flasque, est produite par des bactéries anaérobies du genre Clostridium. Les BoNTs, classifiées en 7 types (A à G), forment divers complexes avec des protéines non toxiques, dont le composant non toxique non hémagglutinant (NTNH) et les hémagglutinines (HAs). Les gènes sont organisés, au sein du locus botulique, selon deux opérons divergents, ntnhbont/ A et ha34-ha17-ha70 pour le type A, dont l'expression est positivement régulée par le facteur sigma alternatif BotR. Un pic d'expression synchrone de tous les gènes du locus de type A est mesuré par RT-PCR en temps réel lors de la transition entre les phases exponentielle et stationnaire de croissance, en parallèle avec l'augmentation du titre en toxine du surnageant de culture. Dans un modèle d'épithélium intestinal, BoNT/A purifiée est transcytosée après liaison via le domaine Hc/A à des récepteurs apicaux comprenant des gangliosides et des protéines potentiellement apparentées à SV2. L'intensité de liaison et l'efficacité de transport de la toxine sont supérieures dans les cellules intestinales de type crypte plutôt qu'entérocyte. Injectés dans la lumière d'une anse iléale ligaturée, BoNT/A inhibe les contractions des muscles lisses et le domaine Hc/A fluorescent progresse de la muqueuse, via certaines cellules des cryptes, vers la sous-muqueuse et la musculeuse où il cible certaines terminaisons nerveuses, majoritairement cholinergiques. Hc/A entre par des voies distinctes dans les cellules neuronales (voie clathrine dépendante de la dynamine) et les cellules intestinales (voie non-clathrine, dépendante de Cdc42 et de la dynamine).

Rhodopseudomonas palustris est une bactérie pourpre photosynthétique dont le génome, entièrement séquencé, a révélé avec surprise la présence de 6 gènes codant des bactériophytochromes. L'un d'entre eux (RpBphP1) joue un rôle primordial et inhabituel dans la synthèse du photosystème. Chez cette bactérie, trois autres bactériophytochromes (RpBphP2, 3 et 4) sont localisés à proximité d'opérons pucBA codant les polypeptides des antennes collectrices de lumière associées au photosystème. Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à étudier les rôles, les propriétés et les mécanismes d'action de ces 3 bactériophytochromes. Il a pu être ainsi montré que les 2 bactériophytochromes RpBphP2 et 3 agissent de concert dans le contrôle des antennes de types LH4. Cette voie de régulation implique l'action de 3 autres réponses-régulateurs dont la protéine Rpa3018 sensible au potentiel redox. Cette étude a également révélé que, chez certaines souches de Rps. palustris, la protéine RpBphP4 a perdu sa sensibilité à la lumière mais a acquis en contrepartie une sensibilité au potentiel redox tout en conservant sa capacité à réguler l'expression des antennes de type LH2 via un système à 2 composants. Dans un second temps, l'analyse de la séquence du génome de deux Bradyrhizobium photosynthétiques (ORS278 et BTAi1) a révélé que chaque souche possède un bactériophytochrome spécifique sûrement acquis par transfert horizontal. Les études menées sur ces différents bactériophytochromes ont mis en exergue la diversité de cette famille de senseurs de lumière ainsi que la complexité des voies de signalisation qu'ils initient.

L’avancement des connaissances sur la biologie de l’ARN progresse à un rythme effréné. En effet, les découvertes des dernières années ont confirmé l’importance de l’ARN comme régulateur. Par exemple, de courtes molécules d’ARN, appelées sRNA (small RNA), ont été identifiées comme régulateurs post-transcriptionnels majeurs, capables de moduler l’expression des ARN messagers (ARNm) chez les procaryotes. Généralement, le mode d’action de ces sRNA consiste à s’attacher de manière anti-sens à leurs ARNm cibles, au site de la liaison du ribosome située dans la région 5′ non traduite de l’ARNm. L’inhibition de la traduction par le sRNA conduit, dans la majorité des cas, à la dégradation rapide de l’ARNm. Dans le cadre de mes travaux de recherche, j’ai participé à modéliser, à partir de données biologiques, certains mécanismes de régulation de cibles ARNm. Plus précisément, deux des sRNA, parmi les mieux caractérisés chez E. coli, soient RyhB et Spot42, ont été analysés. Cette étude a montré qu’un sRNA peut réguler ses cibles selon différents régimes (efficace ou modéré) en fonction du mode de régulation priorisé par le sRNA, et ce, indépendamment de son abondance relative. Ces résultats permettront d’améliorer notre compréhension et notre capacité à prédire l’efficacité d’un sRNA à réguler ses cibles ARNm. Par des recherches subséquentes, il m’a été possible de démontrer que l'expression de l’ARNm encodant pour la protéine aconitase B était régulée de manière antagoniste à la fois par le sRNA RyhB et par la protéine aconitase B et ce, dans une condition de carence en fer. Par la suite, j’ai pu mettre en évidence un deuxième mécanisme de régulation similaire pour l’ARNm grxD, encodant pour la glutharédoxine D. Jusqu'à ce jour, le sRNA RyhB démontrait une efficacité infaillible pour dégrader ses ARNm cibles. Les résultats obtenus durant ce projet démontrent sans équivoque une nouvelle voie de protection permettant à l’ARNm d'éviter la dégradation par un petit ARN régulateur. Ce mécanisme de protection de l'ARNm ouvre la porte à un tout nouveau processus cellulaire de régulation post-transcriptionnelle qui s'étend sûrement à un groupe plus important d’ARN.

Gene regulation allows cells to control their metabolism, growth, division and adaptation to environmental changes. Every step of the genetic information transmission chain is regulated. One of the targets of gene regulation is the mRNA that acts as an intermediate between DNA and proteins. Regulation of the mRNA can happen at the level of its synthesis, processing and degradation. The RNase III of Saccharomyces cerevisiae , Rnt1p, is a nuclear enzyme implicated in the processing of many non-coding RNAs. Rnt1p binds and cleaves double-strand RNA structures capped by NGNN tetra-loops. Such structures can also be found in many mRNAs. Cleavage within the coding sequence of a mRNA results in its degradation and thus contributes to negatively regulate the expression of its gene. The work presented in this thesis characterized the effects of the loss of Rnt1p in yeast. A first publication highlighted the relationship between the localization of this enzyme and cell cycle progression. A change in localization of Rnt1p from the nucleolus to the nucleoplasm contributes to passage through G2/M. A second publication focused on the interaction between Rnt1p and the rRNA transcription machinery. Rnt1p was found to interact with RNA pol I and to be implicated in its transcription termination. We also used Rnt1p as a tool to uncover mRNAs that are posttranscriptionaly regulated in the nucleus. The case studied in this work shows a role for this nuclear degradation mechanism towards promoting the robustness of the cell wall stress response.

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

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

Fusarium graminearum est un champignon filamenteux qui parasite les plantes céréalières et le maïs et provoque la fusariose de l’épi. Durant l’infection, ce champignon produit des mycotoxines de la famille des trichothécènes qui s’accumulent dans les grains. Les processus de décontamination existants ne permettent pas d’éliminer complètement les trichothécènes. Ainsi, le meilleur moyen pour éviter leur accumulation dans les grains serait de pouvoir limiter leur occurrence au champ en contrôlant leur biosynthèse. Bien que la voie de biosynthèse des trichothécènes et les gènes Tri qui y sont impliqués soient bien décrits, les connaissances de base sur les mécanismes de régulation de ces gènes restent trop restreintes.Dans la première partie de ce travail, l’effet du pH sur la régulation des gènes Tri et la production de trichothécène a été étudié. En premier lieu, nous avons démontré que, in vitro, un pH acide joue le rôle d’inducteur alors qu’un pH neutre ou alcalin bloque l’expression des gènes Tri et la production de trichothécène. Ensuite, FgPac1, l’homologue du gène pacC/RIM101 codant le facteur de régulation par le pH chez les champignons a été identifié dans le génome de F. graminearum. A l’aide de souches recombinantes, nous avons démontré que la forme mature de ce facteur réprime l’expression des gènes Tri à pH acide et réduit la virulence du champignon lors de l’infection d’épis de blé. Enfin, le transcriptome de F. graminearum en réponse au pH et le rôle de Pac1 dans cette réponse a été analysé.Dans la deuxième partie de ce travail, le gène velvet sensible à la lumière, a été identifié chez F. graminearum. Ce gène constitue la composante clef d’un complexe qui coordonne la perception de la lumière avec le développement mais aussi avec le métabolisme secondaire chez les champignons. L’inactivation de FgVe1 chez F. graminearum nous a permis de démontrer son rôle dans le développement et la production de spores. Elle a montré aussi que ce gène est nécessaire pour permettre l’expression des gènes Tri, la production de trichothécène et la pathogénicité in planta.L’ensemble de ce travail permet de mieux comprendre la régulation de la production de trichothécène chez F. graminearum et ouvre des perspectives qui permettront sans doute, à long terme, d’élaborer des stratégies de lutte contre l’accumulation de trichothécène au champ. / The filamentous fungus Fusarium graminearum infects cereals plants and corn and causes “Fusarium Head Blight”. During infection, it produces mycotoxins belonging to trichothecenes family which accumulate in the grains. The available decontamination processes do not fully eliminate the trichothecene. Hence, the best way to avoid their occurrence in the grains is to limit their accumulation in the field by controlling their biosynthesis. Although the Tri genes implicated in the trichothecene biosynthetic pathway are well described, the basic knowledge regarding their regulation is still too limited.In the first part of this work, the effect of the pH on Tri genes regulation and trichothecene production was studied. First, we demonstrated that, in vitro, acidic pH acts as an inducer while a neutral or alkaline pH blocks Tri genes expression and trichothecene production. Then, FgPac1, the homologue of the pacC/RIM101 gene encoding the fungal pH regulatory factor was identified. Using recombinant strains, we demonstrated that the mature form of this factor represses Tri gene expression at acidic pH and reduces virulence during infection of wheat spikes. Finally, we analyzed the transcriptome of F. graminearum in response to pH and investigated the role of Pac1 in this response.In the second part of this work, the light-responsive velvet gene was identified in F. graminearum. This gene is the key component of a complex coordinating light perception with development and secondary metabolism in fungi. The disruption of FgVe1 in F. graminearum demonstrated its role in development and spores production. It also showed that this gene is necessary for Tri gene expression, trichothecene production and pathogenicity in planta.Overall, this work allows a better understanding of trichothecene regulation in F. graminearum and provides novel perspectives to develop new strategies against trichothecene accumulation during cereal growing in the field.

HuR est une protéine liant l’ARN, qui contrôle l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. Dans le cytoplasme, HuR module la stabilité et la capacité de traduction des ARNm sur lesquels elle se fixe. Nos résultats montrent que HuR est surexprimée dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) humain et dans des lignées de CHC en culture. HuR est anormalement retrouvée dans le cytoplasme des cellules hépatiques tumorales, et participe à leur prolifération. En combinant l’analyse globale des gènes régulés par l’extinction d’HuR, celle des ARNm liés à HuR et celle du transcriptome des CHC humains, nous avons identifié 2 gènes dont l’expression est régulée par HuR. Ces gènes sont sous-exprimés dans les tissus de CHC et participent à la mise en place du phénotype cancéreux (résistance à l’apoptose, prolifération cellulaire, invasion,...). / HuR is a RNA binding protein that controls gene expression at post-transcriptional level. In the cytoplasm, HuR modulates the stability and capacity of mRNA translation upon which it binds. Our results show that HuR is overexpressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and in human HCC cell lines in culture. HuR is abnormally found in the cytoplasm of liver tumor cells, and contribute to their proliferation. By combining the global analysis of genes regulated by the extinction of HuR, the mRNAs associated with HuR and the transcriptome of human HCC, we identified two genes whose expression is regulated by HuR. These genes are under-expressed in HCC tissues and participate in the development of cancerous phenotype (resistance to apoptosis, cell proliferation, invasion ,...).

KplE1 est l’un des dix prophages présents sur le chromosome de la souche Escherichia coli K12. Nous avons montré in vivo que ce prophage est compétant pour s’exciser du chromosome bactérien bien qu’il soit incapable de former des particules virales et de lyser son hôte. Au laboratoire, nous avons identifié les protéines IntS (intégrase) et TorI (RDF), codées sur le prophage KplE1, et la protéine IHF (NBP) de l’hôte comme seules impliquées dans le mécanisme de recombinaison spécifique de site (RSS). Nous avons cartographié sur les régions attL et attR, les sites de fixations des protéines de recombinaison permettant l’assemblage de l’intasome, le complexe nucléoprotéique compétant pour la RSS. L’ensemble de ces sites ainsi que les gènes intS et torI qui chevauchent respectivement les régions attL et attR, ont permis de définir un module de recombinaison de type KplE1. Ce module est très conservé et se retrouve chez des phages infectant différentes souches d’E. coli et de shigella. Le modèle en terme de RSS est celui décrit pour les bactériophages de type λ. Cependant, le nombre et l’organisation des sites de recombinaison suggèrent que l’architecture de l’intasome de type KplE1 diffère de celle de λ. Nos résultats renforcent ainsi l’idée que l’assemblage de l’intasome est spécifique du module de RSS considéré même si, in fine, la réaction catalysée demeure similaire.En ce qui concerne l’expression des gènes intS et torI, le fait que ces gènes soient localisés à chacune des extrémités du prophage, rend ainsi impossible leur couplage transcriptionnel à partir d’un promoteur commun au moment de la commutation lyse/lysogénie, tel qu’il est connu pour les phages lambdoïdes. De part son orientation atypique sur attL, la présence de sites de fixations des protéines IntS et TorI au niveau du promoteur du gène intS, nous ont logiquement amené à étudier sa régulation. Nous avons ainsi montré que le gène intS est négativement régulé par son propre produit ainsi que par la protéine RDF TorI. Nos résultats in vivo et in vitro indiquent que l’efficacité de la réaction de recombinaison excisive est intimement liée à la quantité d’intégrase présente, pouvant alors justifier la raison d’être de ce contrôle strict de l’expression du gène intS. En parallèle, une approche in silico a révélé que cette orientation atypique du gène codant pour l’intégrase est largement répandue sur les génomes des prophages, nous amenant à généraliser ce mécanisme atypique de régulation négative de l’intégrase. / KplE1 is one of the 10 prophage region present on the Escherichia coli K12 chromosome. We showed in vivo that this prophage is fully competent to excise from the bacterial chromosome, although it is unable to form viral particles and lyse its host. In the laboratory, we have identified Ints (integrase) and TorI (RDF) proteins, encoded on the KplE1 prophage, and the host protein IHF (NBP) only involved in the mechanism of site-specific recombination (SSR). We have mapped on attL and attR regions, the binding sites of recombinant proteins for the assembly of the intasome, the nucleoprotein complex competent for SSR. All of these sites as well as intS and torI genes that overlap respectively attL and attR regions, have permit to define a KplE1 recombination module. This module is highly conserved and is found among phages infecting different E. coli and shigella strains. The model in terms of RSS is that described for λ bacteriophage. However, the number and organization of recombination sites suggests that the architecture of the KplE1 intasome differs from that of λ. Our findings reinforce the idea that the intasome assembly is specific to the SSR module considered even if ultimately the catalyzed reaction is similar.Regarding the intS and torI gene expressions, the fact that these genes are located at each end of the prophage, prevented the transcriptional coupling of these genes from a common promoter when the lysis/lysogeny switch occurs. Because of its atypical orientation on attL, and the presence of IntS and TorI protein binding sites that overlap its promoter region, we have logically studied the regulation of the intS gene. We have shown that intS is negatively regulated by both IntS and TorI proteins. Our in vivo and in vitro results suggest that the efficiency of the excision recombination reaction is closely related to the amount of this integrase, which can justify the strict control of the intS gene expression. In parallel, an in silico approach has revealed that the atypical orientation of the integrase gene is widespread in prophage genomes, leading us to generalize this atypical mechanism of negative regulation of integrase

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