Les thiols à faible masse moléculaire (FMM) peuvent affecter la biodisponibilité du mercure et mener à une plus grande production de méthylmercure par les microorganismes méthylants. Les résultats d’une étude réalisée au sein de la matrice extracellulaire du périphyton de la zone littorale d’un lac des Laurentides ont démontré que les concentrations en thiols à FMM retrouvées dans cette matrice sont jusqu’à 1000 fois supérieures à celles de la colonne d’eau avoisinante. Ces thiols sont significativement corrélés à la chlorophylle a du périphyton, suggérant une production par les algues. Le mercure de la matrice extracellulaire, plus spécifiquement dans la fraction colloïdale mobile, est aussi corrélé aux thiols d’origine algale. Ces résultats suggèrent qu’une accumulation de thiols s’opère dans l’espace extracellulaire du périphyton et qu’ils peuvent favoriser le transfert du mercure vers les microorganismes produisant le méthylmercure. Les résultats d’une seconde étude menée sur les méthodes de préservation d’échantillons d’eau pour la conservation des thiols à FMM ont démontré que la température optimale d’entreposage était de -80 °C et que la lyophilisation menait à une sous-estimation des concentrations mesurées. Les taux de dégradation étaient plus rapides lors de la conservation à -20 °C et variables selon la chimie de l’eau utilisée et les espèces de thiols observées. Suivant ces résultats, nous proposons un cadre de recherche pour de futures études sur la spéciation du mercure dans le périphyton et nous suggérons des précautions lors de la manipulation et de la conservation des thiols à FMM d’échantillons naturels. / Low molecular weight (LMW) thiols can affect the bioavailability of mercury and by enhancing methylmercury production by methylating microorganisms. Results of a study conducted within periphyton extracellular matrix in the littoral zone of a lake of the Laurentians have shown that LMW thiol concentrations found in this matrix are up to 1000 fold higher than those in the water column of surrounding waters. Relationships between these thiols and periphyton chlorophyll a were significant, suggesting production by algae. Mercury in the extracellular matrix, especially in the mobile colloidal fraction, was also correlated to thiols from algal sources. These results suggest thiol accumulation in the periphyton extracellular space, and that thiols likely promote mercury transfer to methylating microorganisms. A second study on preservation methods of natural water samples for LMW thiols conservation showed that a storage temperature of -80 °C was optimal and that freeze-drying led to an under-estimation of measured concentrations. Degradation rates were faster with storage at -20 °C and varied substantially depending on the chemistry of the water used as depending on thiol species observed. In regards of these results, we propose a research framework for future studies on mercury speciation processes in periphyton. We also suggest precautions on handling and storing natural samples for LMW thiol analyses.

Le mélanome malin (MM) est un cancer très réfractaire aux thérapies anticancéreuses, dont les vincalcaloïdes (VAs). Afin d'étudier le rôle de la GSTM1 (glutathion S-transférase 1) et la MRP1 (multidrug resistance protein 1) dans la résistance acquise du MM aux VAs, nous avons établi 4 modèles cellulaires de résistance à la vincristine (CAL1R-VCR), à la vindésine (CAL1R-VDS), à la vinorelbine (CAL1R-VRB) et à la vinflunine (CAL1R-VFL), par exposition continue de cellules du MM (CAL1-wt), pendant un an, à ces anticancéreux. L'expression d'ne GSTM1 fonctionnelle est spécifiquement observée (RT-PCR, western blot, activité GST totale) dans les cellules résistantes. Le curcumin (inhibiteur de GSTM1), la BSO (inhibiteur de synthèse de glutathion) et le MK571 (inhibiteur de MRP1), réduisent considérablement le résistance acquise à la VCR et à la VDS mais pas à la VRB ou à la VFL. Toutefois, tous ces VAs réduisent spécifiquement l'activité GSTM1. Ces données montrent l'implication différentielle de GSTM1 et MRP1 dans la résistance aux VAs. Pour déterminer les mécanismes moléculaires de cette chimiorésistance, nous avons réalisé une étude pangénomique (biopuces Affymetrix HG-U133 Plus 2.00) sur les lignées CAL1 (wt et R). Le regroupement hiérarchique (par Cluster et TreeView) des données des puces a révélé une similarité entre les profils d'expression génique de CAL1R-VRB et CAL1-wt mais aussi entre ceux de CAL1R-VCR et CAL1R-VDS. L'analyse bioinformatique (par IPA) des transcrits les plus différemment exprimés entre les lignées cellulaires, a mis en évidence 6 réseaux géniques connus pour leur rôle dans la chimiorésistance tumorale. Le programme FatiGO a révélé 3 termes biologiques sur-représentés (> 60%) dans CAL1R (ribosome, filaments intermédiaires du cytosquelette, récepteurs olfactifs) tandis que l'étude fonctionnelle (invalidation génique par siRNA, test de viabilité) de GPR143, KIT et SLC45A2 (gènes interagissant avec NF-κB et CCND1 (facteurs de la chimiorésistance tumorale), très exprimés dans CAL1-wt et muets dans CAL1R) a montré la faible tendance des deux premiers à être impliqués dans la résistance aux VAs. / Malignant melanoma (MM) is a very refractory tumor to anticancer therapies, including vinca alkaloïds (VAs). To investigate the role of GSTM1 (glutathione S-transferase μ1) and MRP1 (multidrug resistance protein 1) in MM acquired resistance to VAs, we established 4 cellular models of resistance to vincristine (CAL1R-VCR), to vindesine (CAL1R-VDS), to vinorelbine (CAL1R-VRB) and to vinflunine (CAL1R-VFL), by continuous exposure of MM cells (CAL1-wt), for one year, to these anticancer agents. The expression of a functional GSTM1 is specifically observed (RT-PCR, western blot, total GST activity) in resistant cells. Curcumin (GSTM1 inhibitor), BSO (glutathione synthesis inhibitor) and MK571 (MRP1 inhibitor), considerably reduce the acquired resistance to VCR and VDS but not that to VRB or VFL. However, all these VAs specifically reduce GSTM1 activity. These data show the differential involvement of GSTM1 and MRP1 in resistance to VAs. To determine the molecular mechanisms of this chemoresistance, we performed a pangenomic study (Affymetrix HG-U133 Plus 2.00 microarrays) on the CAL1 lines (wt and R). The hierarchical clustering (by Cluster and TreeView) of array data revealed a similarity between the gene expression profiles of CAL1R-VRB and CAL1-wt, but also between those of CAL1R-VCR and CAL1R-VDS. The bioinformatic analysis (by IPA) of the most differentially expressed transcripts between cell lines, highlighted 6 gene networks known for their role in tumor chemoresistance. FatiGO program revealed 3 biological terms overrepresented (>60%) in CAL1R (ribosome, intermediate filaments of cytoskeleton, olfactory receptors), while functional study (gene invalidation by siRNA, viability test) of GPR143, KIT and SLC45A2 (genes interacting with NF-kB and CCND1 (tumor chemoresistance factors), highly expressed in CAL1-wt and mute in CAL1R) showed the weak trend of the two formers to be involved in resistance to VAs.

L’infection par le virus de l’hépatite C (VHC) évolue généralement vers le développement d’une hépatite C chronique, fréquemment associée à des perturbations métaboliques, (insulinorésistance et stéatose), et de la structure hépatique (fibrose et cirrhose), favorisant le développement d’un hépatocarcinome. Le stress oxydant semble étroitement lié à la progression de ces pathologies, notamment l’insulino-résistance. Or, les mécanismes moléculaires par lesquels le VHC module le stress oxydant restent confus, ainsi que l’effet réciproque du stress oxydant sur la réplication virale. Jusqu’à récemment, la modulation de ce stress a été étudiée in vitro dans des modèles non réplicatifs du VHC ou dans des modèles d’expression ectopiques des protéines virales. Peu d’études ont encore tenté de caractériser l’effet d’une infection complète et productive dans les cellules cibles naturelles du VHC, les hépatocytes. Mes travaux de recherche ont donc consisté à étudier la modulation de la balance redox cellulaire dans un modèle d’infection complet de type HCVcc, et dans les cellules hépatocytaires Huh7.5. Cette étude a permis de caractériser le stress oxydant dans ce modèle, mais surtout d’identifier un antioxydant à activité pro-virale, la glutathion peroxydase 4 (GPx4). En effet, nous avons observé une stimulation viro-induite de l’expression et de l’activité de GPx4, seule enzyme capable de détoxifier les lipides membranaires oxydés. L’expression de cette enzyme semble nécessaire à la réplication ainsi qu’à l’infectivité virale. Son importance pour le VHC résiderait dans son activité catalytique permettant de maintenir l’intégrité des lipides cellulaires nécessaire au cycle viral / Chronic infection with Hepatitis C virus (HCV) is frequently associated with metabolic disturbances (insulin-resistance and steatosis) as well as with changes to hepatic structure (fibrosis and cirrhosis) that favor hepatocellular carcinogenesis. Insulin resistance is in particular linked to oxidative stress, which is thought to play a key role in driving disease progression. However, molecular mechanisms by which HCV regulates oxidative stress are still unclear and reciprocally, the effect of oxidative stress on viral life cycle is not well understood. Until recently, induction of oxidative stress by HCV has mainly been investigated in non replicative in vitro models or in cell systems expressing viral proteins alone. Few studies have yet investigated oxidative stress in the context of productive HCV infection. My work consisted of studying the modulation of the cellular redox system using the HCVcc infection model, based on a replicative HCV isolate and the hepatoma cell line Huh7.5. This work provided a broad characterization of how HCV induces and prevents oxidative stress and identified glutathion peroxidase 4 (GPx4) as a pro-viral antioxydant enzyme. Indeed, we observed an HCVinduced upregulation of expression and activity of GPx4. We also demonstrated that GPx4 expression is required for viral replication and infectivity. As GPx4 possesses a particular catalytic activity, which is the detoxification of oxidized membrane lipids, we investigated the impact of the accumulation of oxidized lipids on HCV replication. These studies showed that GPx4 is an important host factor for HCV life cycle by maintaining membrane lipid integrity in an oxidative cellular environment

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Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium. / Thiols and selenium may influence mercury methylation in aquatic environments. To demonstrate the occurrence of both elements with mercury in selected aquatic systems of Quebec, a sampling campaign was conducted during the summer of 2010 in Mont-Temblant national park (Laurentians, Quebec). There is a significant correlation between selenium and total mercury in surface water. However, concentrations of selenium are very low in lakes and beavers ponds. In addition, the park’s lakes have a relatively high concentrations of methyl mercury with an average of 0,33 ng L-1 and maximum values up to 3,29 ng L-1. Beaver ponds can also be considered hotspots of methylmercury contamination, with an average concentration of 0,95 ng L-1. However, the presence of a colony of beavers in the watershed of a lake does not appear to influence the levels of mercury in that lake. Two species of thiols are present in the surface water of the Laurentian ecosystems: glutathione and thioglycolic acid. The latter is significantly correlated with total mercury and methyl mercury. Thiols may play an important role in the methylation process by promoting the transport of inorganic mercury within the sulfate-reducing bacteria. To better undestand the antagonistic action between selenium and mercury, more research should be conducted in the tissue of organisms living in areas of low concentration of selenium to know if they are protected against mercury toxicity.

Mémoire numérisé 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

La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n'induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d'azote (NO), la production d'H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l'expression de gènes de défense. Seules la production d'H2O2 et l'expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d'H2O2 en réponse à l'infection par l'oomycète Plasmopara viticola. L'utilisation d'un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d'H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d'H2O2 dépendante d'une NADPH oxydase contribue à l'établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d'appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d'Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l'ordre de 20 % par rapport à l'écotype sauvage. Nous avons tout d'abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d'une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d'abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l'état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d'ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d'H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d'H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l'oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l'infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées.

Les spermatozoïdes acquièrent leur pouvoir fécondant et leur mobilité lors de leur transit le long de l'épididyme. Paradoxalement, cette maturation épididymaire nécessite la présence d'espèces oxygénées réactives (EOR) pour condenser la chromatine spermatique afin de mieux protéger l'ADN de ces mêmes molécules. Nous avons étudié la façon dont l'épididyme parvient à assurer l'équilibre entre un déficit et un excès d'EOR en caractérisant le phénotype épididymaire de souris dont la production de deux enzymes antioxydantes glutathion peroxydases a été invalidée, GPx5 et snGPx4. L'épididyme de ces souris génère une réponse antioxydante élevée et augmente l'activité de pontage disulfure sur les gamètes en modulant l'expression génique d'enzymes antioxydantes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) et de protéines disulfide isomérases (Pdia). Bien que ce sursaut d'activité soit efficace pour protéger les membranes du tissu et des spermatozoïdes, la chromatine des spermatozoïdes présente un défaut de condensation, laissant l'ADN spermatique vulnérable face aux EOR. Les gamètes présentent alors des dommages oxydants dans le noyau qui s'aggravent avec la diminution de l'activité antioxydante lors du vieillissement. Des approches immunologiques et biochimiques ont montré que les dommages oxydants se produisent préférentiellement sur l'ADN spermatique situé à la périphérie du noyau, qui est enrichi en nucléosomes persistants et qui est associé à la matrice nucléaire. Afin de déterminer s'il est possible de diminuer ces atteintes oxydantes sur les gamètes, nous avons étudié les effets d'une supplémentation orale antioxydante sur des souris sauvages et sur l'un de nos modèles murins mutant.

Les spermatozoïdes acquièrent leur pouvoir fécondant et leur mobilité lors de leur transit le long de l'épididyme. Paradoxalement, cette maturation épididymaire nécessite la présence d'espèces oxygénées réactives (EOR) pour condenser la chromatine spermatique afin de mieux protéger l'ADN de ces mêmes molécules. Nous avons étudié la façon dont l'épididyme parvient à assurer l'équilibre entre un déficit et un excès d'EOR en caractérisant le phénotype épididymaire de souris dont la production de deux enzymes antioxydantes glutathion peroxydases a été invalidée, GPx5 et snGPx4. L'épididyme de ces souris génère une réponse antioxydante élevée et augmente l'activité de pontage disulfure sur les gamètes en modulant l'expression génique d'enzymes antioxydantes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) et de protéines disulfide isomérases (Pdia). Bien que ce sursaut d'activité soit efficace pour protéger les membranes du tissu et des spermatozoïdes, la chromatine des spermatozoïdes présente un défaut de condensation, laissant l'ADN spermatique vulnérable face aux EOR. Les gamètes présentent alors des dommages oxydants dans le noyau qui s'aggravent avec la diminution de l'activité antioxydante lors du vieillissement. Des approches immunologiques et biochimiques ont montré que les dommages oxydants se produisent préférentiellement sur l'ADN spermatique situé à la périphérie du noyau, qui est enrichi en nucléosomes persistants et qui est associé à la matrice nucléaire. Afin de déterminer s'il est possible de diminuer ces atteintes oxydantes sur les gamètes, nous avons étudié les effets d'une supplémentation orale antioxydante sur des souris sauvages et sur l'un de nos modèles murins mutant.