Depuis plus de 40 ans, il est connu que les fœtus de mammifères sont sensibles aux conditions métaboliques de la mère durant la gestation. On commence à comprendre aujourd’hui les principes moléculaires de ces observations épidémiologiques. L’épigénétique définit cette nouvelle réalité et semble être la voie par laquelle l’environnement influence l’expression des gènes à plus ou moins long terme. Cette réalité est aussi présente en production laitière où les vaches en plus de montrer une production de lait accrue doivent soutenir le développement d’un fœtus. La forte mobilisation des réserves graisseuses associées à cette condition peut venir modifier la composition du milieu ovarien ainsi qu’utérin, et par le fait même, créer une dysfonction du métabolisme mitochondriale qui provoquera une augmentation du stress oxydatif. Cette modification peut pousser l’ovule ou l’embryon à modifier considérablement sa programmation épigénétique dans le but de s’adapter à ce signe de déficit métabolique. Dans cette étude, nous avons fait subir un stress métabolique à des embryons bovins in vitro afin de valider l’impact d’une telle perturbation sur l’épigénome embryonnaire. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une tendance à l’hypométhylation dans les régions télomériques de la majorité des chromosomes ainsi que des modifications sur des gènes reliés au métabolisme énergétique. Il devient donc important d’étudier ces modifications sur le développement et les performances futures de l’embryon et ce afin de mieux comprendre les impacts que certains types de rations ou habitudes de régie peuvent avoir sur le potentiel productif et reproductif des animaux de relève. Ces connaissances nous permettront d’adapter notre régie afin de maximiser le potentiel productif des animaux de l’industrie laitière québécoise et de conserver notre place parmi les leaders mondiaux de ce secteur de production.

L'exposition de rats à des séances de contention provoque la modulation de l'activité transcriptionnelle des enképhalines dans plusieurs structures du cerveau impliquées dans la neurobiologie du stress. Une augmentation significative des niveaux d'ARN hétéronucléaire de l'enképhaline, évalués par hybridation in situ, est observée immédiatement suivant une séance de contention dans le septum latéral et le noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, et suite à des séances répétées, dans le noyau central latéral et intercalaire de l'amygdale. Cette activation du système enképhalinergique dans la CEA et FIA, lors d'une exposition chronique, pourrait être impliquée dans l'adaptation de la réponse au stress. Parallèlemnent à ces résultats, les afférences du noyau du lit de la commissure antérieure (BAC) ont été caractérisées par l'injection de traceurs rétrogrades par iontophorèse. Ces afférences, révélées par immunohistochimie, semblent provenir de régions préfrontales, de noyaux amygdaliens, hypothalamiques et de l'hippocampe.

Lors d'un stress, les cellules eucaryotes activent des mécanismes de défense afin de s'adapter aux conditions extrêmes et de survivre. Ces mêmes mécanismes peuvent être exploités par les cellules cancéreuses pour survivre au stress thérapeutique. La réponse intégrée au stress (ISR) est une réaction cellulaire qui joue un rôle crucial dans l'adaptation des cellules face à différents stress notamment en régulant la transcription et la traduction de nombreux gènes cibles spécifiques. Durant cette réponse, les cellules stressées réduisent aussi leur métabolisme général, entre autres en inhibant la traduction des ARNm, et économisent ainsi l'énergie nécessaire pour réparer les dommages causés par le stress. En conditions de stress, la traduction générale des ARNm est inhibée principalement au niveau de son étape d'initiation. Un des mécanismes clés induisant l'inhibition de l'initiation de la traduction est la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eIF2a (eukaryotic translation initiation factor 2a). Bien que cette phosphorylation d'eIF2a, induite par le stress, entraine une inhibition globale de la synthèse protéique, elle induit d'une part la formation d'entités cytoplasmiques à ARN appelées granules de stress mais elle favorise également la traduction spécifique des ARNm spécifiques codant pour des facteurs de réponse au stress, dont le facteur de transcription ATF4. Ce facteurjoue un rôle clé lors de la réponse au stress soit en activant les voies de survie ou au contraire en favorisant celles de mort cellulaire. Ces fonctions opposées d'ATF4 dans la réponse cellulaire au stress dépendent largement de son niveau d'expression. Ainsi, nous avons cherché à caractériser le(s) mécanismes(s) de régulation de l'expression d'ATF4 lors de stress thérapeutiques au sein de cellules cancéreuses. Nous avons montré l'implication des granules de stress (GS) dans la régulation de l'expression de l'ARNm d'ATF4 lors d'un stress thérapeutique engendré par le traitement avec l'agent chimiothérapeutique sorafenib au sein de cellules d'hépatocarcinomes. Cette régulation implique la séquestration d'une fraction de l'ARNm d'ATF4 dans les GS induites par le traitement avec la sorafenib, prévenant sa surexpression létale ; ceci permet de maintenir un niveau d'expression d'ATF4 basal mais nécessaire à la survie des cellules cancéreuses. Afin de caractériser le(s) mécanisme(s) responsable(s) de l'expression basale d'ATF4, permettant la résistance des cellules cancéreuses aux traitements thérapeutiques, un RNA pull-down utilisant des fragments d'ARN biotinylés d'ATF4 a l'aide d'extraits de cellules cancéreuses soumises à un stress thérapeutique a été réalisé. L'analyse par ii spectrométrie de masse des complexes protéiques associés aux fragments d'ARN d'ATF4 biotinylés a permis l'identification d'une dizaine de protéines qui pourraient interagir avec l'ARNm d'ATF4, dont l'ARN hélicase DDX3. Nous avons observé que DDX3 promeut au niveau traductionnel l'expression d'AFT4. Des tests d'interaction protéine-protéine montrent que DDX3 est un composant du complexe d'initiation de la traduction eIF4F. L'interaction entre DDX3 et le complexe eIF4F est potentiellement médiée par le facteur eIF4G, qui est également nécessaire à la traduction d'ATF4 induite en condition de stress. Enfin, la diminution de l'expression d'ATF4 au sein de cellules issues d'hépatocarcinomes résistants via la déplétion de DDX3 sensibilise les cellules cancéreuses à la mort induite par le traitement avec la sorafenib. Cette étude caractérise de nouveaux mécanismes de régulation de l'expression du facteur ATF4 qui se produit lors de stress et qui pourraient être ciblés afin de prévenir la chimiorésistance. / During physiological or environmental stress, cells activate defense mechanisms to survive. These same mechanisms may be exploited by cancer cells to survive therapeutic stresses. The integrated stressresponse (ISR) is one of the cell responses that play a crucial role in the adaptation of cells to various stresses such as the transcriptional and translational régulation of many specific target genes. During this cell response, stressed cells reduce their general metabolism in part by inhibiting mRNA translation, thereby saving energy needed to repair stress-induced damages. Under stress conditions, the regulation oftranslation occurs mainly at its initiation step through the phosphorylation of the translation initiation factor eIF2a. While this phosphorylation, induced by stress, causes a global inhibition ofprotein synthesis, it induces on the one hand the formation of cytoplasmic RNA entities called stress granules (GS) but it also promotes the preferential translation of specific mRNAs coding for stress response factors. Among those, ATF4 is a master transcription factor that orchestrates gene expression during various stresses including those involved in cancer, by either activating survival pathways or on the contrary promoting those of cell death. These opposite ATF4 functions in the cellular stress response depend largely on its expression level linked to its translational regulation by the phosphorylation of eIF2a. Thereby, we sought to characterize the mechanisms(s) that regulate the expression ofATF4 during therapeutic stresses in cancer cells. We described the implication of stress granules in the regulation of ATF4 expression during stress induced by the treatment with sorafenib, a chemotherapeutic agent used to treat hepatocellular carcinoma (HCC). This novel mechanism involves the formation of stress granules that sequester a fraction of ATF4 mRNA in its repressed form, thus preventing its lethal overexpression. This resulted in a basal level of ATF4 expression which is necessary for the survival of cancer cells. Then, in order to characterize the mechanism(s) (e.g. RNAbinding proteins and translation initiation factors such as eIF4G) responsible for the basal translation of ATF4 mRNA allowing the resistance of cancer cells to therapeutic treatments, we performed a biotinylated RNA-pulldown assay with cancer cells extracts subjected to sorafenib. Mass spectrometry analyses of the protein complexes associated with ATF4 biotinylated-RNA fragments led to the identification ofthe DEAD-boxRNA helicase DDX3, as potential interactor with ATF4 mRNA. By combining depletion experiments with various biochemical assays (e.g. luciferase assays), we showed that DDX3 drives sorafenib-induced iv ATF4 mRNA expression at the translational level. Protein-interaction assays identified DDX3 as a component of the translation initiation complex eIF4F. The interaction between DDX3 and the eIF4F complex is potentially mediated by eIF4GI, which we found to be required forsorafenib-induced ATF4 expression. Furthermore, reducing ATF4 expression in resistant HCC cellsthrough DDX3 depletion sensitizes cancer cellsto Sorafenib-induced cell death. Thus, this study identified new regulatory pathways of ATF4 factor that could be targeted to prevent drug resistance in cancer cells and improve the conventional therapies.

Le but du premier article de cette étude était d'évaluer les effets de la manipulation à la ferme sur le bien-être animal et la qualité de la viande de porc. Trois méthodes de manutention sont utilisées pour manipuler les porcs :1) l'utilisation d'un bâton électrique et un panneau pour déplacer les porcs de l'enclos d'engraissement au camion; 2) utilisation d'une rame et un panneau pour déplacer les porcs de l'enclos d'engraissement au camion; 3) utilisation d'une rame et un panneau pour déplacer les porcs de l'enclos d'engraissement et un bâton à air comprimé dans la rampe avant d'aller dans le camion. L'utilisation des bâtons électriques comparée à l'utilisation des rames ou des bâtons à air comprimé durant le chargement augmente le risque de blesser les animaux, les battements cardiaques des porcs, les concentrations de lactate du plasma sanguin et les porcs présentant des viandes à pH plus élevé. Le but du deuxième article était d'évaluer les effets de deux véhicules de transport sur le bien-être animal et la qualité de la viande de porc sous les conditions climatiques du Québec. Les porcs sont transportés pendant 2 heures en été et en hiver dans une remorque à trois étages munie de rampes nommée « van bedaine » et dans un camion à deux étages muni d'un étage amovible hydraulique. La fréquence cardiaque, la concentration de lactate et de creatine phospho-kinase dans le sang, la qualité de la carcasse et de la viande sont évaluées. Le transport de porcs dans la « van bedaine » est-une source de stress pour les porcs, car la présence de plusieurs rampes internes provoque une incidence plus élevée de porcs non ambulatoires ou morts, un changement de l'état physiologique de l'animal et en conséquence une variation de la qualité de la viande de porc.

Malgré l’amélioration des techniques de procréation médicalement assistée (PMA), les données recensées depuis 40 ans montrent un faible taux de gestation après transfert embryonnaire et une incidence élevée de certains syndromes périnataux. Parmi les causes de l’insuccès de la PMA, les conditions de culture de l’embryon sont sous-optimales pour le développement normal précoce, occasionnant différents stress qui affectent la qualité de l’embryon et sa compétence à produire une gestation. Afin de mieux comprendre l’impact de la PMA sur la qualité embryonnaire, des analyses de micro-puce ont montré des changements dans l’expression de plusieurs centaines de gènes chez les embryons produits par culture in vitro en comparaison à ceux produits in vivo. Cependant, les changements transcriptomiques spécifiquement associés à la baisse de qualité embryonnaire restent encore indéterminés. En hypothèse, nous supposons que l’étude des différences transcriptomiques résultant spécifiquement du stress de la culture permette de déterminer les profiles d’expression génique directement associés à la mauvaise qualité des embryons en culture. Dans ce contexte, nos objectifs consistaient à moduler le niveau de stress en culture afin d’affecter la survie embryonnaire, puis de comparer les gènes différentiellement exprimés entre embryons contrôles et embryons stressés (analyse par miro-puce et RT-qPCR). Pour ce faire, l’exposition à un stress énergétique, oxydatif ou lipidique a été utilisée séparément pour départager les différents effets de la culture sur le développement de l’embryon bovin. Les résultats de ce projet ont mis en évidence l’impact progressif du stress énergétique en culture sur le métabolisme de l’effet Warburg, un processus développemental permettant une adaptation pathologique aux dysfonctions mitochondriales. Par la suite, l’impact du stress oxydatif a révélé des réactions inflammatoires et fibrotiques en association à la baisse de qualité embryonnaire. Enfin, l’impact du sérum et des lipides s’est traduit par un profil indiquant des perturbations inflammatoires et métaboliques, complétant notre étude des mécanismes impliqués dans la réponse au stress de la culture. En conclusion, ce projet a permis de caractériser des bio-marqueurs récurrents du stress embryonnaire chez le bovin, ouvrant à des perspectives du diagnostique de la viabilité embryonnaire et du développement d’alternatives pour mieux cultiver les embryons précoces. / For 40 years, assisted reproductive technologies have given life to millions of offspring (human and others mammals), however numerous studies have reported lower gestational survival after embryo transfer and higher risk of perinatal syndromes. One reason for ART disappointment is the lower quality of produced embryos as a result of suboptimal condition of in vitro culture (IVC). In vitro environment induces stresses that affect viability and then gestational competence. To better understand the impact of ART on embryo quality in the bovine, transcriptomic analyses have detected differential expression in hundreds of genes in IVC embryos compared to theirs in vivo counterparts. However, how the differentially expressed genes translate into developmentally compromised embryos is unresolved. Here, we hypothesized that analyzing the gene expression specifically associated to increased stress conditions of in vitro culture could identify the transcriptomic signature associated with the compromised quality of ART-derived embryos. Therefore, our strategy used microarray technology to characterize transcriptomic markers expressed by bovine blastocysts cultured in conditions which are known to impair embryo development. Separate exposure to high glucose stress, oxidative stress and high lipid stress conditions were used to exaggerate the IVC impact on embryo viability in the bovine model. Results highlighted the progressive impact of energetic stress on the Warburg metabolism, a developmental process that allows pathological adaptation to mitochondrial dysfunction. In addition, the analysis of embryonic response to oxidative stress showed the implication of inflammatory and fibrosis-like reaction to pro-oxidant exposure, and the association with embryonic quality. Finally, our last study showed the impact of serum and lipids on both metabolic and inflammatory response, complementing the identification of the developmental mechanisms underlying the stress response to sub-optimal IVC conditions. To conclude, we have characterized biomarkers of embryonic stress in the bovine, offering perspectives in the diagnostic of embryonic viability and the development of alternatives to ameliorate the culture conditions for early embryos.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2007. / Anglais ou français ; avec des résumés en anglais et en français. Bibliogr.: f. 213-237. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les procédures appliquées avant l'abattage des animaux influencent directement la qualité de la viande en modulant l'état physiologique des porcs; ainsi, l’augmentation de la température corporelle, les taux élevés de lactate sanguin et l'épuisement des réserves de glycogène entre autres, occasionnent la majorité des baisses de qualité. L'objectif de cette thèse était de valider des outils indicateurs de stress porcin pour les fermes et les abattoirs. Ceux-ci seraient appliqués à la surveillance du bien-être animal et à la prédiction de variation de qualité de la viande porcine au niveau commercial. Premierement, les résultats de la thèse ont permis de conclure qu'un des outils développés (analyseur portatif de lactate) mesure la variation du niveau de lactate sanguin associé à l'état physiologique des porcs dans la phase péri-mortem et aide à expliquer la variation de la qualité de la viande chez le porc à l’abattoir, en particulier dans les muscles du jambon. Deuxièmement, les résultats des audits du bien-être animal appliqués de la ferme à l’abattoir ont démontré que la qualité du système d’élevage à la ferme d'origine et les compétences du chauffeur de camion sont d’importants critères affectant la réponse comportementale des porcs à la manipulation avant l'abattage. Ces résultats ont également démontré que les conditions de logement à la ferme (la faible densité et l’enrichissement dans les enclos), le comportement des porcs en période pré-abattage (glissade), ainsi que les interventions du manipulateur (utilisation du bâton électrique) dans la zone d’étourdissement de l’abattoir affectent négativement la variation de la qualité de la viande. L’application des protocoles d’audits dans la filière porcine a également démontré que le respect des critères de bien-être animal fixés par un outil de vérification est primordiale et permet de contrôler les conditions de bien-être des porcs à chaque étape de la période pré-abattage, de produire une viande de qualité supérieure et de réduire les pertes. Les audits de bien-être animal sont donc un outil qui apporte des resultats très pertinents pour aider a éviter les variations de la qualité de la viande chez le porc. Troisièmement, la thermographie infrarouge s'est avéré être une technique prometteuse permettant d’évaluer la variation de température corporelle de l’animal pendant et après un stress physique, en particulier lorsque cette mesure est prise derrière les oreilles. En conclusion, les outils validés à travers cette thèse représentent des méthodologies non invasives et potentiellement complémentaires à d'autres approches d'évaluation de l'état physiologique et du bien-être animal par rapport au stress, permettant de réduire les pertes de qualité de viande (par exemple en utilisation conjointe avec le niveau de lactate sanguin et les indicateurs de stress comportemental, entre autres). / The majority of meat quality defects are directly related to the preslaughter procedures as it results from the variation of the physiological state of pigs before slaughter, as indicated by changes in body temperature, lactate levels, glycogen reserves, among others. Therefore, the objective of this thesis was to validate tools that could be useful as stress indicators at the farm and at the slaughter plant for animal welfare monitoring and pork quality variation prediction at the commercial level. The results highlighted that the hand-held scout analyzer is capable of measuring blood lactate levels variation associated with the physiological condition of pigs in the peri-mortem phase and may help explain the variation in pork quality, especially in the ham muscles. Likewise, results of the animal welfare audits showed that the quality of the raising system at the farm of origin and the truck driver skills are important sources of variation in the behavioural response of pigs to preslaughter handling. Additionally, on-farm housing conditions (ease of movement), and preslaughter pig behaviour (slips) and handler interventions (electric prod use) during handling in the stunning chute area at the plant as assessed by the audit protocols used in this study, showed to contribute to pork quality variation. Finally, the infrared thermography proved to be a promising technology to assess body temperature variation after physical stress, especially when this measure is taken behind the ears. Overall, the three techniques validated in this thesis represent useful methodologies to complement other techniques in the assessment of animal welfare conditions (e.g. animal behaviour, physiological indicators, etc.) in relation to stress. Being non-invasive and rapid these procedures may be applied to monitor animal welfare prio to slaughter and reduce the incidence of pork quality defects.

Lors d’une blessure chez l’épinette blanche, le facteur de transcription MYB14 et certains gènes de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes (voie MVA) sont surexprimés. De plus, des plantules d’épinette blanche transgéniques surexprimant le gène PtMYB14 accumulent elles aussi des transcrits de gènes faisant partie de la voie MVA. Ainsi, MYB14 pourrait être un régulateur transcriptionnel potentiel de cette voie métabolique (Bedon et al. 2010). Ce mémoire cible la régulation potentielle du gène de la 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthétase (HMGS), une enzyme de la voie MVA, par MYB14. Nous avons 1) isolé et caractérisé la région promotrice de Hmgs, 2) testé si MYB14 se lie directement au site découvert dans ce promoteur et 3) vérifié si MYB14 peut influencer positivement la transcription de Hmgs. Ce projet de maîtrise a permis de découvrir une nouvelle fonction pour un facteur de transcription de la famille des R2R3-MYB soit la régulation de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes.

Dans l'écosystème naturel, les insectes phytophages suceurs spécialistes tels que les pucerons sont exposés à une diversité de stress environnementaux, qui sont soit des facteurs biotiques impliquant les ressources alimentaires (stress indirect exercé via la plante hôte) ou des antagonistes naturels (parasites, pathogènes), soit des facteurs abiotiques tels l'exposition au rayonnement solaire intense, ou à des variations importantes de la température. Dans le cadre de mon projet, j'ai examiné les réponses du puceron de la pomme de terre Macrosiphum euphorbiae (Thomas) aux stress causés par (i) la réaction de sa plante hôte à l'herbivorie simultanée impliquant un défoliateur (doryphore, Leptinotarsa decemlineata) ou au stress hydrique sévère, (ii) le parasitisme par des endoparasitoïdes spécialiste et non-spécialiste (Aphidius spp.), et (iii) le rayonnement solaire intense causant un stress de température élevée ainsi qu'une exposition au rayonnement ultraviolet de type B (UV-B). Dans l'ensemble, mes résultats démontrent que peu importe le traitement de stress, la performance des pucerons est affectée d'une manière ou d'une autre, avec un impact sur divers indices de fitness. Mes résultats ont confirmé que M. euphorbiae était très affecté (croissance, reproduction, survie) par le stress hydrique de sa plante hôte. Cependant, il est intéressant d'observer qu'aucune baisse de performance n'a été détectée même lorsque sa plante hôte était substantiellement défoliée par le doryphore, ce qui suggère qu'il s'adapte facilement à ce type de stress. Quant aux stress consécutifs à l'attaque par des endoparasitoïdes, mes résultats ont confirmé que M. euphorbiae était très résistant à Aphidius ervi (généralement associé à des pucerons sur légumineuses); par contre, il était très susceptible à A. nigripes (spécialiste des pucerons associés à la pomme de terre). En ce qui concerne la troisième étude, l'effet d'un stress thermique fluctuant journalièrement affecte aussi fortement le comportement, la croissance, le développement et la fécondité de M. euphorbiae, à l'inverse des rayonnements UV-B, auxquels cet insecte réagit moins. L'étude du protéome du puceron soumis à ces stress divers a permis l'analyse quantitative simultanée d'un grand nombre de protéines et ce sans a priori quant au choix de protéines modèles particulières. Les patrons d'expression et de répression observés différaient en fonction du stress exercé sur le puceron. Certains groupes de protéines modulées sous des stress particuliers révèlent des stratégies de réponse spécifiques aux différents stress. À l'inverse, d'autres groupes montraient une réponse plus générale face aux différents stress. De plus, plusieurs protéines modulées sont probablement des protéines de bactéries symbiotiques qui semblent jouer un rôle important dans la réponse métabolique du puceron suite aux stress. Cette étude est l'une des premières à aborder les effets du stress environnemental sur les insectes phytophages par une approche protéomique. Elle illustre clairement aussi le potentiel des outils de la protéomique pour contribuer à identifier les gènes codant pour ces protéines chez les pucerons, un groupe important dont le génome n'a pas encore été complètement séquence.

Partant du fait qu'après une épidémie de tordeuses des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana Clem.) la qualité nutritionnelle du feuillage des arbres diminue, l'étude avait pour but de vérifier l'effet d'un stress alimentaire sur la dynamique de population de la TBE. Pour ce faire, nous avons utilisé des tordeuses non diapausantes. Le premier chapitre du mémoire est consacré à une étude comparative des performances biologiques et du comportement alimentaire de TBE diapausantes et non diapausantes. Les résultats ont démontré que les deux populations étaient similaires sur plusieurs paramètres biologiques et qu'il était possible d'utiliser une ou l'autre des populations. Le deuxième chapitre est consacré à l'étude d'un stress alimentaire (aucun, modéré, fort) sur une population de TBE pendant deux générations. Les résultats ont démontré qu'un stress alimentaire peut constituer une pression de sélection. Ils ont aussi mis en évidence une adaptation et un effet parental pour le poids des femelles.