Des recherches en sciences judiciaires ont montré récemment une possible corrélation entre le temps d’entreposage d’échantillons de fluides corporels et la dégradation de l’ARN dans ceux-ci. Le moment où une tache a été déposée sur une scène de crime peut être important pour déterminer la pertinence d’un échantillon dans une enquête. Dans ce mémoire, nous rapportons les profils de dégradation de quatre ARN différents mesurés par RT-qPCR, soit l’ARN ribosomique 18S et les ARNm de la β-actine, de la glyceraldehyde-3-phosphate déhydrogénase et de la cyclophiline A, obtenus de taches de sang, de salive et de sperme, entreposés à la température de la pièce ou au congélateur à -80°C sur une période de 6 mois. Nos résultats montrent une faible variation interindividuelle pour le sang et le sperme, mais une différence importante entre les donneurs pour la salive. De plus, le profil de dégradation est semblable pour tous les transcrits, mais diffère entre les fluides. La congélation des échantillons stabilise les ARN avant leur analyse. Finalement, la quantité d’ARN détecté est en relation avec le temps d’entreposage et pourrait être utilisée afin d’estimer l’âge des échantillons lorsque l’impact des conditions d’entreposage sur la dégradation de l’ARN sera mieux connu. / Recent studies in forensic science have shown a possible correlation between the degradation rate of some RNA transcripts and the age of bloodstains. The time of deposition of a stain can be of major importance to determine the relevance of a sample in a forensic investigation. In this thesis, we describe the degradation profiles of the 18S ribosomal RNA and the β-actin, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and cyclophilin A mRNAs, measured by RT-qPCR and obtained from dried blood, semen and saliva stains stored at room temperature or frozen at -80°C up to 6 months. Our results showed low inter-individual variation for blood and semen stains, but a high variation was observed between donors for saliva. Moreover, degradation profile of each transcripts was similar, but differed between fluids. Freezing samples prevented RNA degradation over time. Finally, RNA quantity was in relation with the time of storage and could be used to estimate the time since deposition of a stain when the effects of various storage conditions on RNA degradation profiles will be better documented.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés ubiquitaires issus de la combustion incomplète de matières organiques. Ils sont à l'origine de pollutions de l'environnement, surtout liées à l'exploitation des produits pétroliers, car ce sont des composés toxiques pour les êtres vivants et pour l'homme en particulier. De nombreuses bactéries capables de dégrader les HAP ont été isolées et étudiées, mais celles qui les dégradent in situ sont mal connues, car moins de 5% des bactéries du sol sont cultivables en laboratoire. Le premier objectif de cette étude était d'identifier les bactéries qui dégradent les HAP dans le sol par des méthodes moléculaires indépendantes de la culture. A cette fin, une stratégie de marquage isotopique in situ a été mise en œuvre qui repose sur l'utilisation du phénanthrène, un HAP à trois cycles, dans lequel l'isotope naturel du carbone a été remplacé par le 13C. Cette molécule a été introduite comme traceur dans des microcosmes contenant du sol provenant d'un bassin de rétention des eaux de ruissellement d'autoroute. Les bactéries ayant incorporé le 13C ont ensuite été identifiées par séquençage des gènes d'ARNr 16S amplifiés à partir de l'ADN marqué extrait du sol. Les résultats montrent que des Betaprotéobactéries peu étudiées à ce jour, appartenant aux genres Acidovorax, Rhodoferax, Hydrogenophaga et Thiobacillus, ainsi que des Rhodocyclaceae, étaient les principaux acteurs de la dégradation du phénanthrène. La prépondérance des Betaprotéobactéries a été établie par des mesures de PCR quantitative. Une analyse dynamique de la diversité bactérienne a montré que celle-ci changeait en fonction de la biodisponibilité du phénanthrène. En outre, la diversité d'arène-dioxygénases impliquées dans la dégradation des HAP a été explorée sur le plan phylogénétique et fonctionnel. Nous avons ainsi détecté des séquences nouvelles, pour la plupart apparentées à des dioxygénases de Sphingomonadales et de Burkholderiales. Grâce à la construction et l'expression d'enzymes hybrides, il a été possible, pour la première fois, d'associer une activité catalytique d'oxydation des HAP à des séquences partielles de gènes, amplifiées à partir de l'ADN du sol. Les résultats obtenus et les outils mis au point dans cette étude pourront servir à développer des méthodes de diagnostic et de suivi de biodégradation de polluants, par exemple dans le cadre d'opérations de bioremédiation de sites pollués par les HAP. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous compounds produced by incomplete combustion of organic matter. They are a source of environmental pollution, especially associated to oil product exploitation, and represent a threat for living organisms including human beings because of their toxicity. Many bacteria capable of degrading PAHs have been isolated and studied. However, since less than 5% of soil bacteria can be cultivated in the laboratory, bacterial species able to degrade PAHs in situ have been poorly studied. The first goal of this study was to identify bacteria that degrade PAHs in soil using culture-independent molecular methods. To this end, a strategy known a stable isotope probing has been implemented based on the use of phenanthrene, a three rings PAH, in which the natural isotope of carbon was replaced by 13C. This molecule has been introduced as a tracer in microcosms containing soil from a constructed wetlands collecting contaminated water from highway runoff. Bacteria having incorporated the 13C were then identified by 16S rRNA gene sequence analysis after PCR amplification from labeled genomic DNA extracted from soil. The results show that so far little studied Betaproteobacteria, belonging to the genera Acidovorax, Rhodoferax, Hydrogenophaga and Thiobacillus, as well as Rhodocyclaceae, were the key players in phenanthrene degradation. Predominance of Betaprotéobactéries was established thanks to quantitative PCR measurements. A dynamic analysis of bacterial diversity also showed that the community structure of degraders depended on phenanthrene bioavailability. In addition, the phylogenetic diversity of ring-hydroxylating dioxygenases, enzymes involved in the first step of PAH degradation, has been explored. We detected new sequences, mostly related to dioxygenases from Sphingomonadales and Burkholderiales. For the first time, we were able to associate a catalytic activity for oxidation of PAHs to partial gene sequences amplified from soil DNA, by constructing hybrid enzymes and assaying their activity The results obtained and the tools implemented in this study may be used to develop methods for the diagnostic and monitoring of pollutant biodegradation in processes such as bioremediation of PAHs contaminated sites.

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Les ribosomes sont des complexes nucléoproétiques responsables de la traduction. Chez les eucaryotes, la biogenèse du ribosome est un processus complexe très régulé qui fait intervenir un nombre important de facteurs d’assemblages (~200). La construction d’un ribosome est initiée dans le nucléole puis continue dans le nucléoplasme et se termine dans le cytoplasme. La maturation cytoplasmique de la petite sous-unité ribosomale implique la dissociation séquentielle des facteurs d’assemblage tardifs et la maturation finale de l’ARNr 18S. Ce processus est catalysé par l’endonucléase Nob1 qui assure la coupure de l’extrémité 3’ du précurseur de l’ARNr 18S (pré-18S) aboutissant à sa forme mature. Ce mécanisme est coordonné par la protéine Pno1 qui est le partenaire de Nob1. Des informations détaillées sur l’architecture des particules pré-ribosomiques nous ont permis de mieux comprendre les différents intermédiaires de la biogenèse. Cependant, certains aspects fonctionnels comme la conformation adoptée par Nob1 pour assurer la coupure du site D du pre-18S reste encore flou. L’objectif de mon travail a été de mieux comprendre les aspects très tardifs de la maturation cytoplasmique du ribosome. Pour ce faire, nous avons redéfini l’organisation modulaire de l’endonucléase Nob1 chez les eucaryotes pour ensuite étudier son mode d’interaction avec son partenaire Pno1. Des tests fonctionnels in vitro ont été effectués pour étudier le rôle de Pno1 dans la régulation de la coupure par Nob1.Nos résultats nous ont permis de montrer que le domaine catalytique de Nob1 adopte une conformation atypique. En effet le domaine PIN est composé de deux fragments (res 1-104 and 230-255) séparé par une boucle interne qui est importante pour la reconnaissance avec son partenaire Pno1. Nos études nous ont également montré que Pno1 inhibe l’activité de Nob1 probablement en reconnaissant directement l’ARNr substrat, masquant ainsi le site de coupure de l’endonucléase. Ces résultats sont complémentaires et cohérents avec les données structurales de cryo-EM de la particule pré-40S humaine récemment publiées. En effet, Nob1 est dans une conformation incapable de couper le pré-ARNr puisque son domaine catalytique se retrouve à une distance d’environ 30Å de son ARN substrat. Ce phénomène implique donc des changements de conformations ou encore la nécessité de protéine accessoire pour déplacer certains facteurs. La protéine Cinap est impliqué dans la maturation de l’ARNr 18S. Nos études d’interaction avec les protéines localisées au niveau de la plateforme (à savoir RPS14, RPS26, le complexe Nob1/Pno1) ont permis de montrer que Cinap pouvait former un complexe tripartite avec l’endonucléase Nob1 et son partenaire Pno1. De plus, Cinap est capable de reconnaitre RPS26 dans un complexe RPS14-dépendant. Il est important de noter que RPS26 est un composant de la petite sous-unité qui remplace Pno1 dans le ribosome mature. De ce fait le recrutement de RPS26 au sein du pré-ribosome nécessite la dissociation de Pno1 et cet échange serait assurée par Cinap. Sur la base des travaux effectués, nous pouvons proposer un modèle de maturation où la formation du complexe Cinap/Pno1 induirait un changement de conformation permettant à Nob1 de reconnaitre son substrat et donc de catalyser la coupure du site D qui aboutit à la maturation de l’ARNr 18S et donc à la production de la sous-unité 40S mature. / Ribosomes are translational machineries universally responsible of protein synthesis. In eukaryote, ribosome assembly is a complex and highly regulated process that requires coordinated action of more than 200 biogenesis factors. Ribosome assembly is initiated in the nucleolus, continues in the nucleoplasm and terminates in the cytoplasm. The cytoplasmic maturation events of the small ribosomal subunit are associated with sequential release of the late assembly factors and concomitant maturation of the pre-rRNA. During final maturation of the small subunit, the pre-18S rRNA is cleaved off by the endonuclease Nob1, which activity is coordinated by its binding partner Pno1. Detailed information on pre-ribosomal particle architectures have been provided by structural snapshots of maturation events. However, key functional aspects such as the architecture required for pre-rRNA cleavage have remained elusive. In order to better understand these late steps of cytoplasmic pre-40S maturation, we first redefine the domain organization of Nob1, then study its binding mode with Pno1 using different tools such as sequence analysis, structure prediction and biochemical experiments and, we then performed functional assay to elucidate the role played by Pno1 during the pre-18S rRNA maturation.Our results have shown that eukaryotic Nob1 adopts an atypical PIN domain conformation: two fragments (res 1-104 and 230-255) separated by an internal loop, which is essential for Pno1 recognition. We also found out that Pno1 inhibits Nob1 activity likely by masking the cleavage site. Our findings further support the recently published cryo-EM structure of the pre-40S, where Nob1 displays an inactive conformation. Moreover, 18S rRNA 3’-end cleavage has to happen and this implies structural rearrangement or requirement of some accessory proteins such as Cinap, an atypical kinase involved in pre-18S processing. Studying the interplay between proteins localized in the pre-40S platform (RPS14, RPS26, Nob1/Pno1 complex) has shown that Cinap is able to form a trimeric complex with Nob1 and its binding partner Pno1. Furthermore, Cinap can recognize RPS26 in a RPS14-dependent manner, which had already been studied with its yeast counterpart. It is important to note that RPS26 is the ribosomal protein replacing Pno1 in the mature ribosome. Our finding clearly suggests a mechanism where RPS26 recruitment to the ribosome requires Pno1 dissociation. This exchange would be carried out by Cinap. Therefore, we can suggest a simplified model as follow: upon binding with Pno1, the newly formed complex (Cinap/Pno1) will trigger a conformational change, which will allow the endonuclease Nob1 to reach its substrate (D-site) and perform its cleavage resulting in mature 18 rRNA generation.

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Le microbiote humain est défini par l’ensemble des microbes habitant un site corporel en particulier. Les différents microbiotes de l’Homme, notamment le microbiote intestinal qui est le plus étudié, peuvent moduler de nombreux mécanismes biologiques dont le métabolisme et la réponse immunitaire. Un débalancement du microbiote au niveau des espèces qui le composent, ou dysbiose, a été associé à plusieurs maladies inflammatoires comme le diabète, l’obésité, mais aussi divers types de cancer. De plus, il a été démontré que les bactéries pouvaient avoir un impact sur la réponse des patients aux thérapies contre le cancer. Le cancer du sein est le cancer le plus mortel chez la femme. Or, l’étiologie de la maladie reste incertaine. Récemment, il a été montré que des bactéries pouvaient infiltrer les tissus plus profonds comme le tissu mammaire, formant un microbiote local. Considérant l’impact que la dysbiose peut avoir sur la réponse immunitaire antitumorale et la réponse aux traitements, nous avons émis comme hypothèse qu’une présence bactérienne intratumorale similaire, en composition et en quantité, à celle du tissu normal non-cancéreux affecte la progression du cancer du sein ainsi que le devenir clinique des patientes. La présence du microbiote intratumoral du sein a donc été validée par la détection de plusieurs composants bactériens sur des coupes tumorales à l’aide de marquages moléculaires. Puis, nous avons évalué le rôle potentiel de ce microbiote en quantifiant et identifiant les espèces bactériennes présentes dans les tumeurs et les tissus normaux adjacents des patientes de notre cohorte du cancer du sein. Nos résultats montrent une abondance moins élevée de l’ADN bactérien dans les tumeurs du sein comparativement aux tissus normaux adjacents appariés, suggérant qu’une altération du microbiote mammaire est associée au cancer. De plus, les patientes ayant un signal bactérien très faible dans leur tumeur avaient un nombre de récidives plus élevé. Cette influence de la quantité apparente de bactéries sur le devenir clinique a été observée principalement chez les patientes ayant une tumeur avancée, soit un grade ou un stade élevé, et de sous-types moléculaires Luminal HER2+, HER2+ (non-luminal) et Luminal B. Aucune relation n’a été observée entre la composition bactérienne du microbiote intratumoral mammaire et la récidive. Nos travaux suggèrent une implication pronostique et thérapeutique de la charge bactérienne du microbiote associé aux tumeurs mammaires. / The human microbiota is defined by all the microbes inhabiting a specific body site. The different human microbiota, and in particular the intestinal microbiota which is the most studied, can modulate many biological mechanisms, including metabolism and the immune response. An imbalance in the bacterial species that compose the microbiota, or dysbiosis, has been associated with several inflammatory diseases such as diabetes, obesity, but also various types of cancer. Additionally, bacteria have been shown to impact the response of patients to cancer therapy. Breast cancer is the deadliest cancer in women. However, the etiology of the disease remains uncertain. Recently, it has been shown that bacteria can infiltrate deeper tissues like breast tissue, forming a local microbiota. Considering the impact that dysbiosis can have on the anti-tumor immune response and the response to treatments, we hypothesized that an intratumoral bacterial presence similar in composition and quantity to that of normal non-cancerous tissue affects the progression of breast cancer, as well as the clinical outcomes of patients. The presence of the intratumoral breast microbiota was therefore validated by the detection of several bacterial components on whole tumor sections using molecular staining. Then, we evaluated the potential role of this microbiota by quantifying and identifying the bacterial species present in tumors and adjacent normal tissues of patients in our breast cancer cohort. Our results show a lower abundance of bacterial DNA in breast tumors compared to adjacent paired normal tissues, suggesting that an alteration of the mammary microbiota is associated with breast cancer. In addition, patients with a very low bacterial signal in their tumor had a higher number of recurrences. This influence of the apparent quantity of bacteria on the clinical outcomes has been observed mainly in patients with an advanced tumor, either a high grade or a high stage, and of the Luminal HER2+, HER2+ (non-luminal) and Luminal B molecular subtype. No relationship has been observed between the bacterial composition of the breast intratumoral microbiota and the recurrence. Our work suggests a prognostic and therapeutic implication of the bacterial load of the microbiota associated with breast tumors.

Culicoides (Diptera: Ceratopogonidae) are small (<3mm) blood feeding flies. These flies are biological vectors of viruses, protozoa and filarial nematodes affecting birds, humans, and other animals. Among the viruses transmitted those causing bluetongue (BT), African horse sickness (AHS) and epizootic haemorrhagic disease (EHD) are of major veterinary significance. Culicoides (Avaritia) imicola Kieffer, a proven vector of both AHS and BT viruses, is the most abundant and wide spread livestock-associated Culicoides species in South Africa. Field isolations of virus and oral susceptibility studies, however, indicated that a second Avaritia species, C. bolitinos Meiswinkel may be a potential vector of both BT virus (BTV) and AHS virus (AHSV). Differences in oral susceptibility, which are under genetic control, of populations from different geographical areas to viruses may be an indication of genetic differences between these populations, which may be the result of limited contact between these populations. A good knowledge of the distribution, spread and genetic structure of the insect vector is essential in understanding AHS or BT disease epidemiology. In the present study, an effort was made to gather field specimens of both C. imicola and C. bolitinos from different areas within their natural distribution in South Africa. The aim was to partially sequence two mitochondrial genes from these specimens and to analyse the sequence data making use of phylogenetic trees to clarify the genetic relationships between individuals or groups collected from geographically distinct sites. The two species were collected from four geographically separated areas in South Africa viz. Gauteng Province, Eastern Cape Province, Western Cape Province as well as the Free State Province. DNA was extracted from a total of 120 individual midges of the two Culicoides species using DNA extraction kits. Extracted DNA was analysed using PCR, sequencing as well as phylogenetic methods. A total of 117 mitochondrial DNA COI and 104 mitochondrial 16S ribosomal RNA Culidoides</i. sequences were analysed. DNA sequence polymorphism and phylogenetic relationships of various groups of C. imicola and C. bolitinos midges were determined. The results of the phylogenetic analysis of Culicoides populations using mitochondrial COI gene fragment showed that, at least one subpopulation of C. imicola and two distinct genotypes of C. bolitinos species do exist in South Africa, and further analysis is necessary. This study showed that COI has the potential to separate Culicoides midges based on their geography / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010. / Veterinary Tropical Diseases / unrestricted

The cell wall provides a complex and rigid structure to the plant for support, protection from environmental factors, and transport. It is mainly composed of polysaccharides, proteins, and lignin. Arabinoxylan (AX), pectin (P), and cellulose (C) are the main components of cereal cell walls and are particularly concentrated in the bran portion of the grain. Cereal arabinoxylans create networks in plant cell walls in which other cell wall polysaccharides are imbedded forming complex matrices. These networks give an insolubility profile to plant cell wall. A previous study in our lab showed that soluble crosslinked arabinoxylan with relatively high residual ferulic acid from corn bran provided advantageous <i>in vitro </i>human fecal fermentation products and promoted butyrogenic gut bacteria. In the present work, arabinoxylan was isolated from corn bran with a mild sodium hydroxide concentration to keep most of its ferulic acid content. Highly ferulated corn bran arabinoxylan was crosslinked to create an insoluble network to mimic the cereal grain cell wall matrices. Firstly, arabinoxylan film (Cax-F), pectin film (P-F), the film produced by embedding pectin into arabinoxylan networks (CaxP-F), and cellulose embedding arabinoxylan matrices (CaxC-F), and embedding the mixture of cellulose and pectin into arabinoxylan networks (CaxCP-F) were fabricated into simulated plant cell wall materials. Water solubility of films in terms of monosaccharide content was examined and revealed that Cax-F was insoluble, and P-F was partially insoluble, and nanosized pectin and cellulose were partially entrapped inside the crosslinked-arabinoxylan matrices. In a further study, these films were used in an <i>in vitro </i>human fecal fermentation assay to understand how gut microbiota access and utilize the different simulated plant cell walls to highlight the role of each plant cell wall component during colonic fermentation. <i>In vitro </i>fecal samples, obtained from three healthy donors were used to ferment the films (Cax-F, P-F, CaxP-F, CaxC-F, and CaxCP-F) and controls (free form of cell wall components -Cax, P and C). The fabricated films that were compositionally similar to cell walls were fermented more slowly than the free polysaccharides (Cax and P). Besides, CaxP-F produced the highest short chain fatty acids (SCFA) amount among the films after 24 hour <i>in vitro </i>fecal fermentation. Regarding specific SCFA, butyrate molar ratio of all films was significantly higher than the free, soluble Cax and P. 16S rRNA gene sequencing explained the differences of the butyrate proportion derived from specific butyrogenic bacteria. Particularly, some bacteria, especially in a butyrogenic genera from Clostridium cluster XIVa, were increased in arabinoxylan films forms compared to the native free arabinoxylan polysaccharide. However, no changes were observed between P and P-F in terms of both end products (SCFA) and microbiota compositions. Moreover, CaxP-F promoted the butyrogenic bacteria in fecal samples compared with pectin alone, arabinoxylan alone, and the arabinoxylan film. Differences in matrix insolubility of the film, which was high for the covalently linked arabinoxylan films, but low for the non-covalent ionic-linked pectin film, appears to play an important role in targeting Clostridial bacterial groups. Overall, the cell wall-like films were useful to understand which bacteria degrade them related to their physical form and location of the fiber polymers. This study showed how fabricated model plant cell wall films influence specificity and competitiveness of some gut bacteria and suggest that fabricated materials using natural fibers might be used for targeted support of certain gut bacteria and bacterial groups.

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