Le xylème secondaire (appelé bois chez les arbres), est un tissu vasculaire caractérisé par la présence d'un composé phénolique caractéristique, la lignine qui confère hydrophobicité et résistance mécanique aux parois. La différenciation du xylème est un processus complexe qui fait intervenir plusieurs centaines de gènes dont l'expression doit être strictement régulée dans l'espace et dans le temps. Cette coordination spatiotemporelle très fine est assurée au niveau transcriptionnel par, des facteurs de transcription. Certains membres de la famille MYB sont par exemple connus pour réguler l' èxpression des gènes de la voie de biosynthèse des phénylpropanoides, incluant la lignine. Le but de mes travaux était de caractériser fonctionnellement deux facteurs de transcription MYB, EgMYBl et EgMYB2, isolés à partir d'une banque d'ADNe de xylème d'Eucalyptus gunnii. La majeure partie de mes résultats concerne la caractérisation d'EgMYBl qui phyl 0 génétiquement, fait partie du sous-groupe 4 des MYB R2R3. Ce sous-groupe comprend plusieurs répresseurs des gènes du métabolisme phénolique. Des expériences de co-expression in vivo dans le tabac appuient l'hypothèse qu'EgMYBl pourrait agir en tant que régulateur négatif de l'expression des gènes de la voie de biosynthèse de la lignine. Ce rôle potentiel en accord avec l'expression préférentielle d' EgMYB 1 dans le xylème de racines et de tiges d'Eucalyptus a été vérifié in planta chez des peupliers transgéniques. En réponse à la surexpression d'EgMYB1, le contenu en lignine du xylème secondaire des tiges est réduit. On note également une diminution ~u nombre de fibres de phloème, et des taux de ' transcrits des gènes de la biosynthèse de la lignine. De plus, des analyses transcriptomiques réalisées à partir d'ARNs de xylème et d'écorce de tiges de peupliers surexprimant EgMYBl met en évidence des classes de gènes sous-exprimés ou surexprimés. De nombreuses similitudes sont retrouvées avec les classes de gènes dérégulées chez les mutants affectés dans une des étapes de la voie de biosynthèse de la lignine, renforçant le rôle initialement proposé pour EgMYB1. Les peupliers surexprimant EgMYBl montrent également d'intéressants phénotypes foliaires qui ont été étudiés. La caractérisation fonctionnelle d'EgMYB2 réalisée chez des tabacs transgéniques surexpresseurs, nous a amenés à proposer un rôle d'activateur transcriptionnel de la voie de biosynthèse des lignines. Les résultats- 1 - présentés dans cette thèse, apportent des indications claires quant aux rôles opposés des facteurs de transcription EgMYBl et EgMYB2 dans la lignification lors de la fonnation du bois.- 11

La voie de signalisation mTORCl/S6Kl est impliquée dans le développement de la résistance à l'insuline associée à l'obésité en exerçant une boucle de rétro-contrôle négative sur la voie de signalisation PI3K-Akt. Tandis que l'utilisation à court terme de la rapamycine, l'inhibiteur pharmacologique de la voie mTORCl, permet d'inhiber le rétro-contrôle négatif, les effets de l'inhibition chronique de la voie sur le métabolisme ne sont pas connus. L'objectif principal des études présentées dans cette thèse était d'investiguer les effets métaboliques de l'inhibition chronique de la voie de signalisation mTORCl/S6Kl in vitro et in vivo. Dans la première étude, nous avons montré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6Kl découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui cause une résistance à l'insuline dans les cellules 3T3-L1. Dans une deuxième étude, nous avons découvert que l'utilisation chronique de la rapamycine in vivo cause une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline de par une augmentation de la gluconéogénèse hépatique en plus d'affecter négativement le métabolisme des lipides. Dans une troisième étude, nous avons démontré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules hépatique FAO découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui augmente la production de glucose hépatique. Finalement, dans une quatrième étude, nous avons déterminé que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules L6 ne permet pas de restaurer le transport du glucose stimulé par l'insuline en présence d'un excès de nutriments. L'ensemble de nos études démontre le rôle important joué par la voie de signalisation mTORCl/S6K1 sur le contrôle du métabolisme du glucose et des lipides et limite l'inhibition chronique de mTOR comme cible thérapeutique pour le traitement du diabète de type 2 et de l'obésité.

Les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson sont causés par un déficit dopaminergique progressif au niveau du corps strié, résultant principalement de la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire et de la voie nigrostriée qui contrôle une partie importante du système musculaire volontaire. Les symptômes cliniques cardinaux sont la perte de mobilité, la rigidité musculaire et la difficulté à initier un mouvement volontaire. L'étiologie de la maladie est incomprise jusqu'à ce jour. Tout au long de mes études, l'objectif principal de mes recherches était de démontrer que le stress oxydant est un joueur majeur de la dégénérescence des neurones dopaminergiques. Mon travail de recherche s'est concentré, premièrement, à l'étude des mécanismes cellulaires engendrés par des agonistes dopaminergiques face à un traitement oxydant. Nous avons employé un modèle cellulaire dopaminergique, traité avec des agonistes dopaminergiques et le MPP+ , une neurotoxine dopaminergique connue. Nous avons constaté que non seulement les agonistes dopaminergiques utilisés n'offrent aucune protection contre l'effet oxydant de la neurotoxine, mais qu'ils renforcent la toxicité du MPP+ . Notre hypothèse comporte trois volets : l'activation du récepteur dopaminergique de type D2 (1) favorise l'expression du transporteur de la dopamine, (2) favorise la diminution de l'expression du récepteur de type D3 et (3) facilite l'entrée du MPP+ par le transporteur de la dopamine. Deuxièmement, mes recherches ont démontré que le traitement au MPP+ et/ou aux estrogènes altère l'activité transcriptionnelle des niveaux de neurofilaments. Mes résultats démontrent qu'il y a une corrélation entre l'effet cellulaire du traitement estrogénique et l'expression des protéines du cytosquelette des cellules suite à un traitement oxydant. Troisièmement, j'ai démontré que Nur77, un facteur de transcription nucléaire orphelin favorisant l'expression des gènes de survie de cellules, a la capacité de se transférer du noyau vers le cytoplasme, où il peut agir en tant qu'agent pro-apoptotique lors d'un traitement à la 6-hydroxydopamine. Nous avons également montré que le bêta-estradiol, une hormone neuroprotectrice, retarde la translocation de Nur77, retardant ainsi l'apoptose induite par la 6-hydroxydopamine. Puisque Nur77 est normalement vu comme un agent anti-apoptotique, mes résultats fournissent des nouvelles avenues au sujet du rôle de Nur77 et de sa translocation cytoplasmique sous effets oxydants. / Parkinson's disease is a neurodegenerative disease caused by a progressive cell loss in the striatum, mainly resulting from degeneration of the nigrostriatal pathways. This pathway, thoroughly dopaminergic, provides the necessary inputs to the striatum regarding voluntary muscle regulation. Cardinal symptoms observed in patients are loss of mobility, muscle rigidity and difficulty to initiate any voluntary movement. The etiology of the disease is poorly understood. Throughout my studies, the main objective of my research was designating oxidative stress as a potential lead player of dopaminergic cells' demise. In the first part, my work focused on the molecular players involved in dopaminergic agonist-treated cells undergoing oxidative stress. We used a cellular model of dopaminergic cells treated with dopamine agonists and with MPP+ , a known dopaminergic neurotoxin. Surprisingly, we found that dopamine agonists did not offer any protection against oxidative stress, and that they actually potentiate MPP+ toxicity. After three years of intensive research, we conclude that the D2 dopamine receptor sub-type activation promotes dopamine transporter expression, downregulates the D3 dopamine receptor subtype expression and thus promotes MPP+ -induced cytotoxicity. These in vitro experiments provide a better understanding of D2 dopamine receptor subtype activating cascade. Also, recent evidence suggests that the D3 dopamine receptor subtype is the only receptor offering real protection against oxidative stress. This may explains the discrepancies between in vivo and in vitro data on the neuroprotection conferred by dopamine agonists. My second research topic focused on transcriptional regulation of neurofilaments following MPP+ and/or estrogenic treatments. Our results demonstrate a relationship between estrogenic treatment and cytoskeletal strengthening of the cells. Upon treatment with estradiol, cells readily demonstrated an ability to replace the impaired neurofilaments when sustaining oxidative stress, possibly explaining part of the neuroprotective properties characteristic of estrogens. Thirdly, I demonstrated that Nur77 can translocate from the nucleus to cytoplasm, where it can act as a pro-apoptotic agent, when cells undergo 6-hydroxydopamine toxic treatment. We also showed that p-estradiol delays Nur77 translocation, thus preventing 6- hydroxydopamine-induced apoptosis. Because Nur77 is normally seen as an antiapoptotic agent, my results provide new insights about other roles for this protein and the regulation of its cytoplasmic translocation by oxidative stress.

L’hypoxie est un processus physiopathologique impliqué dans l’embryogenèse et le développement de maladies cardiovasculaires, mais également dans la tumorigenèse et la progression tumorale. Au niveau cellulaire, la réponse hypoxique est médiée par une activité transcriptionnelle adaptative hautement régulée via le facteur de transcription induit en hypoxie, HIF-1(Hypoxia inducible factor-1). L’activité de ce facteur de transcription est dépendante de la stabilisation de sa sous-unité HIF-1α en fonction des niveaux d’oxygène. Dans des travaux récents, nous avons identifié un nouveau répresseur de l’expression de HIF-1α, soit la protéine arginine méthyltransférase 1 (PRMT1). En inhibant l’activité des facteurs de transcription Sp1 et Sp3 (Sp1/3) au promoteur de HIF-1α, PRMT1 module la disponibilité de la sous-unité HIF-1α et l’activité du facteur de transcription HIF-1. Dans ces mêmes travaux, nous avons montré que PRMT1 inhibe l’activité de Sp1/3 en empêchant leur phosphorylation via la répression de la voie de signalisation mitogénique MAPK (mitogen-activated protein kinases) composée entre autres des kinases ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases) et de la kinase MEK (MAPK/ERK kinase) qui peut elle-même être activée par la kinase PAK1 (p21-activated kinase). Nous avons également identifié le facteur d’échange de nucléotides guanyliques DOCK6 comme partenaire de PRMT1 et comme intermédiaire dans la régulation de la voie MAPK. Le but de cette étude est donc de mieux caractériser le rôle de DOCK6 dans le contrôle de l’expression de HIF-1α et dans la régulation de la voie MAPK modulés par PRMT1. Nos résultats montrent que la méthylation de DOCK6 par PRMT1 inhibe son activité GEF(guanine exchange factor) ce qui résulte en l’inactivation de la signalisation PAK1/MEK/ERK1/2 en aval. De manière intéressante, nos résultats montrent également que l’expression protéique de DOCK6 est modulée en hypoxie de manière HIF-1 dépendante. Enfin, nous montrons queHIF-1α est nécessaire pour l’activation de la voie MAPK en hypoxie. Ces travaux permettent de mieux comprendre le mécanisme de rétrocontrôle régulant les protéines HIF-1, PRMT1, DOCK6 et la voie MAPK. Ce projet souligne ainsi l’importance et la complexité de la régulation du facteur de transcription HIF-1 lors de contextes cellulaires hypoxiques particuliers. / Conditions of low oxygen, or hypoxia, are involved in various pathophysiological situations including cancer and cardiovascular diseases. Hypoxic responses are mediated through a highly regulated transcriptional response in which hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) plays an important role. HIF-1transcriptional activity relies on hypoxia-dependent stabilization of HIF-1α, an essential HIF-1 subunit. In previous work, we identified protein-arginine methyltransferase 1 (PRMT1) as a novel repressor of HIF-1αexpression. By inhibiting the activity of specificity proteins 1 and 3 (Sp1, Sp3; Sp1/3) transcription factors, PRMT1 regulates HIF-1α subunit availability and HIF-1 activity. PRMT1 blocks Sp1/3 activity by preventing phosphorylation through the inhibition of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) pathway. MAPK pathway iscomposed of ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases) and MEK (MAPK/ERK kinase), which can itself be activated by PAK1 (p21-activated kinases). In addition, we identified the guanine nucleotide exchange factor (GEF) DOCK6 as a novel PRMT1 binding partner and as an intermediate for the regulation of MAPK pathway. Therefore, the aim of this study is to better characterize the role of DOCK6 in HIF-1α expression and MAPK regulation. Our results show that DOCK6 is directly methylated by PRMT1. PRMT1 methylation of DOCK6 alters its GEF activity and results in the inactivation of downstream PAK1/MEK/ERK1/2signaling. Interestingly, our results indicate that DOCK6 levels are increased by hypoxia in a HIF-1 dependent manner. Finally, we show that HIF-1αis required for MAPK pathway activation in hypoxic conditions. These studies demonstrate the intricate feedback mechanism that can regulate HIF-1, highlight the complexity of HIF-1 regulation under hypoxic conditions and identify novel targets for potential intervention.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / La famille des récepteurs nucléaires orphelins représente un regroupement de facteurs de transcription pour lesquels nous ne connaissons pas, à l'heure actuelle, de ligands endogènes. Parmi ces récepteurs nucléaires nous retrouvons la sous-famille Nur dont fait partie Nur77, une protéine dont la fonction fut étudiée in vitro et in vivo dans différents systèmes, particulièrement les systèmes immunitaire et endocrinien. Comme la grande majorité des gènes, Nur77 est aussi exprimé à l'intérieur du cerveau. Il a cependant ceci de distinctif, soit d'être retrouvé préférentiellement dans les structures cibles des systèmes dopaminergiques, notamment dans le striatum. Afin de clarifier son rôle dans la fonction de ces systèmes, nous avons d'abord étudié la régulation de son expression suivant différentes manipulations pharmacologiques et lésionnelles des structures dopaminergiques. En ayant recours à un modèle animal de la maladie de Parkinson, le rongeur hémiparkinsonien, nous avons identifié de façon précise les populations neuronales du striatum concernées par les changements dans la régulation de l'expression de ce gène, ceci suivant la déplétion sélective des neurones dopaminergiques nigro-striataux, puis à la suite d'un traitement de remplacement à la levo-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA). En mettant à profit le génie génétique, nous avons également évalué l'impact de la délétion du gène codant pour ce récepteur nucléaire sur les mécanismes adaptatifs intrinsèques aux neurones du striatum en réponse à une atteinte de la fonction dopaminergique. Nous avons alors parallèlement observé les conséquences de cette délétion génétique sur la réponse locomotrice des souris hémiparkinsoniennes avant et après la thérapie de remplacement de L-DOPA. Les conclusions de ces différentes études suggèrent un rôle primordial du récepteur nucléaire Nur77 dans le maintien des mécanismes adaptatifs neuronaux responsable de l'homéostasie de la fonction dopaminergique dans le cerveau. / The orphan nuclear receptors family includes a group of transcription factors without any known endogenous ligand. Nur77 is one member of the Nur sub-family of orphan nuclear receptors. Its function was studied both in vitro and in vivo in different Systems, namely and particularly the immune and endocrine Systems. In the brain, its expression is found preferentially in target structures of dopaminergic Systems such as the striatum. In order to clarify its role in this structure, we studied Nur 7 7 regulation following pharmacological and surgical manipulation of the dopaminergic function in the brain. We use the hemiparkinsonian rat model of Parkinson's disease to identify neuronal populations of the striatum concerned by changes in Nur 7 7 expression pattern following selective dopamine depletion in the nigro-striatal pathway, and also following levo-dihydroxyphenylalanine (LDOPA) replacement therapy. Taking advantage of genetic engineering, we also assessed the consequences of Nur 7 7 gene deletion on adaptive mechanisms taking place in striatal neurons in response to alteration of dopaminergic function. Concomitantly, we studied the impact of this gene knockout on hemiparkinsonian mice's locomotor response, before and after L-DOPA replacement therapy. Our conclusions strongly suggest that the nuclear receptor Nur77 is essential to the expression of appropriate adaptive neuronal mechanisms that will maintain the integrity of dopaminergic function in the brain.

Compte tenu de la faible disponibilité de l’oxygène (hypoxie) en haute altitude, l’adaptation à ce milieu constitue un vrai défi pour les espèces adaptées au niveau de la mer. Aussi, le rat et la souris constituent un modèle pertinent pour la compréhension des facteurs qui contribuent à une bonne adaptation en haute altitude. En effet, les rats et les souris de laboratoire élevées à haute altitude durant plusieurs générations possèdent un phénotype différent: les souris présentent une plus importante ventilation, des valeurs d’hématocrite/ hémoglobine diminuées et une hypertension pulmonaire réduite. Ces différences indiquent une mauvaise adaptation des rats qui montrent également une importante mortalité en haute altitude. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans cette différence entre ces deux espèces ne sont pas connus. Nous avons donc recherché dans un premier temps si les différences observées entre rats et souris sont également présentent au niveau de la mer, puis dans un second temps si cela avait un lien avec l'expression du senseur moléculaire d'oxygène HIF (Hypoxia Inducible Factor). Nous avons mené une étude au niveau de la mer (Québec, Canada - 98m) pour comparer les réponses ventilatoire et moléculaire entre les rats et les souris. Pour se faire, les animaux sont exposés pendant 6 heures à différents gradients d’oxygène : 21%, 15%, et 12% O2. La ventilation est mesurée par pléthysmographie à corps entier. La consommation d’oxygène (VO2) et la production de CO2 (VCO2) sont évaluées durant la même période d’exposition. Après 6 heures d’exposition, les animaux sont anesthésiés et le tronc cérébral rapidement prélevé pour effectuer une mesure de l’expression de HIF-1α à l’aide de la technique ELISA (Enzyme LinkImmunosorbent Assay). Comparé aux rats, les souris présentent une élévation du débit ventilatoire, une diminution de la VO2 et de la VCO2 et une augmentation de l’équivalant ventilatoire à l’O2 (Ve/VO2) et au CO2 (Ve/VCO2) durant l’exposition à 15 et 12% d’O2. De plus, l’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral est plus élevée chez les souris en comparaison à celui des rats. En conclusion, la différence de la réponse ventilatoire à l’hypoxie peut être liée à la différence d’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral. Ces resultantssuggèrent que les souris possèdent une prédisposition génétique permettant une réponse adaptée en milieu hypoxique et pouvant aisément expliquer la facilité que possède cette espèce à survivre et à établir sa colonie en haute altitude. Mot clés : Hypoxie, haute altitude, réponse ventilatoire à l’hypoxie, tronc cérébral, HIF. / Successful adaptation at high altitude is very challenging for sea level natives due to the low level of available oxygen (hypoxia). Rats and mice offer an interesting model to understand the factors that contribute to efficient adaptation to high altitude. Indeed, laboratory rats and mice that have been raised at high altitude for several generations have a different phenotype with mice showing higher ventilation, lower hematocrit/hemoglobin values, and lower pulmonary hypertension. These differences are clearly a failure of adaptation to high altitude in rats, as underlined by data showing high mortality in the colony of high altitude rats. However the underlying mechanisms behind these differences are poorly understood. We sought to address whether these differences are also apparent in mice and rats living at Sea level, and if they are related to different responses of the O2 molecular sensor HIF (Hypoxia Inducible Factor). To test these hypotheses, we chose to perform the study at sea level i.e. at Quebec City, Canada (98m) to compare the ventilatory and molecular responses in male rats and mice. The animals were exposed to different oxygen gradients 21%O2, 15 % O2 and 12% O2 for 6 hours. Ventilation was measured by whole bodyplethysmography, oxygen consumption (VO2) and CO2 production rate (VCO2) were also measured during the exposure. After the 6 hour’s exposure, the animals were anesthetised, and the brainstem quickly dissected, Brainstem HIF-1α expression was measured by Enzyme Link Immunosorbent Assay (ELISA). Compared to rats, mice had higher minute ventilation, lower VO2, VCO2, and higher ventilatory equivalent to oxygen and carbon dioxide, (Ve/VO2, Ve/VCO2) at 15% and 12% O2. In addition, mice also had higher brainstem HIF-1α expression compared to rats. We conclude that the differences in ventilatory responses to hypoxia at sea level might be due to differences in expression of HIF-1α in the brainstem. This suggests that mice have a genetic pre-disposition that ensure adequate response to hypoxia. This trait helps to explain that mice are able to survive and successfully establish natural colonies at high altitude. Key Words: Hypoxia, high altitude, hypoxic ventilatory response, Brainstem, HIF.

Chez les arbres, la formation du bois dépend de la différenciation d'un tissu vasculaire appelé xylème secondaire. Les parois cellulaires du xylème sont riches en lignines, ce qui leur confère rigidité et imperméabilité indispensables au transport de la sève brute et au maintien du port dressé. La xylogénèse requiert la coordination de l'expression de plusieurs centaines de gènes dans le temps et dans l'espace. Cette coordination est assurée au niveau transcriptionnel par différents médiateurs protéiques, parmi lesquels il y a des facteurs de transcription de la famille MYB-R2R3. Peu de gènes de cette sous famille ont été préalablement caractérisés chez les conifères. Mon travail de thèse a consisté dans un premier temps à identifier plusieurs gènes MYBR2R3 potentiellement impliqués dans la formation du xylème chez les conifères, en particulier chez le pin loblolly (Pinus taeda) et l'épinette blanche (Picea glauca), et à réaliser leur caractérisation moléculaire. Différentes analyses phylogénétiques ont permis de mettre en évidence des similarités et des différences significatives dans la structure de cette famille entre les gymnospermes et les angiospermes. L'expression de ces mêmes gènes a été quantifiée par RT-QPCR, ce qui a révélé que PgMYB2, 4 et 8 sont préférentiellement exprimés dans le xylème secondaire de l'épinette et que leurs transcrits s'accumulent dans le bois de compression. La deuxième partie de mon travail a visé la caractérisation fonctionnelle de deux MYB-R2R3 de pin (PtMYBl et 8) réalisée via leur surexpression constitutive chez des transformants stables d'épinette. Ces deux facteurs MYB induisent une lignification ectopique cependant plus intense avec PfMYB8, qui bloque le développement normal des racines et conduit à la mort des plantules in vitro. L'analyse du transcriptome des plantules transgéniques par biopuces à ADN a dévoilé entre autres, l'augmentation de l'expression des gènes de la synthèse des lignines. La dernière partie de ma thèse est consacrée à la caractérisation fonctionnelle de PtMYBM placé en parallèle sous le contrôle d'un promoteur constitutif et d'un promoteur préférentiel du xylème (gène codant l'alcool cinnamylique deshydrogénase). Les plantules transgéniques ont une synthèse accrue de plusieurs terpènes et produisent de nombreux transcrits potentiellement associés aux mécanismes de défense. / In trees, wood formation depends on the differentiation of a vascular tissue refered to as secondary xylem. Xylem cell walls are rich in lignins, which confer stiffness and impermeability, properties essential for the mechanical support of the tree and for the transport of water and minerals. Xylogenesis requires the coordinated expression of several hundred genes in time and space. The regulation of gene expression is controled at the transcriptional level by different protein mediators, including transcription factors of the R2R3-MYB family. Hitherto, very few genes of this sub-family have been characterized, specially in conifers. The first part of my thesis consists in the identification and molecular characterization of several genes belonging to this family and potentially involved in xylem formation in conifers, particularly in loblolly pine (Pinus taeda) and white spruce (Picea glauca). Phylogenetic analyses highlight the major similarities as well as significant differences in the MYB family structure between gymnosperms (trees) and angiosperms (herbaceous plants and trees). I used qRT-PCR to determine transcript levels of these genes and assess their expression profiles in spruce. The data showed that the spruce transcripts for PgMYB2, 4 and 8 accumulate preferentially in secondary xylem and are upregulated in compression wood. The second part of my work aimed the functional characterization of two pine R2R3-MYB (PtMYBl and 8) via their constitutive overexpression in stable spruce transformants. The overexpression of both of these MYB transcription factors led to ectopic lignification. However, the overexpression of PtMYB8 led to a more intense lignification; it also prevented normal root development leading to the death of the in vitro plantlets. Microarrays analyses of the transgenic plantlets showed that there was a significant upregulation of many lignin biosynthesis genes, among others. The final section of my thesis describes the functional characterization of PtMYB14 based on its overexpression with either a constitutive promoter or a xylem-preferential promoter (gene coding for the cinnanyl alcohol dehydrogenase). Both types of transgenics plantlets accumulated several terpenes compounds and produced numerous transcripts potentially involved in defence mechanisms.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisée par l’obstruction des artères pulmonaires, principalement due au phénotype pro-prolifératif/anti-apoptotique des cellules musculaires lisses de la paroi des artères pulmonaires (CMLAP). L’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires aboutit à une élévation de la pression pulmonaire qui va induire rapidement une insuffisance cardiaque droite et conduire au décès des patients à moyen terme. Plusieurs études ont démontré l’implication du facteur de transcription NFAT (nuclear factor of activated T cell) dans le maintien du phénotype pro-prolifératif/anti-apoptotique des CMLAP-HTAP. Cependant les voies de signalisation responsables de l’activation constitutive d’NFAT restent peu connues. Durant mon doctorat, j’ai étudié les mécanismes responsables de l’activation d’NFAT dans l’HTAP. Nous nous sommes intéressés au rôle des microARN et notamment à miR-204. Ainsi, les facteurs circulants augmentés dans HTAP, diminue l’expression de miR-204 via l’activation du facteur de transcription STAT3. Par un mécanisme de rétro-action positive, la diminution de miR-204 induit une suractivation de STAT3 aboutissant au phénotype pathologique. Ainsi, l’augmentation exogène de miR-204 permettrait de soigner l’HTAP in vitro et in vivo. Nous avons montré que miR-204 va également moduler l’expression de Runx2, facteur de transcription connu pour être impliqué dans la calcification. Dans les CMLAP-HTAP, la diminution de miR-204 est associée à une augmentation de l’expression de Runx2, connu comme un régulateur positif de l’activation du facteur de transcription HIF-1 impliqué dans l’HTAP. Ainsi la modulation de miR-204 affecte la prolifération et l’apoptose des CMLAP-HTAP par plusieurs axes de signalisation. Enfin, nous avons démontré l’implication du facteur de transcription Krüppel Like Factor 5 (KLF5) dans l’HTAP. La surexpression de KLF5 dans l’HTAP est secondaire à l’activation de STAT3, tandis que son inhibition diminue la prolifération et favorise l’apoptose des CMLAP-HTAP. In vivo, l’administration de siKLF5 renverse l’HTAP en diminuant les pressions pulmonaires, l’hypertrophie ventriculaire droite, la prolifération et augmentant l’apoptose des CMLAP des artères pulmonaires distales. Finalement, j’ai étudié différents aspects du développement de l’HTAP et notamment de l’activation de l’axe STAT3/NFAT. Nous avons pu mettre en évidence que cibler cette voie de signalisation par différents moyens (mimic miR-204, siRunx2, siSTAT3, siKLF5) semble une bonne stratégie pour traiter l’HTAP. Mots clés : l’hypertension artérielle pulmonaire, thérapeutique, prolifération, apoptose, microARN, facteur de transcription, réparation à l’ADN. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by the obstruction of the pulmonary arteries, mainly due to the pro-proliferative and anti-apoptotic phenotype of the pulmonary artery smooth muscle cells (PASMC). The progressive increase of pulmonary vascular resistance first leads to an increase of pulmonary pressure and then leads to a right heart failure, which generates patient’s death within few years. Many studies demonstrated the implication of the transcription factor NFAT (nuclear factor of activated T cell), which maintains the pro-proliferative and anti-apoptotic phenotype in PAH-PASMC. However, pathways that lead to the constitutive NFAT activation remain unclear. During my doctorate, I studied mechanisms responsible for the activiation of NFAT in HTAP. We study the role of the microRNA and more exactly to miR-204. Thus, the circulating factors, which are increased in PAH and which decreased miR-204 expression in PAH, via the transcription factor STAT3 activation. Through a positive regulation loop mechanism, the decrease of miR-204 induces an overactivation sustain of STAT3 leading to the pathologique phenotype. Thus, the exogenous increase of miR-204 could treat PAH in vitro as well as in vivo. We demonstrated that miR-204 is able to modulate the expression of the transcription factor Runx2 known to be implicated in calcification. In PAH-PASMC, the decrease of miR-204 is associated to an increase of Runx2 expression, known as positive regulator of the HIF-1 activation implicated in PAH. Thus miR-204 modulations affected the proliferation and apoptosis of PAH-PASMC through many molecular axes. Finaly we reveal the implication of the transcription factor Kruppel Like Factor 5 (KLF5) in PAH. The KLF5 overexpressed in PAH is associated to the STAT3 activation, wherease its inhibition decreased the proliferation and promoted apoptosis in PAH-PASMC. In vivo, si KLF5 reversed PAH by decreasing pulmonary pressures, right ventricular hypertrophy, proliferation and increasing apoptosis in PASMC from distal PA. Finally, I studied many aspects implicated in PAH development and especially the STAT3/NFAT axis activation. We showed that targeting this pathway using many technics (mimic miR-204, siRunx2, siSTAT3, siKLF5) seem to be an interesting strategy to treat PAH. Key words: Pulmonary arterial hypertension, therapeutic, proliferation, apoptosis, microRNA, and transcription factor.

Les gènes Hox sont essentiels au développement des organismes, étant impliqués, entre autres, dans l'identité cellulaire le long de l'axe antéropostérieur de l'embryon, la spécification des squelettes axial et appendiculaire, la formation du système nerveux et l'organogenèse. Le gène Hoxa5 est indispensable au développement du système respiratoire, puisque les souris mutantes présentent un taux important de mortalité liée à une détresse respiratoire à la naissance. La détection de la protéine HOXA5 dans le mésenchyme du tractus respiratoire ainsi que dans les motoneurones de la région phrénique du système nerveux central nous a mené à étudier la contribution spécifique du gène Hoxa5 dans chaque composante susceptible d'influencer le développement pulmonaire. À l'aide d'une approche d'inactivation conditionnelle, nous avons démontré que la perte de fonction de Hoxa5 dans le mésenchyme affecte le développement trachéal, ainsi que la différenciation épithéliale et la croissance pulmonaire. Aussi, la mutation dans les motoneurones résulte en une hypoplasie pulmonaire ainsi qu'en une innervation et une musculature anormales du diaphragme, des défauts permettant de reproduire la mortalité néonatale obsevée chez les souris Hoxa5-/-. L'expression du gène Hoxa5 est contrôlée par plusieurs séquences régulatrices, dont un responsable l'expression dans les systèmes respiratoire et digestif. Le facteur de transcription Yin Yang 1 (YY1) lie cette séquence et il est impliqué directement dans la régulation de l'expression du gène Hoxa5 dans le poumon. YY1 est exprimé de manière ubiquitaire et peut agir en tant qu'activateur ou répresseur transcriptionnel dépendamment du contexte en recrutant différents coactivateurs ou corépresseurs transcriptionnels. La perte d'expression mésenchymale de Yy1 mène à un phénotype pulmonaire similaire à celui des souris Hoxa5-/- causant la mort à la naissance. Nous avons étudié comment l'inactivation spécifique de Yy1 dans l'épithélium pulmonaire, à l'aide de l'approche d'inactivation conditionnelle, influence le développement pulmonaire. La mutation épithéliale de Yy1 résulte en une mortalité à la naissance causée par une détresse respiratoire, des anneaux de cartilage désorganisés, une différenciation altérée ainsi qu'une absence de formation de l'arbre bronchial menant à une dilatation des voies respiratoires similaire à ce qui est observé chez les patients souffrant de malformations congénitales cystiques du poumon, telle que le blastome pleuropulmonaire (PPB). Nos résultats démontrent le rôle crucial de YY1 dans la morphogenèse pulmonaire et identifie les souris mutantes pour le gène Yy1 comme un modèle potentiel permettant d'étudier les méchanismes génétiques du PPB. / Hox genes encode transcription factors governing complex developmental processes including the anteroposterior patterning of the embryo axis, the specification of the axial and appendicular skeletons as well as the formation of the nervous system and several organs. In the respiratory system, the role of Hoxa5 is critical since the loss of Hoxa5 function causes death at birth of a high proportion of mutant pups due to respiratory distress. HOXA5 protein expression in the mesenchyme of the respiratory tract and in the phrenic motor neurons of the central nervous system led us to address the specific contribution of Hoxa5 in each component to lung development. Using a conditional gene targeting approach, we demonstrated that the genetic ablation of Hoxa5 function in the mesenchyme established the importance of Hoxa5 in trachea development, lung epithelial cell differentiation and lung growth. In parallel, the specific deletion of Hoxa5 in motor neurons resulted in abnormal innervation of the diaphragm, altered diaphragm musculature and lung hypoplasia which are responsible for the neonatal lethality observed in null mutants. Thus, this confirms that a defective diaphragm mainly contributes to impair survival at birth. Hoxa5 expression is under the control of many regulatory elements, one of which is responsible for Hoxa5 expression in the respiratory and digestive tracts. Yin Yang 1 (YY1) is a multifunctional zinc-finger-containing transcription factor that plays crucial roles in numerous biological processes by selectively activating or repressing transcription, depending upon promoter contextual differences and specific protein interactions. We have shown that YY1 regulates Hoxa5 expression in the lung by binding to the lung-specific regulating sequence. However, the mesenchymal loss of Yy1 function causes a lung phenotype similar to the one observed in Hoxa5-/- mutants including neonatal mortality. We then studied how the epithelial-specific inactivation of Yy1 impacts on lung development. The Yy1 epithelial mutation resulted in neonatal death due to respiratory failure. It impaired tracheal cartilage formation, altered cell differentiation, abrogated lung branching and caused airway dilation similar to that seen in human congenital cystic lung diseases, such as the pleuropulmonary blastoma (PPB). Together, our data demonstrate the crucial requirement for YY1 in lung morphogenesis and identify Yy1 mutant mice as a potential model for studying the genetic basis of PPB.

Il existe chez les différentes espèces de rongeurs une importante variabilité dans les capacités à établir des colonies stables en haute altitude (HA). Par exemple, on trouve des souris (Mus) jusqu'à 4000m alors qu’il n’y a pas de rats (Rattus). La capacité des animaux à survivre et réaliser des activités physiques en HA dépend d’adaptations biologiques physiologiques (plasticité phénotypique) et génétiques ou épigénétiques. Des rats Sprague Dawley (SD) maintenus en HA dans des conditions de laboratoire survivent pendant plusieurs générations (La Paz, Bolivia – 3600m) mais présentent des signes de maladaptations physiologiques (érythrocytose excessive, hypertrophie ventriculaire droite – signe d’hypertension artérielle pulmonaire – et altération des structures alvéolaires avec élargissements des espaces pulmonaires). Ces réponses sont principalement liées à une hypersensibilité au niveau d’oxygène (O2) ambient au cours de la période postnatale et élever les rats de HA à une pression d’O2 reproduisant celle du niveau de la mer (NM) au cours de cette période améliore significativement leur adaptation physiologique1,2. Actuellement, aucune adaptation génétique n’a été mise en évidence chez des souris (Mus musculus) sauvages capturées en HA. Notre hypothèse générale est que les souris possèdent des caractéristiques physiologiques spécifiques qui assurent leur survie en HA. Pour répondre à cette hypothèse, nous avons réalisé 4 études comparant les réponses physiologiques (ventilation, métabolisme, hématologie, saturation artérielle en O2 et rythme cardiaque) entre des souris FVB et des rats SD élevés au NM (Québec, Canada) ou en HA (La Paz, Bolivie – 3600m). Nos principaux résultats démontrent que, par rapport aux rats, les souris adultes de HA présentent une surface alvéolaire augmentée associée avec une meilleure extraction d’O2 sans augmentation excessive de l’érythrocytose ni hypertrophie ventriculaire. Au NM, en conditions ambiantes, les deux espèces présentent des réponses physiologiques similaires. Par contre, après 6h d’exposition en hypoxie (12% d’O2), par rapport aux rats, les souris augmentent leur ventilation minute et diminuent leur métabolisme. Les souris augmentent également l’expression de l’hypoxia inducible factor 1 (HIF-1 – molécule principale de régulation des réponses cellulaires en hypoxie) dans le tronc cérébral après 6h d’hypoxie (15% d’O2) ; cet effet n’est pas présent chez les rats. Au NM, l’hypoxie postnatale induit une augmentation du volume pulmonaire et de la réponse ventilatoire à l’hypoxie chez les souris mais pas chez les rats. Cependant, chez les jeunes rats de HA, l’architecture pulmonaire est préservée comparée aux rats exposés en hypoxie postnatale au NM. En conclusion, les rats vivant en HA depuis plusieurs générations présentent des stratégies physiologiques pour faire face au manque d’O2 ambient leur permettant de survivre dans des conditions de laboratoire mais qui ne sont pas suffisantes pour assurer leur survie en milieu sauvage. Nos résultats confirment également que les souris possèdent des prédispositions physiologiques permettant la survie en altitude. / Different rodent species present divergent abilities to colonize and establish stable colonies at high altitude (HA). Ecological studies show that mice (Mus) can be found at HA (up to 4000m) while rats (Rattus) are absent. The ability of an animal to survive and do physical activities at HA depends upon biological adaptations that can include physiological (phenotypical plasticity) and genetic, or epigenetic modifications. Adult Sprague Dawley (SD) rats can live under laboratory conditions at HA for several generations (La Paz, Bolivia – 3600m), but they display signs of physiological maladaptation such as excessive erythrocytosis, right ventricular hypertrophy (a sign of pulmonary hypertension) and altered alveolar structure with enlarged airspace in the lungs. These responses are mainly linked to an excessive sensibility to the oxygen (O2) ambient level during postnatal life. Indeed, raising the HA rats under sea level (SL) O2 pressure during early postnatal life significantly improved the physiological adaptation1,2. Furthermore, in HA wild mice (Mus musculus) living at HA, there is no signs of genetic adaptation to this environment. Accordingly, our general hypothesis is that mice possess specific physiological traits ensuring survival at HA. To assess this hypothesis, we conducted 4 studies to compare physiological responses (including ventilation, metabolic rate, hematology, lung morphology, arterial O2 saturation and heart rate) between FVB mice and SD rats raised at SL (Quebec, Canada) or HA (La Paz, Bolivia – 3600m). Our main results show that compared with rats, HA adult mice display enhanced alveolar surface area associated with increased O2 extraction, and avoid excessive erythrocytosis and right ventricular hypertrophy. At SL, under ambient conditions, mice and rats display similar physiological variables. However, after 6 hours of sustained hypoxia (12% O2), mice have higher minute ventilation and lower metabolic rate than rats. Mice also had an increased expression of the hypoxia inducible factor 1 (HIF-1 – the principal mediator of the cellular responses in hypoxia) in the brainstem after 6 hours of hypoxia (15% O2), while this response was not observed in rats. Hypoxic exposure during postnatal life at SL increased the lung volume and the hypoxic ventilatory response in mice but not rats. However, young HA rats preserve their lung architecture compared with young SL rats exposed to postnatal hypoxia. We conclude that rats living at HA for several generations display physiological strategies to cope with the ambient hypoxia that allow them to survive in laboratory conditions but are not sufficient to establish stables colonies in the wild. Also, our results confirm that mice are predisposed to withstand hypoxic environment.