La régulation de l'adressage dendritique de la tyrosine hydroxylase (TH), l'enzyme limitante de la biosynthèse des catécholamines, permettrait de moduler avec précision l'étendue du territoire cérébral soumis à l'influence catécholaminergique et ainsi de moduler de nombreuses fonctions neurovégétatives et centrales. Ce type de régulation a notamment été observé au niveau des neurones catécholaminergiques du noyau du faisceau solitaire (NTS) et du locus coeruleus (LC), sans pour autant que les acteurs moléculaires et cellulaires impliqués n'aient été élucidés in vivo. Nous avons recherché si les angiotensines cérébrales pouvaient être potentiellement impliquées dans cette régulation, en utilisant le modèle du rat TGR(ASrAOGEN)680 (TGR), caractérisé par une inhibition de la synthèse du seul précurseur connu des angiotensines cérébrales, l'angiotensinogène astrocytaire. Nous avons mis en évidence une très forte diminution de la quantité de protéine TH dans le NTS et le LC chez ces rats, spécifiquement au cours de la 4ème semaine postnatale. Ce phénomène est notamment caractérisé par une accumulation de la protéine TH dans le corps cellulaire des neurones de ces deux structures et un blocage de son adressage dendritique, alors que le transport vers les aires de terminaisons est maintenu. Le blocage de l'adressage dendritique est associé à l'invalidation du processus de phosphorylation de la protéine MARCKS, voie de signalisation notamment induite par la stimulation du récepteur AT1 aux angiotensines qui avait été clairement impliquée in vitro dans le transport neuritique de la TH. L'étude de la répartition de la TH dans les aires de terminaison du LC à l'âge adulte a permis de montrer l'existence d'une hyper-innervation catécholaminergique du gyrus dentelé et des cortex frontal et cingulaire chez les rats TGR, vraisemblablement impliquée dans les altérations que nous avons observées de l'alternance des cycles d'éveil et de sommeil et de la réactivité à un stress de nouveauté. Ainsi, nos travaux révèlent que les angiotensines cérébrales sont impliquées à 4 semaines dans l'initiation de l'adressage dendritique de la protéine TH dans les neurones noradrénergiques, et de ce fait, dans la mise en place fonctionnelle du rétrocontrôle inhibiteur exercé par la noradrénaline libérée localement par les dendrites de ces neurones

L'autorenouvellement est une propriété fondatrice du concept de cellule souche. Cependant, malgré l'avancée des connaissances actuelles, les mécanismes moléculaires sous-jacents restent mal compris. Nous nous sommes donc intéressés à cette question, en étudiant l'équilibre entre autorenouvellement et différenciation dans des progéniteurs érythrocytaires primaires. D'une part, grâce à une étude combinant des approches pharmacologiques et de génétique fonctionnelle, nos résultats montrent que le contrôle de la synthèse cellulaire du cholestérol joue un rôle essentiel dans la régulation du basculement de l'autorenouvellement vers la différenciation. D'autre part, nous avons étudié la nature stochastique de l'expression génique au cours du passage de l'autorenouvellement vers la différenciation. En effet, contrairement au caractère déterministe initialement attribué à l'expression des gènes, les données accumulées au cours des dernières années démontrent que cette expression repose sur des processus stochastiques. Nous avons en particulier oeuvré à la conception et à la mise en place d'un dispositif permettant de suivre en temps réel l'expression génique dans des cellules individualisées, afin de pouvoir mesurer et évaluer cette stochasticité. Au final, l'ensemble de ces travaux participent à la compréhension des bases moléculaires de l'autorenouvellement et du contrôle des choix du devenir cellulaire.

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

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

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la variabilité (ou stochasticité) de l'expression des gènes en considérant que le signal stochastique que produit cette expression est porteur d'information quant au processus d'expression lui-même. Cette stochasticité de l'expression génique peut être caractérisée par la variation observée du nombre de protéines produites soit entre différentes cellules isogéniques (portant le même génome) à un instant donné, soit au sein d'une même cellule au cours du temps. Dans un premier temps, nous avons montré expérimentalement que le niveau de stochasticité de l'expression d'un gène change suivant son locus (sa position sur le génome). De plus, nous avons montré que, à locus constant, le niveau de stochasticité peut être influencé par des agents modificateurs globaux de l'état chromatinien. Ensuite, nous avons analysé comment la dynamique chromatinienne peut influencer la stochasticité de l'expression génique d'un gène. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche de modélisation et simulation que nous avons ensuite confrontée à des données biologiques. L'utilisation d'un modèle à deux états nous a permis de montrer que l'activité du promoteur est caractérisée par de longues périodes durant lesquelles la chromatine empêche la transcription, entrecoupées par de brèves périodes où la transcription est à nouveau rendue possible sous forme de " bursts " de forte intensité. Pour finir, nous avons identifié, par des approches statistiques et par l'utilisation de bases de données génomiques, des éléments caractéristiques de la séquence génomique qui, lorsqu'ils sont présents dans le voisinage d'un gène, peuvent influer sur la stochasticité de celui-ci. Nous avons en particulier montré que, lorsque le gène rapporteur est inséré à proximité d'un autre gène, sa stochasticité augmente de manière significative. Ce travail nous a permis de mettre en évidence un lien entre la dynamique chromatinienne, l'environnement génomique et la stochasticité de l'expression génique. Ce lien offre à la cellule des perspectives évolutives en lui permettant de réguler cette stochasticité, ouvrant ainsi la porte à la sélection d'un niveau approprié de variabilité.

Les nématodes à kystes sont l'un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des " mitochondrial, transcription terminationfactor " (mTERF), dont l'implication dans des mécanismes de résistance n'a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida

En dépit de la pression règlementaire croissante pour mieux détecter les produits chimiques potentiellement responsables de perturbations de la fonction thyroïdienne, les moyens de les cribler restent insuffisants et imparfaits. Un tel criblage implique l’utilisation de nombreux tests in vitro ciblant chacun l’un des divers mécanismes de toxicité potentiellement impliqué, ou des tests in vivo plus longs et plus contraignants. Trois modèles d’étude ont ainsi été évalués pour leur potentiel à simplifier les procédures de criblage actuellement préconisées. Le premier modèle d’étude qui a été proposé est un modèle in vivo d’exposition à court terme par voie orale de rats mâles adultes. Le suivi de l’expression de gènes permet de réaliser un criblage de la perturbation de la fonction thyroïdienne après 7 jours d’exposition seulement. Le second modèle d’étude qui a été retenu pour ce travail est la lignée cellulaire PCCl3 de thyrocytes de rats, identifiée comme un modèle potentiel pour le criblage de la toxicité thyroïdienne. Enfin, la pertinence pressentie de l’utilisation d’un modèle d’hépatocytes cryopréservés (LiverbeadsTM) a été confirmée pour l’identification des composés toxiques thyroïdiens chez le rongeur dont l’action est médiée par le foie. Trois modèles d’étude in vitro et in vivo utilisables lors des tests de criblage des produits chimiques perturbateurs de la fonction thyroïdienne ont donc été identifiés. L’évaluation de cette perturbation est rendue possible par l’utilisation de variations d’expression de gènes comme principal paramètre d’étude / Whereas disruption of thyroid hormone signaling by environmental chemicals is a growing concern, identifying thyroid toxicants in early screening studies remains a challenge. Indeed, several different molecular events can initiate a such disruption of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid (HPT) axis. Thus, the detection of thyroid toxicants implies to conduct systematically an important battery of in vitro assays, or long in vivo studies. In the aim to simplify the procedure for the screening of all the possible mode of actions (MoAs) involved, we assessed three models for their suitability to detect in a short term different thyroid toxicants by using changes in gene expression. We identified the possibility of discriminating thyroid toxicants from compounds that do not alter thyroid function, by using this approach, in a 7-day adult male rat assay. Regarding in vitro testing, we have established the proof of concept of discriminating direct-acting thyroid toxicants from compounds that do not affect thyroid function, on the basis of up-regulated expression of a set of genes as criteria of positivity, in an early screening in vitro assay based on PCCl3 rat thyroid cells. We also confirmed the relevance of the use of alginate-embedded cryopreserved hepatocytes (LiverbeadsTM) for the screening of liver-mediated thyroid toxicity in rodents. The present work allowed the identification of three models suitable for the early screening of the disruption of the thyroid function. Such detection of multiple toxic MoAs in a short term relies on the use of gene expression as main or unique endpoint

PtaRHE1 is a poplar (Populus tremula x P. alba) gene encoding a REALLY INTERESTING NEW GENE (RING) domain-containing protein. RING proteins are largely represented in plants and play important roles in the regulation of many developmental processes as well as in plant-environment interactions. In this thesis, we present a functional characterization of PtaRHE1. To gain further insight into the role of this gene, molecular and genetic alteration approaches were used. The results of in vitro ubiquitination assays indicate that PtaRHE1 protein is a functional E3 ligase and this activity was shown to be specific with the human UbCH5a, among the tested ubiquitin-conjugating enzymes. Histochemical GUS stainings showed that the PtaRHE1 promoter is induced by plant pathogens and by elicitors such as salicylic acid and cellulase and is also developmentally regulated. In silico predictions and the transient expression of PtaRHE1-GFP fusion protein in N. tabacum epidermal cells revealed that PtaRHE1 is localized both in the plasma membrane and in the nucleus. The localization of expression of PtaRHE1 in poplar stem by in situ hybridization indicated that PtaRHE1 transcripts are localized within the cambial zone mainly in ray cells, suggesting a role of this gene in vascular tissue development and/or functioning. The overexpression of PtaRHE1 in tobacco resulted in a pleiotropic phenotype characterized by a curling of leaves, the formation of necrotic lesions on leaf blades, growth retardation as well as a delay in flower transition. Plant genes expression responses to PtaRHE1 overexpression provided evidence for the up-regulation of defence and/or programmed cell death (PCD) related genes. Moreover, genes coding for WRKY transcription factors as well as for MAPK, such as WIPK, were also found to be induced in the transgenic lines as compared to the wild type (WT). Taken together, our results suggest that the E3 ligase PtaRHE1 plays a role in the signal transduction pathways leading to defence responses against biotic and abiotic stresses. Identification of PtaRHE1 target(s) is required in order to fully assess the role of this E3 ligase in the ubiquitination-mediated regulation of defence response./<p>RÉSUMÉ<p><p><p>PtaRHE1 est un gène qui code pour une protéine possédant un domaine RING (REALLY INTERESTING NEW GENE) chez le peuplier (Populus tremula x P. alba). Les protéines de type RING sont très répandues chez les végétaux où elles jouent de rôles importants dans la régulation de plusieurs processus de développement et également dans les interactions plantes-environnement. Dans le cadre de ce travail, nous avons procédé à la caractérisation fonctionnelle du gène PtaRHE1. Dans le but de découvrir la fonction de ce gène, nous avons adopté une stratégie faisant usage d’approches moléculaires ainsi que de l’altération de l’expression génique. Les résultats obtenus montrent que la protéine PtaRHE1 est une E3 ligase et que cette activité enzymatique est spécifique à l’Ubiquitin-Conjugating enzym humaine UbCH5a. Les résultats du test histochimique GUS ont montré que le promoteur du gène PtaRHE1 est induit par des pathogènes et aussi par l’acide salicylique et la cellulase. Par ailleurs, ce promoteur est aussi régulé au cours du développement végétal. Les prédictions in silico et l’expression transitoire d’une fusion traductionnelle GFP-PtaRHE1, au niveau de l’épiderme des feuilles du tabac N. tabacum, ont révélé que la protéine PtaRHE1 se situe tant au niveau de la membrane cytoplasmique qu’au niveau du noyau. La localisation de l’expression du gène PtaRHE1, par les techniques d’hybridation in situ, montre que les transcrits de ce gène se retrouvent principalement au niveau des cellules de rayon, dans la zone cambiale, suggérant que ce gène pourrait jouer un rôle dans le développement ou la formation du tissu vasculaire. La surexpression du gène PtaRHE1 chez le tabac a conduit à l’obtention d’un phénotype pléiotropique caractérisé par un recroquevillement (incurvation) des feuilles, la formation des lésions nécrotiques sur le limbe, un retard de croissance ainsi qu’un retard dans la transition florale. L’analyse de la réponse de l’expression de différents gènes à la surexpression de PtaRHE1 a mis en évidence l’induction des gènes liés à la défense et ou à la mort cellulaire programmée. En outre, l’expression des gènes codant pour des facteurs de transcription WRKY et aussi des MAPKs, tel que WIPK, était aussi plus élevée chez les plantes transgéniques comparées au type sauvage. Les résultats de ce travail suggèrent que PtaRHE1, comme E3 ligase, pourrait jouer un rôle dans la transduction des signaux cellulaires conduisant aux réactions de défense contre les stress biotiques et abiotiques. L’identification de la (des) cible(s) de PtaRHE1 est indispensable pour la compréhension du rôle de cette protéine dans la régulation des réponses de défense par l’intermédiaire de l’ubiquitination.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Afin de faire face aux conditions environnementales défavorables, certains animaux réduisent drastiquement leur activité métabolique et leur température grâce à des phases de torpeur hivernal. L’objectif de cette étude est d’établir une signature moléculaire de chacune des phases d’hibernation. Pour cela, les variations d’expression de 21 gènes impliqués dans le contrôle des fonctions saisonnières (horloge circadienne, hormones thyroïdiennes, récepteurs à la mélatonine) et le métabolisme ont été étudiées dans 8 organes. Les résultats ont mis en évidence une augmentation ubiquitaire de l’expression des gènes Périodes indiquant un possible réajustement de l’horloge au début de la phase de réveil. Ainsi qu’une régulation spécifique des déiodinases induisant une augmentation de la synthèse de thyroxine dans le tissu adipeux brun et l’hypothalamus pendant la torpeur et le réveil. Le récepteur MT2 du hamster d’Europe a été partiellement caractérisé génétiquement et pharmacologiquement. A la différence d’autres espèces de hamster dont le récepteur MT2 est tronqué, le récepteur étudié semble être fonctionnel pour la mélatonine et pourrait être critique durant l’hibernation. / Living in the wild involves to cope with a variable seasonal environment availability. When winter is coming, animals use various strategies to adapt to hostile environment by limiting energy expenditure such as hibernation. In this study, expression of 21 selected genes was compared at different states of the hibernation cycle of the true hibernator European hamster. Level of mRNA encoding proteins involved in seasonal timing (melatonin receptors, thyroid metabolism, clock) and energy homeostasis were measured by digital droplet PCR in eight central and peripheral organs. During the arousal phase, Periods genes expression is increased in all organs indicating a possible resetting of body’s clocks at the beginning of the active period. The brown adipose tissue displays a specific regulation of deiodinases leading to increased synthesis of thyroxine during both torpor and arousal. The melatonin receptor MT2 of the European hamster had been partially cloned and pharmacologically characterized. While in most hamster species, MT2 is a natural knock out, the studied receptor seems to be functional and could be critical during hibernation.

Condensine est un complexe protéique organisateur du génome qui conduit l’assemblage des chromosomes et promeut leur transmission fidèle en anaphase. De nombreuses études ont rapporté des changements dans les niveaux des ARNs cellulaires quand Condensine est défaillante, suggérant un rôle pour Condensine dans la régulation de l’expression génique. Cependant, les mécanismes sous-jacents sont demeurés énigmatiques, et l’on ignore dans quelle mesure le rôle joué par Condensine dans l’expression génique est lié ou non à sa fonction dans l’organisation des chromosomes. Lors de ma thèse, j’ai étudié l’activité de Condensine dans la régulation de l’expression génique en utilisant la levure S. pombe comme organisme modèle. Contrairement à l’idée communément admise, mes résultats montrent que Condensine ne joue aucun rôle direct dans le maintien du transcriptome, ni en interphase, ni en mitose chez cette levure. En accord avec les études précédentes, j’observe des changements de niveau et de qualité des ARNs dans les cellules mutantes pour Condensine au sortir de la mitose ; des ARNs non codants et des ARNs aberrants, étendus en 3’, s’accumulent. En revanche, je démontre que ces changements sont la conséquence de défauts de transmission des chromosomes en anaphase. L’inactivation de Condensine cause la non-disjonction de l’ADN ribosomique et du nucléole, entrainant une déplétion de l’ARN-exosome des cellules filles, lesquelles accumulent alors des ARNs normalement dégradés par l’ARN-exosome. De façon cruciale, je montre qu’empêcher les anomalies de migration des chromosomes restaure une expression normale des gènes malgré l’inactivation de Condensine, démontrant que c’est l’instabilité chromosomique qui est source des changements d’expression génique observés quand Condensine est défaillante, et non le complexe Condensine en tant que tel. Ce travail remet en question le concept de régulation de l’expression génique par les complexes Condensine et appelle à la prudence lorsque l’on cherche à étudier les fonctions de ces complexes en dehors de la condensation de la chromatine en mitose. / Condensin is a genome organiser that shape chromosomes and promote their accurate transmission in anaphase. Several studies have related changes in RNA level when Condensin is defective, suggesting that the complex has also a role in gene expression. However, the mechanisms have remained enigmatic and we still don’t know to what extent it is related to its role in chromosome organization. During my thesis, I studied the role played by Condensin in the regulation of gene expression using S. pombe as a model system. In contrast to previous studies, my results provide compelling evidence that Condensin plays no direct role in the maintenance of the transcriptome, neither during interphase nor during mitosis in this yeast. Accordingly to previous studies, I observed changes in RNA level in cells mutated for Condensin; non coding and 3’ extended RNA accumulate. However, I showed that the changes in gene expression in post-mitotic fission yeast cells that result from Condensin inactivation are largely a consequence of chromosome missegregation during anaphase, which notably depletes the RNA-exosome from daughter cells. Crucially, preventing karyotype abnormalities in daughter cells restores a normal transcriptome despite Condensin inactivation. Thus, chromosome instability, rather than a direct role of Condensin in the transcription process, changes gene expression. This work challenges the concept of gene regulation by canonical Condensin complexes and ask for caution when studying Condensin role outside chromosome condensation in mitosis.