Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Pour faciliter l'initiation de la transcription par l'ARN Polymérase II, le complexe co-activateur de la transcription SAGA possède une activité d'acétylation des histones H3 et une activité de déubiquitination des histones H2B, catalysée chez l'homme par l'enzyme USP22. Mon travail de thèse a porté sur l'étude de la régulation de cette activité de déubiquitination.Au sein de SAGA, USP22 interagit fortement avec trois protéines pour former un module structural appelé module de déubiquitination (DUBm). Nous avons montré que la formation d'un tel module était requise pour activer USP22. D'autre part, deux sous-unités du DUBm humain, ATXN7 et ATXN7L3, contiennent un domaine SCA7. Nos résultats montrent que le repliement structural adopté par ces deux doigts de zinc n'avait pas encore été décrit. Nous avons démontré que le domaine SCA7 de ATXN7 peut interagir avec un nucléosome in vitro et que cette interaction participe à la régulation fine de l'activité de déubiquitination de SAGA. Nous proposons qu'en interagissant avec le nucléosome, le domaine SCA7 de Sgf73 ou de ATXN7 pourrait positionner le DUBm de façon optimale par rapport à son substrat.

Les signaux électromyographiques de surface (sEMG) correspondent aux signaux électriques composés par les potentiels d’action produits par les unités motrices d’un muscle actif et enregistrés par des électrodes de surface. Les signaux sEMG sont largement utilisés dans la médicine, le contrôle des prothèses et plus généralement dans les études biomécaniques portant sur l’analyse du mouvement humain. Les signaux sEMG sont très souvent utilisés comme un indicateur d’activation musculaire.Bien que présentant un intérêt évident, l’utilisation de ces signaux reste difficile compte tenu qu’ils sont souvent susceptibles d’interférence (diaphonie, ou plus communément « crosstalk ») entre les muscles contigus, parfois même éloignés. Cette contamination croisée est particulièrement présente pour des muscles présents dans un volume restreint, ce qui est le cas des muscles extenseur de l’index et du petit doigt, extensor indicis et extensor digiti minimi. L’interférence induit la réduction de la précision de l’estimation des activations musculaires et reste, à ce titre, un problème important et récurrent de la biomécanique. Afin que les signaux sEMG puissent être utilisés de manière plus robuste en biomécanique, il convient de réduire cette interférence avant de procéder à l’estimation des activations musculaires. Les activations individuelles des muscles participant au mouvement correctement estimées peuvent être utilisées comme données d’entrées d’un modèle biomécanique. Cette démarche, nommée dynamique directe, permet notamment d’estimer la force externe produite par le système et dans un second temps de comparer cette dernière avec la mesure réalisée grâce à un système dynamométrique. En ce sens cette démarche permet une validation indirecte des estimations réalisées à partir des signaux sEMG. Dans le cadre de cette thèse, nous avons modélisé le doigt et plus particulièrement le mécanisme extenseur qui est une structure qui transmet les forces des muscles-extenseurs aux articulations digitales. Cette structure est très mal connue du point de vue biomécanique et le plus souvent représentée par un ensemble des coefficients établis sur l’analyse de mains de cadavres dans des situations très particulières et standardisées (doigts en extension). Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était double : (1) améliorer l’estimation de la force au bout du doigt à partir des mélanges des sEMG sur la base d’extraction des activations des signaux sEMG des muscles extensor indicis et extensor digiti minimi, et (2) modélisation biomécanique du mécanisme extenseur du doigt. Pour cela, les signaux sEMG ont été enregistrés avec une matrice d’électrodes de surface haute densité à 64 capteurs. Ensuite, l’extraction des activations musculaires a été réalisée sur la base d’une procédure de classification des potentiels détectés en utilisant les invariants musculaires que sont la direction de propagation et la profondeur de l’unité motrice à l’origine du signal.Dans un deuxième temps, un modèle biomécanique précis du mécanisme extenseur du doigt a été créé, qui contient les tendons et les principaux ligaments représentés par des bandes et des surfaces élastiques. Un algorithme de paramétrage du modèle a été proposé. Ce type d ‘approche est nécessaire pour mieux décrire les déformations du système anatomique dans des situations de mouvement sain ou pathologique.Cette démarche a montré qu’elle était pertinente pour l’étude biomécanique du doigt. Elle présente des utilisations judicieuses pour les études biomécaniques portant sur l’évaluation clinique, la réhabilitation et le contrôle des prothèses myoélectriques. / The surface electromyographic signals (SEMG) are the electric signals, composed of electric potentials. These potentials are produced by the recruited motor units of an active muscle and captured by the surface electrodes. The SEMG signals are widely used in medicine, prosthesis control and biomechanical studies as an indicator of muscle activity.However, SEMG measurements are usually subjects of crosstalk or interference from nearby muscles. It appears when two or more muscles situated close to each other are active during a SEMG recording. An example of such muscles are the extensors of index and little finger, extensor indicis and extensor digiti minimi, situated close to each other and creating a significant amount of mutual crosstalk when simultaneously active. The crosstalk causes precision decrease of SEMG-based estimation of muscle activations. Hence, the crosstalk-reducing problem must be preliminary solved before muscle activation evaluation.Once the activations of individual muscles are estimated from the mixture, they may be used as an input of a finger biomechanical model to calculate a fingertip force. These models usually contain an extensor mechanism of the finger, which is a structure, transmitting the force from the extensor muscles to the finger joints. This structure is often taken into account as a set of coefficients. However, there is a lack of study about how these coefficients vary with posture, applied force, and subject variability.The purpose of this work is to improve the finger force estimation from the crosstalk-contaminated signals for isometric tasks by extracting the activations of individual muscles and improving the finger biomechanical model.Firstly, the SEMG signals were recorded with high-density surface electromyographic (HD-EMG) electrode matrix. The extraction was based on classifying the detected potentials according their propagation direction and depth of originating motor unit.Secondly, a precise biomechanical model of the finger extensor mechanism was created, containing the principal tendons and ligaments. The algorithm of the model parametrization was proposed as well.The proposed methods of muscle activation estimation along with the created extensor mechanism model may be used for calculating the fingertip force and internal tissues deformations for normal or pathological fingers.

La famille des protéines THAP est caractérisée par la présence d'un motif protéique, le domaine THAP, conservé au cours de l'évolution et retrouvé dans une centaine de protéines chez l'homme et les organismes animaux modèles. La protéine THAP1 humaine est impliquée dans la régulation du cycle cellulaire dans la voie pRb/E2F et dans la prolifération cellulaire. Le domaine THAP de THAP1 est un motif de liaison à l'ADN de type C-X2-4-C-X35-50-C-X2-H, séquence-spécifique et dépendant du zinc. Nous avons déterminé la structure tridimensionnelle du domaine THAP de THAP1 par Résonance Magnétique Nucléaire en solution. Ce doigt de zinc atypique de ~ 80 résidus se distingue par la présence d'un long motif ΒΑΒ entre les deux paires de ligands de coordination au zinc C2CH. Nous avons étudié la liaison du domaine THAP de THAP1 à sa séquence ADN spécifiquement reconnue en déterminant une constante de dissociation spécifique par Résonance Plasmonique de Surface et en réalisant des expériences d'empreinte RMN de façon à identifier les résidus impliqués dans la liaison à l'ADN. La combinaison des données de variation de déplacement chimique avec des données de mutagénèse dirigée nous a permis de localiser l'interface de liaison à l'ADN du domaine, correspondant à une zone chargée positivement, et de construire un modèle d'interaction protéine-ADN rendant compte d'une reconnaissance originale.

Le tissu osseux se présente sous deux formes, cortical ou trabéculaire. Le tissu cortical est un tissu compact formant l'enveloppe résistante de l'os. Le tissu trabéculaire est un tissu poreux constitué de travées osseuses d'une centaine de microns d'épaisseur, formant un espace interconnecté empli de moelle. Ce tissu est un site privilégié pour détecter l'ostéoporose. En raison de sa capacité à délivrer des images 3D de résolution spatiale élevée et isotrope et de son innocuité, l'IRM est une modalité de choix pour caractériser son architecture. Cependant, la résolution spatiale est limitée, de l'ordre de grandeur de l'épaisseur des travées osseuses. Trois objectifs sont visés par ce travail. Le premier est de mettre en œuvre des outils pour caractériser l'architecture trabéculaire à partir d'images 3D acquises à une résolution de quelques dizaines de microns. Le deuxième est de les utiliser pour établir la validité de la représentation de la structure par microscopie IRM à 8.5 T par comparaison à une technique de référence, la tomographie X par rayonnement synchrotron. Cette étude, menée in vitro sur 29 échantillons de calcanéum, a consisté à comparer les paramètres d'architecture calculés sur des régions d'intérêt recalées automatiquement, communes aux deux modalités d'imagerie. Cette confrontation a montré que l'IRM à (66 µm)3 de résolution assurait un très bon rendu de l'organisation générale de l'architecture. Par contre, l'évaluation de la fraction osseuse, bien que précise, était affectée par un biais important. Des hypothèses sur son origine ont été émises et vérifiées. Enfin, le troisième est d'établir un protocole d'imagerie in vivo. Nous avons obtenu des images 3D à 7 T de l'articulation distale du doigt humain à (78 µm)3 de résolution sur lesquelles une méthode automatique pour isoler les zones trabéculaire et corticale a été développée. Une première évaluation des paramètres calculés sur la région trabéculaire a aussi été effectuée.

Cette thèse traite de l'usage de la vision par ordinateur pour des situations d'interaction fortement couplée (IFC) entre l'Homme et la machine. Une interaction est fortement couplée sur un intervalle de temps donné lorsque les systèmes humain et artificiel sont engagés de manière continue dans l'accomplissement d'actions physiques mutuellement observables et dépendantes sur cet intervalle. Le déplacement d'un objet graphique avec la souris relève de l'IFC. Nous modélisons l'IFC sous la forme d'un système en boucle fermée constitué de deux sous-systèmes de type stimulus-réponse. Ce modèle permet d'identifier des requis applicables à la conception, à la réalisation ou à l'évaluation de dispositifs utilisables en IFC. En particulier, nous recommandons une latence inférieure à 50 ms., une résolution adaptée à la tâche utilisateur et la satisfaction de la stabilité statique. Nous considérons ensuite l'usage de la vision par ordinateur dans ce contexte. Une revue des deux approches dominantes du domaine, vision orientée modèle et vision par apparence, nous permet de justifier notre choix de la seconde dont les techniques, de plus faible complexité de calcul, sont susceptibles de satisfaire le requis de latence. Nous présentons ensuite les techniques de vision par ordinateur que nous avons réalisées en adoptant une approche résolument dirigée par la tâche utilisateur. Les deux derniers chapitres détaillent nos expérimentations à la fois techniques et ergonomiques avec la mise en ¦uvre de deux prototypes : le tableau magique et la fenêtre perceptuelle. Le premier utilise un suivi du doigt en vision par ordinateur pour la désignation d'inscriptions sur un tableau blanc physique amplifié de services électroniques. La fenêtre perceptuelle, quant à elle, utilise un suivi du visage comme nouveau flux d'entrée spatiale dans une interface graphique usuelle. Ce flux est utilisé pour la navigation dans une fenêtre.

Ce travail de thèse présente la conception, la caractérisation et l'utilisation d'un système de toucher artificiel pour l'étude de la reconnaissance tactile de textures. Le système de toucher artificiel se compose d'un doigt artificiel et d'un dispositif d'exploration permettant un déplacement automatisé du doigt sur les échantillons. Le doigt artificiel fonctionne grâce à un micro-capteur d'efforts tri-axes MEMS recouvert d'une peau artificielle (ou enrobage) en polyuréthane. Le MEMS mesure ainsi les trois composantes spatiales des efforts transmis par l'enrobage lorsque celui-ci est sollicité. Afin de déplacer le doigt artificiel et ainsi d'explorer des surfaces, deux dispositifs motorisés ont été successivement conçus. Grâce au premier dispositif, nous avons rapidement mis en place des expériences d'exploration de surfaces, afin d'évaluer les possibilités de discrimination de textures de notre doigt artificiel. Le second dispositif, permet une meilleure maitrise des différents paramètres de l'exploration comme la vitesse de déplacement ou la force appliquée. Il permet également de caractériser le doigt artificiel, lors d'une simple mise en contact ou pendant la friction du doigt sur une surface. Une étude de ce type a notamment permis une meilleure compréhension du comportement du doigt artificiel et des phénomènes mis en jeu lors de l'exploration tactile de textures. Les premières expériences d'exploration de surfaces montrent une bonne sensibilité du doigt artificiel pour la détection de la périodicité de l'armure d'un tissu, ou pour la discrimination de deux textures de différentes natures (papier v.s. tissu). Le doigt artificiel est ensuite évalué avec une expérience de discrimination de 10 textures de papiers. Les signaux d'exploration obtenus de cette expérience mettent en évidence certains problèmes de reproductibilité des mesures. Toutefois, associé à plusieurs algorithmes de classification mis en place, le doigt artificiel montre de bonnes performances à la discrimination des 10 textures, particulièrement grâce aux caractéristiques spectrales extraites du signal. Plusieurs réalisations de cette expérience, avec différents protocoles de mesures, permettent de valider les résultats de classification, et d'étayer certaines hypothèses sur le comportement de notre système de toucher artificiel et plus généralement à propos de la reconnaissance tactile de textures.

La famille RecQ des ADN hélicases est impliquée dans la maintenance de la stabilité génomique. Nous nous sommes intéressés, au cours de ce travail, au rôle du doigt de zinc du domaine RecQ Ct de ces hélicases. Les résultats indiquent que le motif à doigt de zinc est impliqué dans la fixation à l'ADN et le repliement correct de la protéine RecQ. Nous avons montré que le domaine hélicase de RECQ5 possède une activité intrinsèque qui tend à favoriser l'hybridation d'ADN et que le doigt de zinc de RECQ5(3 régule la fixation à l'ADN, l'activité ATPase, le déroulement de l'ADN, l'hybridation de l'ADN et l'échange des brins d'ADN. II semble que la présence du doigt de zinc est essentielle pour les activités ATPase et hélicase des hélicases RecQ, mais pas pour l'activité d'hybridation d'ADN. Notre travail sur les hélicase RecQ de Bacillus subtilis soutient aussi cette conclusion.

Disposer d’un modèle numérique de doigt permettant de simuler le contact de façon réaliste serait un atout pour les domaines d’applications de la réalité virtuelle et de l’aide à la conception adaptée de matériel. De plus, savoir simuler un contact « biofidèle » entre les doigts et un objet permettrait de répondre à des questions de recherche fondamentale concernant la préhension (évaluation de la qualité d’une prise, choix de stratégies de préhension…).Les modèles existants dans la littérature sont variés en termes de propriétés matériaux et de géométrie mais aucun modèle ne s’impose pour prédire de façon satisfaisante le comportement mécanique de la pulpe des doigts. Cette thèse a pour objectif de proposer des lignes directrices pour le développement d’un modèle éléments finis de l’extrémité du doigt orienté vers la simulation de la manipulation fine.Dans un premier temps, la loi de comportement la plus simple possible mais rendant bien compte du comportement hyperélastique des tissus est identifiée. Ensuite, l’étude de modèles géométriques simplifiés permet de proposer un jeu de marqueurs géométriques permettant de construire un modèle idéalisé. Enfin, une campagne expérimentale innovante de chargements mécaniques sur le doigt sous IRM (8 sujets) permet d’enrichir la base de données des essais existants et de valider les hypothèses de modélisation faites en termes de loi de comportement et de géométrie / A fingertip model enabling realistic contact simulations would be an attractive feature in the virtual reality field and could help the design process of new products. Furthermore, such a tool would allow investigating fundamental research questions associated with prehension (assessment of the efficiency of a grasp, choice of a grasping strategy,…).Existent fingertip models exhibit various material properties and geometries but none of them stand out in the prediction of the mechanical behavior of the fingertip.The main topic of this PhD work is to propose general guidelines for the development of fingertip models dedicated to fine manipulation tasks. First a hyperslastic behavior law is identified, being both as simple as possible and enough complex to reproduce the non-linear behavior of the soft tissue. Then, a geometrical study permits to determine a set of geometric markers enabling the development of an idealized geometrical model. Finally, an MRI innovative experimental campaign of fingertip loading tests is performed (on 8 subjects) to expand the existent experimental database and validate the modeling assumptions made concerning the behavior law and the geometrical approach

Le virus de la panachure jaune du riz (virus RYMV pour Rice Yellow Mottle Virus) infecte principalement le genre Oryza et provoque d'importants dégâts sur les cultures de riz en Afrique. Bien que son génome soit rudimentaire, ce virus code des protéines essentielles pour son maintien chez l’hôte en dépit des mécanismes de défense de la plante. Les travaux récents de l’équipe ont permis d’identifier la protéine P1 codée par ce virus comme une protéine qui pourrait, grâce à sa propriété de suppresseur de RNA silencing, permettre au virus de contourner un mécanisme de défense essentiel de l’hôte et permettre au virus de perpétuer son cycle viral. Peu de données concernant les mécanismes d’action de la protéine P1 sont disponibles à ce jour. Le travail entrepris au cours de ma thèse a donc consisté à compléter les connaissances sur la biochimie de cette protéine, à définir sa structure tridimensionnelle et à mettre à jour sa localisation sub cellulaire afin de révéler des propriétés qui pourraient nous permettre non seulement de mieux comprendre comment cette protéine opère ses fonctions mais également de définir des méthodes de lutte adéquates contre ce virus. Ainsi, je montre que la protéine P1 constitue une nouvelle famille de protéine à doigt de zinc possédant une structure 3D inédite composée d’un premier domaine impliqué dans la dimérisation de la protéine et dans des interactions avec des ligands dont certains pourraient provenir de la plante hôte. Mon travail permet également d’identifier un deuxième domaine senseur de l’état redox au sein de la protéine qui lui permet probablement de sonder l’état de la plante pendant l’infection virale et d’adapter ses conformations pour assurer ses fonctions. Finalement, une approche par mutagénèse sur la protéine P1 assistée par la nouvelle structure 3D démontre qu’il est désormais possible d’identifier les résidus essentiels à la protéine pour sa participation dans l’infection virale. Ce travail ouvre donc de nombreuses perspectives pour de futures études de mécanistique sur ces domaines-clé de la protéine, ainsi que pour des études sur sa diversité génétique au sein des très nombreux isolats du virus RYMV en Afrique. / The virus of rice yellow mottle virus (RYMV for Rice Yellow Mottle Virus) mainly infects the genus Oryza and causes significant damage to rice crops in Africa. Although its genome is rudimentary, this virus code essential proteins for its maintenance in the host despite the defense mechanisms of the plant. Recent work by the team has identified the P1 protein encoded by the virus as a protein that could, through its ownership of RNA silencing suppressor, allow the virus to bypass an essential defense mechanism of the host and allow the virus to perpetuate its viral cycle. Little data on the mechanisms of action of the P1 protein is available to date. The work undertaken during my thesis was therefore to supplement the knowledge of the biochemistry of this protein, to define its three-dimensional structure and update its sub cellular localization to reveal properties that could enable us not only to understand how this protein works its functions but also to define methods of adequate response against the virus. Thus, I show that the P1 protein is a new zinc finger protein family having a unique 3D structure consisting of a first domain involved in the dimerization of the protein and in interactions with ligands some of which may originate from the plant host. My work also identifies a second sensor field in the redox state of the protein that probably allows him to probe the state of the plant during viral infection and adapt its conformation to conduct their duties. Finally, a mutagenesis approach to P1 assisted by the new 3D protein structure shows that it is now possible to identify critical residues in the protein for its participation in the viral infection. This work thus opens up many possibilities for future mechanistic studies on these key areas of the protein, as well as for studies of genetic diversity within many RYMV isolates of virus in Africa