The essential cellular functions of the mitochondrion require the exchange of a wide variety of molecules across its two membranes, which is carried out by different membrane proteins.The Voltage-Dependent Anion Channel (VDAC) located in the mitochondrial outer membrane (MOM) is responsible for the passage of various ions and small molecules to and from the intermembrane space. It is also involved in the regulation of cellular processes through its interactions with lipids or other proteins.At the MOM level, we studied the transport, through VDAC, of small inorganic ions and of thiamine pyrophosphate (TPP), an essential cofactor. Using different simulation methods such as Brownian dynamics (BD), All-Atom (AA) molecular dynamics (MD) and Coarse-Grained (CG) MD, we investigated the effect of two factors on the regulation of VDAC ion selectivity: ionic strength and membrane lipid composition. All simulation types show that VDAC becomes less selective towards anions with increasing salt concentration. The simulations further suggest that the selectivity mechanism occurs due to the filtering of some basic residues that point into the pore lumen. Furthermore, MD simulations show that the lipid composition of the membrane modulates the distribution of ions inside VDAC. In a comparison of POPE versus POPC bilayer, this regulation occurs through the more persistent interactions of some acidic residues located on both edges of the β-barrel with POPE head groups which, in turn, alters the electrostatic potential in the lumen which consequently affects the pore selectivity. CG MD simulations show that this mechanism also occurs in a mixed POPE/POPC bilayer by an enrichment of POPE on VDAC surface.In order to simulate the transport of the TPP, force field parameters have been developed and validated. Simulations of the translocation of TPP through VDAC show analogies with the mechanism used by other previously studied metabolites, in particular with ATP. At the mitochondrial inner membrane level, the mechanism of TPP transport by the specific thiamine pyrophosphate transporter (TPPT) shows significant similarities with the mechanism proposed for other members of the mitochondrial carrier family to which TPPT belongs. They mainly are the energetics arising from the alternating formation and disruption of two salt bridge networks, one on the matrix side and the other on the cytosolic side, and the interactions, of an ionic nature, formed by TPP during its binding in TPPT central cavity. Furthermore, the energy contribution provided by the cytosolic network establishes a weaker barrier than that of the matrix network, which may support the hypothesis of a uniport activity of TPPT. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'amylose (chaîne linéaire de glucoses) est l'un des deux constituants de l'amidon, l'autre étant l'amylopectine (chaîne ramifiée de glucoses). Étant donné que l'amylose peut maintenant être créée de façon synthétique, ceci à partir d'une polymérisation enzymatique, il devient alors possible d'étudier l'amylose d'une façon très détaillée. L'amylose ainsi créée imite en quelque sorte ce que la nature fait. La structure cristalline de l'amidon est très intéressante puisqu'elle est très complexe. Trois différentes formes cristallines la constituent : A, B et V. Les formes A et B sont des doubles hélices alors que la forme V s'agence en hélice simple. C'est un peu dans l'optique de recréer ce que la nature fait, que des tentatives de lier deux unités d'amylose ont été effectuées. La liaison effectuée ressemblera ainsi à l'embranchement dans l'amidon. Donc, en variant la longueur et la nature du lien entre les deux unités d'amylose, il sera peut-être possible d'observer différentes propriétés et même d'induire une forme cristalline particulière.

Cette thèse démontre que les récepteurs nucléaires Nur77 et Nor-1 ainsi que les neuropeptides dynorphine (DYN) et enképhaline (ENK) sont des facteurs déterminants de la régulation du système dopaminergique. Notre premier manuscrit démontre d’une part que Nur77 et Nor-1 sont très clairement impliqués dans la régulation de l’homéostasie du système dopaminergique et qu’ils y jouent des rôles distincts, voire opposés, dans les conditions basales et dans les réponses comportementales et biochimiques aux psychostimulants. La délétion génétique de Nur77 augmente la proportion des récepteurs D2 en haute affinité (D2high), supprime les stéréotypies et perturbe la persistance de la préférence de place induites par l’administration répétée de psychostimulants. À l’inverse, la délétion de Nor-1 diminue la proportion des récepteurs D2high, atténue les comportements moteurs en réponse à l’amphétamine et supprime la sensibilisation comportementale. La délétion de Nor-1 module également l’expression de la DYN et de l’ENK favorisant ainsi une diminution de la réponse comportementale alors que celle de Nur77 induit l’effet inverse. Ainsi, Nor-1 et Nur77 jouent des rôles opposés, la délétion de Nor-1 tempère les comportements moteurs, celle de Nur77 les exacerbe. Notre second manuscrit démontre d’autre part que la DYN et l’ENK sont toutes deux nécessaires et ont des rôles opposés dans la manifestation des comportements de base médiés par la dopamine. Par contre, dans les conditions d’une exposition répétée aux psychostimulants, la DYN et l’ENK agissent de concert en potentialisant l’exacerbation de l’activité locomotrice et sont donc toutes deux indispensables à la sensibilisation comportementale. Nos travaux révèlent également l’existence d’interactions entre les neurotransmissions enképhalinergique et dynorphinergique et donc entre les deux voies de sortie indirecte et directe des ganglions de la base. Aussi, les neuropeptides DYN et ENK sont modulés différentiellement par la délétion de Nur77 et de Nor-1 et inversement leur délétion régule de manière différente l’expression de ces facteurs de transcription. Ceci suggère l’existence d’une relation de régulation réciproque entre les récepteurs nucléaires et ces neuropeptides. Nur77 et Nor-1 sont donc des régulateurs clés de la transmission dopaminergique et des réponses comportementales aux psychostimulants et ce, principalement via la modulation des récepteurs dopaminergiques et des neuropeptides striataux. / This present study demonstrates that the nuclear receptors Nur77 and Nor-1 and the neuropeptides dynorphin (DYN) and enkephalin (ENK) are crucial in dopaminergic system regulation. On one hand, our first manuscript shows that Nur77 and Nor-1 are deeply involved in the homeostatic regulation of the dopaminergic system and play distinct, mostly opposite roles, in basal dopaminergic neurotransmission and in psychostimulants-induced behavioral and biochemical effects. In particular, Nur77 deletion exacerbates the behavioral effects of both acute and chronic amphetamine (AMPH) administrations while Nor-1 deletion has the opposite effect. In fact, Nur77 deletion favors the upregulation of the proportion of D2 receptors in high affinity state (D2high) and suppress AMPH-induced stereotyped behavior. On the contrary, Nor-1 deletion downregulates the D2high receptors proportion, attenuates locomotor activity in response to chronic AMPH administration and consequently suppresses the development of behavioral sensitization. Nor-1 deletion modulates DYN and ENK expression in a way that promotes decreased behavioral responses to psychostimulants and that is opposite to the effects of Nur77 deletion on these very same neuropeptides. Also, Nur77 deletion suppresses the persistance of cocaine-induced place preference wherese Nor-1 deletion has no effect. Thus, Nor-1 and Nur77 mostly play opposite roles, Nor-1 deletion dampens ambulatory activity whereas Nur77 deletion exacerbates it. On the other hand, our second manuscript shows that DYN and ENK are both necessary and play opposite roles in dopamine-mediated basal behaviors. However, during chronic psychostimulants exposure, DYN and ENK both contribute to the exacerbation of locomotor activity and they are consequently both essential for the expression of behavioral sensitization. Besides, our results highlight a cross-talk between ENK and DYN neurotransmissions and thus between the indirect and direct output pathways of the basal ganglia. Interestingly, we also show that the striatal DYN and ENK deletions could differentially modulate Nur77 et Nor-1 expression. This suggests that the nuclear receptors and the neuropeptides ENK and DYN share an intimate reciprocal regulation relationship. Collectively, our results strongly establish that Nur77 and Nor-1 are key regulators of the dopaminergic neurotransmission and of behavioral responses to psychostimulants and this, mostly via the modulation of dopaminergic receptors and striatal neuropeptides.

Le cancer de la prostate est un enjeu de santé publique majeur au Canada où il constitue la troisième cause de décès liée au cancer. Bien que les premiers stades de la maladie puissent être traités efficacement, les stades plus avancés restent difficiles à soigner. Face à ce problème majeur, le présent projet de recherche s'est intéressé au potentiel thérapeutique des activateurs de FXR (CDCA et GW4064). Dans les cellules cancéreuses LAPC-4, nous avons mis en évidence leur capacité à 1) bloquer le cycle cellulaire en phase Gl grâce à la répression de gènes du cycle cellulaire; 2) provoquer l'apoptose caspase-dépendante et 3) réprimer la transcription du récepteur aux androgènes. Bien qu'ils augmentaient la prolifération dans une autre lignée cancéreuse (LNCaP), ils diminuaient l'effet pro-prolifératif des androgènes. Ces résultats méritent donc d'être approfondis afin de mieux cerner l'utilité des activateurs de FXR dans le traitement du cancer de la prostate.

La progestérone stimule la respiration chez le rat en développement. Le rôle du récepteur nucléaire de la progestérone (nPR) dans ces effets est inconnu. Nous vérifions l’hypothèse que le nPR contribue au contrôle respiratoire en comparant la réponse ventilatoire à l’hypoxie (RVH) et les irrégularités respiratoires de souris Progesterone receptors knock-out (PRKO) à celles de souris sauvages (WT) âgées de 1 (P1) et 4 jours (P4). La ventilation minute est mesurée en normoxie (fraction inspirée d’oxygène (FiO2)=21% pour 10 minutes) et en hypoxie (FiO2=14%, 12% et 10% pour 20 minutes chacune) par pléthysmographie à corps entier. En normoxie, l’inactivation du nPR n’affecte ni les paramètres ni les irrégularités respiratoires. En hypoxie à 14%, l’inactivation du nPR diminue le volume courant et le nombre d’apnées des P1 et augmente le nombre d’apnées post-soupir des P4. Le nPR intervient de façon O2- et âge- dépendant dans la régulation respiratoire des souris nouveau-nées.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Chez les cellules eucaryotes, la biosynthèse des protéines est essentielle à la vie. Pour accomplir leurs fonctions biologiques, les protéines doivent être acheminées au bon endroit dans la cellule, notamment par la voie de sécrétion. Cette voie de transport est organisée en diverses structures membranaires distinctes. La porte d'entrée des protéines sécrétées et des protéines membranaires dans la voie de sécrétion est le réticulum endoplasmique. À cet endroit, les protéines sont repliées correctement, glycosylées et forment des ponts disulfures. Par la suite, la plupart d'entre elles sont acheminées à l'appareil de Golgi par des vésicules de transport. Dans ce compartiment intracellulaire, les groupements glycosyls des glycoprotéines sont alors modifiés. Finalement, certaines protéines sont transportées à la vacuole ou à la membrane plasmique par une autre série de vésicules de transport. Chez Saccharomyces cerevisiae, la voie de sécrétion des protéines est très semblable à celle des cellules de mammifères dans sa capacité de replier les protéines, de les glycosyler et de les sécréter. Ces propriétés dépendent du bon fonctionnement de la voie de sécrétion. Nos travaux ont consisté à étudier le transport de l'invertase vers l'espace périplasmique chez Saccharomyces cerevisiae W303-lb. Des études antérieures ont démontré que W303-lb manifeste à 37 °C un ralentissement de la sécrétion de l'invertase dans l'espace périplasmique comparativement à SEY6210. Notre hypothèse de travail vise sur l'identification, par complémentation génétique, d'un gène défectueux responsable du phénotype observé chez W303-1 b. De plus, ce défaut de sécrétion est corrigé par la délétion du gène SLA 1 chez W303-1 b. Sial p est une protéine liant l'actine qui semble importante dans le transport de certaines protéines entre le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi. Nous avons montré qu'un fragment d'ADN génomique du chromosome IX restaure la sécrétion de l'invertase chez W303-1 b. Ce fragment contient trois gènes (ECM37, YILJ 45C et TID3) où seul le gène YILJ 45C possède un cadre de lecture ouverte (ORF) entier. Finalement, plusieurs hypothèses ont été émises sur les effets possibles de ces gènes sur la sécrétion de l'invertase, ce qui permettra éventuellement d'élaborer de nouvelles hypothèses concernant l'organisation du système de sécrétion chez Saccharomyces cerevisiae et les liens moléculaires qui peuvent exister entre le cytosquelette et la machinerie protéique régulant le transport des protéines.

Le cancer de la prostate constitue une cause de morbidité et mortalité importante dans les pays industrialisés, incluant le Canada. La thérapie de première ligne du cancer avancé consiste en un blocage de la formation et/ou de l'action des androgènes (thérapie hormonale), les hormones mâles, qui jouent un rôle primordial dans la prolifération des cellules cancéreuses de prostate. Cependant, cette approche pharmacologique efficace dans un premier temps favorise l'apparition de tumeurs réfractaires au traitement. À ce stade, il n'existe pas de thérapies efficaces permettant l'élimination des cellules cancéreuses. Dans ce contexte, le projet de recherche présenté ici avait pour but d'identifier de nouvelles approches thérapeutiques ciblant, non pas la formation des hormones, mais leur élimination par la voie de glucurono-conjugaison. Nos travaux ont identifiés les activateurs des récepteurs nucléaires FXR et VDR comme des inhibiteurs de l'expression et de l'activité des enzymes humaines UDP-glucuronosyltransférases (UGT)2B15 et UGT2B17, qui sont responsables de F inactivation des androgènes dans la prostate humaine. Ces résultats suggéraient que l'activation de ces 2 récepteurs dans la prostate provoquait une diminution du métabolisme des androgènes et favorisait donc l'effet pro-prolifératif de ces hormones. L'inverse ayant été démontré dans le cas des activateurs du VDR, nous avons voulu vérifier cette hypothèse pour les activateurs de FXR, un récepteur dont le rôle dans la prostate n'avait jamais été étudié. Nous avons observé que ses agonistes provoquaient une diminution significative de la croissance des cellules cancéreuses de la prostate androgéno-dépendantes et indépendantes. Comme mécanismes sous-jacents, nos résultats suggèrent que FXR inhibait la progression du cycle cellulaire et induisait l'apoptose. Nous avons identifié le récepteur des androgènes, une cible prioritaire pour le traitement du cancer androgéno-indépendant, comme étant un important gène négativement régulé par FXR. En conclusion, nos travaux ont démontré que les activateurs des récepteurs VDR et FXR diminuent le métabolisme glucurono-conjugué des androgènes dans les cellules de prostate, mais conservent des effets anti-prolifératifs importants. Par ailleurs, nous avons identifié FXR comme une cible pharmacologique prometteuse pour traiter le cancer de la prostate. Des tests in vivo seront nécessaires afin de vérifier la sécurité et l'efficacité de cette approche.

Plus de 25 millions de personnes à travers le monde sont atteintes de différentes formes de démences, la plus répandue étant la maladie d’Alzheimer (MA). Cette maladie neurodégénérative est caractérisée par la présence de plaques de peptides amyloïde-β et d’enchevêtrements neurofibrillaires formés d’agrégats toxiques de la protéine Tau. Ces agrégats sont dus à l’hyperphosphorylation de cette protéine associée aux microtubules, déstabilisant son interaction avec ceux-ci et participant à la dégénérescence neuronale. Pour étudier la protéine Tau, certains laboratoires utilisent des modèles animaux, et les méthodes de préparation des échantillons biologiques prélevés varient d’un laboratoire à l’autre, affectant potentiellement son observation. La MA est la plus connue des Tauopathies, qui est un groupe de maladies exprimant une forme pathologique de la protéine Tau. Il existe aussi des Tauopathies dites secondaires, où la pathologie Tau apparaît dans les stades tardifs de la maladie, comme la maladie de Huntington (MH) où il existe une pathologie Tau qui est cependant mal caractérisée chez l’humain. Dans ce contexte, nos hypothèses sont qu’une meilleure caractérisation immunohistochimique et biochimique de la protéine Tau est nécessaire puisque les méthodes présentement utilisées pour sa caractérisation ne sont pas optimales et que la MH est effectivement une Tauopathie secondaire chez l’humain due à l’hyperphosphorylation de Tau et une déficience de l’épissage alternatif aux stades avancés de la maladie. Nos objectifs étaient d’optimiser les méthodes de préparation pour l’étude de Tau par immunohistochimie dans des modèles murins et d’analyser les niveaux de phosphorylation et l’épissage alternatif de Tau dans les cerveaux post-mortem d’individus atteints de la MH. Les résultats obtenus suggèrent qu’une fixation au Bouin, sans perfusion et à 4°C semble être la meilleure méthode pour l’observation de Tau par immunohistochimie. L’hyperphosphorylation et les défauts d’épissage de Tau observés dans la MH permettent de définir cette pathologie comme une Tauopathie secondaire. / More than 25 million people worldwide are affected by different forms of dementia, the most known being Alzheimer’s disease (AD). This neurodegenerative disorder is characterized by the presence of β-amyloid plaques and neurofibrillary tangles formed by toxic aggregates of Tau protein. These aggregates are due to the hyperphosphorylation of this microtubule-associated protein, which destabilize its interaction with them and could participate to neuronal deterioration. To study Tau protein, many laboratories use animal models, and preparation methods of biological samples vary between each laboratory, which could potentially have effects on its observation. AD is the most common Tauopathy, a group of diseases expressing a pathological form of Tau protein. There are also secondary Tauopathies, where Tau pathology appears in late stages of the disease, such as Huntington’s disease (HD), with a Tau pathology that is not well characterized in humans. In this context, our hypotheses are that a better immunohistochemical and biochemical characterization of Tau protein is needed since methods currently used for its characterization are not optimal and that HD is indeed a secondary Tauopathy in human due to hyperphosphorylation of Tau and deficiency of splicing in advanced stage of the disease. Our objectives were to compare different preparation and fixation methods for the study of Tau protein by immunohistochemistry in mice models, and also to analyze phosphorylation and splicing levels of Tau protein in post-mortem brains of individuals with HD. Our results suggest that a fixation with Bouin, without perfusion and at 4°C would be the best method for the observation of Tau protein by immunohistochemistry, and that hyperphosphorylation and splicing impairments observed in individuals with HD allow to define this pathology as a secondary Tauopathy in humans.

FXR est un récepteur nucléaire qui s’est démontré avoir des effets ambivalents dans le contexte de différents cancers. Son effet dans le cancer de la prostate (PCa) est peu documenté. Nous avons observé une répression des enzymes UGT2B15 et 2B17, les enzymes d’élimination des hormones androgènes; ces dernières ont un rôle prépondérant dans la croissance du PCa, suggérant que l’activation de FXR pourrait avoir un effet pro-prolifératif dans le PCa. Ce projet vise à évaluer le potentiel de trois agonistes (6-ECDCA, CDCA, GW4064) dans des lignées de PCa androgéno-dépendantes (LNCaP, LAPC-4) et androgéno-indépendantes (DU-145, VCaP et LN95). À l’opposé des résultats attendus, un effet antiprolifératif fut observé caractérisé par un arrêt du cycle cellulaire et une induction de l’apoptose. Une inhibition transcriptionelle du récepteur aux androgènes fut obtenue, exposant un avantage de FXR sur les traitements actuels du PCa. Les résultats recueillis ici proposent FXR comme nouvelle cible thérapeutique pour le PCa. / FXR is a nuclear receptor that exerts ambivalent effects in multiple cancers. FXR signaling in prostate cancer (PCa) is not yet defined, but recent observations indicate that its activation represses two major androgen-metabolizing enzymes, namely UGT2B15 and 2B17. Based on this observation, we proposed that FXR acts as a pro-carcinogenic agent that may promote the development of androgen-dependent PCa tumors. The aim of this project is to evaluate the potential of three FXR agonist’s (6-ECDCA, CDCA, GW4064) in androgen-dependent (LNCaP, LAPC-4) and androgen-independent (DU-145, VCaP, LN95) PCa cell lines. Unexpectedly, anti-proliferative effects were observed, characterized by a cell cycle blockade and an induction of apotosis. Furthermore, a negative transcriptional regulation of the androgen receptor was observed, exposing an advantage of FXR over the actual PCa treatment. Results collected here propose FXR as a new target to medicate PCa.

Après une perte importante d’un tissu cartilagineux, plusieurs possibilités s’offrent aux chirurgiens pour remplacer cette perte tissulaire. Parmi, cela nous trouvons, les greffes autologues ou allogéniques et l’utilisation de polymères biocompatibles. Sans oublier que jusqu’aujourd’hui, les propriétés et la structure du cartilage natif n’ont pas été entièrement imitées par l’ingénierie tissulaire. Étant donné les limitations des méthodes actuelles, telles que : la pénurie des donneurs, l’immunogénicité des greffons allogéniques, et le manque d’intégration des polymères l’ingénierie tissulaire du cartilage pourrait constituer une excellente alternative aux méthodes actuelles. Nos objectifs pour cette thèse sont (i) de produire une matrice composite constituée de polymères naturels; (ii) d’évaluer les propriétés physicochimiques de ces matrices composites, et (iii) d’évaluer les propriétés biologiques de ces matrices pour la production de tissu cartilagineux. Nous avons réalisé qu’une combinaison des deux biopolymères, le collagène et le chitosane, nous a permis d’obtenir une matrice avec des propriétés mécaniques et biologiques renforcées en comparaison à une matrice de collagène seul. La caractérisation physicochimique de nos matrices nous a permis de mieux comprendre les types de réactions chimiques produites entre les deux polymères et les différents autres constituants de la matrice utilisés pour des fins mécaniques, tel que le glutaraldéhyde, et pour des fins biologique, s tels que l’acide glutamique et la glycine. En second lieu, nos résultats portant sur la caractérisation biologique nous ont permis de confirmer que nos matrices composites produites, ensemencées de chondrocytes, favorisent l’adhésion et la prolifération de ces cellules. Nos résultats démontrent de façon tangible l’efficacité d’une combinaison entre le collagène et le chitosane pour la régénération in vitro de tissus cartilagineux. Ces résultats devront être confirmés in vivo en utilisant un modèle animal afin de confirmer la pertinence des membranes composite à base de collagène et de chitosane pour des applications biomédicales, dont le remplacement du cartilage endommagé. / Given the large number of patients suffering from cartilage damage, with different degrees of severity affecting all ages, a wide range of approaches has been designed. These include autologous or allogeneic grafts, the implementation of polymers, etc. However, each of these cartilage replacement do have significant limitations, such as the scarcity of donors, the risk of infection and disease transmission, the immunogenicity of the polymer implants and their reduced integration with native tissue. To overcome these limitations, tissue engineering cartilage could be an excellent alternative. The objectives of our studies are (i) to produce a natural composite matrix containing collagen and chitosan, (ii) evaluate the physicochemical properties of these composite matrices, and (iii) investigate the biological properties of these matrices for the production of cartilage tissue. Our structural and ultrastructural analyses demonstrated that collagen porous membrane can be coated with chitosan at different concentration leading to the formation of a natural composite matrix. The physicochemical characterization confirmed the chitosan interaction with collagen leading to a mechanically stable matrix that can easily be handled. It is also important to mention that the use of cross-linker such as glutaraldehyde improved the mechanical properties of the composite matrix. These designed composite matrixes were biocompatible allowing cell adhesion and growth. These biological activities were improved when composite matrix was pre-treated with glutamic acid and glycine. Such matrix offered appropriate condition allowing the adhesion and growth of chondrocytes. Overall, we were able to design a composite matrix by combining collagen membrane and chitosan solutions. Although very interesting, our in vitro data should be confirmed by in vivo studies using an animal model, prior to clinical applications.