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

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Datura innoxia Mill., une plante de la famille des Solanacées synthétisant des métabolites secondaires, dont les alcaloïdes tropaniques, a été utilisée comme modèle pour cette étude portant sur les cultures en hydroponie. Nous avons déterminé et hiérarchisé les paramètres environnementaux (biotiques et abiotiques) permettant d’améliorer croissance et production de métabolites. La réponse de la plante dépend de l’approvisionnement en oxygène de la solution nutritive, de la température perçue tant niveau des parties aériennes qu’au niveau racinaire. Une augmentation de l’intensité d’éclairage n’améliore pas la teneur en alcaloïdes de la plante mais l’utilisation de lumière orange engendre un changement des paramètres de croissance et des teneurs en molécules recherchées. Nous avons également montré que la présence de microflore dans le milieu de culture provoque une dégradation des molécules d’intérêt et altère leur accumulation dans la plante. Par contre, A. rhizogenes a un effet favorable sur la croissance de la biomasse et la biosynthèse d’alcaloïdes tropaniques dans la plante. L’état transgénique des racines, issues de co-culture hydroponique de Datura innoxia avec A. rhizogenes TR7, a été estimé par une vérification précoce et confirmé par des analyses moléculaires. Nous avons pu mettre en évidence les modifications du phénotype racinaire et les mécanismes d'interaction plante-microorganisme. L’inoculation des agrobactéries peut donner lieu à des transferts naturels de gènes induisant ainsi l’obtention d’un pool racinaire chimérique regroupant des racines normales et des racines transformées. Ces travaux ont ouvert de nouvelles perspectives en vue de déterminer la capacité de production de métabolites secondaires par des plantes en culture hors sol, de manière à obtenir une biomasse riche en molécules recherchées / Datura innoxia Mill. a plant species belonging to Solanaceous family, produces hyoscyamine and scopolamine as two main tropane alkaloids. It has been studied in the present work for the development of hydroponic based secondary metabolites bioproduction. More specifically, biotic and abiotic environmental factors have been analysed in order to improve growth and alkaloid accumulation in plant tissues. Oxygen concentration in the nutrient solution is proved to be important for both biomass and compound production in temporary immersion culture conditions occur as one optimum. Temperature has also a major effect, directly and most probably through oxygen solubility and root needs. We showed that artificial light may positively complete natural one but the kind of spectrum must be chosen carefully. From this point of view, orange light from High Pressure Natrium Vapour light showed better results than classical white light. Nitrogen (NO3-15mM) and pH (5 to 6) management may lead to culture optimization. We also show that well chosen wild Agrobacterium rhizogenes strains may be added to the hydroponic nutrient solution in order to improve growth and alkaloid bioproduction. This result is due to the multi occurrence of genetic transformation events. Our results lead to a first classification for impacts of biotic and abiotic factors. It opens new window for plant milking technology industrial development

Avec de nombreuses qualités exceptionnelles (biocompatible et ostéogénique), la nacre représente un biomatériau naturel comme substitut osseux. Mais les composés ostéogéniques dans la nacre ne sont pas encore connus. Nos travaux visent à l’identification des composés ostéogéniques de la nacre. L’ESM (éthanol soluble matrix) est un extrait de la nacre qui est démontré ostéogénique. A partir d’ESM, nous avons essayé plusieurs approches pour cibler et identifier ces composés. Grâce au couplage des cellules MC3T3-E1 et d’ostéoblastes humains arthrosiques, nous avons démontré que la partie cationique d’ESM est ostéogénique, sans interaction avec la partie anionique. Le calcium joue un rôle dans l’activité ostéogénique d’ESM. Ensuite, nous avons créé une lignée cellulaire exprimant de manière stable un plasmide contenant un gène rapporteur ostéogénique (ATDC5 pMetLuc2 ColX promoteur). Grâce à cette lignée, nous avons découvert que les lipides et les sucres présents dans l’ESM ont un effet ostéogénique. Les peptides précipités par TCA sont aussi démontrés ostéogéniques, et ont conduit à leur identification partielle par LC-MS. Ces résultats nous permettent d’avancer plus loin et plus rapidement vers l’identification des composés ostéogéniques de la nacre et vers les applications de la nacre en orthopédie clinique / With many exceptional qualities (biocompatible and osteogenic), nacre represents a natural biomaterial as a bone substitute. However, the osteogenic compounds in nacre are not yet known. Our work aims at the identification of the osteogenic compounds in nacre. The ESM (soluble ethanol matrix) is an extract of nacre that is shown to be osteogenic. From the ESM, we have tried several approaches to target and identify these compounds. Thanks to the coupling of MC3T3-E1 cells and the human osteoarthritis osteoblasts, we demonstrated that the cationic part of the ESM is osteogenic, without interaction with the anionic part. Calcium plays a role in the osteogenic activity of the ESM. Then, we created a cell line stably expressing a plasmid containing an osteogenic reporter gene (ATDC5 pMetLuc2 ColX promoter). Thanks to this cell line, we found out that the lipids and sugars in the ESM have an osteogenic effect. The peptides precipitated by TCA are also demonstrated to be osteogenic, which have led to their partial identification by LC-MS. These results allow us to move farther and faster towards the identification of osteogenic compounds in nacre and the applications of nacre in clinical orthopaedics

La régulation des gènes est à l’origine de la diversité cellulaire en permettant aux cellules de se différencier et de se spécialiser. La régulation génique repose largement sur l’existence de séquences d’ADN non codantes dans le génome, appelées "éléments cis-régulateurs", qui vont permettre de recruter de nombreux facteurs de transcription afin de former d’importants complexes (nucléo)protéiques qui vont agir sur le niveau de transcription des gènes. Ce recrutement est notamment contrôlé par des modifications épigénétiques. Le développement des techniques de séquençage et des méthodes d’analyse bioinformatiques permettent d’intégrer de grandes quantités de données pour étudier le fonctionnement des éléments régulateurs. Dans un premier temps, l’intégration de l’ensemble des données ChIP-seq disponibles dans les bases de données nous a permis de créer un catalogue d’éléments régulateurs putatifs chez l’Homme. L’analyse de ce catalogue nous a alors mené à caractériser ces éléments et à mettre en évidence la complexité combinatoire des facteurs de transcription. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé une étude basée sur l’analyse des éléments régulateurs impliqués dans la différenciation précoce des lymphocytes T chez la souris. Cette étude a permis de mettre en évidence deux niveaux de complexité impliqués dans la régulation des gènes : le premier est basé sur la combinatoire des facteurs de transcription au sein des éléments régulateurs et le second repose sur la combinatoire des éléments eux-mêmes. Finalement, nous avons développé une nouvelle technique d’analyse quantitative et à haut débit de l’activité régulatrice de régions génomiques chez les mammifères. / Gene regulation is responsible for cell diversity by allowing cell differentiation and specialisation. Gene expression regulation relies mainly on the existence of non-coding DNA sequences in the genome, called "cis-regulatory elements", which recruit numerous transcription factors to form (nucleo)protein complexes which act on the gene transcription level. This recruitment is controlled in particular by epigenetic modifications. The rapid development of sequencing technologies and bioinformatics methods makes possible the integration of large amounts of data to study regulatory elements. First, the integration of ChIP-seq data for all transcription factors available in public databases has allowed us to create an extensive catalogue of putative regulatory elements in the human genome. The overall analysis of this catalogue led us to further characterize these elements and to highlight the high level of combinatorial complexity of transcription factors in the genome. Secondly, we conducted a more specific study based on the analysis of the regulatory elements involved in the early differentiation of T-cells in mice. This study provided an opportunity to highlight two levels of complexity based on regulatory elements and involved in gene regulation: the first rests on the transcription factor combinatorial in regulatory elements and the second is based on the combinatorial of elements themselves within loci. Finally, to validate experimentally the regulatory elements, we have developed a new quantitative and high-throughput technique to assess the regulatory activity of genomic regions in mammals.