Les gymnodimines, les spirolides, les pinatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR) sans que leurs modes d’action ne soient connus avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit le pharmacophore principal, indispensable pour toute activité inhibitrice. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est focalisé sur la synthèse du fragment spiroimine de la (–)-gymnodimine A, dans l’optique d’une étude pharmacologique de ces structures. Dans un premier temps, la création du centre quaternaire a été développée en utilisant la réaction Tsuji-Trost qui nous a donné de bons résultats en termes de rendement et d’excès énantiomérique. Au cours d’une approche sur des substrats modèles, une stratégie de fonctionnalisation originale de la chaîne allylique, mettant en jeu une métathèse croisée puis une oxydation, nous a permis d’atteindre l’intermédiaire spirolactone désiré. Après quelques étapes d’aménagements fonctionnels, une réaction de Staudinger nous a permis d’isoler les spiroimines attendues. Puis, dans la perspective d’une future synthèse totale, la réaction de Tsuji-Trost a été appliquée à des substrats plus fonctionnalisés. Dans un second temps, une allylation décarboxylante asymétrique à partir de Beta-cétoesters, nous a aussi permis de former le centre stéréogénique avec de bons rendements et excès énantiomériques. Une séquence rapide et efficace a été mise au point pour la synthèse de motifs spiroimines. Après une étape d’isomérisation, les composés ont été engagés dans une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire entre un alcène et une fonction azoture pour former les spiroimines souhaitées. La généralisation de la méthode a alors pu être débuté. Les trois spiroimines isolées au cours de ces travaux ont été évalués biologiquement sur les nAChRs, montrant un effet antagoniste, voire bloquant, selon les structures, de ces récepteurs. Leurs structures est beaucoup plus simple que celle de la GYM A et l’activité biologique est plus faible que la molécule naturelle. Toutefois, ces résultats montrent bien que le motif spiroimine est l’un des pharmacophore de la GYM A. / Gymnodimines, spirolides, pinatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small quantities by marine microorganisms called dinoflagelles. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains to be determined. Different biological tests showed that the spiroimine moiety, common feature to all these molecules, is the main pharmacophore, indispensable for the inhibitive activity. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine fragment of the (–)-gymnodimine A, for pharmacological studies of these structures. In a first part, the formation of the quaternary carbon was developped around the Tsuji-Trost reaction. Good yield and enantiomeric excess were obtained. During our work with modele substrate, an original approach was used to functionnalize the allyl chain. We realized a cross metathesis followed by an oxidative cleavage to form an aldehyde used to synthezise the wished spirolactone. After some functional arrangements, a Staudinger cyclisation has been involved to isolate the expected spiroimines. Then, Tsuji-Trost reaction was applied to more functionnalized substrates for a future total synthesis. In a second time, an asymmetric decarboxylative allylation from Beta-cétoesters, was used to form the stereogenic center with good yield and enantiomeric excess. A short synthetic route was developped for the synthesis of the spiroimine moiety. After an isomerisation of the allylic chain, compounds were involved in a 1,3-cycloaddition between an alcene and an azide to form the wished spiroimines. The generalization of the method was just begun. Three spiroimines were isolated and biologically evaluated on nAChRs. Their structure were simpler than GYM A but they show an antagonist effect and even a blocking effect according to the molecule. Their biological activities were lower than the natural product but these results show that spiroimine moiety is one of the pharmacophore of the GYM A.

Le développement important des biocapteurs pour des applications médicales entraînent, depuis ces dernières années, à envisager d'autres façons de construire des plans d'expérience. Ainsi, les travaux ici présentés tentent de répondre à une problématique originale consistant à détecter des événements ayant une faible probabilité de se produire selon deux approches "antagonistes" ; d'une part, le criblage pharmaceutique de molécules chimiques et d'autre part, la détection de toxines à usage bioterroriste. Alternativement, ce sont les sondes et les cibles qui présentent une activité inconnue vis-à-vis de leur partenaire. Pour y répondre, nous avons envisagé la combinaison de la technique d'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi) et l'utilisation de biopuces. L'immobilisation de composés chimiques issus de la chimie combinatoire est effectuée selon une conception préalable des molécules afin qu'elles soient compatibles en vue d'une immobilisation dans un polymère fin de polypyrrole. Appliquée à la recherche de nouvelles molécules interagissant avec l'ARN polymérase bactérienne, enzyme cible pour l'élaboration de molécules à activité antibiotique, ce procédé a permis d'isoler plusieurs molécules appartenant à la famille des hydantoïnes et des quinazoline-2,4-diones capables de réagir avec la cible pharmacologique choisie. Une miniaturisation des procédés de fabrication ouvre la voie vers une augmentation des débits de criblage de ce type de méthode. Dans le cadre de la détection de toxines, la chaîne B de la ricine a été prise pour modèle d'étude. Afin de surmonter les limitations de la technique par SPRi, un protocole d'amplification du signal a été mis au point. Celui-ci a permis de déceler jusqu'à 10 pM en analyte, c'est-à-dire une sensibilité comparable aux autres méthodes de transduction. Grâce à cette stratégie analytique multi-étape, une gamme dynamique de 3 ordres de grandeur a été établie. Une extension de cette approche analytique pourra à court terme amener à doser simultanément plusieurs toxines.

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), toxines les plus efficaces connues, sont responsables du botulisme. Elles inhibent la libération d'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires causant des paralysies flasques. Lors de l'intoxication, la BoNT se lie à ses récepteurs à la surface des neurones, puis est internalisée par endocytose. L'interaction de son domaine de translocation avec la membrane à l'intérieur de compartiments cellulaires acides permet le passage du domaine catalytique dans le cytosol. Le domaine de translocation de BoNT/A (Tm) a été exprimé à partir d'un gène de synthèse. L'insertion de Tm dans la membrane et son activité sont dépendantes du pH et apparaissent dès pH 5,5. Aucun changement de structure n'est détecté par spectroscopie. Cependant, la formation d'une structure quaternaire n'est pas exclue. L'activité de Tm est aussi sensible à la courbure de la membrane, ce qui pourrait permettre une régulation supplémentaire de sa fonction.<br /><br />L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

En France, la récente apparition et implantation de l’espèce Fusarium langsethiae sur les orges de brasserie est devenue une source d’inquiétude. Ce champignon étant connu comme producteur de toxines T-2 et HT-2 cela pose le problème de la présence éventuelle de ces mycotoxines dans la bière. Des études ont proposé la levure Geotrichum candidum comme possible outil de contrôle du niveau de contamination par ces molécules. Par contre, le mécanisme d’action est encore inconnu. L’objectif de ce travail était de comprendre l’interaction entre F. langsethiae et G. candidum pour évaluer l’effet sur le développement de F. langsethiae et sur sa production de la toxine T-2. Nous avons évalué l’interaction entre ces micro-organismes en utilisant des cultures séquentielles et des co-cultures. Dans ce dernier cas la différentiation des deux micro-organismes a été faite par DOPE-FISH et par quantification de l’ADN. Les résultats ont montré que la croissance de F. langsethiae n’est pas inhibée dans un milieu pré-fermenté par G. candidum. Par contre, la présence d’un agent actif thermorésistant produit lors du développement de G. candidum affecte la concentration de la toxine T-2. Uneréduction supérieure à 90% est observée en comparaison au témoin. Dans les co-cultures on obtient le même pourcentage de réduction de la concentration de la toxine par rapport au témoin. Dans ce cas les deux micro-organismes se développent mais en moindre quantité que dans leur culture pure, F. langsethiae semblant plus inhibé que G. candidum. / F. langsethiae has been recently installed and detected in French barley used for malting. This species is known as a T-2 and HT-2 mycotoxin producer and for this reason, the possible presence of these mycotoxins in beer is a concern. G. candidum has been suggested to have a control activity in this issue, however the mechanisms is not yet described. The aim of this work was to understand the interaction between F. langsethiae and G. candidum to identify any effect in F. langsethiae growth and the T-2 toxin production. In this work, the interaction was evaluated using sequential cultures and co-cultures. Differentiation of these microorganisms in co-culture was achieved using DOPE-FISH and DNA quantification. Results showed that in the medium prefermented by G. candidum F. langsethiae growth was not inhibited but a thermoresistant active agent affected the T-2 toxin concentration during F. langsethiae development. A reduction over 90% of the T-2 toxin was observed in comparison to the concentration detected in the control. For mixed cultures the same toxin concentration reduction was observed while both microorganisms grew but at a lesser extent compared to pure cultures. In this case the growth of F. langsethiae was more affected than the one of G. candidum.

Les métallo-b-lactamases (MBL) acquises constituent une menace sanitaire par risqué d’impasse thérapeutique dans les infections causées par les bacilles à Gram négatif, en particulier lorsque ces bactéries produisent une b-lactamase à spectre étendu (BLSE). La MBL VIM-1 est une carbapénémase qui hydrolyse toutes les β-lactamines, à l’exception des monobactames. Cette enzyme a émergé en Grèce où elle est désormais endémique chez les entérobactéries. Six souches de bacilles à Gram négatif produisant une carbapénémase ont été isolées chez un même patient qui avait été rapatrié de Grèce. Trois de ces souches, Providencia stuartii (Ps), Proteus mirabilis (Pm) et Escherichia coli (Ec), produisaient la MBL VIM-1 et la BLSE SHV-5. Dans chacune de ces trois souches, les gènes blaVIM-1 et blaSHV-5 étaient portés par un plasmide transférable par conjugaison in vitro. Les plasmides extraits des transconjugants présentaient le même profil de restriction et portaient un intégron de classe 1 identique dans lequel le gène blaVIM-1 était intégré. Nous avons émis l’hypothèse qu’un plasmide codant pour VIM-1 et SHV-5 avait été transféré de la souche Ps vers les souches Pm et Ec dans le tube digestif du patient et avons reproduit ce transfert in vivo dans un modèle de souris gnotoxéniques. Au cours de cette expérience, le plasmide codant pour VIM-1 et SHV-5 a été transféré avec succès de la souche Ps vers la souche réceptrice E. coli J53, en dehors de toute pression de sélection par les antibiotiques. Nous avons ensuite analysé la séquence complète du plasmide pTC2 extrait d’un transconjugant obtenu par conjugaion in vivo. Ce plasmide de type co-intégrat (IncA/C, IncR) de 180kb possédait un squelette de type IncA/C et une région de multirésistance (MDR1) au sein de laquelle était intégré un fragment de type IncR de 13kb. L’analyse de cette séquence nous a permis d’identifier un système de transfert de type IncA/C complet et intact et différents types de systèmes de maintien, à la fois au sein du squelette IncA/C et au sein du fragment IncR. La région mosaïque MDR1 contenait neuf séquences d’insertion (sept copies de l’IS26, une IS1 et une IS6100), 10 gènes de résistance aux antibiotiques et l’opéron mer de résistance au mercure qui étaient intégrés dans des transposons unitaires, des transposons composites ou des intégrons. Le plasmide pTC2 cumule des propriétés qui font de lui un véhicule performant de la résistance aux antibiotiques : un large spectre d’hôte, de bonnes capacités de transfert, de bonnes capacités de maintien dans une population bactérienne, une grande plasticité de sa région MDR1 et une grande variété de gènes de résistance. / Acquired metallo-b-lactamases (MBLs) represent a threat for the treatment of infections caused by Gram-negative bacteria, particularly by enterobacteria that already produce extended-spectrum b-lactamases (ESBL). VIM-1 MBL, which is a carbapenemase that can hydrolyze all classes of β-lactam antibiotics except monobactams, has emerged in Greece and is now commonly found in Enterobacteriaeae. Six carbapenemase-producing strains of Gram-negative bacilli were isolated from a unique patient transferred from Greece to a French hospital. Three of these strains, Providencia stuartii (Ps), Proteus mirabilis (Pm) and Escherichia coli (Ec) strains, were shown to produce the MBL VIM-1 and the ESBL SHV-5. In each of these three strains, the blaVIM-1 gene was carried by a plasmid transferable by in vitro conjugation. The plasmids extracted from the transconjugants displayed a unique restriction profile and harboured identical VIM-1-containing class 1 integrons. Considering the hypothesis that this VIM-1 plasmid had probably been transferred from the Ps strain to the Ec and Pm strains, we performed in vivo conjugation assays in the digestive tract of gnotobiotic mice colonized with E. coli J53, to demonstrate that the VIM-1 plasmid harboured by strain Ps was transferable in vivo, in absence of antibiotic pressure. We determined the complete nucleotide sequence of the VIM-1-encoding plasmid pTC2, which was isolated in a Greek Providencia stuartii multiresistant strain. This 180-kb plasmid was found to be a multireplicon plasmid (IncA/C, IncR), with a large IncA/C backbone and a mosaic multidrug resistance (MDR1) region, in which was inserted a 13-kb IncR fragment. A CD-search-based annotation of the plasmid allowed the identification of a complete IncA/C-type transfer system and of several putative maintenance modules, either on the IncA/C backbone, and on the IncR fragment. The complex MDR1 region contained nine insertion sequences (seven copies of the IS26, one IS1 and one IS6100), 10 resistance genes and a mercury resistance operon integrated either into unit transposons, composite transposons or integrons. The broad-host range, the transfer capacities, the stability, the high plasticity of the MDR1 region combined to the variety of resistance genes make pTC2 a superspreader of resistance determinants.

Le repliement des protéines, dernière étape du processus d'expression de l'information génétique, demeure imparfaitement expliqué. Pendant ma thèse, j'ai étudié le repliement oxydant d'une petite protéine riche en ponts disulfure, la toxine a de Naja nigricollis. J'ai pu montrer que l'addition d'un acide aminé dans une boucle de la structure entraîne un ralentissement global du repliement in vitro causé par une permutation des intermédiaires productifs. L'étude en RMN des intermédiaires de repliement a permis de proposer une explication structurale à cette modification de comportement cinétique. Par ailleurs, pour tester l'importance de l'aspect vectoriel du repliement in vivo, j'ai développé une méthode ayant pour but de vectoriser le repliement in vitro. J'ai pu montrer qu'il est possible grâce à des anticorps dirigés contre la toxine a réduite d'inhiber son repliement oxydant, de lever cette inhibition et finalement de modifier sa voie de repliement.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les exosomes sont des vésicules d'origine endocytaire sécrétées par les cellules dans leur environnement après fusion des endosomes multivésiculés avec la membrane plasmique. Ils représentent un nouveau moyen de communication cellulaire par le transfert intercellulaire de protéines, de lipides et d'ARN. Dans le laboratoire, nous nous intéressons aux rôles que pourraient jouer les exosomes neuronaux dans le système nerveux central. Nous avons montré que les neurones matures sécrètent des exosomes. Nous avons mis en évidence que cette sécrétion est directement reliée à l'activité synaptique glutamatergique et à une entrée de Ca2+. Nous avons également découvert que la partie C-terminale de la chaîne lourde de la toxine du tétanos peut être sécrétée par voie exosomale. Nous avons observé que les exosomes la contenant sont repris par des neurones en culture. Un tel cargo semble d'ailleurs influencer le devenir des exosomes. De plus, pour étudier la recapture des exosomes, nous avons utilisé des exosomes de cellules N2a exprimant la tétraspanine CD63 fusionnée à la GFP. En incubant des neurones d'hippocampe avec des exosomes GFP-CD63, nous sommes parvenus à démontrer qu'ils étaient endocytés par les neurones receveurs. Cependant, bien que les exosomes semblent avoir été internalisés, nos résultats suggèrent que leur trafic serait indépendant de la voie endocytaire classique. Enfin, nous nous sommes intéressé au contenu en ARN des exosomes de N2a et de neurones. Nous avons démontré qu'ils contenaient majoritairement des ARN courts (≤ 200 nucléotides) parmi lesquels, les microARN 132 et 138. Les microARN sont de puissants régulateurs de l'expression génique. Leur transfert, via les exosomes, représenterait une nouvelle voie de régulation très fine et avec un impact conséquent sur le fonctionnement du système nerveux. Les exosomes neuronaux pourraient donc jouer un rôle dans la physiologie normale de la synapse, en permettant l'échange d'ARN et de récepteurs aux neurotransmetteurs entre neurones. Ils pourraient également être impliqués dans la propagation de protéines pathogènes comme la toxine du tétanos et la propagation de certaines maladies neurodégénératives comme Alzheimer et Creutzfeldt-Jacob. L'ensemble de nos résultats suggère que les exosomes joueraient un rôle-clé dans le système nerveux central, de par leur implication dans des processus physiologiques et pathologiques.

Les exosomes sont des vésicules d'origine endocytaire sécrétées par les cellules dans leur environnement après fusion des endosomes multivésiculés avec la membrane plasmique. Ils représentent un nouveau moyen de communication cellulaire par le transfert intercellulaire de protéines, de lipides et d'ARN. Dans le laboratoire, nous nous intéressons aux rôles que pourraient jouer les exosomes neuronaux dans le système nerveux central. Nous avons montré que les neurones matures sécrètent des exosomes. Nous avons mis en évidence que cette sécrétion est directement reliée à l'activité synaptique glutamatergique et à une entrée de Ca2+. Nous avons également découvert que la partie C-terminale de la chaîne lourde de la toxine du tétanos peut être sécrétée par voie exosomale. Nous avons observé que les exosomes la contenant sont repris par des neurones en culture. Un tel cargo semble d'ailleurs influencer le devenir des exosomes. De plus, pour étudier la recapture des exosomes, nous avons utilisé des exosomes de cellules N2a exprimant la tétraspanine CD63 fusionnée à la GFP. En incubant des neurones d'hippocampe avec des exosomes GFP-CD63, nous sommes parvenus à démontrer qu'ils étaient endocytés par les neurones receveurs. Cependant, bien que les exosomes semblent avoir été internalisés, nos résultats suggèrent que leur trafic serait indépendant de la voie endocytaire classique. Enfin, nous nous sommes intéressé au contenu en ARN des exosomes de N2a et de neurones. Nous avons démontré qu'ils contenaient majoritairement des ARN courts (≤ 200 nucléotides) parmi lesquels, les microARN 132 et 138. Les microARN sont de puissants régulateurs de l'expression génique. Leur transfert, via les exosomes, représenterait une nouvelle voie de régulation très fine et avec un impact conséquent sur le fonctionnement du système nerveux. Les exosomes neuronaux pourraient donc jouer un rôle dans la physiologie normale de la synapse, en permettant l'échange d'ARN et de récepteurs aux neurotransmetteurs entre neurones. Ils pourraient également être impliqués dans la propagation de protéines pathogènes comme la toxine du tétanos et la propagation de certaines maladies neurodégénératives comme Alzheimer et Creutzfeldt-Jacob. L'ensemble de nos résultats suggère que les exosomes joueraient un rôle-clé dans le système nerveux central, de par leur implication dans des processus physiologiques et pathologiques. / Exosomes are vesicles of endocytic origin released by cells into their environment on fusion of multivesicular endosomes with the plasma membrane. They represent a novel mechanism of cell communication by intercellular transfer of proteins, lipids and RNAs. In our laboratory, we are interested in the roles neuronal exosomes could play in the central nervous system. We first showed that mature neurons secrete exosomes and that this is regulated by synaptic glutamatergic activity and by Ca2+ influx. We next demonstrated that the C-terminal part of the tetanus toxin heavy chain can be released in association with neuronal exosomes which can then be taken up by other neurons. Moreover, such a cargo seems to influence the actual fate of the exosome. In order to further examine exosome reuptake, we used exosomes from N2a cells expressing the tetraspanin CD63 fused to the green fluorescent protein, GFP. By incubating cultured hippocampal neurons with GFP-CD63 exosomes, we succeeded in proving that they were found inside the recipient neurons. However, although exosomes are internalized, our results suggest that their traffic is independent of the classical endosomal pathway. We also studied the RNAs contained in the N2a and neuronal exosomes. These were mainly short RNAs (≤ 200 nucleotides) including microRNAs 132 and 138. MicroRNAs are key regulators of gene expression. Their transfer by exosomes could represent a new way for fine regulation with a potentially powerful impact on the nervous system. Neuronal exosomes could play a crucial role in the normal physiology of synapses, by allowing the exchange of RNAs and neurotransmitter receptors between neurons. They could also propagate pathogenic proteins such as tetanus toxin and be involved in neurodegenerative disorders such as Alzheimer's and Creutzfeldt-Jacob's diseases. Altogether, our results pave the way towards the demonstration that exosomes play an important part in the functioning of the central nervous system via their involvement in physiological and pathological processes.