Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le pouvoir pathogène des microorganismes repose sur leur capacité à manipuler des processus cellulaires de l'hôte à l'aide de protéines sécrétées dans le tissu végétal : les effecteurs. En plus de leur rôle primordial dans le pouvoir pathogène, les effecteurs sont centraux pour la résistance des plantes. La reconnaissance de certains d'entre eux par des récepteurs du système immunitaire végétal, nommées protéines de résistance (R), déclenche la résistance de la plante. Cette thèse a permis la caractérisation moléculaire d'AVR-CO39, un effecteur du champignon pathogène du riz Magnaporthe oryzae. Nous montrons qu'AVR-CO39 est transloqué dans le cytoplasme des cellules infectées par un mécanisme indépendant de facteurs fongiques et est reconnu dans ce même compartiment par le produit du locus R nommé Pi-CO39. La surexpression d'AVR-CO39 dans des plantes transgéniques révèle que cet effecteur influence des processus développementaux et physiologiques du riz. Un crible double hybride dans la levure a permis d'identifier 9 protéines du riz potentiellement ciblées par AVR-CO39. Une d'elles, nommée RGA5, confère la résistance Pi-CO39 avec une seconde protéine R du riz appelée RGA4. Nos résultats indiquent que RGA4 induit l'activation de la défense tandis que RGA5 agit comme récepteur de protéines Avr. En effet, RGA5 interagit physiquement avec AVR-CO39 et AVR-Pia, un autre effecteur de M. oryzae, via un domaine C-terminal homologue à des protéines de liaison au cuivre. Cette thèse a donc permis l'identification d'un nouveau domaine de reconnaissance de protéines Avr et le développement d'un modèle mécanistique pour le fonctionnement de paires de protéines R chez les plantes. / Pathogenic microorganisms secrete numerous proteins during infection into the plant tissue to manipulate host cellular processes. These proteins are called effectors and are central to pathogenicity. Certain effectors are recognized by receptors of the plant immune system called resistance (R) proteins and this recognition triggers plant resistance. The objective of the thesis was the molecular characterization of AVR-CO39, an effector of the rice blast fungus Magnaporthe oryzae. Localization studies indicate that AVR-CO39 is translocated into the cytoplasm of infected rice-cells by a mechanism independent of fungal factors and that it is recognized within this compartment by the product of the corresponding R locus Pi-CO39. Overexpression of AVR-CO39 in transgenic rice plants suggests that the effector influences plant physiology and development. Yeast two-hybrid screening identified 9 rice proteins potentially targeted by AVR-CO39. One of them, called RGA5, interacts with a second R protein, RGA4, to confer Pi-CO39 resistance. Our results suggest that RGA4 activates plant defense while RGA5 represses RGA4 function in the absence of effectors proteins and acts as an Avr receptor protein. Indeed, RGA5 physically interacts with AVR-CO39 and another M. oryzae effector named AVR-Pia through a previously undescribed C-terminal domain displaying homology to copper-binding proteins. Therefore, this work identified a new Avr recognition domain in R proteins and generated a new mechanistic model for the action of R protein pairs in plant resistance.

L'enjeu de la thèse est de proposer une stratégie de gestion durable de la résistance génétique à la rouille brune du blé, basée sur des sources de résistance quantitative. Nous proposons d'identifier des résistances se traduisant par une diminution des performances du pathogène sur les différentes phases du cycle infectieux. Ainsi, l'exercice de contraintes diversifiées sur le pathogène devraient ralentir son adaptation et augmenter la durabilité de la résistance. La confrontation d'un ensemble de génotypes de blé à trois isolats de rouille brune a permis de mesurer le niveau de résistance pour cinq composantes en serre (efficacité d'infection, période de latence, taille de lésion, sporulation par lésion, sporulation par unité de surface sporulante), et à différentes étapes de l'épidémie au champ. Nous avons mis en évidence une grande diversité des composantes affectées, et une variabilité importante pour toutes les composantes. Le développement d'un modèle statistique a permis d'établir que l'ensemble des composantes intervient dans la détermination du niveau de résistance à l'échelle épidémique, mais l'efficacité d'infection et la latence sont les composantes qui jouent le rôle le plus important pour déterminer le niveau de résistance au champ. L'impact d'une composante sur le niveau global de résistance change selon les étapes de l'épidémie. Les trois isolats utilisés ont exprimé un profil d'agressivité contrasté vis-à-vis des différentes composantes. La cartographie des QTLs associés aux différentes composantes de résistance a permis d'établir que la diversité phénotypique observée est liée à une diversité génotypique. / The issue of this thesis is to propose a durable management of genetic resistance to wheat leaf rust, based on quantitative resistance. We propose to identify resistance factors reducing pathogen development across the different stages of the infectious cycle. Diversifying constraints exerted by host resistance on the pathogen development should slow down the pathogen adaptation, and increase resistance durability. A set of wheat genotypes was confronted to three leaf rust isolates, and resistance level was measured for five components in the greenhouse (infection efficiency, latent period, lesion size, spore production per lesion, spore production per unit of sporulating tissue), as well as at different stages of field epidemics. Across the germplasm investigated, the resistance components involved were diversified, and their resistance level varied. Developing a statistical model, we established that all the components are involved in the resistance level observed in field epidemics, the most important components being infection efficiency and latent period. The incidence of a component on the field resistance level varied across epidemic stages. The three pathogen isolates used displayed contrasted aggressiveness profiles, according to the different resistance components. QTL mapping of resistance associated to the different components showed that phenotypic diversity corresponded to genotypic diversity.

L’apoptose est une mort cellulaire programmée nécessaire à l’homéostasie tissulaireau cours du développement. Les cellules cancéreuses acquièrent la capacité à échapper àl’apoptose. Restaurer la capacité des cellules tumorales à mourir est une stratégiethérapeutique qui permettrait de lutter contre le cancer. Il est donc important d’identifier denouvelles cibles au sein de la signalisation apoptotique et de tester de nouvelles molécules.La mitochondrie, intégrateur central des signaux de mort cellulaire et actrice de l’exécution de l’apoptose, est une cible de choix pour développer des thérapies anti-tumorales.L’ANT (Adenine Nucleotide Translocase) est la protéine majoritaire de la membrane internemitochondriale. Elle est possède une fonction de transporteur ATP/ADP, en conditionphysiologique, et suite à un stimulus apoptotique, acquiert une activité de pore létal. Ainsi, ilest intéressant d’inhiber la fonction transporteur et d’activer la fonction pore d’ANT pourinduire l’apoptose. Il existe quatre isoformes d’ANT : ANT1, 2, 3 et 4. Nous avons étudié lerôle d’ANT4, récemment identifiée, dans la signalisation apoptotique. Notre étude montre lerôle anti-apoptotique d’ANT4 dans des cellules cancéreuses et l’intérêt d’ANT comme ciblethérapeutique anti-cancéreuse.Une augmentation de l’expression de protéines anti-apoptotiques, l’adaptation auxstress cellulaires et l’activation de voies de survie sont les mécanismes les plus fréquemmentdécrits pour expliquer la chimiorésistance du mélanome. A l’aide de modèles cellulaires, nousavons étudié la capacité de deux nouvelles molécules : Withaférine A (WFA) et Plumbagine(PBG) à stimuler l’apoptose et déterminé les mécanismes moléculaires impliqués. Nous avonsmontré la capacité de WFA à induire spécifiquement la voie mitochondriale de l’apoptose decellules de mélanome par un mécanisme dépendant de la production d’espèces activées del’oxygène (EAO) qui déclenchent la voie mitochondriale et de la diminution du niveaud’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. En revanche, PBG induit une mortapoptotique et une mort nécrotique des cellules de mélanomes. Dans les deux cas, PBG agitpar l’augmentation des EAO suite au déclenchement d’un stress du reticulum endoplasmique.WFA et PBG sont donc deux molécules pro-oxydantes capables d’induire la mort des cellulesde mélanome en tirant partie de leur vulnérabilité au stress oxydant.Nos travaux ont participé à la mise en évidence d’une cible thérapeutique anticancéreusepotentielle et de deux agents capables d’induire la mort cellulaire dans un contextede chimiorésistance. / Apoptosis is a programmed cell death process necessary for tissue homeostasis duringdevelopment. Cancer cells acquire the capacity to evade apoptosis. Restoring tumor cellsability to die is a therapeutic strategy against cancer. It is therefore important to identify newtherapeutic targets within the apoptotic signaling and to test new molecules.Mitochondrion being a central integrator of cell death signals and a key player inapoptosis execution, it is a target of choice to develop new anticancer therapies. ANT(Adenine Nucleotide Translocase) is the main protein of the inner mitochondrial membrane. Itpresents a ADP/ATP transporter function in physiological conditions and acquire a lethal poreactivity upon apoptotic stimulus. It is thus interesting to inhibit the transporter function and- 6 -activate ANT pore function in order to induce apoptosis. There are four isoforms: ANT1, 2, 3and 4. We studied the role of the recently discovered ANT4 in apoptotic signaling. Our studyemphasize ANT4 anti-apoptotic role in cancer cells and ANT potential as an anticancertherapeutic target.Increase in anti-apoptotic proteins, adaptation to cellular stress and activation ofsurvival pathways are the main mechanisms responsible for chemoresistance. Using cellularmodels we studied the ability of two molecules: Withaferin A (WFA) and Plumbagin (PBG)to stimulate apoptosis and determined the molecular mechanisms involved. We showed WFAcapacity to specifically induce the mitochondrial pathway of apoptosis in melanoma cellsthrough reactive oxygen species (ROS) generation leading to mitochondrial pathwayactivation and the decrease in anti-apoptotic protein Bcl-2 expression level. However, PBG isresponsible for apoptosis and necrosis induction in melanoma cells. In both cases PBG actsthrough an increase in ROS following endoplasmic reticulum stress. WFA and PBG are thustwo pro-oxidant molecules able to induce the death of melanoma cells by taking advantage oftheir vulnerability to oxidative stress.Our work took part in the demonstration of a potential anticancer target and two agentsable to induce cell death in a context of chemoresistance.

La résistance aux insecticides chez les moustiques pose des problèmes de santé publique car ils sont vecteurs de nombreuses maladies. Une alternative aux insecticides chimiques est l'utilisation du bactério-insecticide Bacillus thuringiensis subsp israelensis (Bti) qui a l'avantage de produire un mélange de six toxines spécifiques des Diptères. Cependant le Bti commercial peut proliférer et s'accumuler, entrainant une forte toxicité dans les litières végétales de certains gîtes à moustiques. Afin d'étudier l'évolution de la résistance au Bti chez les moustiques, j'ai sélectionné en laboratoire une souche d'Aedes aegypti avec des litières végétales contenant des toxines de Bti. Une résistance multigénique aux toxines Cry du Bti est apparue en seulement quelques générations chez la souche sélectionnée. Plusieurs approches ont été utilisées pour rechercher les bases génétiques de la résistance au Bti chez la souche d'Ae. aegypti résistante. Deux "scans génomiques" ont permis de déterminer plusieurs régions du génome présentant des signatures de sélection. Ensuite, les niveaux de transcription de plus de 6000 gènes ont été étudiés par séquençage haut débit. La combinaison de ces résultats avec une approche "gènes candidats" a permis d'obtenir une liste de gènes potentiellement liés à la résistance au Bti. Parmi les gènes identifiés, un gène codant pour une cadhérine présente des signatures de sélection chez la souche résistante et semble donc impliqué dans la résistance au Bti. De plus, une étude de génomique des populations de l'espèce de terrain Aedes rusticus traitée depuis 20 ans au Bti a mis en évidence des signatures de sélection liées au traitement et des flux de gènes importants chez cette espèce dans la région Rhône-Alpes. La caractérisation de facteurs génétiques liés à la résistance et de facteurs biologiques liés aux espèces traitées peut aider à la mise en place de stratégies de gestion limitant l'évolution de la résistance au Bti dans ces populations.

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Parmi les procédés de soudage, la simulation numérique du soudage par résistance électrique par points offre l'avantage d'un calcul direct des sources de chaleur par couplage électro-thermique. En revanche, les données nécessaires pour décrire les contacts sont rares et difficiles à mesurer. Comme pour les autres procédés<br />de soudage, la difficulté principale en simulation numérique est la disponibilité de données d'entrée à toutes températures depuis l'ambiante jusqu'au-delà de la fusion. Le couplage des premiers modèles électrothermiques avec des modèles mécaniques permet un bon accord entre expérience et simulation. Une fois qu'un modèle a été validé selon tous les domaines physiques concernés, des résultats comme les cycles thermiques, la taille de soudure ou les contraintes, déformations et état métallurgique résiduels peuvent être utilisés pour mieux comprendre le procédé, pour le piloter ou pour modéliser le comportement des soudures.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

De façon à réduire les problématiques de circulation causées par la construction et l'entretien des ponts, les dalles de pont préfabriquées sur leur pleine épaisseur sont une alternative prometteuse à la dalle de béton conventionnel. Ce mémoire présente le développement d'un système de dalles de pont préfabriquées nervurées en béton de fibres métalliques (BFM). L’utilisation de BFM permet des dalles plus minces avec un poids beaucoup plus léger qui peut être intéressant pour certaines opérations. Le concept est d’abord validé par des tests sur des éléments de dalles et de poutres. Des essais en grandeur réelle sont ensuite effectués pour évaluer la performance de la dalle, des nervures et de deux types de joints de tablier. Il est conclu que la dalle proposée est adéquate pour supporter les charges de conception du code canadien et qu’elle peut être jusqu'à 50% plus légère qu'une dalle conventionnelle de 200 mm.

Tuberculosis (TB) is a potentially fatal contagious disease that can affect almost any part of the body but is mainly an infection of the lungs. It is caused by micro-organisms of the Mycobacterium tuberculosis complex. It is the second greatest killer worldwide due to a single infectious agent, after the Human Immunodeficiency Virus (HIV). Without treatment, fatality is 50% in immune competent persons. TB remains the leading cause of death among HIV positive persons, causing one fifth of the deaths. The World Health Organization estimates that one third of the world population is infected by this micro-organism but only 5 to 10% develop TB disease. Nevertheless, this enormous reservoir leads to around 1.4 millions deaths annually. Standard curative treatment lasts at least 6 months and includes 4 different drugs. Toxicity of the drugs leading to (severe) adverse events and the long duration of the daily administration challenges patient’s compliance. Subinhibitory concentration of the drugs (due to poor adherence) can induce resistance of the mycobacteria to the provided drugs. Unlike most bacteria where resistance is acquired by plasmids, drug resistance of mycobacteria is obtained by genomic mutations. “Multi drug-resistant tuberculosis (MDR-TB)” is strictly defined as TB resistant to specifically isoniazid and rifampicin, the two main first line drugs. “Extensively drug resistance (XDR)” is defined as MDR-TB with additional resistance to any of the fluoroquinolones (such as ofloxacin or moxifloxacin) and to at least one of three injectable second-line drugs (amikacin, capreomycin or kanamycin). The increase of MDR-TB represents an enormous challenge to Public Health globally. This research examined different aspects of tuberculosis resistance performed in the Belgian National Reference Center, a clinical laboratory setting. <p><p>First of all, a profound analysis of the MDR-TB situation in Belgium was conducted. It is the first retrospective population-based survey of MDR-TB in Belgium, covering a 15-year period (1994-2008). It comprises 174 patients representing more than 80% of the culture positive MDR-TB patients reported to the Belgian register, thus this study is considered of national relevance. It includes bacteriological and molecular data on the isolates as well as clinical aspects of the patients and treatment results. Considering only the patient’s first MDR-TB isolate, an increase over time was observed in the number of isolates resistant to a second-line drug as well as the total number of drugs each isolate was resistant to. XDR-TB was detected since 2002 and panresistant TB (resistant to every available antituberculosis drug) since 2009. Overall, a successful treatment outcome was obtained for 67.8% of the MDR-TB cases. Drug susceptibility testing (DST) of Mycobacterium tuberculosis to first line drugs (isoniazid, rifampicin, ethambutol and pyrazinamide) in liquid culture medium has a turn around time of at least two weeks, after identification of the positive culture (obtained after 2 to 4 weeks) from the patient’s clinical isolate. In order to provide the clinician with valuable information about the isolated mycobacteria leading to patient adapted therapy before bacteriological DST results are available, resistance is predicted by detection of mutations in certain genes of the mycobacteria. It is common practice for rifampicin (rpoB gene) and isoniazid (katG gene and/or inhA promoter region). In this MDR-TB collection, rifampicin resistant related mutations were found in 97.1% (168/173) of the clinical isolates and isoniazid resistant related mutations in 94.1% (160/170). The pncA, embB and gyrA genes have been sequenced to identify possible mutations because of their possible involvement with resistance to pyrazinamide, ethambutol and the fluoroquinolones respectively. However, little is known about the resistance prediction value of the mutations in these genes.<p>The study is also the first study on the molecular epidemiology of MDR-TB in the country. DNA fingerprinting showed a large diversity of strains (67% of the patients were infected by a strain with a unique pattern) and further epidemiological examination revealed limited local transmission of MDR-TB in Belgium.<p><p>The second part investigated the pncA gene and its association with pyrazinamide resistance in MDR-TB isolates from Belgium and in vitro cultured spontaneous mutants. The genetic analysis showed that 98.3% (59/60) of the Belgian clinical MDR pyrazinamide resistant (PZAR) isolates present a mutation in the pncA gene. We found 1.7% (1/60) of the PZAR MDR-isolates encoding wild type pncA and flank. A total (PZAR and PZAS) of 41 different amino acid changes, 3 protein truncations and 5 frameshifts were observed including eight novel mutations: 8Asp>Ala, 13Phe>Leu, 64Tyr>Ser, 107Glu>stop, 143Ala>Pro, 172Leu>Arg and frameshifts starting in codon 55 and 82. Analysis of all observed mutations (i.e. in clinical isolates as well as spontaneous mutants) revealed that they are not always associated with drug resistance and that they are not scattered randomly throughout the gene, but occur rather at preferential sites such as in codons with amino acids associated with either iron or substrate binding and catalytic active sites. The frequency of in vitro mutagenesis to pyrazinamide at pH 6.0 was determined and found to be relatively high at 10-5 CFU/ml.<p><p>Finally, the in vitro activity of tobramycin and clarithromycin (with unclear efficacy against M. tuberculosis) was evaluated on 25 M. tuberculosis clinical isolates with various resistance profiles. The effect of the drugs administered together was examined for possible synergistic effect. The median minimum inhibitory concentration (MIC) of 8 µg/ml obtained for both drugs in this study is rather high but are beyond the concentrations obtained in lung tissues. This suggests that both drugs should be investigated further as potential adjuncts to the treatment of resistant TB when other alternatives have failed; in particularly through new drug delivery systems such as the Dry Power Inhaler which allows local drug deposition with high drug concentrations in the lungs but low toxicity due to limited systemic absorption. In addition, for 36% of the tested isolates a decrease of the MIC of clarithromycin by a single or twofold dilution was observed in the presence of a subinhibitory concentration of tobramycin and no antagonistic effect was seen for the remaining isolates.<p><p>This research illustrates different (laboratory) aspects in the fight against drug resistant TB, all using the Belgian TB collection: characterisation of the Belgian MDR-TB situation on bacteriological, molecular and epidemiological level; profound analysis of genomic mutations and their possible association with drug resistance; and investigation of synergistic activity of drugs with low efficacy against M. tuberculosis.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished