse. L’objectif de ce travail était d’étudier l’hypothèse d’un lien entre l’E2 et la forte activité neurogénique chez les poissons. Nous montrons que les CGR sont des cellules progénitrices chez le poisson zèbre adulte. Nous avons caractérisé une lignée de poisson zèbre transgénique aroB/GFP. Nous mettons en évidence que des androgènes peuvent réguler l’aroB, via les récepteurs aux œstrogènes (ERs). Enfin, nous montrons que les ARNm des ERs et de l’aroB apparaissent très tôt pendant le développement et que la signalisation œstrogénique se met en place entre 24h et 48h. / Whilst adult neurogenesis is a limited process in mammals, it is, in contrast, intense in teleost fish and occurs in the whole brain. Fish exhibit specific features concerning the aromatase, the enzyme that synthesises estradiol (E2). Indeed, brain aromatase (aroB) is up-regulated by E2 in radial glial cells (RGC). These RGC are known progenitor cells in mammals, during embryonic neurogenesis. In contrast, their role is unknown in fish. The aim of this work was to study the potential link between E2 and the strong neurogenic activity of fish. We show that RGC are progenitor cells in the adult brain of zebrafish (Danio rerio). Moreover, we characterized and validated a transgenic zebrafish line aroB/GFP. We also found that aromatizable and non aromatizable androgens can induce aroB through estrogen receptors. We also show that the onset of the estrogen regulation of aroB appears between 24 and 48h.

Le cytosquelette d’actine régule la forme de la cellule au cours du temps. Pour lecomprendre, il faut étudier les mécanismes moléculaires qui le constituent. In vivo,ces mécanismes sont masqués par la complexité du vivant. Si nous parvenons àreproduire pièce par pièce le cytosquelette d’actine in vitro et si nous pouvons lecontrôler, aussi bien dans l’espace et dans le temps, alors nous pourrons élucider lessecrets de son fonctionnement. Cette thèse montre que nous avons maintenantdéveloppé la technologie qui nous permet de le faire pour certaines architectures ducytosquelette d’actine.Nous avons développé de nouvelles méthodes de « micropatterning » pour contrôlerla nucléation des monomères d’actine dans l’espace en deux dimensions. Ceci nous aamenés à la reconstitution et au guidage de réseaux de filaments d’actine parallèles àpolarité identique et à la reconstitution de l’anneau de cytocinèse.J’ai crée une puce microfluidique innovante pour contrôler la compositionbiochimique des systèmes d’actine reconstitués au cours du temps. Ceci nous a permisde contrôler la cinétique de polymérisation du filament d’actine individuel libre, et decontrôler la séquence d’intervention des protéines sur les réseaux de filamentsd’actine parallèles à polarité identique.Enfin, nous avons utilisé cette même puce microfluidique pour étudier ladifférentiation des cellules souches hématopoïétiques. / Actin cytoskeleton regulate cell shape over time. To understand that, we have to studymolecular mechanisms that constitute actin cytoskeleton. In vivo, those mechanismsare hidden by cellular complexity. If we achieve to reproduce piece by piece actincytoskeleton in vitro and if we can control it in space and time, then we are able toelucidate the secrets of it operate. This thesis show that we have developed thetechnology that allow us to do it for a few actin cytoskeleton architectures.We have developed new micro-patterning methods to control actin monomersnucleation into two-dimensional space. This led us to the reconstitution and guidanceof parallel actin filament networks with same polarity and allowed us to reconstituteactin contractil ring.I created an innovating microfluidic chip to control biochemical composition ofreconstituted actin systems over time. This allowed us to control kinetics of freeindividual actin filament polymerisation and to control the intervention sequence ofproteins on parallel actin filament networks.Finaly, we used the microfluidic chip to study hematopoïetic stem cellsdifferentiation.

Nous avons étudié dans ce travail l’effet de l’incorporation des nanoparticules semi-conductrices dans une matrice polymère, dans le but d’améliorer les performances des dispositifs optoélectroniques susceptibles d’être réalisés à partir des systèmes hybrides organique/inorganique. Il a été établi, en effet, qu’il est possible d’initier dans ces systèmes un transfert d’excitations du polymère aux nanoparticules qui peut, à cause du confinement des porteurs et des excitons dans ces nanoparticules, contribuer à une augmentation du nombre des porteurs et donc de la conductivité. Cet effet est d’autant plus efficace que les énergies de gap des deux matériaux sont voisines. Après avoir présenté les propriétés générales des polymères et des nanoparticules et l’état de l’art sur les systèmes hybrides , nous avons synthétisé des nanoparticules de séléniure de zinc (ZnSe) et de séléniure de cadmium (CdSe) et élaboré deux systèmes hybrides en couches minces à base de polymères : le PVK/ZnSe et le P3HT/CdSe. L’étude des propriétés optiques, structurales et vibrationnelles de ces systèmes en fonction de la concentration des nanoparticules a montré une nette amélioration de leur caractère semi-conducteur et leurs performances dans la conversion photovoltaïque. / We incorporated semi-conductive nanoparticles in a polymer matrix in order to improve the performance of optoelectronic devices that may be made from the organic/inorganic hybrid systems. It has been established that it is possible to initiate in these systems, a transfer of excitations from the polymer to the nanoparticles, due to the confinement of the carriers and excitons in these nanoparticles, which can contribute to an increase in the number of carriers, and therefore that of the conductivity. This effect is even more efficient than that of the energy gap, as this energy is similar in the two materials.After presenting the general properties of polymers and nanoparticles and the state of art of hybrid systems, we synthesized nanoparticles of zinc selenide (ZnSe) and cadmium selenide (CdSe) and developed two hybrid thin layer systems based on polymers: PVK / ZnSe and P3HT / CdSe.The study of optical, structural and vibrational properties of these systems, depending on the concentration of the nanoparticles, showed a clear improvement of their semi-conductor behavior and their performance in photovoltaic conversion.

L’objectif de cette thèse a consisté à développer des systèmes moléculaires capables de convertir l’énergie solaire en des formes directement utilisables par l’Homme : l’énergie chimique et l’énergie électrique. Les deux premiers chapitres décrivent la conception et la synthèse de systèmes moléculaires artificiels en vue de reproduire la fonction de photoaccumulation de charges de l’appareil photosynthétique naturel. Pour accomplir cela, notre stratégie, inspirée de celle de la Nature, a consisté en la synthèse d’un édifice moléculaire de structure étoilée, composé de plusieurs antennes moléculaires (photosensibilisateurs) liés de façon covalente à un accepteur d’électrons organique capable d’accueillir deux charges négatives sous illumination. A cet accepteur a ensuite été substitué un catalyseur de réduction des protons en hydrogène, dans le but de générer une production d’hydrogène sous un flux lumineux, à l’instar du complexe d’oxydation de l’eau de l’appareil photosynthétique naturel. Les deux derniers chapitres présentent le développement d’une méthode de stabilisation des systèmes moléculaires à la surface des semi-conducteurs, dans la cadre de la conception de cellules photovoltaïques hybrides à colorant. En vue d’améliorer les performances de celles-ci, ces travaux ont consisté en la synthèse de colorants fonctionnalisés faisant l’objet d’un procédé de réticulation après chimisorption sur un semi-conducteur, offrant ainsi de nouvelles perspectives en termes de stabilité et de durée de vie des cellules. / The aim of this thesis concerns the development of new photomolecular systems to convert solar energy into chemical and electrical energy. The first two chapters involve the synthesis of new molecular materials to mimic the charge photoaccumulation function of oxygenic photosynthesis. Our strategy consists in the synthesis of a star-shaped molecular architecture, composed of several molecular antenna (photosensitizers) covalently bound to an organic electron acceptor, which is able to host two negative charges upon illumination. To this acceptor has been substituted a proton reduction catalyst in order to generate a hydrogen production under a light irradiation, as the oxygen-evolving complex in the natural photosynthetic. The last two chapters describe the development of a stabilization approach of molecular systems at a semiconductor surface, in the context of the conception of dye-sensitized solar cells. In order to improve their performances, this work has consisted in the synthesis of functionalized dyes which were subjected to a reticulation process after chemisorption onto a semiconductor, providing new perspectives in terms of interface stability and solar cells lifetime.

La formation et le développement d’une tumeur sont provoqués par une série de défauts qui se produisent à l'intérieur de la cellule cancéreuse et dans son microenvironnement. Ces anomalies permettent à la cellule de développer ses propres stratégies de croissance, de prolifération, de différenciation et de métabolisme.La modification du métabolisme respiratoire, est l'une des stratégies utilisée par les cellules cancéreuses favorisant la fermentation lactique au lieu de la phosphorylation oxydative OXPHOS (respiration). Cette adaptation métabolique porte le nom d’effet Warburg.Nous avons proposé un concept thérapeutique novateur basé sur l'induction de changements métaboliques par l'utilisation de dichloroacétate (DCA) associée avec l'immunothérapie en utilisant les cellules NK activées. Le DCA, molécule inhibitrice de la PDK, induit l'activation de la PDH, responsable de la catalyse de pyruvate en Acétylcoenzyme A (Ac-CoA), favorise alors l’oxydation du glucose dans la mitochondrie. Le DCA a déjà été utilisé depuis longtemps comme traitement hypocholestérolémiant et bloquant l’acidose lactique. Mon équipe a montré auparavant que le changement métabolique permet aux cellules tumorales d'échapper à la réponse immune.Nous avons observé que le traitement par DCA induisait, dépendante du phénotype p53, une forte up-régulation de l'expression du mRNA et des protéines de stress MICA, MICB et ULBP1, ligands spécifiques des récepteurs activateurs NKG2D des cellules NK, et induise alors une réponse cytotoxique contre les cellules tumorale.D'autre part nous avons évalué l'effet de DCA sur l'expression des transporteurs ABC qui interviennent dans l'efflux des agents anticancéreux utilisé dans la chimiothérapie. L'expression des transporteurs ABC était fortement liée aux phénotypes de chimiorésistance. Nous avons bien confirmé que le DCA provoque une diminution de l'expression de ABCB1, ABCC1, ABCC5 et ABCG2 dans les cellules wtp53 alors qu'il induit une augmentation dans les cellules mutantp53 ou nullp53.Les promoteurs des transporteurs et les protéines de stress étudiés comportent également plusieurs sites de liaison spécifique au facteur de transcription MEF2, qui est la cible d’ERK5. Nous avons bien constaté que en plus de ca capacité de changer le métabolisme tumorale, le DCA modifie l'expression ABCB1, ABCC1, ABCC5 et ABCG2 par l'activation de la voie ERK5/MEF2 .Ces résultats sont confirmé dans diverses lignées cellulaires, ainsi que dans des cellules issues de patients et dans un modèle in vivo / Tumorigenesis is caused by a series of defects that occur within the cancer cell and its microenvironment. These abnormalities allow the tumor cell to develop its own strategies for growth, proliferation, differentiation and metabolism. In the last, cancer cells favor lactic fermentation instead of oxidative phosphorylation OXPHOS (respiration). This metabolic adaptation is called the Warburg effect.We proposed an innovative therapeutic concept based on the induction of metabolic changes by the use of dichloroacetate (DCA) and this is associated with immunotherapy using activated NK cells. DCA, a pyruvate dehydrogenase kinase (PDK) inhibitor, induces the activation of pyruvate dehydrogenase (PDH), responsible for the catalysis of pyruvate to acetylcoenzyme A (Ac-CoA), promoting the oxidation of glucose/pyruvate in the mitochondria. DCA has been used for a long time as a cholesterol-lowering and anti-lactic acidosis therapy. My team has previously shown that the metabolic change allows tumor cells to escape the immune response. I have observed that DCA treatment induced a high upregulation of mRNA and protein expression of the stress ligands MICA, MICB and ULBP1. These are recognized by the NK cell activating receptor NKG2D, inducing a NK cell-mediated cytotoxic response against tumor cells. DCA-induced expression of these stress ligands depends on wtp53 expression on the tumor cell.On the other hand, we evaluated the effect of DCA on the expression of ABC carriers, which intervene in the efflux of anticancer agents used in chemotherapy. The expression of ABC carriers is strongly related to drug resistance phenotypes. We observed that DCA causes a decrease in the expression of ABCB1, ABCC1, ABCC5 and ABCG2 in wtp53 cells while it induces an increase in mutantp53 or nullp53 cells. Conversely, DCA-induced accumulation of antitumor drugs, i.e. daunorubicin, and favors chemotherapy-induced tumor death only in wtp53-expressing cancer cells. The promoters of these ABC transporters and the stress proteins presented above contain several binding sites specific to the transcription factor MEF2, which is the target of ERK5. We have found that in addition to the ability to change tumor metabolism, DCA modifies the expression ABCB1, ABCC1, ABCC5 and ABCG2 by activation of the ERK5 / MEF2 pathway. These results are confirmed in various cell lines, in cells derived from patients and in an in vivo model

Chez les vertébrés, la vitesse de la conduction nerveuse dépend du processus de myélinisation. Dans le système nerveux périphérique, ce sont les cellules de Schwann (CS) qui en s’enroulant autour de l’axone, constituent les gaines de myéline, séparés par des nœuds de Ranvier. La succession de ces gaines augmente la vitesse de conduction nerveuse car les potentiels d’action sont forcés de « sauter » d’un nœud de Ranvier à un autre, ce qui accélère leur vitesse de propagation. La géométrie (l’épaisseur et la longueur) de la gaine de myéline est donc un paramètre essentiel de la conduction de l’influx. Une publication à laquelle j’ai participé, a mis en évidence la polarisation cellulaire de la cellule de Schwann myélinisante. Notre hypothèse est que ce processus est capital pour la formation d’une gaine de myéline fonctionnelle. Comme trois complexes protéiques, conservés au cours de l’évolution, établissent et maintiennent la polarisation cellulaire (ces complexes sont: aPKC/Par3/Par6, Pals1/Patj/Crb3 et Dlg1/Lgl/Scrib chez les mammifères), mon travail consiste à étudier le rôle fonctionnel des protéines de la polarité Dlg1 et Crb3 lors de la myélinisation. Comme l’altération de la géométrie de la myéline est la cause d’un grand nombre de pathologies du système nerveux périphérique mais aussi central. Mon travail sur la mise en lumière des mécanismes qui préside à ce phénomène permet d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques. / In the mammalian nervous system, the nerve conduction velocity depends on the myelin sheath. Myelin is produced by Schwann cells in the peripheral nervous system. The myelin sheath, together with the highly specialized nodes of Ranvier that are regulary arrayed along the myelinated fibers, is responsible for efficient and rapid propagation of action potentials along the nerve. Optimal conduction is obtained by adjusting the geometry (length and thickness) of the myelin sheath When I arrived in the laboratory, the team just showed the polarization of the myelinating Schwann cell ( mSC). We hypothesized then that cell polarity proteins are key players for the formation of the myelin sheath. Three complexes, well conserved among species, organize polarized cellular processes. In mammals, these complexes are aPKC/Par3/Par6, Pals1/Patj/Crb3 et Dlg1/Lgl/Scrib. Using an approch allowing the in vivo transduction of mSC, I investigate the relevance of Dlg1 and Crb3 in myelin formation. Changes in the myelin geometry is linked to several human neuropathies in the central and peripheral nervous system. This work highlights mechanisms which control correct myelin formation and allow designing strategies for their treatment.