L'exposition au cadmium (Cd) représente un facteur de risque pour la perte osseuse et le développement de l'ostéoporose. Jusqu'à récemment, les études portaient principalement sur les effets toxiques indirects du Cd sur l'os via un dysfonctionnement rénal et une perturbation du métabolisme du calcium (Ca). Des données récentes révèlent toutefois qu'une faible exposition chronique au Cd sans effet néphrotoxique entraîne des dommages directs aux os. Le premier objectif de cette étude visait à évaluer dans quelle mesure le Cd est accumulé dans les ostéoblastes et à déterminer sa cytotoxicité. Pour ce faire, nous avons mesuré l'accumulation cellulaire de 109Cd ainsi que la viabilité cellulaire par l'essai MTT. De plus afin de tenter d'identifier les voies d'entrée cellulaire du Cd, nous avons utilisé certains bloqueurs (nifédipine, vérapamil, 2-APB, SKF26365 et capsazépine) et activateurs (Bay-K8644, icilin et thapsigargine) de canaux. Le second objectif était de mieux comprendre comment la cellule ostéoblastique se protège contre les effets toxiques du Cd. Pour y répondre, nous avons étudié l'expression de certains gènes reconnus pour être impliqués dans la protection cellulaire par une technique de RT-PCR. Après avoir exposé les cellules MG-63 au Cd pendant 24h, nous avons obtenu une valeur de CL50 de 15,5 ± 1,1 µM. Nos résultats ont également montré la présence de transport spécifique permettant l'entrée de Cd dans les ostéoblastes MG-63. La spéciation du Cd est déterminante pour son entrée. Nous avons observé une accumulation cellulaire sous forme de Cd2+ et possiblement sous forme de CdCln*2-n. L'observation d'une inhibition de l'entrée de Cd par le Ca nous a mené à étudier les canaux calciques comme voies d'entrée du Cd. Afin de déterminer si les canaux calciques voltage-dépendants (VDCC) constituent une voie d'entrée du Cd dans les ostéoblastes humains, les cellules MG-63 ont été exposées à 0,5 µM 109Cd durant 3 minutes dans différents milieux inorganiques. Le milieu nitrate (dans lequel 80% du Cd total dissous est présent sous forme de Cd2+) favorise l'entrée de Cd par rapport au milieu chlorure (dans lequel 14% du Cd total dissous est présent sous forme de Cd2+), suggérant que le Cd peut pénétrer la cellule sous forme Cd2+. Lorsque la concentration en potassium (K) du milieu d'exposition est augmentée afin d'activer les VDCC, aucune augmentation de l'entrée de Cd n'est observée. L'utilisation de nifédipine et de vérapamil, deux bloqueurs de VDCC, n'a aucun effet sur l'entrée du Cd. Nos résultats n'indiquent donc aucune implication des VDCC dans l'entrée de Cd dans les ostéoblastes MG-63. Les résultats de transport membranaires concordent avec les essais MTT qui montrent l'absence d'effet de la nifédipine, du vérapamil et du Bay-K8644 sur la cytotoxicité du Cd. Les canaux TRPC ne semblent pas non plus être impliqués dans l'entrée de Cd tel que démontré par l'absence d'effet de la thapsigargine sur le transport de Cd utilisée seule ou combinée au SKF96365. Aussi, le SKF96365 ne semble pas modifier les résultats de MTT. L'effet protecteur du 2APB et de la capsazépine observé lors d'essais MTT suggère la participation respective des canaux TRPM7 et TRPM8 dans l'entrée de Cd. De plus, nous avons observé une différence dans la cytotoxicité du Cd (CL50 variant jusqu'à 3 fois) dans les lignées ostéoblastiques humaines MG-63, SaOS-2 et U2OS (respectivement 16 ± 2,30 ± 6 et 55 ± 4 µM). Nos résultats n'indiquent aucune différence dans les niveaux d'accumulation de Cd entre les trois lignées. Nous proposons donc l'hypothèse voulant qu'il existe des différences au niveau des mécanismes de gestion du Cd intracellulaire. Nos résultats préliminaires obtenus par RT-PCR montrent que chacune des lignées expriment les ARNm de MTs et de HSP70. Il est donc possible que l'induction de MTs et de HSP70 diffère entre les lignées cellulaires. En conclusion, le Cd entre dans les ostéoblastes MG-63 de façon spécifique en empruntant une ou des voies calciques, dont possiblement les canaux TRPM7 et TRPM8. Il est possible que la cytotoxicité qui s'en suit contribue aux déséquilibres oméostatiques observés aux niveaux des os. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cadmium, calcium, spéciation, ostéoblastes, os, cellules MG-63, cellules SaOS-2, cellules U2OS

Les maladies pulmonaires graves touchent plus de 3 millions de Canadiens, indépendamment de leur âge ou de leur sexe. Parmi ces maladies, nous retrouvons l'asthme, la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), le cancer du poumon et la fibrose kystique. Ces dernières peuvent être déclenchées par la présence chronique d'un stress oxydatif et par conséquent, elles font partie des pathologies associées à une exposition à l'acroléine. On retrouve l'acroléine dans notre alimentation et dans les produits de combustion organique. L'acroléine, un aldéhyde alpha,beta-insaturé très réactif, est également une des substances toxiques qui résulte de la peroxydation des lipides endogènes, lors d'un stress oxydatif. Notre laboratoire a évalué les mécanismes toxiques de l'acroléine induits in vitro, en utilisant la lignée cellulaire A549. Le choix de ce modèle cellulaire pour l'étude provient du fait qu'elles sont des cellules humaines, d'origine pulmonaire, soit le premier organe ciblé par une exposition à l'acroléine. Cette étude vise donc à comprendre les mécanismes impliqués dans l'induction de la mort cellulaire par apoptose: 1) la voie des récepteurs de mort, 2) la voie du « cross-talk » et 3) la voie mitochondriale induites par l'acroléine. L'exposition des cellules A549 à des doses d'acroléine de 0 à 50 µM a activé la voie des récepteurs de mort. L'acroléine a causé une augmentation d'expression du ligand FasL (FasL) et a induit la translocation de la protéine associée au domaine de mort de Fas (FADD) et du récepteur de protéine (RlP) à la membrane cytoplasmique, en plus de l'activation des caspases initiatrices 2 et 8. Par ailleurs, cette exposition a causé une augmentation du domaine interagissant par BH3 tronqué (tBid) à la mitochondrie. Il semble que l'acroléine peut déclencher la voie du « cross-talk » par l'activation des caspases-2 et -8, qui clivent la protéine Bid en tBid. Pour ce qui est de la voie mitochondriale, l'acroléine a causé une hyperpolarisation de la membrane mitochondriale et une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). Notre étude a aussi démontré que l'acroléine a induit l'activation de p53, la translocation de la protéine X associée à Bcl-2 (Bax) à la mitochondrie, le relâchement du cytochrome c dans le cytosol, l'activation de la caspase initiatrice 9 et la translocation du facteur inducteur d'apoptose (AlF) au noyau. De plus, l'inhibition des ROS générées par l'acroléine grâce à l'antioxydant PEG-catalase, a empêché l'augmentation de l'expression totale du FasL, l'hyperpolarisation de la membrane mitochondriale ainsi que l'activation des caspases -3 et -8. Par conséquent, les ROS sont préalablement requises pour que l'acroléine induise l'apoptose par la voie des récepteurs de mort et par la voie mitochondriale, chez les cellules A549. En conclusion, l'acroléine peut induire les trois voies apoptotiques étudiées chez ces cellules. L'acroléine provoque l'exécution de l'apoptose via l'activation des caspases effectrices -3, -6 et -7, l'externalisation de la phosphatidylsérine, la condensation de la chromatine et le clivage de la polyADP-ribose polymérase (PARP). Par contre, l'acroléine induit aussi certains mécanismes de survie cellulaire comme l'augmentation de la phosphorylation d'AKT, de Bad et de l'expression des clAP 1/2. Même si les protéines antiapoptotiques sont activées, l'acroléine peut encore induire la mort cellulaire par apoptose chez les cellules A549. Ces recherches sont pertinentes dans plusieurs contextes de toxicité à l'acroléine tels que l'action pharmacologique et/ou les effets secondaires de la cyclophosphamide, un agent anticancéreux où l'acroléine est l'un de ses métabolites, la régulation de la prolifération cellulaire et de la croissance tumorale par les polyamines, la maladie d'Alzheimer, ainsi que la toxicité causée par les expositions environnementales à de faibles doses d'acroléine. Cependant, il est important de poursuivre les recherches pour améliorer nos connaissances sur les mécanismes de toxicité de cet aldéhyde, considérant l'étendue de l'exposition des humains à l'acroléine. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acroléine, Apoptose, Caspase, Mitochondrie, Récepteurs de mort.

Ce travail décrit une étude quantitative de plusieurs systèmes de reconnaissance biomoléculaire impliquant des interactions multivalentes.<br />Deux chapitres sont axés sur l'utilisation de plateformes supramoléculaires cyclodécapeptidiques appelées RAFT (Regioselectively Adressable Functionnalized Template) permettant la présentation multiple de ligand saccharidique ou cyclopeptidique. Une étude cinétique et thermodynamique des interactions entre les ligands RAFT-saccharide et une lectine modèle, la concanavaline A, a permis de démontrer que deux mécanismes moléculaires sont à l'origine de la meilleure affinité des RAFT multivalents par rapport à leurs homologues monovalents : d'une part un effet de « proximité-statistique » dû à la concentration locale élevée en motif sucre et d'autre part la capacité des RAFT multivalents à se lier à plusieurs lectines selon un effet « cluster ». Des études préliminaires ont également concerné l'analyse de l'interaction entre RAFT-RGD et des récepteurs cellulaires.<br />Dans un dernier chapitre, nous avons démontré, pour la première fois, la formation de films multicouches grâce à des interactions de type hôte-invité entre deux biopolymères de chitosane, l'un fonctionnalisés par des cavités Β-cyclodextrine et l'autre par des entités adamantane. Bien que la stabilité de l'assemblage soit assurée par des interactions de complexation multivalentes, la croissance de l'assemblage, quant à elle, dépend de la disponibilité des sites de complexation offerts par chacune des couches. De plus, les deux polymères chargés positivement confèrent à l'assemblage des propriétés de gonflement-dégonflement en réponse à des variations de force ionique et pH.