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

Adult schistosomes depend for growth and development on hormonal signals from the mammalian host, which may include the insulin signalling pathway. In this project, I firstly used microarray analysis to demonstrate that human insulin can be utilised by adult S. japonicum in culture, resulting in the modulation of distinct metabolic effects as reflected in transcriptional levels of parasite genes. The addition of insulin resulted in the differential expression of 1,101 genes with many related to functions corresponding to the biological and metabolic effects of insulin reported for mammalian cells. Those identified genes in male or female S. japonicum worms that were up or down regulated after exposure to insulin were predominantly involved in growth and development, with significant sex-specific responses evident. Insulin appeared to play a similar role in male parasites as those seen in classical mammalian systems including an increase in protein synthesis though gene transcription and the stimulation of mRNA translation and control protein degradation via the ubiquitin proteasome pathway. Microarray analysis indicated that insulin not only leads to increased gene expression of the PI3-K pathway, which enhances parasite growth, but may also play a role in the sexual differentiation and fecundity of female worms by activating the MAPK pathway. As the insulin target proteins, two types of insulin receptors from Schistosoma japonicum were isolated, S. japonicum insulin receptors 1 (SjIR-1) and 2 (SjIR-2), with features similar to insulin receptors from other taxa. The sequences share 70% and 74% identity to S. mansoni insulin receptor 1 and 2 (SmIR-1 and SmIR-2), respectively. SjIR-1 and SjIR-2 are highly conserved in their tyrosine kinase domain to other IRs from Homo, Mus musculus and Drosophila melanogaster. SjIR-2 is located in the parenchyma in males and in the vitelline glands of female worms, which occupy most of male or female tissue and play an important role in growth or fecundity. In contrast, SjIR-1 was located in the tegument and intestinal epithelium of adult worms, representing much smaller cellular regions compared with the voluminous vitelline tissue or parenchyma. This observation was further confirmed by real time PCR showing that SjIR-2 was more abundantly expressed in S. japonicum adult worm than SjIR-1. Phylogenetic analysis showed that SjIR-2 and SmIR-2 are closer to EmIR than to SjIR-1 and SmIR-1, indicating that SjIR-1 and SmIR-1 might perform specific functions in schistosomes, while SjIR-2, SmIR-2 and EmIR might share similar roles in parasite growth and development in the three parasitic flatworms. Structure modelling recovered the conserved structure between the SjIRs and Homo sapiens IR (HIR) implying a common predicted binding mechanism in the ligand domain and the same downstream signal transduction processing in the tyrosine kinase domain as in HIR. Two-hybrid analysis was used to confirm that the ligand domains of SjIR-1 and SjIR-2 contain the insulin binding site. Incubation of adult worms in vitro, both with a specific insulin receptor inhibitor and anti-SjIRs antibodies, resulted in a significant decrease in worm glucose levels, suggesting again the same function for SjIRs in regulating glucose uptake as described for mammalian cells. Adult worms of S. japonicum possess insulin receptors that can specifically bind to insulin, indicating that the parasite can utilize host insulin for development and growth by sharing the same pathway as mammalian cells in regulating glucose uptake. In vaccination/challenge trials, there was no significant reduction in adult worm burdens with either of the SjLD vaccines. However, there were significant reductions in mean lengths of adult worms ranging from 22-25% in the SjLD1 vaccinated group to 37-42% in the SjLD2 vaccinated groups, significant reductions in faecal eggs in both the SjLD1 (66%) and SjLD2 (68%) vaccinated groups, and a reduction in liver egg numbers in the SjLD1(33%) vaccinated group. These results show that although the SjLDs vaccines were unable to reduce adult worm numbers by clearing them from the vaccinated mice, nevertheless, they significantly depressed the growth of male and female adult worms and affected female egg production. The protective efficacy obtained in terms of the substantial decrease in faecal eggs exceeded that of many of the recently available schistosome antigens and prototype vaccine formulations, which, at best, elicit 40–50% protection in animals using the standard readouts of reduced worm burden or egg production and viability. Overall, disruption of this insulin pathway leading to parasite starvation through the prevention of glucose uptake thereby affecting parasite growth, development and female fecundity, provides a new intervention target and transmission blocking approach to combat schistosomiasis and may be applicable for the control of other debilitating parasitic infections as well.

Le palmier dattier (Phoenix dactylifera L.) a une grande importance écologique et socio-économique dans les zones arides et semi-arides du globe. Cette espèce présente une grande diversité (plus de 2.000 variétés identifiées) qui est menacée par la production à grande échelle de variétés élites. Il est nécessaire de développer des techniques permettant de conserver cette diversité et de gérer la production des variétés élites multipliées in vitro. La cryoconservation (azote liquide, -196°C) est la seule technique disponible à l’heure actuelle permettant la conservation à long terme, à coûts réduits et en sécurité de cette diversité. Dans ce travail, nous avons comparé l’efficacité de deux techniques de cryoconservation, la vitrification en goutte (DV) et la D cryo-plate (DP), pour la cryoconservation de masses proembryogènes (PEM) de deux variétés de palmier dattier, Sokary et Sultany. Avec la DV, la survie des PEM cryoconservées est nulle sans prétraitement au saccharose (3 jours avec 0,5M) et sans traitement avec la solution de vitrification PVS2. Après 15 à 120 min de traitement avec PVS2, la survie est comprise entre 90,9-98,6% et 85,6-88,0%, respectivement pour Sokary et Sultany. Avec un prétraitement au saccharose, 21,1% des PEM de la variété Sokary survivent à la cryoconservation sans traitement avec PVS2. Avec la DP, un effet positif du prétraitement au saccharose est observé sur la survie des PEM cryoconservés. Pour Sokary, la survie la plus importante (de 92,0 à 95,8%) après congélation est obtenue pour des durées de dessiccation comprises entre 60 et 120 min. La survie après cryoconservation est comprise entre 67,0 et 74,6% après des durées de 90 à 120 min de dessiccation pour Sultany. Avec les deux techniques expérimentées, l'intensité de croissance des PEM cryoconservées est supérieure chez Sokary par rapport à Sultany. L’étude histologique réalisée montre qu’en l’absence de prétraitement, c'est le traitement de loading qui induit la plasmolyse des cellules la plus importante, d'environ 26, 40 et 50%, respectivement pour les cellules méristématiques, les cellules embryogènes de la population I (PopI) et de la population II (PopII) par rapport à leur état initial. Le prétraitement au saccharose induit une plasmolyse d'environ 50% uniquement chez les cellules de PopII. Le traitement de loading et de vitrification n'entraîne pas de plasmolyse supplémentaire. Aucune plasmolyse n'est observée chez les cellules méristématiques et les cellules de PopI. En revanche, les mesures de la surface de l'ensemble des cellules montrent chez les cellules méristématiques une diminution significative de surface après le prétraitement au saccharose, mais aucune différence significative après le traitement de loading et de vitrification. Chez les cellules embryogènes de PopI, une diminution supplémentaire de la surface est observée après le traitement de vitrification. L’étude de la circularité des noyaux montre une déformation permanente des noyaux des cellules non prétraitées des trois types cellulaires, alors que seuls les noyaux des cellules de PopII présentent cet aspect chez les PEM prétraitées. Enfin, l'étude du degré de méthylation des PEM par immunolocalisation conclut à l'absence de différences significatives entre les PEM témoins non traitées et les autres conditions expérimentales. Cependant, les tissus différenciés présentent un pourcentage de noyaux méthylés plus important par rapport aux cellules embryogènes et aucun marquage n'est noté chez les cellules méristématiques. Nos résultats ont permis de préciser l’effet de la cryoconservation sur l’intégrité structurale et la physiologie des PEM de palmier dattier. Ils contribuent également à la sauvegarde de la biodiversité du palmier dattier. / The date palm (Phoenix dactylifera. L) has a great ecological and socioeconomic importance in arid and semi-arid areas of the globe. This species displays a great diversity, with over 2,000 identified varieties, which is threatened by the large scale production of elite varieties. It is necessary to develop techniques allowing to conserve this biodiversity and to manage the production of in vitro propagated elite varieties. Cryopreservation (liquid nitrogen [LN], -196°C) is currently the only technique available ensuring the safe and cost-effective long-term conservation of this diversity. In this work, we compared the efficiency of two cryopreservation techniques, droplet-vitrification (DV) and D cryo-plate (DP), for the cryopreservation of proembryonic masses (PEMs) of two varieties of date palm, Sokary and Sultany. With DV, recovery of cryopreserved PEMs was nil without sucrose pretreatment (3 days, 0.5 M) and without treatment with PVS2 vitrification solution. After 15 to 120 min of PVS2 treatment, recovery was between 90.9-98.6% and 85.6-88.0% for Sokary and Sultany, respectively. Sucrose pretreatment led to 21.1% recovery of cryopreserved PEMs of variety Sokary without PVS2 treatment. Regrowth intensity of PEMs cryopreserved was generally lower in the Sultany variety compared to the Sokary variety. With DP, a positive effect of sucrose pretreatment on recovery of cryopreserved PEMs was observed. For Sokary, the highest recovery of PEMs (92.0 to 95.8%) after LN exposure was achieved for desiccation periods between 60 and 120 min. Recovery of cryopreserved PEMs of variety Sultany was between 67.0 and 74.6% after desiccation periods between 90-120 min. With DP, the regrowth intensity of cryopreserved PEMs was higher for variety Sokary compared to Sultany. The histological study performed showed that in absence of pretreatment, it was the loading treatment which induced the highest cell plasmolysis, with values of 26, 40 and 50% for meristematic, embryogenic PopI and PopII cells, respectively, compared to their initial state. Sucrose pretreatment induced a 50% plasmolysis only in PopII cells. The loading and vitrification treatments did not cause any additional plasmolysis. No plasmolysis was observed in meristematic or PopI cells. By contrast, the measurement of the surface of all cells revealed a significant decrease in the surface of meristematic cells after pretreatment, but no significant difference after the loading or vitrification treatments. In embryogenic PopI cells, an additional decrease in the cell surface was observed after the PVS2 treatment. The study of nuclei circularity showed a permanent deformation of nuclei of non-pretreated cells of the three cell types. In pretreated PEMs, only the nuclei of PopII cells displayed deformation. Finally, the study of the methylation degree in PEMs by immunolocalization revealed the absence of significant differences between the untreated controls and other experimental conditions. However, the differentiated tissues exhibited a higher percentage of methylated nuclei compared to embryogenic cells, while no stained nuclei were observed in meristematic cells. Our results allowed clarifying the effect of cryopreservation on the structural integrity and on the physiology of date palm PEMs. They also contribute to safeguarding of date palm biodiversity.

La conservation des ressources génétiques végétales est un défi majeur, le maintien de la biodiversité étant capital pour répondre aux besoins des générations futures. Ce travail de thèse, s'inscrivant dans cette démarche de conservation, a été réalisé sur Pelargonium, plante ornementale multipliée végétativement. Un procédé de cryoconservation d'apex par « dropletvitrification » a été mis en place avec succès sur P. x peltatum ‘Balcon Lilas'. Avec un taux de régénération moyen de 40 % obtenu sur 28 taxons testés, la constitution d'une cryobanque est maintenant possible. L'optimisation de la survie post-cryoconservation passant par une meilleure connaissance des effets des solutions cryoprotectrices sur les cellules, des études microscopiques faisant appel notamment à la RTM (Real Time Microscopy) et la CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) ont été pratiquées. Elles ont permis de mettre en évidence, d'une part que la solution de vitrification (PVS2) provoque une contraction importante et rapide des cellules en agissant sur les parois et d'autre part que la solution de charge (LS), outre son rôle d'osmoticum, atténue les altérations dues à PVS2. Les travaux sur la régénération in vitro à partir d'apex ont montré que celle-ci était le plus souvent directe ce qui peut favoriser le maintien de la conformité. Ainsi, une plante obtenue après régénération d'un apex cryoconservé ou non, ne présente pas de modifications phénotypiques sauf chez certains cultivars chimériques. Enfin, des tests ELISA ont montré une augmentation du taux d'assainissement lors d'une régénération après cryoconservation par rapport à une simple culture d'apex pour deux virus (PFBV et PLPV). Cependant les immunolocalisations réalisées ont mis en évidence que les virus étaient toujours présents dans les apex, l'élimination n'étant que partielle. L'augmentation de ces connaissances devrait permettre une utilisation à plus grande échelle de la cryoconservation participant ainsi à une meilleure gestion de la conservation des ressources génétiques par une offre stratégique plus importante.

Dans cette thèse est présentée une nouvelle stratégie de purification de SERCA1a après son expression hétérologue chez S. cerevisiae.. La protéine est fusionnée à un domaine accepteur de biotine, biotinylé in vivo par la levure. La procédure de purification, basée sur la forte interaction entre avidine et biotine, permet d'obtenir une protéine active pure à 40-50%. Une étape supplémentaire de filtration sur gel en HPLC a permis d'augmenter la pureté d'environ 70%, tout en conservant une très bonne activité spécifique. Les cristaux obtenus de SERCA1a ainsi purifiée diffractent les rayons X à 3,1Å. <br />Cette nouvelle méthode de purification a été appliquée avec succès au mutant SERCA1a-E309Q. De petits cristaux de ce mutant ont pu être isolés. Cette méthode a également permis de purifier SERCA3a, bien que le faible taux d'expression de la protéine de fusion chez S. cerevisiae limite la quantité purifiée. En parallèle, des essais d'immunolocalisation cellulaire de SERCA3a dans différentes lignées cellulaires et dans des coupes de peau ont été réalisés

Die Kryptosporidiose stellt aufgrund ihres zoonotischen Charakters und der Entwicklung chronischer Durchfälle bei Immunsupprimierten ein hohes Gesundheitsrisiko für den Menschen, aber ebenso für Tiere dar. Derzeit verfügbare Therapeutika ermöglichen keine zuverlässige Bekämpfung klinischer Symptome oder eine Erregerelimination, daher ist die Erforschung neuer Therapieansätze dringend notwendig. CDPK stellen in diesem Zusammenhang interessante Zielmoleküle dar, da sie zwar in Pflanzen und Protisten einschließlich Apikomplexa, jedoch nicht in Pilzen und Säugetieren vorkommen. Trotz der Entdeckung vielversprechender neuer Wirkstoffe gegen CpCDPK1 in den letzten Jahren ist zur Lokalisation und Funktion von CDPK in C. parvum wenig bekannt.Diese Arbeit belegt die Transkription von sechs CpCDPK in vitro und beschreibt erstmals die Länge der 3’UTR von CpCDPK. Die Translation wurde durch den Nachweis spezifischen Proteins in Sporozoiten im Immunoblot sowie die Lokalisation von CpCDPK1 mit Hilfe der Immunfluoreszenz belegt. Möglicherweise wird die CpCDPK1 durch N-Myristoylierung an Membranen gebunden, an die Oberfläche von Zoiten gebracht und sezerniert. Eine Rolle des Enzyms im Invasions- und Egressmechanismus des Parasiten wird diskutiert.

Les efflorescences de cyanobactéries sont susceptibles d’avoir des effets néfastes sur les organismes des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur les populations environnantes, notamment à travers la production de nombreuses molécules potentiellement toxiques (appelées cyanotoxines). Jusqu'à présent, une des cyanotoxines les plus étudiées est la microcystine (MC). Cette thèse a pour objectif d’évaluer la toxicité potentielle sur la reproduction de la MC-LR et de l'extrait d'une souche de Microcystis productrice de MCs en étudiant leurs effets toxiques sur le foie et les gonades de poissons medaka adultes exposés de manière aiguë ou chronique.Une étude complète du foie des poissons médaka deux sexes a été menés par ailleurs, attestant d'un fort dimorphisme sexuel aussi bien au niveau cellulaire que moléculaire et souligne les importantes spécificités métaboliques du foie entre les deux sexes, notamment pour le maintien de la compétence de reproduction chez les poissons medaka adultes femelles.Dans l'étude des effets induits par une exposition aiguë, les poissons medaka adultes ont été exposés par gavage à 10 μg.g-1 bw de MC-LR pure pendant 1 heure. L'examen histologique et l'immunolocalisation des MCs du foie de poisson traité par la MC-LR ont révélé des lésions hépatiques sévères ainsi qu'une distribution intense de la MC-LR dans le foie, localisée particulièrement dans le cytoplasme et dans le noyau des hépatocytes. Dans la gonade des poissons traités, la MC-LR a été détectée dans les tissus conjonctifs de l'ovaire et des testicules. De plus, l’observation par microscopie électronique couplé à la technique d’immunogold a révélé, pour la première fois, que la MC-LR était également détectable dans le chorion, le cytoplasme et le vitellus des ovocytes matures.Au cours des études des effets induits par l’exposition chronique, les poissons medaka adultes ont été exposés durant 28 jours par balnéation à 1 et 5 μg.L-1 de MC-LR et à un extrait de la souche de Microcystis aeruginosa (PCC 7820) productrice de microcystines (5 μg.L-1 équivalent MC-LR). Ces résultats ont révélé que la MC-LR et l'extrait de Microcystis induisent des effets délétères sur différents paramètres de reproduction, tels la fécondité et le taux d’éclosion des embryons. La cause principale de ces perturbations de la reproduction semblent principalement résulté d’un dysfonction hépatique globale induite par les traitements aux MCs (hépatotoxiques, notoires), plutôt qu’à des effets directs sur les gonades. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse démontrent que même si les microcystines pourraient avoir un impact direct, mais modéré, sur la fonction gonadique en induisant une cytotoxicité dans les cellules somatiques gonadiques et les cellules reproductrices, elle semble avoir principalement avoir un impact indirect sur la fonction reproductrice en perturbant la fonction hépatique générale. Ces données améliorent notre compréhension des processus liés à la toxicité potentielle des cyanotoxines pour la reproduction chez un poisson modèle, et fait d’une manière générale progresser questionnement quant à la protection des populations exposées à ces cyanotoxines. / Cyanobacterial blooms threaten human health as well as other living organisms of the aquatic environment, particularly due to the production of natural toxic components (called cyanotoxins). So far, one of the most studied cyanotoxins is the microcystin (MC). This thesis evaluated the potential reproductive toxicity of MC-LR and the extract of one Microcystis strain (MC-producing) by investigating their toxic effects on the liver and gonad of adult medaka fish with one acute and one chronic study.An investigation of the metabolic specificities of the liver in two genders of medaka fish was performed prior to the MC-containing exposure, which attests to a strong sexual dimorphism of medaka liver, and highlights the importance of metabolic adjustments of the liver for maintaining the reproductive competency in adult medaka fish.In the acute study, adult medaka fish were administered with 10 μg.g-1 bw of pure MC-LR for 1 hour by gavage. The histological examination and immunolocalization of the MC-treated fish liver revealed a severe liver lesion along with an intense distribution of MC-LR in the liver, being particularly localized in the cytoplasm and nucleus of hepatocytes. In the gonad of MC-treated fish, MC-LR was shown to be present in the connective tissue of ovary and testis. Additionally, immunogold electron microscopy, for the first time, revealed that MC-LR was also localized in the chorion, cytoplasm and yolk vesicles of oocytes.Overall, the results of this thesis demonstrates that MC might directly impact gonadal function by inducing cytotoxicity in gonadal somatic cells and reproductive cells, and it could also impact the reproductive function indirectly by disturbing the general liver function. This improves our understanding of the potential reproductive toxicity of cyanotoxins in model fish, and advances our current knowledge on the protection of aquatic organism populations as well as human health from cyanotoxin issues.

Die Kryptosporidiose stellt aufgrund ihres zoonotischen Charakters und der Entwicklung chronischer Durchfälle bei Immunsupprimierten ein hohes Gesundheitsrisiko für den Menschen, aber ebenso für Tiere dar. Derzeit verfügbare Therapeutika ermöglichen keine zuverlässige Bekämpfung klinischer Symptome oder eine Erregerelimination, daher ist die Erforschung neuer Therapieansätze dringend notwendig. CDPK stellen in diesem Zusammenhang interessante Zielmoleküle dar, da sie zwar in Pflanzen und Protisten einschließlich Apikomplexa, jedoch nicht in Pilzen und Säugetieren vorkommen. Trotz der Entdeckung vielversprechender neuer Wirkstoffe gegen CpCDPK1 in den letzten Jahren ist zur Lokalisation und Funktion von CDPK in C. parvum wenig bekannt.Diese Arbeit belegt die Transkription von sechs CpCDPK in vitro und beschreibt erstmals die Länge der 3’UTR von CpCDPK. Die Translation wurde durch den Nachweis spezifischen Proteins in Sporozoiten im Immunoblot sowie die Lokalisation von CpCDPK1 mit Hilfe der Immunfluoreszenz belegt. Möglicherweise wird die CpCDPK1 durch N-Myristoylierung an Membranen gebunden, an die Oberfläche von Zoiten gebracht und sezerniert. Eine Rolle des Enzyms im Invasions- und Egressmechanismus des Parasiten wird diskutiert.

Le métabolisme des phénylpropanoïdes est un métabolisme secondaire spécifique au règne végétal. Il conduit, à partir de la phénylalanine, à la synthèse d'une grande variété de substances telles que les anthocyanes, les isoflavonoïdes, les stilbènes, des esters d'acides hydroxycinnamiques, ou encore à la lignine. Ces métabolites secondaires interviennent dans la pigmentation florale ou encore la protection des tissus végétaux contre divers stress biotiques et abiotiques. Quant à la lignine, elle assure rigidité aux parois cellulaires végétales et imperméabilité aux tissus conducteurs. La lignine est un polymère tridimensionnel constitué de trois unités monomériques qui possèdent le même squelette carboné phénylpropane mais diffèrent par leur degré de méthoxylation et d'hydroxylation. Une partie de mon travail de thèse a consisté à étudier la relation structure/fonction de la caféoyl-coenzyme A O-méthyltransférase (CCoAOMT) de N. tabacum, responsable de l'introduction de la première des deux fonctions méthyles. Des études bioinformatiques couplées à des approches de biochimie et de mutagenèse dirigée, nous ont permis de modéliser l'interaction de la CCoAOMT avec son substrat, le caféoyl-CoA. Trois acides aminés du site actif ont notamment été identifiés comme intervenant dans la reconnaissance spécifique de la chaîne latérale de CoA. J'ai également caractérisé, chez N. tabacum, une nouvelle acyltransférase à activité HydroxyCinnamoyl-CoA : shikimate/quinate hydroxycinnamoyl Transférase (HCT) impliquée dans le métabolisme des phénylpropanoïdes. Nous avons montré que l'enzyme HCT recombinante synthétisait, in vitro, les substrats de l'hydroxylation en position 3 du noyau aromatique. De plus, la répression de l'expression du gène HCT par le «VIGS» conduit à un ralentissement de la croissance des plantes, à une perturbation importante du pool d'acide chlorogénique, ainsi qu'à une diminution de la quantité et à une modification de la composition de la lignine synthétisée.