Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / L'acide L-5-méthyltétrahydrofolique (L-5-MTHF) est une forme réduite de l'acide folique qui est très susceptible à l'oxydation. Cette étude avait pour but de préserver le L-5-MTHF par l'ajout d'antioxydants naturels, couplé avec un traitement d'électroréduction. Il a été montré que l'ajout d'acide ascorbique (AA) et d'extraits enrichis en épigallocatéchine gallate (EGCGe) et en épigallocatéchine (EGCe) permettait la stabilité du L-5-MTHF pendant 12 h en présence d'air, par la méthode de voltampérométrie cyclique. Une hypothèse de réaction d'oxydation du L-5-MTHF a également été proposée. De plus, l'effet des catéchines serait dû à des interactions avec le L-5-MTHF par le biais de liaisons hydrogènes et la diminution du potentiel redox, permettant ainsi de limiter les réactions d'oxydation. De plus, l'utilisation d'un traitement d'électroréduction afin de diminuer davantage le potentiel redox d'un extrait d'EGCGe a permis de mettre en évidence la stabilité du L-5-MTHF pendant 32 jours à 4°C, avec ou sans l'ajout d'AA.

Les Polluants Organiques Persistants (POPs) sont des contaminants environnementaux composés des produits chimiques, mobiles, persistants, bioaccumulables, et toxiques. Les avancées dans la recherche au cours de ces dernières décennies ont montré que ces polluants présentent un grand risque de potentiel de toxicité, notamment chez les ours polaires où ils sont responsables d’une faible densité osseuse minérale du bacculum, chez les poissons des malformations de la colonne vertébrale, et un amincissement de la coquille d’oeuf chez les oiseaux. Le rapport entre les os et la coquille de l’oeuf est qu’ils ont le calcium comme composé principal, et sa concentration dans l’organisme est régulée par deux hormones endocriniennes telles que la parathormone et la calcitonine pouvant subir des perturbations endocriniennes. La densité minérale (calcium) de l’os ou la quantité du calcium dans l’oeuf détermine leurs résistances. En vue de comprendre, l’impact des POPs sur développement foetal du système squelettique chez les mammifères, cette étude a été conduite en émettant l’hypothèse qu’une exposition in utero à une mixture de POPs mimant les contaminants retrouvés dans la chaîne alimentaire en Arctique, induirait des malformations osseuses chez les foetus de rat, lesquelles seraient transmises aux générations suivantes via les pères. Une supplémentation en acide folique (AF) a également été investiguée pour contrecarrer les effets potentiels des POPs, car l’AF était supplémentée chez les femmes enceinte pour remédier à la malformation du tube neural. À cet effet, quatre groupes de rates Sprague-Dawley (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs ou d’huile de maïs (contrôle). Elles ont été soumises à un régime alimentaire contenant soit une dose physiologique d’AF ou une dose supplémentée en AF. Les femelles ont été accouplées à des mâles non traités pour créer la génération F1. Les mâles F1 ont à leur tour été accouplés avec des femelles non traitées pour produire la génération F2 et ainsi de suite jusqu’à la génération F4. À chaque génération, les femelles ont été sacrifiées à 19,5 jours de gestation. Les foetus ont été prélevés et leurs squelettes ont été colorés pour observer le degré d’ossification et la longueur des os longs. Les résultats ont montré que dans les générations F1 et F2, ces POPs ont provoqué des retards d’ossification et une diminution de la longueur des os longs (p ≤ 0,05). Cet effet était absent dans la génération F3, mais la longueur des os était augmentée en F4 dans les lignées exposées à des POPs (p ≤ 0,05). Cependant, la supplémentation en AF utilisée n’a pas pallié les effets suivant une exposition à des POPs. Toutefois, l’impact de l’AF pour contrecarrer l’effet potentiel de ces polluants chez le foetus devrait être investigué davantage puisqu’elle n’a pas porté ses fruits chez le modèle de rat. En conclusion, une exposition des mâles in utero aux POPs a impacté l’ossification de la F1 jusqu’à la F4. / Persistent Organic Pollutants (POPs) are environmental contaminants composed of chemicals that are mobile, persistent, bioaccumulative, and toxic. Advances in research in recent decades have shown that these pollutants present a high risk of toxic potential, particularly in polar bears where they are responsible for low bacculum mineral bone density, in fish for spinal deformities, and eggshell thinning in birds. The relationship between bones and eggshells is that they have calcium as the main compound, and its concentration in the body is regulated by two endocrine hormones such as parathormone and calcitonin which can undergo endocrine disruption. The mineral density (calcium) of the bone or the amount of calcium in the egg determines their resistance. In order to understand the impact of POPs on fetal development of the skeletal system in mammals,this study was conducted under the hypothesis that in utero exposure to a mixture of POPs mimicking contaminants found in the Arctic food chain would induce bone malformations in rat fetuses, which would be transmitted to subsequent generations via the fathers. Folic acid (FA) supplementation has also been investigated to counteract the potential effects of POPs, as FA was supplemented in pregnant women to correct neural tube defects. For this purpose, four groups of Sprague-Dawley (F0) rats were gavaged with a mixture of POPs or corn oil (control). They were fed a diet containing either a physiological dose of AF or a dose supplemented with AF. Females were mated to untreated males to create the F1 generation. The F1 males were in turn mated with untreated females to produce the F2 generation and so on until the F4 generation. In each generation, females were sacrificed at 19.5 days gestation. Fetuses were collected and their skeletons were stained to observe the degree of ossification and the length of long bones. Results showed that in the F1 and F2 generations, these POPs caused delayed ossification and a decrease in long bone length (p ≤ 0.05). This effect was absent in generation F3, but bone length was increased in F4 in lines exposed to POPs (p ≤ 0.05). However, the AF supplementation used did not alleviate the effects following exposure to POPs. However, the impact of FA to counteract the potential effect of these pollutants in the fetus should be further investigated since it was not successful in the rat model. In conclusion, exposure of males in utero to POPs impacted ossification from F1 to F4.

Le fractionnement du jaune d’œuf est une façon judicieuse d’étendre les domaines d’application de cet ingrédient dans les industries alimentaire et nutraceutique. Le but de ce projet a été de mettre au point un fractionnement non-toxique du jaune d’œuf, par centrifugation, dans l’objectif d’obtenir un produit enrichi en extrait naturel de folate. De par sa teneur élevée en cholestérol, le jaune d’œuf a été considéré comme un sous-produit du procédé de séparation des œufs. Cependant, le jaune d'œuf contient aussi une forme précieuse et biodisponible d'acide folique. La dilution du jaune d’œuf et son fractionnement en granules et plasma par une technique de centrifugation (centrifugeuse de laboratoire et à échelle pilote) a permis l’obtention de granules d’une richesse en folate trois fois plus importante que celle du jaune d’œuf natif. Aussi, les granules obtenus ont présenté une concentration protéique deux fois plus élevée que celle du jaune d'œuf natif, et une concentration de lipides et cholestérol trois fois inférieure à celle du jaune d'œuf natif. Les granules sont apparus non solubles et de structure très compacte. Afin d’augmenter encore la concentration en folate, nous avons tenté de remettre les granules en suspension et de les séparer par centrifugation en utilisant des prétraitements tels qu'augmentation de la force ionique et traitements mécaniques (ultrasons puissants et pression hydrostatique élevée). L’application d’ultrasons puissants et l’augmentation de la force ionique n’ont que peu amélioré la concentration en folate. Les granules soumis à une force ionique de 0.15 M de NaCl et un traitement par ultrasons puissants de 10 minutes ont présenté des concentrations de 21 μg de folate / g de granulés. Une augmentation de la force ionique au delà de 0.15 M de NaCl a conduit à une concentration plus faible en folate, du fait de la déformation de la structure des granules et de la séparation de leur fraction soluble. Les observations ont indiqué qu'il pourrait y avoir une association entre la structure protéique des granules et leur contenu en folate. Les variations de solubilité et la modification du réseau structurel des granules par augmentation de la force ionique ont affecté la teneur en folate des structures granulaires. Les granules ont cependant présenté une structure difficilement modifiable sous ultrasons puissants et après augmentation de la force ionique. Le traitement à pression hydrostatique élevée (HHP), technique puissante, a été utilisé pour étudier l'effet des hautes pressions sur la concentration en folate des granules. Après 5 minutes de traitement à 600 MPa, la concentration en folate a été mesurée dans les granules et le plasma, séparé des granules par centrifugation. Le plasma issu des granules contenait des concentrations en folate plus importantes que celles des granules précipités. Une analyse SDS-PAGE a permis de vérifier le profil protéique des granules sous l'effet du traitement HHP. Il est intéressant de noter que pour le plasma séparé des granules après traitement à haute pression, les migrations sur gel SDS-PAGE présentaient une bande protéique principale correspondant à la phosvitine. Les résultats de notre étude nous ont encouragés à proposer un modèle schématique de la structure des granules. Ces granules contiennent des HDL, LDL et phosvitine, et conservent le contenu total en folate du jaune d’œuf. Les protéines des granules sont principalement phosphorylées et il existe une forte liaison entre les apoprotéines de HDL et la phosvitine du fait de ponts de phosphate de calcium. Des traitements mécaniques ont libérés des particules de LDL qui pourraient être piégées dans le réseau structurel des granules. Les interconnexions entre les apoprotéines de HDL, la phosvitine et le folate pourraient se faire par des ions calcium. Nos résultats mettent en évidence le potentiel du procédé afin de produire un concentré riche en folate à partir des jaune d’œuf. Cependant, d’autres travaux seront nécessaires afin de trouver des utilisations aux co-produits (plasma) et rendre le procédé viable à l’échelle commerciale. / Fractionation of egg yolk is a smart way to expand the application of egg yolk ingredient in food and nutraceutical industry. The goal of this project was to develop non-toxic fractionation process of egg yolk by using centrifugation in order to prepare a natural folate-enriched extract. The egg yolk has been considered as a by-product of egg separation process due to its high cholesterol content. However, egg yolk contains valuable and bioavailable form of folate. Dilution of egg yolk and its fractionation into granule and plasma by centrifugation technique (lab- and pilot-scale centrifuge) resulted in separation of a granule fraction being rich in folate which was 3 fold higher than native egg yolk. This granule fraction was also characterized by high protein concentration (2 fold higher than protein content of yolk) and lower lipid and cholesterol (3 fold) content compared to non-treated egg yolk. The granule fraction appeared to be non-soluble with a very compact structure. By using the pre-treatments techniques such as increasing ionic strength and mechanical treatments (ultrasound and high hydrostatic processes), we attempted to re-suspend granules and separate them by centrifugation in order to further increase folate concentration. Results demonstrated that ultrasound and increased ionic strength did not largely change folate concentration. At ionic strength 0.15 M NaCl and after 10 min of ultrasound treatment granule contained 21 μg folate/g granules. By increasing ionic strength higher than 0.15 M NaCl the folate concentration was lower in granule due to the disruption of granule structure and separation of soluble fraction of granule. The observations denoted that there might be association between granular protein structure and folate content. Changes in solubility and disruption of granule network structure by increasing ionic strength affected folate content of granule structure. However, granules appeared to have very stable structure under the ultrasound and after increasing ionic strength, and their modifications were not easily possible. The high hydrostatic pressure processing (HHP) was used as an innovative and powerful technique in order to study the effect of high and drastic pressure on the concentration of folate in granules. After 5 min of 600 MPa HHP treatments, the folate concentration was measured in granule and separated plasma from granule after centrifugation. Plasma from granule contained higher concentration of folate compared to the precipitated granule. SDS-PAGE analysis was used in order to verify the granule protein profiles as a function of HHP treatment. Interestingly, the plasma separated from granule after HHP treatment contained phosvitin as a leading protein band separate in SDS-PAGE gel. The results of our study allowed proposing a schematic model for the granule structure which contains HDLs, phosvitin and LDLs. Beside; granule contains large amount of folate. Proteins of granule are mostly phosphorylated and strong connection between apoproteins of HDLs and phosvitin exists through calcium phosphate bridges. LDL particles were liberated through mechanical treatments and might be entrapped in the granular network. The interconnection between the apoproteins of HDLs, phosvitin and folate could be through calcium ions. Our results provided highly promising evidences concerning the recovery of high-concentration folate extract from hen egg yolk. Our fractionation technique is also clean but it generates plasma as co-product that is still usable in food formulation. Such applications still need to be developed before the technology can be viable at commercial scale.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'omniprésence des polluants organiques persistants (POPs) dans l'environnement est due à leurs capacités à résister à la biodégradation et à se déplacer sur de grandes distances. Les POPs, dont plusieurs sont reconnus comme des perturbateurs endocriniens, sont prédominants dans l'Arctique canadien et les communautés qui y vivent présentent une plus faible espérance de vie et plus d'issues défavorables à la grossesse. Bien que de nombreux facteurs contribuent à ces observations sur la natalité et l'espérance de vie, l'exposition à ces contaminants peut jouer un rôle. La première hypothèse de cette thèse est donc qu'une exposition prénatale du père à des POPs provoque chez sa descendance des conséquences fœtales et placentaires pouvant persister jusqu'à l'âge adulte, et ce, sur plusieurs générations d'une lignée paternelle. C'est à la recherche d'une solution nutritionnelle que l'acide folique s'est retrouvé au cœur de notre seconde hypothèse, qui soutient qu'en raison de son action de donneur de groupements méthyles, une supplémentation maternelle en acide folique, correspondant à ce que les femmes en période périconceptionnelle consomment, est en mesure de contrer les impacts délétères des POPs sur la santé de plusieurs générations. Ces hypothèses ont été explorées à l'aide de quatre générations de rats, où des femelles fondatrices (F0) ont été divisées en quatre groupes de traitement. Elles ont alors été exposées à de l'huile de maïs ou un mélange de POPs représentatif de l'environnement arctique et nourries avec une diète contenant un apport suffisant ou supplémenté en acide folique avant l'accouplement et jusqu'à la naissance des ratons F1. À chaque génération, les fœtus et les placentas ont été évalués juste avant terme. Le ratio du poids du fœtus sur le poids du placenta, correspondant à l'efficacité placentaire, a été diminué en F1 et F2 en raison des POPs, alors qu'il a augmenté en F3 et F4. De plus, les POPs ont entraîné une réduction de la longueur de certains os longs des fœtus en F1 et F2, mais l'a augmenté en F4. L'histomorphométrie placentaire révèle des changements dans le labyrinthe et la zone basale du placenta en F1 et F2 seulement, indiquant un potentiel mécanisme compensatoire. À l'âge adulte, les POPs ont augmenté le poids des reins et du cerveau en F1, et ce dernier était plus faible en F2. La supplémentation en acide folique n'a eu que peu ou pas d'effets bénéfiques pour contrecarrer les POPs. Cependant, son action seule a montré certaines anomalies fœtales, telles que des omphalocèles ou des hydrocéphalies, à des incidences supérieures à ce qui est attendu normalement. Ces résultats confirment que les POPs sont capables d'affecter la santé développementale de plusieurs générations d'une lignée de rats mâles et que l'acide folique n'est pas l'alternative nutritionnelle espérée pour contrer leurs actions. / The ubiquity of persistent organic pollutants (POPs) in the environment is due to their ability to resist biodegradation and move over long distances. POPs, many of which are known to be endocrine disruptors, are particularly prevalent in the Canadian Arctic, and communities living there present a lower life expectancies and more adverse pregnancy outcomes. Many factors can influence birth outcomes and longevity; however, exposure to POPs may be a contributing factor. The first hypothesis of this thesis is therefore that a prenatal exposure of the father to POPs causes fetal and placental consequences in his offspring, which can persist until adulthood, and this, over several generations of a paternal lineage. It was in search of a nutritional solution that folic acid found itself at the heart of our second hypothesis, which states that because of its action as a donor of methyl groups, maternal supplementation with folic acid is able to counter the deleterious impacts of POPs on the health of several generations. These hypotheses were explored using four generations of rats, where founder females (F0) were divided into four treatment groups. These females were then exposed to corn oil or a mixture of POPs representative of the Arctic environment and fed either with a diet containing a sufficient or supplemented folic acid intake, before mating and until the birth of the F1 litters. At each generation, the fetuses and placentas were evaluated just before term. The fetal weight to placental weight ratio, associated with placental efficiency, was reduced in F1 and F2 due to POPs, whereas it was increased in F3 and F4. In addition, POPs reduced the length of some fetal long bones in F1 and F2 but increased it in F4. Placental histomorphometry revealed changes in placental areas (labyrinth and basal zone) in F1 and F2 only, indicating a potential compensatory mechanism. In adulthood, POPs increased kidney and brain weight in F1, and the latter was lower in F2. Folic acid supplementation had little or no beneficial effects in counteracting POPs consequences. However, supplementation with folic acid alone was associated with certain fetal abnormalities, such as omphaloceles or hydrocephalus, at incidences that were higher than normally expected. These results confirm that POPs are capable of affecting the developmental health of several generations of a male lineage in rats and that folic acid is not the hoped-for nutritional alternative to counter their actions.

La leishmaniose est une maladie causée par des parasites appartenant au genre Leishmania. Elle est transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en Ill phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF. transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont très préoccupants dans les écosystèmes arctiques car ils sont résistants à la dégradation, semi-volatils et lipophiles. En raison des courants océaniques et atmosphériques naturels, l'Arctique est constamment contaminé par des POPs. Une fois dans l'Arctique, les POPs affectent non seulement la faune (par exemple les ours polaires), mais aussi la population autochtone, en particulier en raison de leur dépendance à leur régime alimentaire traditionnel. De multiples disparités de santé sont liées aux POPs, il n'est donc pas surprenant qu'il existe de grandes différences de santé entre les Canadiens autochtones et non autochtones. À l'échelle moléculaire, les POPs ont été associés à des changements épigénétiques suite à une exposition in utero et adulte. L'hérédité épigénétique paternelle a été décrite dans des cohortes humaines et des modèles animaux allant du ver à la souris. L'exposition aux contaminants environnementaux au cours des moments clés du développement a été corrélée avec des changements physiologiques chez la progéniture future qui s'étendent souvent sur plusieurs générations. Malgré ces observations, les mécanismes moléculaires sous-jacents de l'hérédité non génétique (épigénétique) restent inconnus. Ici, nous émettons l'hypothèse que l'exposition in utero à un mélange de POPs représentatif de l'environnement induit des épimutations dans la lignée germinale paternelle qui sont ensuite transmises à travers la lignée paternelle compromettant ainsi le développement embryonnaire précoce sur plusieurs générations (non) exposées. Nous émettons en outre l'hypothèse qu'une intervention nutritionnelle, utilisant une supplémentation en acide folique alimentaire (vitamine B9), atténue et / ou réduit les épimutations spermatiques induites parles POPs et les phénotypes embryonnaires précoces générationnels associés. Pour tester ces hypothèses, les rates Sprague-Dawley fondatrices (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs représentatif de l'environnement (500 μg de BPCs plus les autres POPs / kg de poids corporel) ou de l'huile de maïs et ont reçu un régime d'acide folique 1X ou 3X représentant l'apport des aliments enrichis ± prise d'une multivitamine. Les traitements ont été administrés cinq semaines avant la reproduction et jusqu'à la mise bas. Seules les femelles fondatrices F0 ont été directement exposées au mélange de POPs et / ou au régime d'acide folique 3X. Les descendants F1-F4 suivants ont reçu un régime d'acide folique 1X. À 90 jours, les mâles F1 ont été reproduits avec des femelles non traitées pour obtenir les portées F2. Similairement, les descendants des générations F3 et F4 ont été générés. Pour chaque génération, les spermatozoïdes des mâles (âgés de 150 jours) ont été prélevés et des embryons au stade deux cellules ont été collectés des femelles. Cette thèse démontre que de multiples mécanismes épigénétiques spermatiques, à savoir les miARN, la méthylation de l'ADN et la marque d'histone H3K4me3, sont significativement affectés par l'exposition in utero aux POPs et sont partiellement sauvés par la supplémentation en acide folique de manière inter- (F1, F2) et parfois transgénérationnelle (F3, F4). Bien que la lignée paternelle F3 n'ait pas montré de paramètres spermatiques altérés, elle a produit les pires résultats de grossesse par rapport à toutes les autres générations. Ceci est particulièrement intéressant car l'expression des gènes des embryons à deux cellules F4 a révélé le plus grand nombre de gènes exprimés différentiellement en raison de tous les traitements. Ces altérations précoces du développement pourraient être le fondement de résultats phénotypiques défavorables ultérieurs. En plus de ce qui précède, dans un chapitre complémentaire, nous démontrons que l'exposition aux POPs environnementaux est associée à l'expression du gène du tissu adipeux de la mère ours polaire sauvage et de ses oursons. Ceci peut être lié à un dysfonctionnement métabolique, mettant ainsi en évidence les différences physiologiques de réponse entre les adultes et leurs petits. Les résultats de cette thèse servent de preuves pour des concepts essentiels qui ont des implications majeures pour les populations humaines et fauniques. / Paternal epigenetic inheritance has been described in human cohorts and animal models ranging from worm to mouse. Exposure to environmental contaminants during key developmental time points has been correlated with physiological changes in future offspring that oftentimes last over multiple generations. Despite these observations, the underlying molecular mechanisms of nongenetic (epigenetic) inheritance remain unknown. Persistent organic pollutants (POPs) are of great concern in Arctic ecosystems as they are resistant to degradation, semi-volatile and lipophilic. Due to naturally-occurring ocean and atmospheric currents, the Arctic is persistently contaminated with POPs. Once in the Arctic, POPs affect wildlife (e.g. polar bears) and also the Indigenous human population particularly through their reliance on the traditional diet. Multiple adverse health outcomes are related to POPs, and an increasing body of evidence showed big health discrepancies between Indigenous and non-Indigenous Canadians. On a molecular scale, POPs cause epigenetic changes following in utero and adult exposure. Here we hypothesize that in utero exposure to an environmentally-relevant Arctic POPs mixture induces epimutations in the paternal germline that are subsequently transmitted through the paternal lineage thereby compromising early-embryonic development in multiple (un)exposed generations. We further hypothesize that a nutritional intervention, using dietary folic acid (Vitamin B9) supplementation, mitigates and/or reduces the POPs induced sperm epimutations and associated generational early-embryonic phenotypes. Folic acid's potential protective role against environmental pollutants, such as BPA, DDT and air pollutants, has been demonstrated multiple times. Folic acid functions as a methyl donor in the methyl cycle, a cycle that is of high importance during prenatal development as rapid cell division and epigenetic reprogramming occur. To test these hypotheses, founder Sprague-Dawley rat dams (F0) were gavaged with an environmentally-relevant POPs mixture (500 μg PCBs plus remaining POPs/kg body weight) or corn oil and were fed a 1X or 3X folic acid diet representing intake from fortified foods ± additional supplementation. Treatments were administered five weeks before reproduction and until parturition. Only F0 founder females were directly exposed to the POPs mixture and/or 3X folic acid diet. Subsequent F1-F4 offspring received a 1X folic acid diet. At 90 days of age, F1 males were bred with untreated females to obtain F2 offspring. Likewise, F3 and F4 generation offspring were generated. For each generation, sperm were collected from males (150 days of age) and two cell embryos from females. This thesis demonstrates that multiple epigenetic mechanisms in sperm, specifically non-coding micro RNAs (miRNAs), DNA methylation and histone mark H3K4me3, are significantly affected by in utero POPs exposure and are partially restored by folic acid supplementation in an inter- (F1,F2), sometimes, transgenerational (F3, F4) manner. Although the F3 paternal lineage did not show altered sperm parameters, it did display the worst pregnancy outcomes compared to all other generations. This is particularly interesting as F4 two-cell embryo gene expression revealed the highest number of differentially expressed genes due to all treatments. These early developmental alterations could be the foundation for later adverse phenotypic outcomes. In a complementary chapter, we hypothesized that exposure to POPs differentially alters genome-wide gene transcription in the adipose tissue from mother polar bears and their cubs, highlighting molecular differences in response between adults and young. Results confirm that environmental POPs exposure is associated to wild polar bear mother and cub adipose tissue gene expression, which may be linked to metabolic dysfunction; thereby highlighting physiological differences in response between adults and their young. The outcomes of this thesis serve as essential proof-of concept that has major implications for human and wildlife populations.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont des composés toxiques et très résistants à la dégradation qui sont transportés par l’air et les courants marins jusqu’en Arctique. Ainsi, les populations inuites de ces régions sont directement exposées aux POPs dont la présence est croissante dans la chaîne alimentaire de l’Arctique. On observe en parallèle une augmentation de la prévalence du diabète de type (DT2) chez ces populations durant les dernières décennies. De plus, une exposition prénatale aux POPs serait associée à l’apparition de désordres métaboliques chez la descendance. À titre de donneur de groupements méthyles, l’acide folique (AF) pourrait limiter les effets délétères des POPs. L’objectif général de cette thèse est de déterminer si la supplémentation en AF de la diète des mères avant et pendant la gestation peut contrecarrer les effets de l’exposition prénatale aux POPs sur l’homéostasie du glucose, la réponse lipidique et la réponse inflammatoire chez une lignée de rats mâles via la transmission paternelle. Afin de rencontrer cet objectif, nous avons reproduit une exposition prénatale des mâles en utilisant un modèle de rat à trois générations. Des femelles Sprague-Dawley (F0) ont été exposées à un mélange de POPs (ou huile de maïs), +/- une diète supplémentée en AF avant et durant la gestation soit un total de neuf semaines. Les mâles F1 et F2 ont été accouplés avec des femelles non traitées. Chez les mâles F1, l’exposition prénatale aux POPs provoque une hausse de la glycémie à jeun et du C-peptide plasmatique, biomarqueur de la sécrétion d’insuline, ainsi qu’une élévation des niveaux de triglycérides hépatiques et de cholestérol plasmatique et hépatique. Les mâles F2 issus de la lignée traitée aux POPs manifestent également une hausse du C-peptide plasmatique. Par ailleurs, la supplémentation prénatale en AF provoque une diminution du C-peptide et du cholestérol plasmatique chez les mâles F1. Chez les mâles F3, la supplémentation en AF contrecarre la hausse de C-peptide induite par les POPs indiquant une normalisation de la sécrétion d’insuline. Les traitements n’ont pas montré de différence sur la réponse inflammatoire des mâles F1, F2 et F3. En conclusion, nos travaux montrent qu’une exposition prénatale aux POPs peut entraîner l’apparition de désordres cardiométaboliques jusqu’à la troisième génération de rats mâles via la transmission paternelle. La supplémentation prénatale en AF contrecarre partiellement les effets délétères des POPs sur la sécrétion d’insuline. / Persistent organic pollutants (POPs) are toxic compounds, highly resistant to degradation which are transported by atmospheric and ocean currents up to the Arctic. As a result, Inuit people are directly exposed to POPs through the contamination of the Arctic food chain. On the other hand, the prevalence of type-2 diabetes (T2D) has dramatically increased in this population during the last decades. In addition, prenatal exposure to POPs is associated with the onset of metabolic disorders in offspring later life. As a methyl group donor, folic acid (FA) may limit the deleterious effects of POPs. The general objective of this thesis is to determine whether FA supplementation of dams’ diet before and during pregnancy can overcome the effects of prenatal exposure to POPs, on glucose homeostasis, lipid response and inflammatory response in three generations of male descendants via paternal transmission in a rat model. To achieve our objectives, we reproduced a prenatal paternal exposure, using a three-generation rat model. Sprague-Dawley females (F0) were exposed to a POPs mixture (or corn oil), +/- FA supplementation through the diet before and during gestation for a total of nine weeks. F1 and F2 males were mated with untreated females. In F1 males, prenatal POPs exposure increased fasting glucose and C-peptide levels, which is a biomarker of insulin secretion, as well as hepatic triglyceride and plasma and hepatic cholesterol levels. F2 males from the POPs-treated lineage also showed higher plasma Cpeptide levels. Prenatal FA supplementation lowered plasma C-peptide and plasma cholesterol levels in F1 males. In F3 males, FA supplementation counteracted the POPsinduced higher C-peptide levels indicating normalization of insulin secretion. No differences in the inflammatory response of F1, F2 and F3 males were observed following POPs exposure or FA supplementation. In conclusion, our work shows that prenatal POPs exposure can lead to the onset of cardiometabolic disorders up to the F3 generation of male rats via paternal transmission. Prenatal FA supplementation can partially counteract the deleterious POPs effects, particularly on insulin secretion.

Le métabolisme des monocarbones relie le métabolisme cellulaire à la machinerie épigénétique à travers une molécule commune, la S-adénosylméthionine (SAM). Les changements dans le potentiel de méthylation cellulaire (ratio SAM/SAH) sont impliqués dans plusieurs maladies, notamment l'hépatocarcinome et les défauts de fermeture du tube neural (NTD). La perturbation du ratio SAM/SAH peut être liée à des déficits enzymatiques ou à une exposition à un facteur environnemental. La reméthylation de l'homocystéine (HCY) en méthionine est catalysée par la méthionine synthase (MTR) ou la bétaïne homocystéine méthyltransférase (BHMT) dans le foie. En comparant le tissu tumoral au tissu sain environnant dans le foie, les transcrits de BHMT étaient fortement diminués dans les échantillons mais pas les transcrits de MTR. La protéine BHMT n'a pas été détectée dans les cellules HepG2 et dans 5 des 6 échantillons tumoraux analysés. L'absence d'expression de BHMT était due à un variant génétique conduisant un codon stop prématuré. Une déficience pré-natale en donneurs de méthyle aggrave la susceptibilité face à certaines maladies. La fumonisine B1 (FB1) est une mycotoxine qui contamine les céréales et a été identifiée comme étant un facteur de risque de survenue de tumeur et des NTD. Nous avons étudié les récepteurs des folates et 4 marques de l'hétérochromatine dans le foie des foetus de rat issus de mères exposées à un régime déficient en donneurs de méthyle et/ou à la FB1 à une dose deux fois supérieure à la dose journalière admissible. Le régime carencé et la FB1 diminuent le ratio SAM/SAH. La FB1 inverse le mécanisme d'adaptation consistant en une régulation positive de l'expression des récepteurs des folates lors d'une carence seule. Le régime carencé diminue H4K20me3 mais une combinaison carence/FB1 diminue encore d'avantage H4K20me3 et augmente H3K9me3. Cette augmentation de H3K9me3 peut être vu comme un mécanisme de défense incitant la cellule à résister à la désorganisation de l'hétérochromatine. H3R2me2 et H4K16ac varient également selon ce mécanisme. Cette étude est pertinente car elle suggère que de faibles doses de FB1 interagissent avec la carence en donneurs de méthyle pour perturber le profil épigénétique / Folate-mediated 1-carbon metabolism is a conduit that links cellular metabolism to the epigenetic machinery through the common molecule, AdoMet. There is strong evidence that changes in the cellular methylation potential (AdoMet/AdoHcy ratio) is involved in several types of disease notably tumor proliferation like hepatocarcinoma and developmental disease like neural tube defects. Perturbation of AdoMet/AdoHcy ratio may be related to a cellular cause like enzyme defect or to exposure to an environmental factor. The remethylation of homocysteine to methionine is catalyzed either by methionine synthase (MTR) or by betaine-homocysteine methyltrnasferase (BHMT) in the liver. By comparing tumor tissue to surrounding healthy tissue in the liver we have found that BHMT transcripts, but not MTR, are strongly decreased in tumor samples. Consistently, BHMT protein was not detected in HepG2 cells and in 5/6 tumors investigated. Abolition of BHMT expression was due to a genetic variant producing a premature termination codon. Prenatal methyl deficient diet (MDD) enhances susceptibility to disease. Fumonisin FB1 is a corn contaminating mycotoxin identified as a risk factor for tumor occurrence and neural tube defects. We have investigated folate receptors and 4 heterochromatin markers in rat foetuses liver derived from dams exposed to MDD and/or FB1 administered at a dose twice higher than the Provisional Maximum Tolerable Daily Intake. We found that MDD and even FB1 by itself decrease the AdoMet/AdoHcy ratio. FB1 reverses the adaptation mechanism consisting in upregulating folate receptors in case of folate depletion. MDD decreased H4K20me3 but combined MDD/FB1 decreased H4K20me3 even more and increased H3K9me3. The elevated H3K9me3 can be viewed as a defence mechanism inciting the cell to resist heterochromatin disorganisation. H3R2me2 and H4K16Ac varied according to this mechanism. This study is relevant because it suggests that low doses of FB1 interact with methyl depletion to disrupt the epigenetic landscape

L'efficacité de la thérapie photodynamique (PDT) est confrontée à plusieurs verrous : les photosensibilisateurs (PSs) utilisés en clinique ne sont pas adaptés à la fenêtre thérapeutique, ils subissent un photoblanchiment lors du traitement, et leur nature organique pose des problèmes de solubilité en milieu biologique. Ils présentent également une faible sélectivité envers les tissus tumoraux à traiter. Dans le cadre de cette thèse, trois approches visant une amélioration de la PDT appliquée à la cancérologie ont été développées : la vectorisation, l'adressage, et l'optimisation de nouveaux PSs. La synthèse de structure PS/vecteur a permis d'élaborer des structures hydrophiles capables de vectoriser des PSs hydrophobes. Des porphyrines ont ainsi été greffées sur des dendrimères polyamidoamine (PAMAM) dissymétriques. La conservation des propriétés photophysiques des PSs après leur couplage au dendrimère a été mise en évidence. Des quantum dots (QDs), grâce à la modularité de leurs propriétés photophysiques et leur capacité à résister au photoblanchiment, ont été synthétisés et utilisés comme nouvelle classe d'agents photosensibilisants. Ces QDs ont été préparés afin d'être hydrophiles et utilisables dans la fenêtre thérapeutique de la PDT. Une étude in vitro des QDs couplés à l'acide folique a mis en évidence leur activité photodynamique. Des études réalisées par une approche de plans d'expérience a permis de hiérarchiser les facteurs expérimentaux en fonction de leurs impacts sur l'activité photodynamique. Nous avons en particulier montré une amélioration de la sélectivité des conjugués envers les cellules surexprimant le récepteur à l'acide folique.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009 . / Titre de l'écran-titre (visionné le 16 juin 2009). Bibliogr.