Un des défis les plus pressants offerts aux écologistes des communautés actuellement consiste à prédire la réponse des assemblages d'espèces au changement environnemental global. Les études départageant la contribution de la variation observée à l'intérieur des espèces et entre les espèces à la variation fonctionnelle observée entre les communautés le long de gradients environnementaux spatiaux sont particulièrement utiles à cette fin. Elles permettent en effet d'évaluer la part que l'adaptation locale et la plasticité phénotypique (variation intraspécifique), en plus du renouvellement en espèces (variation interspécifique), pourraient jouer dans la médiation des changements environnementaux par les communautés végétales. Ce mémoire vise à évaluer la contribution de la variation intraspécifique au renouvellement en traits entre des communautés végétales le long d'un flanc de montagne, ainsi que les contextes environnementaux et écologiques dans lesquels une plus grande ou plus faible contribution de cette variation intraspécifique pourrait être attendue. Pour ce faire, j’ai quantifié la variation dans trois traits fonctionnels distincts (phénologie florale, surface foliaire spécifique et hauteur) entre, et à l'intérieur de 51 espèces végétales herbacées de sous-bois distribuées entre des communautés couvrant une transition de la forêt de feuillus à la forêt boréale (Parc national du Mont-Mégantic, Qc). Je présente également un nouveau cadre conceptuel établissant des hypothèses et prédictions sur les contextes environnementaux et écologiques pouvant déterminer la magnitude de la contribution de la variation intraspécifique à l'association trait-environnement entre les communautés végétales, que je teste à l'aide de ce jeu de données. Je rapporte que l'importance relative de la variation intraspécifique au renouvellement fonctionnel entre les communautés est dépendante de l'axe environnemental considéré, étant la plus forte le long d'axes non-climatiques, soit l'ouverture de la canopée et l'acidité du sol. Cette contribution est également déterminée de façon importante par la structure des réponses des espèces au gradient, en particulier par la direction et la magnitude de la variation intraspécifique dans l'espèce la plus abondante, la cohérence dans la direction de la réponse fonctionnelle des espèces à la variation environnementale et les patrons d'association trait-abondance à l'intérieur des espèces. Mon étude souligne l'importance de considérer les patrons sous-jacents à la contribution de la variation intraspécifique dans l'évaluation des sources de l'association trait-environnement entre les communautés végétales et propose des bases empiriques fortes pour améliorer les prédictions des réponses phénologique et végétative des communautés au changement environnemental global.

Ce travail concerne l'étude de l'utilisation des décharges électriques pour traiter des solutions aqueuses contenant des polluants organiques. Lorsque l'énergie électrique est injectée dans la décharge, grâce aux électrons énergétiques elle est en partie convertie en énergie chimique, c'est-à-dire en espèce radicalaires et excitées, qui vont pouvoir réagir sur les molécules présentes et dégrader des polluants. Trois types de décharges électriques ont été analysés : streamer dans l'eau qui est principalement étudiée dans ce travail, arc transitoire dans l'eau et décharge couronne dans l'air humide au-dessus de la surface de l'eau. Un interrupteur à semi-conducteur, permettant d'appliquer une impulsion de tension calibrée, est employé pour minimiser l'énergie perdue par effet Joule, supprimer le claquage, et ainsi optimiser le procédé. En utilisant des électrodes pointe-plan, le type de décharge est choisi en changeant la distance et la durée de l'impulsion de tension. Une étude sur la caractérisation électrique des streamers est effectuée en fonction de la tension appliquée et de la conductivité de la solution afin d'établir un bilan d'énergie électrique dépensée pour créer des streamers. Le rendement énergétique et l'efficacité des trois méthodes sur la dégradation de trois polluants - types sont mesurés par analyses chimiques (dosage par HPLC, mesure de Carbone Organique Total).

En utilisant des approches moléculaires variées, nous avons montré que le gène gpx5 possède au moins trois transcrits dans l'épididyme de souris adulte. A coté d'un messager long codant pour la protéine GPX5 mature, existent en effet deux transcrits tronqués. Les variants de la protéine GPx5, qui correspondent à ces transcrits courts, subissent dans l'épididyme de souris, une maturation post-transcriptionnelle qui repose essentiellement sur des processus de O-glycosylation. Ce travail a aussi permis de préciser que l'expression du gène gpx5 dépasse le territoire épididymaire puisque les transcrits gpx5 peuvent détectés à des niveaux faibles dans d'autres tissus de la sphère génitale chez la souris adulte. C'est le cas par exemple au niveau du testicule ou de la prostate. L'obtention, par des gestations datées, d'embryons de souris à différents stades, a permis de mettre en évidence une expression du gène gpx5 pendant les phases précoces du développement embryonnaire. Cette expression embryonnaire de gpx5 concerne un quatrième variant dont la séquence 3' UTR n'a pu être précisée. Des analyses immunohistochimiques complémentaires sont nécessaires pour confirmer la détection de la protéine GPx5 dans l'embryon précoce de souris et sa localisation dans l'endoderme pariétal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le dernier rapport du GIEC souligne que le rôle de la stratosphère dans le changement climatique est mal connu et invite à poursuivre son étude. Les mesures d'occultation solaire et in situ sont appropriées à cette étude mais il est nécessaire de les valider. Nous avons tout d'abord développé notre propre algorithme d'inversion des transmissions de SAGE III et avons comparé nos produits (profils verticaux des concentrations en O3 et en NO2 et coefficients d'extinction des aérosols (CEA)) à ceux issus de l'algorithme officiel et d'un troisième algorithme. De bons accords ont été obtenus entre ces inversions pour toutes les espèces. Nous avons poursuivi avec des comparaisons à des mesures corrélatives obtenues à l'aide d'instruments spatiaux et d'un instrument sous ballon (SPIRALE) déjà validés. Si on exclut les CEA, les résultats sont satisfaisants. Toutefois, la comparaison aux mesures in situ de SPIRALE obtenues aux abords du vortex polaire donne un désaccord pour NO2 démontrant ainsi les limites de l'occultation solaire dans la mesure d'espèces réactives dans des conditions dynamiques complexes. Une fois ces validations réalisées, nous nous sommes intéressés aux intrusions dans la stratosphère d'aérosols issus de feux de forêt et nous avons montré qu'elles conduisent à une forte augmentation du nombre de particules. Enfin, dans un cadre international, nous avons participé à la validation des instruments de la mission ACE (FTS, MAESTRO, Imager) à l'aide de SAGE III et de SPIRALE. Cela nous a permis de valider certains produits (O3 et NO2 de FTS et MAESTRO), d'en invalider d'autres (CEA d'Imager) et de confirmer le désaccord pour NO2 entre mesures in situ et à distance. / One of the conclusions of the last IPCC reports is that the role of the stratosphere in the current climate change is not weil known. Consequently, stratospheric studies must continue. Solar occultation and in situ measurements are weil suited to these studies but it is necessary to validate them. First, we have developed our inversion algorithm of the SAGE III transmissions and we have compared our products (vertical profiles of O3 and N02 concentrations and of aerosol extinction coefficients (AEC)) to those from the officiaI algorithm and from a third algorithm. Good agreements are obtained between these inversions for ail species. Then, we have compared our products to those from correlative validated measurements obtained by satellite and balloon borne instrument (SPIRALE). Except CEA, results are satisfying. However, the comparison with in situ measurements from SPIRALE obtained on the edge of the polar vortex exhibits a disagreement for NO2 proving that the solar occultation method are not weil suited for reactive species in complex dynamical situation. Once these validations carried out, we have studied the stratospheric intrusions of aerosols resulting from forest fires and we have shown that they lead to a strong increase in the number of particles. Finally, in an international framework, we have taken part in the validation of the instruments of the ACE mission (FTS, MAESTRO and Imager) with SAGE III and SPIRALE data. That enabled us to validate sorne products (O3 and NO2 from FTS and MAESTRO), to invalidate others (CEA from Imager) and to confirm the discrepancy for NO2 between in situ and remote measurements

La superoxyde dismutase à Manganèse (SOD Mn ou SOD2) est une enzyme importante dans la défense antioxydante, qui semble jouer un rôle mal défini dans le développement des tumeurs selon l’expression constitutive de son gène. Cependant, les mécanismes de régulation de cette expression constitutive sont mal connus, en particulier dans les cellules tumorales mammaires. Ce travail a reposé sur la mise en évidence préalable d’une protéine, appelée la Damaged DNA Binding 2 (DDB2) protein, se fixant spécifiquement sur la région promotrice du gène SOD2. La DDB2 est connue pour sa participation dans la réparation de l’ADN par excision de nucléotides. Dans un 1er temps, nous avons caractérisé la séquence d’ADN spécifiquement reconnue dans la région proximale du promoteur du gène SOD2, sur laquelle la DDB2 s’y fixe sous la forme d’un monomère, pour réguler négativement la transcription constitutive de la SOD Mn dans les cellules tumorales mammaires non métastatiques de type MCF-7. Par ailleurs, la DDB2 n’est pas impliquée dans le mécanisme d’induction du gène SOD2, lorsque les cellules MCF-7 sont exposées à des substances inductrices. En revanche, nous avons montré que l’absence de la protéine DDB2, associée à celle du facteur de transcription AP-2?, déjà connu comme répresseur du gène SOD2, entraîne une expression constitutive élevée de la SOD Mn dans les cellules tumorales mammaires métastatiques n’exprimant pas le récepteur aux œstrogènes (ER-). De plus, cette expression constitutive élevée est principalement dépendante du facteur de transcription Sp1. Dans un 2ème temps, nous avons évalué la signification biologique de la régulation de l’expression constitutive de la SOD Mn par la DDB2 dans les cellules tumorales mammaires. Nos résultats montrent que la DDB2 active la prolifération des cellules tumorales mammaires ER+, en exerçant sa régulation négative sur l’expression de la SOD Mn. Dans un 3ème temps, nous avons cherché à montrer les conséquences sur la croissance des cellules tumorales mammaires ER-, qui surexpriment naturellement la SOD Mn. Nos résultats révèlent que l’enzyme antioxydante joue un rôle important dans les mécanismes moléculaires impliqués dans le pouvoir invasif des cellules tumorales mammaires ER-. La surexpression de la SOD Mn, associée à un taux faible des enzymes éliminant l’H2O2, entraînent une augmentation du pouvoir invasif déjà élevé des cellules tumorales mammaires ER-, associée une augmentation de l’activité de la métalloprotéinase 9. L’élimination, en présence d’antioxydants, de l’H2O2 libéré par l’activité de la SOD Mn surexprimée, entraîne une inhibition à la fois de la croissance et des capacités invasives des cellules tumorales mammaires ER-. L’ensemble de ce travail contribue à mieux comprendre l’importance de la SOD Mn et du mécanisme de régulation de son gène dans la croissance et l’invasion tumorales. Ainsi ce travail révèle également la SOD Mn et la DDB2 comme de potentiels facteurs prédictifs de la progression tumorale mammaire. Enfin, la découverte de la nouvelle activité biologique de la DDB2 ouvre un vaste champ de perspectives intéressantes en cancérologie mammaire. / Manganese superoxide dismutase (Mn SOD or SOD2) is an important enzyme in the antioxidizing defence, which seems to play an unclear role in the cancer development, according to the constitutive expression of its gene. However, the regulation of this constitutive expression is not totally known, particularly in the breast cancer cells. This work is based on a preliminary revealing that a protein, called Damaged DNA Binding 2 (DDB2), specifically binds the SOD2 gene promoter. The DDB2 is known for its involvement in the nucleotide excision repair. At first step, we characterized the specific DNA sequence recognized in the proximal area of the SOD2 gene promoter, on which a DDB2 monomer binds, in order to regulate negatively the Mn SOD transcription in the MCF-7 non metastatic breast cancer cells. Besides, DDB2 is not involved in the mechanism of SOD2 gene induction, when MCF-7 cells are exposed to induced substances. However, we showed that the lack of the DDB2 protein, associated with the lack of the AP-2a transcription factor, already known as a repressor of the SOD2 gene, lead to a high Mn SOD constitutive expression in the metastatic breast cancer cells. Furthermore, this high constitutive expression is mainly dependent of the Sp1 transcription factor. Secondly, we estimated the biological meaning of the regulation of the Mn SOD constitutive expression by the DDB2 in the breast cancer cells. Our results show that the DDB2 activates the positive ER breast cancer cell proliferation, by exercising its negative regulation on the Mn SOD expression. Thirdly, we tried to show the consequences on the negative ER breast cancer cell growth, which naturally and highly express the Mn SOD. Our results reveal that the antioxidizing enzyme plays an important role in the molecular mechanisms involved in the invasive capacities of the negative ER breast cancer cells. The high Mn SOD expression, associated in a decrease of the H2O2 detoxifying enzymes expression, enhance the negative ER breast cancer cell invasion and an increase of the matrix metallopeptidase-9 activity. The H2O2 elimination, with specific antioxidants, decreases both negative ER breast cancer cell growth and invasive capacities. This whole work contributes to better understand the Mn SOD importance and the mechanism of its gene regulation, in the tumoral growth and invasion. This work also reveals the Mn SOD and DDB2 as potential predictive factors of the breast cancer progress. Finally, the discovery of this new DDB2 biological activity opens a huge field of interesting perspectives in breast cancer research.

L’ostéoporose liée à l’âge se caractérise par une perte osseuse et une augmentation de l’adiposité médullaire tout en s’accompagnant d’un stress oxydant général. L’ostéoblaste et l’adipocyte ont un précurseur commun, la cellule souche mésenchymateuse (CSM), dont la capacité à se renouveler et à se différencier est influencée par le statut redox cellulaire. Le Strontium (Sr) est un élément possédant un effet antifracturaire significatif in vivo cependant, il n’affecte que peu les marqueurs d’activités des cellules osseuses différenciées. Partant de ce constat, nous avons émis l’hypothèse que les CSMs pouvaient être une cible cellulaire du Sr, et notamment que l’inhibition de leur différenciation adipocytaire pouvait diminuer la lipotoxicité médullaire néfaste à la survie des ostéoblastes au cours du vieillissement. Nous montrons chez des souris traitées 3 semaines au Sr une diminution de l’adiposité médullaire et une augmentation du volume osseux trabéculaire par rapport aux animaux témoins. Nos résultats démontrent que le Sr inhibe rapidement l’adipogenèse des cellules multipotentes mésenchymateuses (CMMs) C3H10T1/2 en réprimant PPARγ2 et l’accumulation des gouttelettes lipidiques de façon partiellement dépendante de la voie ERK. Ce mécanisme serait dépendant de son effet proliférateur puisque que nous observons qu’en présence de Sr plus la Cycline D1 est exprimée, plus PPARγ2 est réprimé. De plus, le Sr prévient la mise en place de processus impliqués dans le statut redox cellulaire et nécessaires à la maturation d’un adipocyte comme la biogenèse mitochondriale, l’accumulation de Rac1 (une sous unité régulatrice de l’activité de la Nadph oxydase) et l’augmentation de l’expression des enzymes antioxydantes. Nous montrons aussi que le Sr diminue la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) de façon précoce ce qui pourrait expliquer son action anti-adipogénique. En effet, les ERO sont indispensables à l’engagement des CSMs vers l’adipogenèse et elles oxydent des lipides qui sont alors activateurs de PPARγ. L’ensemble de ces données nous montre que le Sr, en modifiant la production d’ERO intracellulaire, maintiendrait un statut redox favorable à la prolifération des CMMs et défavorable à leur différenciation adipocytaire. Ainsi la capacité antioxydante et antiadipogénique de futures molécules pourraient définir de nouvelles approches dans le traitement de l’ostéoporose / Age-related osteoporosis is associated with both an increased marrow adiposity while bone mass decreased and an increased oxidative stress. Mesenchymal stem cells (MSCs) differentiate into osteoblasts or adipocytes and their capacity of self-renewal and differentiation is influenced by cell redox status. Strontium (Sr) have an anti-fracture effect in vivo however, it doesn’t clearly modulate markers of mature bone cell activities. Starting from this observation, we hypothesized that MSCs could be a cellular target of Sr, and particularly the inhibition of their adipocyte differentiation could reduce the marrow lipotoxicity which is deleterious for the osteoblast survival during aging. Our study showed that Sr-treated mice presented a lower medullary adiposity and a higher trabecular bone volume as compared to control animals. It was demonstrated that Sr rapidly inhibited adipogenesis of multipotent mesenchymal cells (MMCs) C3H10T1/2 by repressing PPARγ2 and droplet lipid formation in a partially ERK-dependant pathway. This mechanism was linked to its proliferative effect since in presence of Sr the higher Cyclin D1 gene expression; the lower was that of PPARγ2. Moreover, Sr prevented the establishment of processes involved in the cell redox status and necessary for the adipocyte maturation such as mitochondrial biogenesis, Rac1 protein accumulation (a NADPH oxidase regulatory subunit) and increase of the antioxidant enzyme expression. Sr also induced intracellular reactive oxygen species (ROS) decrease that could explain its anti-adipogenic action. Indeed, ROS are essential for the CSM commitment toward adipogenesis and they oxidize lipids which could in turn activate PPAR. Taken together, these data showed that Sr by modulating the intracellular ROS production maintained a redox status supporting the MMCs proliferation and preventing adipocyte differentiation. Thus, the antioxidant and anti-adipogenic capacities of future molecules could define new therapeutic approaches for osteoporosis treatment

Les relations entre le microbiote intestinal et la santé humaine ont été suggérées par les études métagénomiques. Microbial culturomics utilise de nombreuses conditions de culture avec une méthode d'identification rapide par MALDI-TOF, ou par séquençage de l'ARN 16S pour les colonies non identifiées. L'étude pionnière a permis d'identifier 340 bactéries différentes, dont 31 nouvelles espèces bactériennes et 174 espèces bactériennes décrite pour la première de l'intestin humain. Le séquençage du génome de chaque nouvelle espèce a permis de décrire le plus grand génome d'une bactérie isolée chez l'homme (Microvirga massiliensis, 9,3 Mo) et de générer environ 10 000 gènes précédemment inconnus (ORFans) facilitant les futures études métagénomiques. Le pyroséquençage sur les mêmes échantillons a révélé que seulement 51 espèces étaient détectées par les 2 techniques. Culturomics a démontré sa supériorité par rapport au pyroséquençage lors de l'étude d'une selle d'une patiente traitée pour une tuberculose ultra-résistante. Le pyroséquençage de 2 échantillons de selles de patients traités par antibiotiques a révélé 45 à 80% de séquences assignées au phylum des Verrucomicrobia. L'étude par culture de ces mêmes échantillons n'a pas permis d'isoler cette espèce.Grâce à l'étude de 14 échantillons de selles différents par culturomics, nous avons cultivé 520 espèces bactériennes différentes, dont 57 nouvelles espèces bactériennes et 260 espèces décrites pour la première fois à partir du microbiote digestif. Après cette phase de description, les études suivantes pourront tenter d'établir un lien entre les nouvelles espèces bactériennes et le statut clinique des patients étudiés. / Relationships between gut microbiota and human health have been already suggested thanks to metagenomics studies. Microbial culturomics is based on the use of a large number of culture conditions with a rapid identification method by MALDI-TOF or by 16SrRNA amplification and sequencing for the unidentified colonies. The seminal study allowed to identify 340 different bacteria including 31 new bacterial species, 174 bacterial species first described from the human gut. The genome sequencing of each new species allowed to describe the largest genome for a human bacteria (Microvirga massiliensis; 9,3 Mb) and to generate approximately 10,000 previously unknown genes (ORFans) facilitating the future metagenomics studies. In parallel, pyrosequencing performed on the 3 same samples revealed a dramatic low overlapping between the 2 methods with only 51 species detected. In addition, culturomics has demonstrated its superiority than pyrosequencing of a stool from a patient treated for a XDR-tuberculosis. Conversely, the pyrosequencing performed on 2 stool samples of patients treated by antibiotics revealed from 45 to 80% of sequences assigned to Verrucomicrobia although the culturomics study of these same samples did not allowed to culture this species.Currently, thanks to the study of 14 different stool samples by culturomics, we have cultured 520 different bacterial species including 57 new bacterial species and 260 species first described from human gut. After this comprehensive description phase, the following studies will attempt to make a link between new bacterial species and clinical status of the patients studied.

Le nombre de nouvelles espèces bactériennes identifiées augmente constamment. L'un des facteurs les plus importants de cette situation est l'approche culturomique. Par conséquent, la nécessité de classifier et de décrire taxonomiquement ces microorganismes pour comprendre leur évolution, leurs caractéristiques et leurs relations avec d'autres organismes vivants a émergé. À ce jour, plus de 170000 génomes bactériens sont disponibles. Face à cette situation, la taxonomie bactérienne ne peut être éloignée des informations fournies par le génome entier. La stratégie taxonogénomique a été élaborée dans notre laboratoire pour inclure les séquences du génome dans le schéma taxonomique. Cette nouvelle stratégie consiste en la combinaison de diverses données phénotypiques, et l'analyse génomique et la comparaison, aboutissant à une description rationnelle et complète de nouveaux taxons bactériens. Un deuxième aspect de notre travail de thèse a été l'analyse pangénomique de Coxiella burnetii. Profitant de la disponibilité de 75 génomes de C. burnetii, nous avons montré que ce pangénome est ouvert, ce qui s’oppose à ceux des autres bactéries intracellulaires. Aucun contenu génique spécifique à une maladie, ou à un géovar spécifique n'a pu être identifié. En revanche, l'analyse phylogénétique basée sur le core génome correspondait à celle obtenue à partir du typage. Ainsi, nous démontrons ici que le séquençage du génome peut être bien adapté à la description officielle ainsi que l'analyse pangénomique des bactéries associées à l'homme, et permettre de répondre à de nombreuses questions microbiologiques telles que l'évolution, la résistance aux antibiotiques et la pathogénicité. / The number of new identified bacterial species is constantly increasing. One of the most important contributors to this situation is the microbial culturomics approach. Consequently, the need to classify and taxonomically describe those microorganisms to understand their evolution, characteristics and relationships with other living organisms has emerged. To date, more than 170000 bacterial genomes are available. Facing this situation, bacterial taxonomy cannot be disconnected from the information provided from the whole genome. The taxono-genomics strategy was elaborated in our laboratory to include genome sequences in the taxonomic scheme. This new strategy consists in the combination of various phenotypic data and genomic analysis and comparison, resulting in a rational and comprehensive description of new bacterial taxa. A second aspect of our thesis work was the pangenomic analysis of Coxiella burnetii. Taking advantage of the availability of 75 C. burnetii genomes, we showed that this pangenome is open, which contrasts with those of other intracellular bacteria. No disease-specific, or geovar-specific gene content could be identified. In contrast, the core gene-based phylogenetic analysis matched that obtained from multi-spacer typing. Thus, we herein demonstrate that genome sequencing may, among its many applications, be well suited for the official description as well as pangenome analysis of human-associated bacteria, including pathogens, and may allow addressing many microbiological questions, such as evolution, outbreaks, antibiotic resistance, and pathogenicity.