During embryonic development a variety of tissues and organs such as the lung, eye, and kidney are being formed. The generation of functional organs is regulated by reciprocal cell-cell interactions. Via the secretion of soluble molecules one type of cells affect the fate of their neighboring cells. A central issue in organogenesis is how a cell interprets such extrinsic signals and adopts a specific fate, and how the cell in response to this signal establishes reciprocal signaling. Transcription factors play a critical role in this process and my thesis focuses on the role of the LIM-homeodomain transcription factor, Lhx2, in the development of three different organ systems, the liver, the hematopoietic system and the olfactory system. The liver is formed from endoderm of the ventral foregut and mesenchyme of the septum transversum (st) and its development depends upon signaling interactions between these two tissues. As the liver becomes a distinct organ it is colonized by hematopoietic cells and serves as hematopoietic organ until birth. The fetal liver provides a microenvironment that supports the expansion of the entire hematopoietic system (HS) including the hematopoietic stem cells (HSCs). Liver development in Lhx2-/- embryos is disrupted leading to a lethal anemia due to insufficient support of hematopoiesis. To further investigate the role of Lhx2 in liver development I analyzed gene expression from the Lhx2 locus during liver development in wild-type and Lhx2-/- mice. Lhx2 is expressed in the liver associated st mesenchymal cells that become integrated in the liver and contribute to a subpopulation of hepatic stellate cells in adult liver. Lhx2 is not required for the formation of these mesenchymal cells, suggesting that the phenotype in Lhx2-/- livers is due to the presence of defective mesenchymal cells. The putative role of Lhx2 in the expansion of the HS was examined by introducing Lhx2 cDNA into embryonic stem cells differentiated in vitro. This approach allowed for the generation of immortalized multipotent hematopoietic progenitor cell (HPC) lines that share many characteristics with normal HSCs. The Lhx2-dependent generation of HSC-like cell lines suggests that Lhx2 plays a role in the maintenance and/or expansion of the HS. To isolate genes putatively linked to Lhx2 function, genes differentially expressed in the HPC lines were isolated using a cDNA subtraction approach. This allowed for the identification of a few genes putatively linked to Lhx2 function, as well as several stem cell-specific genes. The antagonist of Wnt signalling, Dickkopf-1 (Dkk-1), was identified in the former group of genes as it showed a similar expression pattern in the fetal liver, as that of Lhx2 and expression of Dkk-1 in fetal liver and in HPC lines appeared to be regulated by Lhx2. This suggests that Dkk-1 plays a role in liver development and/or HSC physiology during embryonic development. During development of the olfactory epithelium (OE) neuronal progenitors differentiate into mature olfactory sensory neurons (OSNs) that are individually specified into over a thousand different subpopulations, each expressing a unique odorant receptor (OR) gene. The expression of Lhx2 in olfactory neurons suggested a potential role for Lhx2 in the development of OSNs. To address this OE from Lhx2-/- and wild-type mice was compared. In the absence of functional Lhx2 neuronal differentiation was arrested prior to onset of OR expression. Lhx2 is thus required for the development of OSN progenitors into functional, individually specified OSNs. Thus, Lhx2 trigger a variety of cellular responses in different organ systems that play important roles in organ development in vivo and stem cell expansion in vitro.

Le Syndrome de Down, aneuploïdie la plus courante, a pour cause première la présence d'un chromosome 21 surnuméraire. L'établissement de cartes de corrélation génotypes/phénotypes chez les patients atteints du Syndrome de Down a permis de mettre en évidence la kinase DYRK1A, codée par le gène DYRK1A localisé dans la région DCR-1 du chromosome 21, comme candidat pouvant être impliqué dans l'apparition d'un retard mental. Comprendre le rôle et la régulation de DYRK1A est donc essentiel et pour cela, utiliser un test fiable de mesure d'activité de l'enzyme est indispensable. Nous avons développé une nouvelle méthode de dosage de l'activité kinase de DYRK1A utilisant la chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). Cette méthode s'est révélée très sensible et peu coûteuse. En utilisant cette nouvelle méthode, nous avons confirmé les principales données obtenues in vitro sur l'activité de DYRK1A. Nous avons également caractérisé le comportement d'inhibiteurs connus de DYRK1A (harmine) et confirmé les résultats rapportés dans la littérature. En collaboration avec l'équipe du Dr. Dodd nous avons criblé des dérivés hétérocycliques azotés de faible poids moléculaire, inhibiteurs potentiels de DYRK1A. Enfin, le test d'activité a été utilisé ex vivo sur des extraits de cerveau de souris. Nos résultats indiquent que cette nouvelle méthode de dosage d'activité kinase est spécifique, reproductible et rapide. Elle peut potentiellement s'appliquer à d'autres kinases, phosphatases et plus largement à d'autres enzymes catalysant une réaction de modification de protéines. La GnRH joue un rôle essentiel en régulant la sécrétion et la synthèse de LH et de FSH via des récepteurs spécifiques (GnRHR) exprimés à la surface des cellules gonadotropes hypophysaires. L'expression tissulaire spécifique du Gnrhr est contrôlée par une combinatoire bien définie de facteurs de transcription comportant trois acteurs majeurs, SF1, LHX3 et ISL1. Au contraire du Gnrhr, nous montrons que les séquences régulatrices d'Isl1 en amont du site d'initiation de transcription (TSS) sont insuffisantes pour diriger l'expression hypophysaire spécifique, suggérant l'existence de mécanismes additionnels. De fait, les régions régulatrices (ou promoteurs) ainsi que les "corps" des gènes sont altérés par des modifications épigénétiques. Les résultats, obtenus par immunoprécipitation de la chromatine, montrent que dans les lignées cellulaires exprimant Isl1, notamment les cellules gonadotropes, Isl1 est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys4 (H3K4Me3) au niveau du TSS, une marque d'histones corrélée avec les gènes actifs. En revanche, dans les lignées cellulaires où Isl1 est silencieux, il est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys27, marque liée à la répression des gènes. On observe cette même corrélation au niveau du TSS du Gnrhr. De plus, notre étude suggère que la méthylation de l'ADN, en amont de l'îlot CpG est inversement corrélée à l'activité de ce gène. Ces données suggèrent que les modifications épigénétiques sont essentiellement responsables de l'expression hypophysaire spécifique d'Isl1contrairement à l'expression du Gnrhr qui semble principalement dépendante de la présence de facteurs de transcription tissulaires spécifiques majeurs. Mots clefs : ISL1, récepteur du GnRH, antéhypophyse, régulation épigénétiques, modifications des histones, méthylation de l'ADN, protéine LIM à homéodomaine, cellules gonadotropes.

To produce a greener adhesive is always an issue of concern to the commercial market and global environment. The environmental request for producing greener and bio-based adhesives leads to an increased awareness of replacing fossil-based components in adhesives with bio-based alternatives. Consequently, many researchers try to graft polymers from natural materials and some achievements have been made. In this work, an improved procedure to graft vinyl acetate (VAc) from chitosan (CS) is proposed and significant improvements were made regarding the increased Tg and water resistance. The achieved monomer conversion of VAc was ~97 %, and it was confirmed that chitosan-graft-poly(vinyl acetate) (CS-g-PVAc) could be used as a wood adhesive. The adhesive exhibited competitive properties to commercial PVAc wood adhesive. In the produced CS-g-PVAc, ~17 % of the fossil-based content of VAc could be replaced with bio-based chitosan, indicating an increased sustainability. At the same time there is no residual monomer during pressing, which avoid to pollute environment and hurt human. Compared to commercial PVAc, which has Tg at ~28 ℃, the Tg of CS-g-PVAc is ~42 ℃ At the same time, the water resistance of PVAc adhesive was successfully increased.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Protein-protein interactions are an integral component of signal transduction pathways. The interactions are mediated by modular domains which are present within the structure of the signalling molecule. These domains include PDZ, SH2, SH3, WW, PTB and LIM domains. hPTP1E is a protein-tyrosine phosphatase which contains within its primary structure a region with homology to Band 4.1 proteins, five PDZ domains and a catalytic domain. While the function of this PTPase remains unknown, the structure of hPTP1E suggest it may recruit several proteins into a multiprotein complex. In order to understand the role of hPTP1E, the protein interactions within its signalling cascade were examined. hPTP1E interacts with ZRP-1 and GEF-5.1 via its second PDZ domain and tuberin via its fourth PDZ domain in the yeast two-hybrid system. In order to characterize these proteins and their interactions, antibodies were generated against ZRP-1 and GEF-5.1. The antibodies which detected the antigen expressed in bacteria were purified by affinity chromatography. The antibodies raised against ZRP-1 and hPTP1E detected proteins of appropriate molecular weights in total cell extracts. HPTP1E is ubiquitously expressed whereas ZRP-1 is restricted to HeLa and MCF-7 cells among the cells tested. Unfortunately, antibodies against GEF-5.1 did not detect a protein of the predicted molecular weight in any of the cell extracts. Immunoprecipitation of hPTP1E fi-om cells overexpressing regions of ZRP-1 and tuberin with a hemaglutinin tag demonstrated the presence of an interaction between the phosphatase and tuberin in vivo. However, ZRP-1 and hPTP1E did not interact under these experimental conditions. Confirmation of the yeast two-hybrid results provides further support for a possible role of hPTP1E in the regulation of endocytosis. Additional molecules involved in the signalling pathways involving hPTP1E were identified by interaction trap. In one study, the proline rich amino terminus of ZRP-1 interacted with several clones encoding a segment of hCDC47 and NtZRP-p33, a clone containing an SH3 domain. The significance of these findings is unknown. HCDC47 is a minichromosome maintenance protein wich regulate DNA replication. Further, a clone called KIAA0769 containing the sequence of NtZRP-p33 depicts the typical structure for a scaffolding protein. Another yeast-two hybrid cDNA library screening using the CDC25 homology domain of GEF-5.1 did not detect an interaction with any GTPase but with 14-3-3E. 14-3-3 proteins are regulatory molecules which interact with various types of proteins by means of a phosphorylated serine residue. Mutational analysis demonstrated that the interaction is dependent on the second serine residue within the consensus sequence RSLSQG found in GEF-5.1. The primary structure of the open reading frame of GEF-5.1 was analyzed using profilescan. The software predicted the presence of several domains including a cNMP binding domain, a LTE domain, a PDZ domain, a rasassociated domain and a CDC25 homology domain. A family of guanidine nucleotide exchange factors may exist as clones KIAA0313 and T14G10 have the same structure. These results indicate a role for GEF-5.1 in Ras signalling pathways. Further, its activity may be regulated by the binding of cNMP molecules and 14-3-3E. The identification of ZRP-1 and GEF-5.1 interacting proteins as well as the analysis of the primary structure of GEF-5.1 have provided additional information about the function of hPTP1E. This cytoplasmic phosphatase may be involved in the regulation of processes such as transcription, DNA replication and. Further, an interaction between tuberin and hPTP1E suggests a role for this PTPase in the regulation of endocytosis. / La phosphorylation des protéines est une modification post-traductionelle fréquemment employée pour moduler la transmission des signaux intracellulaires. Il est nécessaire qu'un équilibre du niveau de phosphorylation soit maintenu pour le fonctionnement normal de la cellule sinon des maladies comme le cancer peuvent apparaître. Les enzymes responsables de la phosphorylation des protéines sont les protéines kinases tandis que les protéines phosphatases enlèvent les groupements phosphate. Les résidus phosphorylés dans les protéines sont certains résidus sérines, thréonines et/ou tyrosines. Les différentes enzymes sont classées en deux familles selon leur spécificité. Les protéine-tyrosine phosphatases (PTPase) sont elles-même regroupées dans deux familles selon leur localisation intracellulaire: les PTPases de type récepteur et les phosphatases cytoplasmiques. La structure des phosphatases de type récepteur inclus un domaine extracellulaire, un domaine transmembranaire et un (ou deux) domaine(s) catalytique(s). Les PTPases cytoplasmiques contiennent un domaine catalytique unique et généralement un/ ou des domaine(s) responsable(s) de leur localisation intracellulaire ou impliqué(s) dans des interactions protéine-protéine. Dans notre laboratoire, une phosphatase cytoplasmique dénommée liPTP1E par nous (et PTPL1, PTPBAS, FAP par d'autres) a été isolée. En plus de son domaine catalytique, cette protéine-tyrosine phosphatase contient 1 domaine de type "Band 4.1" qui est impliqué dans la localisation de la protéine à la membrane cellulaire via une interaction avec le cytoskelette, et 5 domaines PDZ. Ces domaines PDZ sont en général impliqués dans les interactions protéineprotéine. Plusieurs études récentes ont tenté de définir la fonction de hPTP1E. Sato et ses collègues ont isolé hPTP1E lors d'un criblage d'une librairie d'ADNc en utilisant le système des deux-hybrides dans la levure avec la partie cytoplasmique du récepteur Fas, comme appât. Ils ont aussi démontré que hPTP1E peut inhiber l'effet apoptotique de Fas. L'apoptose des cellules cibles qui est induit par les lymphocytes T cytotoxiques utiliserait le système Fas. De plus, Fas pourrait être associé à des maladies auto-immunes. En plus, hPTP1E pourrait jouer un rôle dans l'apparition de cellules resistantes aux effets de Fas tel que retrouvées dans les sarcomes de Kaposi chez les sidéens. Malgré des données convaincantes, il reste quand même des doutes quant à l'importance de hPTP1E dans ces maladies. Ainsi une étude publiée n'a pu démontrer une interaction entre les homologues de Fas et hPTP1E chez la souris. Depuis d'autres groupes étudiant les interactions de hPTP1E ont découvert plusieurs protéines qui interagissent avec celle-ci. La première, PARG, est membre de la famille des Rho-GAP, des protéines impliquées dans l'activation des GTPases de type Rho. L'interaction aurait lieu avec le 4ième domaine PDZ de hPTP1E. De plus, le domaine LEVI de RIL interagirait avec hPTP1E via ses 2ième et 4ième domaines PDZ. La fonction biologique de ces interactions n'a toutefois pas été déterminée à ce jour. Pour caractériser la fonction biologique de hPTP1E, nous avons utilisé le système des deux-hybrides de la levure pour identifier des protéines qui interagiraient avec les domaines PDZ de hPTP1E. J'ai ainsi identifié deux protéines nommés ZRP-1 et GEF-5.1, qui se lient à hPTP1E. ZRP-1 possède une structure semblable à celle de zyxin.Ces deux dernières protéines contiennent une région amino-terminale riche en résidus proline et 3 domaines de type LEM à l'extrémité carboxyl terminale. GEF-5.1, d'autre part démontre une homologie marquée aux GEFs de la famille CDC25 impliquées dans l'activation des GTPases de la famille Ras. Des anticorps ont été générés contre ZRP-1, GEF-5.1 et hPTP1E afin de fournir les outils nécessaires pour mieux caractériser ces différentes protéines. Ainsi, j'ai exprimé et purifié le troisième domaine LIM de ZRP-1 ainsi que le domaine PDZ de GEF-5.1, sous forme de protéines de fusion avec la glutathioneS-transferase (GST). Ces protéines ont servis d'antigène pour générer des anticorps chez le lapin. Des anticorps dirigés contre le deuxième domaine PDZ de hPTP1E étaient déja disponibles dans le laboratoire. Ces anticorps ont été purifiés sur une colonne d'affinité GST. Les anticorps anti-ZRP-1 et anti-hPTP1E détectent tous les deux des protéines du poids moléculaire attendu. HPTP1E est exprimé d'une facon ubiquitaire tandis que l'expression de ZRP-1 est plus restrainte parmi les cellules testées. Toutefois, les immunoglobulines dirigées contre GEF-5.1 ne détectent aucune protéine du poids moléculaire attendu dans un extrait cellulaire brut. Parallèlement, d'autres membres du laboratoire ont démontré une interaction entre la tuberine, le produit du gène TSC2, un oncogène impliqué dans la sclérose tubéreuse, et le quatrième domaine PDZ de hPTP1E. Afin de caractériser ces interactions in vivo, des immunoprécipitations de hPTP1E à partir de cellules dans lesquelles une région de ZRP-1 et/ou de la tuberine étaient surexprimé ont été conduites. Sous les conditions expérimentales utilisées, ZRP-1 n'a pas co-immunoprécipité avec hPTP1E. Cependant une interaction avec la tuberine a été détectée utilisant cette stratégie suggérant que HPTP1E pourrait jouer un rôle dans la modulation de l'endocytose. La structure de ZRP-1 inclus un domaine riche en proline qui n'est pas nécessaire pour son interaction avec hPTP1E mais qui pourrait interagir avec d'autres protéines en particulier avec des protéines contenant un/ ou des domaine(s) SH3. La moitié amino-terminale de ce domaine a été utilisé pour cribler une librairie d'ADNc par le système des deux-hybrides. Un clone appelé NtZRP-p33 contenant un domaine SH3 a été identifié. La conséquence biologique de cette interaction reste toutefois a être déterminée. Cependant, NtZRP-p33 possède une structure suggérant son implication dans la signalisation intracellulaire. Un deuxième criblage de la librairie d'ADNc a été initié pour caractériser les protéines impliquées dans le mécanisme de signalisation de hPTP1E. En utilisant le domaine de GEF-5.1 homologue à CDC25, des clones correspondants à la protéine 14-3-3 ont été isolés. Les protéines 14-3-3 forment une famille de protéines qui régularisent la fonction de plusieurs protéines. Leurs interactions se font via un residu sérine qui est phosphorylé. Des mutations du domaine catalytique ont démontré que l'interaction entre 14-3-3s et GEF-5.1 est dépendante du deuxième sérine de la séquence RSLSQG qui se retrouve immédiatement du coté carboxyl terminale du domaine GEF de la protéine GEF-5.1. Ces résultats suggèrent que l'activité de GEF-5.1 pourrait être modulée par la 14-3-38. En conclusion, les résultats expérimentaux présentés dans ce mémoire indique un rôle potentiel de hPTP1E dans plusieurs fonctions cellulaires. En s'associant à la tuberine, hPTP1E pourrait régulariser l'endocytose. Aussi, cette PTPase pourrait être impliquer dans le cycle cellulaire. Ras étant un activateur de la mitose, HPTP1E pourrait moduler l'activité de Ras par voie de GEF-5.1. Ainsi, hPTP1E pourrait agir comme proto-oncogène ou un gène suppresseur des tumeurs. Zyxin est une protéine qui se retrouve près des sites membranaires en association avec le cytoskelette. Puisque la structure de ZRP-1 et zyxin est semblable, ce dernier sert de modèle pour la fonction de ZRP-1. En collaboration avec hPTP1E, ces deux protéines pourrait régulariser la structure du cytoskelette.

No / The Lhx2 transcription factor plays essential roles in morphogenesis and patterning of ectodermal derivatives as well as in controlling stem cell activity. Here, we show that during murine skin morphogenesis, Lhx2 is expressed in the hair follicle (HF) buds, whereas in postnatal telogen HFs Lhx2(+) cells reside in the stem cell-enriched epithelial compartments (bulge, secondary hair germ) and co-express selected stem cell markers (Sox9, Tcf4 and Lgr5). Remarkably, Lhx2(+) cells represent the vast majority of cells in the bulge and secondary hair germ that proliferate in response to skin injury. This is functionally important, as wound re-epithelization is significantly retarded in heterozygous Lhx2 knockout (+/-) mice, whereas anagen onset in the HFs located closely to the wound is accelerated compared with wild-type mice. Cell proliferation in the bulge and the number of Sox9(+) and Tcf4(+) cells in the HFs closely adjacent to the wound in Lhx2(+/-) mice are decreased in comparison with wild-type controls, whereas expression of Lgr5 and cell proliferation in the secondary hair germ are increased. Furthermore, acceleration of wound-induced anagen development in Lhx2(+/-) mice is inhibited by administration of Lgr5 siRNA. Finally, Chip-on-chip/ChIP-qPCR and reporter assay analyses identified Sox9, Tcf4 and Lgr5 as direct Lhx2 targets in keratinocytes. These data strongly suggest that Lhx2 positively regulates Sox9 and Tcf4 in the bulge cells, and promotes wound re-epithelization, whereas it simultaneously negatively regulates Lgr5 in the secondary hair germ and inhibits HF cycling. Thus, Lhx2 operates as an important regulator of epithelial stem cell activity in the skin response to injury.