Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La mitochondrie est un centre de régulation métabolique à la fois intégrateur de signaux (visant à ajuster son fonctionnement selon les besoins énergétiques cellulaires) et initiateur de voies rétrogrades (permettant une réponse cellulaire à des changements d'états fonctionneles de la mitochondrie). Ce travail s'intéresse plus particulièrement au métabolisme oxydatif mitochondrial et aux voies de signalisation activées, dans les cellules HepG2, lors de deux situations de stress énergétique : le découplage mitochondrial constitue un signal conduisant les cellules à développer leur métabolisme oxydatif sans modifier la glycolyse (notamment par activation de la transcription de gènes codant pour des protéines mitochondriales). La mitochondrie est également une des cibles du traitement par glucocorticoïdes, ces hormones induisant à la fois des effets à court terme et à long terme. les effets rapides (modification de l'activité des complexes I, II et III de la chaîne respiratoire mitochondriale) sont non génomiques et impliquent la fixation de la dexamethasone sur un récepteur membranaire. Ces effets sont médiés par l'activation calcium-dépendante de la protéine p38MAPK. Les effets à long terme (augmentation de la capacité de la chaîne respiratoire) sont transcriptionnels et nécessitent le recrutement du récepteur intracellulaire classique aux glucocorticoïdes. Les modifications du fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale par les glucocorticoïdes sont induites par le recrutement graduel de différents sites de liaison aux glucocorticîdes (membranaire et intracellulaire).

Dans cette thèse, nous avons abordé l'étude du fonctionnement de Ccc2, l'ATPase à cuivre de S. Cerevisiae sous deux aspects. Le premier, cellulaire, concerne une étude de sa localisation et de sa fonction; le second, biochimique, est une étude du mécanisme du transport du cuivre par l'ATPase. L'étude de la distribution intra-cellulaire de Ccc2 montre que l'ATPase n'est pas confinée dans l'appareil de Golgi, mais qu'elle est distribuée dans tous les compartiments de la voie sécrétoire, ainsi qu'à la membrane de la vacuole. Cette dernière localisation, qui n'avait jamais été décrite, nous a permis de montrer la participation de Ccc2 à l'accumulation de cuivre dans la vacuole. Il s'agit du premier transporteur actif découvert pour cette fonction. D'autre part, l'étude biochimique nous a permis de mettre en évidence la fixation de deux cuivres dans le domaine nucléotidique isolé. Deux acides aminés importants pour cette liaison du cuivre ont été identifiés, les cystéines 708 et 718. Reste à découvrir le rôle de ces sites dans le transport du cuivre par Ccc2.

Les interférons (IFNs) de type I sont des cytokines qui jouent un rôle capital dans les défenses immunes, antivirales et antiprolifératives de l'organisme. En se liant à leur récepteur de surface, composé des deux sous-unités IFNAR1 et IFNAR2, ils induisent la cascade de signalisation JAK/STAT qui aboutit à leur effets biologiques. L'objectif de ma thèse était d'identifier des mécanismes de régulation de la signalisation des IFNs. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la palmitoylation du récepteur de l'IFN de type I, une modification lipidique souvent impliquée dans le trafic et la signalisation des protéines. Par marquage métabolique au palmitate tritié, nous avons montré qu'IFNAR1 et IFNAR2 sont palmitoylées. Le domaine cytoplasmique d'IFNAR1 contient deux cystéines, Cys463 et Cys502, qui sont des sites potentiels de palmitoylation. A l'aide de mutants sur chacune de ces cystéines, nous avons montré qu'IFNAR1 est palmitoylée uniquement sur sa cystéine la plus proche de la membrane plasmique, la Cys463. Un mutant non palmitoylé dans lequel cette cystéine a été remplacée par une alanine nous a permis de constater que la palmitoylation d'IFNAR1 n'est pas impliquée dans son trafic intracellulaire, dans son endocytose ni dans sa stabilité, mais qu'en revanche elle joue un rôle crucial dans l'activation de la voie de signalisation JAK/STAT. De façon concordante, la palmitoylation d'IFNAR1 est requise pour l'activation transcriptionnelle des gènes induits spécifiquement par l'IFN-a. Par contre, un défaut de palmitoylation n'influence nullement l'activité antiproliférative de l'IFN-a, en dépit du rôle de cette modification dans la signalisation.

Les microsporidies, parasites intracellulaires obligatoires, forment des spores délimitées par une paroi épaisse, qui renferment un appareil invasif original, le tube polaire à l'origine du transfert du matériel infectieux dans une cellule hôte. PTP1 et PTP2, protéines du tube polaire ont été décrites au sein du genre Encephalitozoon. Pour améliorer nos connaissances sur la composition du tube polaire, de nouvelles PTP ont été recherchées. L'identification des protéines PTP1 et PTP2 chez Antonospora locustae a été facilitée par la conservation de l'organisation des gènes (synténie) entre E. cuniculi et A. locustae. L'analyse du protéome d'E. cuniculi a permis d'identifier deux nouvelles PTP conservées chez A. locustae. Des études de co-expression chez E. coli ont montré des interactions entre PTP1 et PTP2. Chez E. hellem, les séquences complètes de 2 protéines localisées au niveau de l'exospore ont été caractérisées. Enfin, des essais de transfection d'E. cuniculi ont été réalisés

Diverses études épidémiologiques ont mis en évidence une relation étroite entre pollution urbaine au monoxyde de carbone (CO) et mortalité cardiovasculaire. Récemment il a été mis en évidence, chez le rat, qu'une exposition prolongée à ce polluant urbain avait pour conséquence le développement d'un phénotype cellulaire pathologique, pouvant influencer la vulnérabilité du coeur à un stress aigu. L'objectif de nos travaux était donc i) d'évaluer l'impact de la pollution au CO, sur la sensibilité du myocarde de rats au syndrome d'ischémie-reperfusion (IR) ; et ii) d'évaluer les effets potentiellement cardioprotecteurs d'un exercice pratiqué régulièrement à intensité modérée, sur le remodelage phénotypique cellulaire myocardique. Pour cela, 187 rats Wistar ont été séparés en 3 groupes : des rats contrôles, des rats exposés pendant 4 semaines au CO (30-100 ppm), et des rats entraînés en endurance avant d'être exposés au CO. La sensibilité à l'IR était évaluée par ischémie régionale réalisée sur modèle de coeur isolé perfusé de Langendorff. La fonction et les mouvements calciques de cardiomyocytes isolés était évalués en condition basale et consécutivement à un protocole d'anoxie-réoxygénation. Les résultats de ce travail confirment l'apparition d'un phénotype pathologique chez les rats exposés de façon prolongée au CO. Ce phénotype pathologique caractérisé dans notre travail par une altération de l'homéostasie calcique et du statut redox cellulaire ainsi qu'une expression tissulaire de iNOS apparait comme à l'origine de la plus grande vulnérabilité du coeur à un stress d'IR. Un autre résultat majeur de ce travail est qu'une stratégie de cardioprotection par un exercice d'intensité modérée pratiqué de manière régulière, permet de prévenir le remodelage pathologique cardiomyocytaire et ainsi l'augmentation de la sensibilité du myocarde à l'IR

Les canaux potassiques forment la classe de canaux ioniques dont la diversité structurale et fonctionnelle est la plus grande. Trois grandes familles de canaux potassiques ont été identifiées, dont celle des canaux potassiques à deux domaines P, qui compte 15 membres. Ces canaux génèrent des courants « de fond », qui sont impliqués dans la régulation de l'excitabilité cellulaire et en particulier les épilepsies, l'anesthésie, la neuroprotection ou encore la dépression. Une étude approfondie des mécanismes régulant leur activité est nécessaire pour comprendre leurs rôles. Nous avons étudié l'environnement protéique du canal TREK1 et nous avons montré l'existence d'une interaction entre le canal et une protéine cytosolique associée aux microtubules Mtap2. Cette association augmente l'expression du canal à la membrane plasmique sans en modifier les paramètres biophysiques. Cette protéine est la seconde protéine associée à TREK1 décrite. Toutes deux sont capables de se fixer simultanément sur le canal et d'additionner leurs effets plaçant ainsi le canal au cœur d'un complexe multiprotéique. Ces résultats montrent combien l'environnement protéique des canaux est important pour leur activité. Nous avons aussi montré que le canal TWIK1 est localisé dans un compartiment subapical proche de la membrane plasmique. Il est en fait inséré dans la membrane puis très vite internalisé et envoyé dans les endosomes de recyclage. La sortie de ce compartiment et l'insertion à la membrane plasmique est déclenchée par l'activation de récepteurs couplés à la protéine Gi. Cette activation serait le signal physiologique permettant d'accroitre la quantité de canaux TWIK1 à la membrane plasmique.

Les tubes de membrane sont omniprésents dans les cellules vivantes eucaryotes. Ce sont des structures très dynamiques qui permettent en particulier la communication entre les différents compartiments de la cellule. Pour comprendre les mécanismes impliqués dans le trafic intracellulaire, il paraît essentiel d'isoler le rôle des différents constituants impliques. Dans ce but, un système minimal qui permet de mimer in vitro les différentes étapes d'extraction, de croissance et d'arrêt des tubes de membrane avec des éléments purifies ou artificiels (kinesines, microtubules, vésicules géantes unilamellaires) a été utilise. La comparaison des résultats expérimentaux avec ceux obtenus par une analyse théorique du système a ainsi permis de caractériser de fa¸con complète ces différentes étapes. Nous avons notamment montre l'existence d'un seuil de formation de tubes qui dépend essentiellement de deux paramètres non locaux supramoléculaires : la tension de membrane et la quantité de kin'esines 'a la surface des vésicules. Lorsque le tube est forme, nous avons évalue le nombre de moteurs qui le tirent et montre qu'ils s'accumulent de fa¸con dynamique au bout du tube. De la mesure de la longueur caractéristique d'accumulation, nous avons déduit un paramètre moléculaire : le taux d'attachement des kin'esines sur un microtubule dans une géométrie proche de celle observée in vivo. Enfin, nous avons mis en évidence un phénomène d'oscillations liées au comportement collectif de moteurs processifs pour des tubes très longs. Ce système, bien que simplifie, permet d'apporter une nouvelle approche du trafic intracellulaire, en proposant des mécanismes physiques qui sont souvent masques, dans les cellules, par des mécanismes mol'eculaires.

Depuis leur radiation après le Carbonifère, il y a 325 millions d'années, les insectes ont colonisé la majorité des milieux terrestres. Ce grand pouvoir colonisateur est en partie dû à leur association avec des bactéries symbiotiques intracellulaires, nommés endosymbiotes. Ces derniers complémentent le régime alimentaire de l'insecte et lui permettent de survivre sur des milieux nutritionnellement pauvres ou déséquilibrés. Les endosymbiotes sont transmis maternellement, ce qui assure la pérennité de l'association au cours des générations. Ils sont maintenus dans des cellules spécialisées, les bactériocytes, qui forment à leur tour un organe, le bactériome. L'étude des spécificités moléculaires et cellulaires des bactériocytes est un enjeu majeur dans la compréhension des mécanismes de régulation des endosymbiotes. Toutefois, la caractérisation de ces spécificités reste peu élucidée. Afin d'approcher les spécificités moléculaire, cellulaire et immunitaire du bactériome, ainsi que la réponse immunitaire systémique du charançon dirigée contre un pathogène, nous avons construit et séquencé 7 banques d'ADNc provenant du charançon des céréales : Sitophilus oryzae (Coléoptère, Curculionide). L'analyse in silico des banques, appuyée par une étude transcriptomique, a montré que le bactériome présente une forte expression de gènes impliqués dans la survie et le développement cellulaire, et dans le trafic vésiculaire. Le bactériome présente aussi une réponse immunitaire spécifique et modulée, puisqu'à l'exception d'un peptide antimicrobien, la coléoptéricine-A, les effecteurs de l'immunité ne sont pas (ou peu) exprimés. Par ailleurs, nous avons montré que la réponse immunitaire des larves de charançon aux infections bactériennes serait modulée en présence des endosymbiotes. Le deuxième volet de cette thèse s'est focalisé sur le stade adulte du charançon, chez qui les bactéries symbiotiques sont hébergées dans des bactériomes situés à l'apex des caeca mésentériques qui tapissent l'intestin moyen de l'insecte. Cette association est éphémère chez l'adulte qui perd ses endosymbiotes 15 jours après la mue imaginale. Nous avons recherché les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de cette élimination, ainsi que les causes écophysiologiques et évolutives sous-jacentes. Par des approches histologiques et transcriptomiques, nous avons démontré que l'élimination des symbiotes est la conséquence de l'activation simultanée de l'apoptose et de l'autophagie. Par ailleurs, nous avons montré que l'élimination du symbiote survient après la formation ultime de la cuticule par l'insecte adulte, et que cette élimination symbiotique était corrélée à une diminution des besoins nutritionnels de l'insecte, notamment en acides aminés aromatiques.

L'activité constitutive est une propriété pharmacologique que possèdent de nombreuxrécepteurs couplés aux protéines G. Cependant, son rôle biologique reste largement inconnu.Nous avons étudié les relations entre la pharmacologie et le trafic intracellulaire du récepteurcannabinoïque CB1, un récepteur abondamment exprimé dans le cerveau qui possède uneactivité constitutive avérée. Exprimé dans les cellules HEK-293, l'activité constitutive durécepteur CB1 provoque un cycle continu d'endocytose et de recyclage du récepteur entre lamembrane plasmique et les endosomes intracellulaires : à l'équilibre, le récepteur CB1 estmajoritairement présent dans les endosomes. Le cycle fait intervenir une endocytose par puitsrecouverts de clathrine et un trafic intracellulaire dépendant de Rab5 et de Rab4, mais pas deRab11. Dans les neurones d'hippocampe en culture, ce cycle d'endocytose/recyclage durécepteur CB1 est limité au compartiment somatodendritique, et le récepteur est stable à lasurface de l'axone. Ce cycle dépend de l'activité constitutive du récepteur CB1 etl'endocytose sélective du récepteur dirige l'établissement de l'expression axonale durécepteur CB1 à la surface du neurone.