Les parasites protozoaires du genre Leishmania sont responsables de différentes pathologies et représentent une cause importante de morbidité et de mortalité au niveau mondial. En absence de vaccins, le contrôle de la leishmaniose repose sur l’administration d’agents chimiothérapeutiques. Les médicaments disponibles sont peu nombreux et la plupart d’entre eux sont associés à des facteurs limitants, comme une toxicité relative à leur administration ou un coût trop élevé pour être utilisés de routine au niveau des zones endémiques les plus pauvres. Les composés à base d’antimoine pentavalent sont utilisés en thérapie depuis plusieurs décennies et demeurent encore aujourd’hui un traitement de première ligne contre les différentes formes de leishmanioses. Cependant, l’augmentation du nombre d’infections réfractaires au traitement, associée à la présence de foyers épidémiques de résistance, amenuisent le potentiel thérapeutique de ces molécules. Les mécanismes impliqués dans la résistance sont partiellement élucidés et ont révélé l’importance de la famille des protéines ATP-binding cassette (ABC) dans la résistance. De plus, l’étude de mutants résistants sélectionnés en laboratoire indique la présence de mécanismes de résistance supplémentaires, pour lesquels les gènes impliqués n’ont pas encore été identifiés. Les objectifs de cette thèse étaient i) de définir la famille des protéines ABC chez Leishmania et d’en effectuer l’analyse phylogénique, pour ensuite ii) étudier l’implication de la sous-famille ABCC dans la résistance à l’antimoine chez ce parasite, et finalement iii) de profiter de la disponibilité de la séquence du génome de Leishmania pour évaluer le profil d’expression génique associé au phénotype de résistance à l’antimoine à l’échelle génomique. L’analyse phylogénique a d’abord permis de démontrer la diversité de la famille des protéines ABC chez Leishmania, qui semble avoir évoluée par des événements de duplication génique suite à la divergence évolutive du parasite. Ensuite, des études de localisation protéique, associées à des expériences de surexpression génique, ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de l’ensemble des protéines appartenant à la sous-famille ABCC chez Leishmania et de démontrer l’implication de deux d’entre elles dans la résistance à l’antimoine chez ce parasite. Enfin, une étude transcriptomique a confirmé l’importance du gène MRPA dans la résistance à l’antimoine et a permis d’identifier les mécanismes de recombinaison homologue impliqués dans son amplification chez une souche de L. infantum hautement résistante. Finalement, l’analyse transcriptomique a également révélé la présence de chromosomes aneuploïdes chez différents mutants résistants à l’antimoine, alors que la sélection d’une souche révertante partielle a permis d’observer une bonne corrélation entre les niveaux de résistance et le nombre de copies des chromosomes aneuploïdes. / The parasite Leishmania is responsible for considerable morbidity and mortality around the world. No effective vaccine is yet available against this parasite and treatment thus relies on chemotherapy. Few drugs are available and most of them are associated with limitations such as toxicity and high cost. Pentavalent antimonials have been used for decades in the treatment of leishmaniasis and remain the mainstay against all forms of Leishmania infections in most endemic regions. However, the efficacy of these compounds is compromised by the selection of resistant parasites that are now described on a frequent basis in several endemic regions. The mechanisms involved in antimony resistance are partly understood and have pinpointed the role of ATP-binding cassette (ABC) proteins. Moreover, drug resistance studies with different in vitro-selected mutants have suggested the presence of unidentified mechanisms involved in antimony resistance. The objectives of this thesis were i) to define the complete ABC protein family in Leishmania and to analaze their evolution by phylogenetic analyses, ii) to assess the role of the entire ABCC subfamily in antimony resistance, and iii) to take advantage of the availability of the Leishmania genome sequence to study the gene expression profile associated with an antimony resistance phenotype at the genomic level. Phylogenetic analyses revealed the magnitude of the ABC gene family in Leishmania, which seemed to have undergone gene duplication events following the divergence of the Leishmania lineage. Moreover, subcellular localization experiments indicated that the entire ABCC protein subfamily is located to intracellular compartments in Leishmania, and gene overexpression experiments revealed the involvement of two of these proteins in antimony resistance. Finally, a whole-genome transcriptomic study confirmed the involvement of MRPA in antimony resistance and revealed the recombination events associated with its amplification in the highly resistant L. infantum Sb2000.1 mutant. More importantly, the transcriptomic study revealed the presence of aneuploid chromosomes in at least two different antimony-resistant mutants and selection of a partial revertant strain allowed the observation of a good correlation between the antimony resistance levels and the copy number of the aneuploid chromosomes.

Le rein joue un rôle essentiel dans l’élimination des médicaments et de leurs métabolites, de ce fait il assure la défense de l'organisme contre de potentiels xénobiotiques toxiques. Particulièrement, les transporteurs des tubules proximaux rénaux qui ont un rôle dans la sécrétion tubulaire des médicaments. Ainsi, ils sont des déterminants important de la biodisponibilité des xénobiotiques dans l’organisme.Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à l’implication des transporteurs rénaux humains hOAT1 et hOAT3 dans des interactions médicamenteuses moyennant des modèles in vitro. Après construction et validation des modèles d’études cellulaires HEK-hOAT1 et HEK-hOAT3, nous avons testé l’effet des inhibiteurs de la pompe à protons sur le transport du méthotrexate par les OATs ainsi que l’effet des antiviraux sur l’influx du tenofovir par ces mêmes transporteurs. Grâce à nos modèles cellulaires nous avons tenté d’expliquer in vitro de probables interactions médicamenteuses décrites en clinique. / The kidney plays an essential role in the elimination of drugs and their metabolites, thus it ensures the defense of the body against potential toxic xenobiotic. Particularly, the secretory transporters in the proximal tubule are major determinants of the disposition of xenobiotic in the body.In this thesis we investigated the involvement of human organic anions transporters hOAT1 and hOAT3 in drug drug interactions through study on in vitro cell models. After construction and validation of cells models studies HEK-hOAT1 and HEK-hOAT3, we tested the effect of proton pump inhibitors on methotrexate transport by OATs and the effect of antivirals on the influx of tenofovir by these two transporters. With our models we tried to explain in vitro probable drug interactions described in the clinic.

Le transporteur mitochondrial de nucléotides adényliques (Ancp), localisé dans la membrane interne mitochondriale, catalyse l'échange ADP/ATP entre le cytoplasme et la matrice mitochondriale. Il lie deux classes d'inhibiteurs naturels avec une grande spécificité et une haute affinité. Ces deux types d'inhibiteurs, BA et CATR, stabilisent Ancp dans deux conformations distinctes impliquées dans le transport des nucléotides. La compréhension des changements conformationnels subits par Ancp est essentielle pour décrire précisément le mécanisme d'échange des nucléotides. La structure atomique du transporteur de bœuf a montré que les hélices transmembranaires 1, 3 et 5 sont coudées par la présence de prolines qui pourraient donc être impliquées dans les changements conformationnels associés au transport.Dans la première partie de ce manuscrit, ces prolines ont été mutées en alanine ou en leucine et les conséquences de ces mutations ont été étudiées au niveau de la cellule (phénotype, morphologie, contenu en protéines) et des mitochondries en examinant le transport lui-même ainsi que toutes les fonctions mitochondriales (respiration, contenu en protéines, importation des protéines, morphologie…). Il peut-être conclu de ces études que ces prolines jouent un rôle dans le transport mais également dans la biogenèse mitochondriale (import d'Ancp, équilibre fusion/fission mitochondriale).Dans la deuxième partie, ont été étudiées des mutations qui stabilisent Ancp dans la conformation BA ou CATR. L'objectif était d'obtenir des formes stables du transporteur représentant des états intermédiaires du transport pour en étudier la structure atomique par cristallographie. Les résultats préliminaires sont prometteurs. / The mitochondrial ADP/ATP carrier (Ancp), located in the inner mitochondrial membrane, catalyzes the ADP/ATP exchange between the cytoplasm and the mitochondrial membrane. Two classes of natural inhibitors can bind to the carrier with high specificity and affinity. These two families of inhibitors, BA and CATR, stabilize Ancp in two different conformations, which are involved in the nucleotide transport. Understanding the conformational changes undergone by Ancp is essential to describe precisely the nucleotide exchange mechanism. The atomic structure of the Beef Ancp unveiled kinks in transmembrane helices 1, 3 and 5 induced by the prolines, which therefore could be involved in the conformational changes associated with the nucleotide transport. In the first part of this manuscript, the three prolines were mutated into alanine or leucine and the results of these mutations were studied at the level of the cell (phenotype, morphology, protein content) and of the mitochondria by examining the transport itself and various mitochondria functions (respiration, protein content, protein import, morphology...). It can be concluded from these studies that these prolines play a key role in the transport but also in mitochondria biogenesis (Ancp import, mitochondrial fusion/fission balance).In the second part were studied mutations that stabilize Ancp in BA or CATR conformation. The goal was to obtain stable forms of Ancp that would correspond to intermediate steps of the transport to study their atomic structure by crystallography. The preliminary results are promising.

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

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

P. chrysosporium est un champignon saprophyte capable de dégrader de nombreux xénobiotiques, ce qui le rend particulièrement intéressant pour des applications en bioremédiation. Plusieurs publications mettent en avant l'importance de la maîtrise de l'homéostasie métallique dans la production de certaines enzymes lignolytiques. La présence de manganèse est en effet nécessaire à la production des manganèses peroxydases, alors qu'à l'inverse une carence permettra la production de lignines peroxydases. Cependant, la caractérisation de transporteurs impliqués dans le contrôle de l'homéostasie métallique n'a fait l'objet de recherches poussées que chez le champignon modèle S. cerevisiae. L'analyse des transporteurs putatifs de manganèse de 26 espèces fongiques représentant 20 ordres fongiques a permis de constituer un répertoire de 281 transporteurs de manganèse. L'analyse phylogénétique a permis de mettre en évidence que des processus de duplication, mais également de délétion, avaient eu lieu en particulier chez S. cerevisiae. Cependant ce dernier ne possède pas de transporteurs de manganèse appartenant à la famille des Cation Diffusion Facilitator. Dans le génome de P. chrysosporium, onze transporteurs de manganèse appartenant à différentes familles de gènes ont été identifiés. Le niveau d'expression de ces différents gènes a été étudié notamment en condition lignolytique. Ces transporteurs ont également été clonés afin de vérifier leurs fonctions par complémentation en système hétérologue. Cette étude a permis de mettre en évidence les transporteurs de manganèse putatifs de nombreux organismes fongiques, ainsi que l'absence d'une famille de transporteurs impliquée dans les mouvements de manganèse chez S. cerevisiae / P. chrysosporium is a saprophytic fungus able to degrade many xenobiotics which makes it particularly attractive for applications in bioremediation. Several publications highlight the importance of metal homeostasis in the production of lignolytics enzymes. Indeed the presence of manganese is required for the production of manganese peroxidase. Conversely, deficiency allows the production of lignins peroxidases. Characterization of transporters involved in the control of manganese homeostasis has been only researched in the model S. cerevisiae. Analysis of putative manganese transporters of 26 fungal species representing 20 orders of fungus was used to form a repertory of 281 transporters of manganese. Phylogenetic analysis allowed to highlight that duplication process, but also deletion, had occurred particularly in S. cerevisiae. However this one is devoid of transporters belonging to the manganese Cation Diffusion Facilitator. Eleven transporters belonging to gene families in which manganese transporters have been found were identified in the P. chrysosporium?s genome. Expression level of these genes was examined particularly in ligninolytic condition. Transporters have also been cloned in order to verify their functions by complementation in heterologous system. This study allowed to identify putative manganese transporters of numerous fungal organisms and the lack of a transporters family involved in the manganese transport in S. cerevisiae

La zéaralénone (ZEN) est une mycotoxine produite par des Fusarium qui contaminent les cultures céréalières. Oestrogéno-mimétique et perturbateur endocrinien, ses effets toxiques concernent l'appareil reproducteur. En amont de l'évaluation du risque lié à une exposition à de faibles doses de ZEN, nous nous sommes intéressés à l'effet de la ZEN sur le niveau d'expression de transporteurs ABC majeurs. Ces pompes d'efflux sont présentes dans les barrières de l'organisme (notamment les barrières testiculaires et placentaires) où elles jouent un rôle dans la protection des tissus contre la toxicité de leurs substrats xénobiotiques. Dans ce travail nous avons d'abord caractérisé le métabolisme et la distribution tissulaire de la ZEN chez le rat, puis avons évalué son effet respectivement à court et long terme sur l'expression des transporteurs ABC après une exposition gestationnelle et néonatale. Nos résultats mettent en évidence des différences de comportement toxicocinétique de la ZEN en fonction du genre et du statut hormonal, et une réelle exposition fœtale et néonatale via la mère. La ZEN module l'expression des transporteurs ABC majeurs in vivo (dans les organes maternels, le foie foetal, le testicule du jeune adulte exposé J1-J5). Les résultats obtenus sur modèles in vitro (lignées sertolienne et placentaire) suggèrent que ces modulations sont liées en partie à l'interaction de la ZEN avec les récepteurs aux oestrogènes. Les conséquences d'une modulation de l'expression des transporteurs ABC induite par la ZEN pourraient être dramatiques pour le développement et la santé des individus à l'âge adulte et doivent être évaluées / Zearalenone (ZEN) is a mycotoxin produced by Fusarium that infect cereal crops. This Estrogenmimetic and endocrine disruptor affects the reproductive system. Upstream of the risk assessment of exposure to low doses of ZEN, we are interested in the effect of ZEN on the expression level of major ABC transporters. These efflux pumps are present in the barriers of organism (including testicular and placental barriers), where they protect tissues against the toxicity of their xenobiotic substrates. In this work, we first characterized the metabolism and tissue distribution of ZEN in rat and then evaluated respectively its short and long-term effect on ABC transporters expression after gestational and neonatal exposure. Our results highlight differences in the toxicokinetic behavior of ZEN by gender and hormonal status, and fetal and neonatal real exposure via the mother. ZEN modulates the expression of major ABC transporters in vivo (in the maternal organs, fetal liver, testis of young adult exposed J1-J5). The results of in vitro models (sertoli and placental cell lines) suggest that these variations are partly due to the interaction of ZEN with the estrogen receptors. The consequences of expression modulations of ABC transporters induced by ZEN could be dramatic for the development and health of individuals in adulthood and should be evaluated

Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation physico-chimique de métallopolymères conjugués des éléments f en but d’utiliser ces matériaux comme composants actifs de diodes électroluminescentes. En effet, les ions lanthanides possèdent des propriétés d’émission intéressantes dans le cadre de nos applications. La chaine polymère permet quant à elle l’introduction de groupements transporteurs de charges. Ces matériaux devraient donc réunir les caractéristiques requises (transport des charges et émission) pour être utilisés dans des PLEDs (Polymer Light-Emitting Diodes), lesquelles emploient pour leur fabrication des techniques de dépôts en solution. Les PLEDs présentent l’intérêt d’avoir une structure simplifiée par rapport aux OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) qui sont construites par juxtaposition de couches successives de petites molécules évaporées sous vide.La synthèse de trois séries de polymères conjugués a été réalisée. La réaction de polymérisation utilisée s’effectue selon un couplage de Suzuki-Miyaura entre des motifs fluorènes et des monomères porteurs de groupements carbazoles et/ou benzimidazoles permettant de coordiner l’ion lanthanide. Plusieurs métallopolymères ont également été isolés. Les composés synthétisés ont été caractérisés par analyse élémentaire, RMN et chromatographie par exclusion stérique. Des études de photoluminescence sur ces composés en présence ou non d’ions lanthanides luminescents ont été effectuées. Enfin, les polymères et métallopolymères ont été utilisés dans la conception de diodes électroluminescentes. / This work deals with the synthesis and physico-chemical characterization of lanthanide-containing metallopolymers to use them as active components in electroluminescent diodes. The emission properties of trivalent lanthanides are particularly interesting in the case of our application. The conjugated chain polymer built up with charge-transport groups. These materials should provide all the properties (conduction and emission) to be used as active layer in PLEDs (Polymer Light-Emitting Diodes) which are devices made by solution deposition techniques. The PLEDs offer the advantage to have a simplified structure in comparison with OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) which are built by juxtaposition of layers constituted by small organic molecules.The syntheses of three series of conjugated polymers have been achieved. The polymerization reaction has been carried out by a Pd-catalyzed Suzuki-Miyaura coupling between fluorenes moieties and monomers bearing carbazole and/or benzimidazole groups acting as a coordinating site for the lanthanide ion. Several metallopolymers were also synthesized. The isolated compounds were characterized by NMR, elemental analyses, and GPC. Photophysical studies have been performed on all the polymers and metallopolymers. Finally, these compounds have been used for the design of electroluminescent devices.

L'enveloppe bactérienne est une cible majeure d'un grand nombre d'antibiotiques naturels. Certains provoquent d'importantes perturbations de la membrane cytoplasmique, d'autres ciblent spécifiquement les différentes étapes enzymatiques de la voie de biosynthèse du peptidoglycane, constituant majeur de la paroi. Pour contrer l'action de ces antibiotiques, les bactéries ont développé divers systèmes de résistance leur conférant un avantage sélectif dans leur niche écologique. Le rejet de l'antibiotique est un des principaux mécanismes de résistance rencontré chez les bactéries. Il implique parfois des transporteurs membranaires de type ABC (pour ATP Binding Cassette) pouvant hydrolyser l'ATP pour exporter ou importer un allocrite. Les bactéries possèdent également divers systèmes leur permettant, d'une part, de détecter un signal environnemental (antibiotique ou stress de la paroi qu'il engendre), et, d'autre part, d'assurer la transduction du signal qui aboutit à une réponse adaptée. Deux types de systèmes sont impliqués dans les réponses aux stress de la paroi : les phosphorelais et les facteurs sigma à fonction extracytoplasmique.<br /><br />Le groupe des Firmicutes, dont la bactérie modèle est Bacillus subtilis, est un groupe ubiquitaire producteur d'antibiotiques et contenant de nombreux organismes pathogènes. Les analyses effectuées au laboratoire ont permis d'identifier chez les Firmicutes des systèmes associant un phosphorelais et un transporteur ABC. Dans chacun des cas, les gènes codant les différents partenaires du système sont à proximité sur le chromosome et le phosphorelais régule l'expression des gènes codant le transporteur ABC. On trouve trois de ces systèmes chez B. subtilis nommés BceRSAB (anciennement YtsABCD), YvcPQRS et YxdJKLM. L'objectif de notre étude était de tester l'hypothèse selon laquelle ces systèmes pouvaient être impliqués dans la résistance aux antibiotiques ciblant l'enveloppe bactérienne.<br /><br />La bacitracine est un antibiotique qui se complexe à l'undécaprényl pyrophosphate (UPP) et inhibe la dernière étape de la biosynthèse du peptidoglycane : la régénération de l'undécaprényl phosphate (UP). Nos résultats indiquent que le système BceRSAB est le composant majeur de la résistance à la bacitracine chez B. subtilis. L'expression de l'opéron bceAB est activée, en présence de bacitracine, par le phosphorelais BceRS. Nous avons également identifié une protéine, nommée BcrC, qui participe à la résistance à la bacitracine chez B. subtilis. Nous avons démontré que cette dernière est une UPP phosphatase impliquée dans la régénération de l'UP et s'oppose ainsi à l'action de la bacitracine. L'expression du gène bcrC ne dépend pas du phosphorelais BceRS mais de trois facteurs sigma à fonction extracytoplasmique. En conclusion, B. subtilis possède deux types de systèmes de résistance à la bacitracine indépendants et complémentaires.<br />Nous avons par la suite analysé le mécanisme de régulation de l'induction du système BceRSAB par la bacitracine. Nos résultats sont surprenants et montrent clairement que le transporteur ABC BceAB participe à l'activation de l'expression de ses propres gènes de structure avec le phosphorelais BceRS. De plus, lorsque le pool cellulaire d'UPP diminue (lorsque la phosphatase BcrC est surproduite), et en présence de bacitracine, l'expression du gène bceA diminue également. Ceci montre que l'UPP participe, avec la bacitracine, au stimulus du système BceRSAB. Notre hypothèse de travail est que le transporteur ABC, prédit comme étant un exporteur, prend en charge le complexe UPP/bacitracine et agit comme une flippase pour créer une dissymétrie membranaire ressentie par le senseur BceS. Il n'est pas exclu, qu'en présence de bacitracine, le transporteur BceAB puisse interagir avec le senseur BceS pour permettre l'activation du système.<br /><br />La majeure partie des bactéries du groupe des Firmicutes possède, d'une part, des protéines similaires à BcrC, et, d'autre part, des systèmes similaires au système BceRSAB. Toutes les protéines « BcrC-like » ont un motif caractéristique permettant de les classer dans la famille des phosphatases de type PAP2. Il est tentant de penser qu'elles sont toutes des UPP phosphatases assurant une des étapes clés de la synthèse du peptidoglycane. <br />Par ailleurs, les deux autres systèmes « Bce-like » de B. subtilis, YvcPQRS et YxdJKLM, sont également activés en présence d'antibiotiques ciblant l'enveloppe bactérienne et nous savons que le transporteur ABC YvcRS est aussi impliqué dans le mécanisme de régulation. Nous proposons donc que les systèmes « Bce-like » des Firmicutes sont tous des systèmes de détoxification dirigés contre des antibiotiques ciblant l'enveloppe bactérienne.

Le passage sélectif d'ions et de métabolites à travers les membranes biologiques est essentiel à de nombreux processus cellulaires fondamentaux. Au niveau de la membrane interne de la mitochondrie, la communication cellulaire et les processus d'échanges sont principalement assurés par les transporteurs mitochondriaux. Ces protéines membranaires jouent un rôle clef dans les fonctions métaboliques des cellules eucaryotes et leur dysfonctionnement est à l'origine d'un certain nombre de maladies graves chez l'homme Parmi les transporteurs mitochondriaux, deux familles ont été étudiées au cours de ce travail : les AACs (ADP/ATP Carriers) et les UCPs (UnCoupling Proteins). Deux systèmes de production hétérologue de ces transporteurs ont été mis en place : la synthèse in vitro et l'expression chez E. coli de protéines de fusion. Le premier a permis la production et la purification d'environ 0,6 mg de protéine par mL de réaction et le deuxième a été exploité afin de réaliser des caractérisations fonctionnelles des transporteurs ADP/ATP. Un test fonctionnel pour la protéine découplante a également été mis au point. Ce test, basé sur la mesure directe des courants électriques associés à l'activité de transport de l'UCP, à permis la caractérisation fonctionnelle de la protéine UCP1 native.