Cette thèse est consacrée à une enquête sur la structure et la dynamique, avec des modèles théoriques et essais de laboratoire, sur deux types communs de défauts arrivant dans la molécule d’ADN, après des dégâts de radiation ou le produit chimique: mésappariements des base(MB) et casseurs de brin.Tels défauts pourraient arriver naturellement, d’imperfections dans le processus cellulaire, induit par l’environnement et ou induit artificiellement, comme pour la radiothérapie de cancer. Nous avons utilisé la spectroscopie de force moléculaire exécutée par des pinces optiques accompagnées par des simulations all-atom en Dynamique Moléculaire (MD), pour caractériser des MB dans des hairpin d’ADN. Ensuite nous avons construit des modèles structurels pour les casseurs de brin d’ADN, dans les deux indexent les éléments constitutifs de la chromatine: le ADN linker et le nucléosome. Grâce à l'application de diffèrent techniques (Essential Dynamics, Steered MD, …) on a caractérisé les stades précoces de l’évolution de cette lésion d’ADN dans les deux éléments. / This thesis is dedicated to a combined theoretical and experimental investigation of the structure and dynamics of two common types of defects occurring in the DNA molecule, after chemical or radiation damage: basemismatches and strand breaks. We used single-molecule force spectroscopy performed by optical tweezers accompanied by Molecular Dynamics (MD) all-atom simulations, to characterize mismatches in short DNA hairpins. We demonstrate that it is possible to use SMFS. Subsequently, we designed structural models for the DNA strand-break defects, in the two key constitutive elements of the chromatin: the DNA linker and the nucleosome. Using different techniques (Essential Dynamics, steered MD, covariant mechanical stress, …) we characterized the early stages of the evolution of this DNA lesion in the two elements.

Linhagens secretoras de insulina, como a BRIN-BD11, são utilizadas para o estudo do mecanismo de secreção de insulina estimulado pela glicose (GSIS). Essas células expressam o GPR40, que quando ativado por ácidos graxos (AG), potencializam a GSIS. Considerando que as espécies reativas de oxigênio (EROs) podem estar relacionadas com a secreção de insulina mediada por AG, este estudo tem como foco avaliar se há envolvimento do GPR40 na GSIS e na produção de EROs, via NADPH oxidase (NADPHox), em células BRIN-DB11. A ativação do GPR40 foi feita com agonista GW9508 (GW). A secreção de insulina (SI), o conteúdo de superóxido (CS) e ativação da NADPHox foram analisados em resposta a glicose na presença ou ausência de GW (20mM). O envolvimento da NADPHox no CS induzido pelo GW foi analisado após inibição da NADPHox. O aumento da concentração de glicose paralela com aumento da SI, causa redução no CS. A presença do GW potencializa a SI em altas concentrações de glicose, aumenta o CS, e aumenta a translocação da subunidade p47phox do plasma para a membrana. Com a inibição da NADPHox o efeito do GW não ocorre. Os dados confirmam um efeito positivo do GPR40 na secreção de insulina estimulada pela glicose. O GW ativa a NADPHox resultando em um aumento do CS nas células BRIN-BD11. / BRIN-BD11, an Insulin secreting cell line, are used to study the mechanisms of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). These cells express GPR40, which is activated by fatty acids (FA) and potentiates GSIS. Considering that reactive oxygen species (ROS) is a signal that modulates insulin secretion (IS) induced by FA, this study aimed to investigate the involvement of GPR40 in ROS production, via NADPH oxidase (NADPHox), and in GSIS. To activate the GPR40 its agonist, GW9508 (GW), was used. IS and superoxide production (SP) were analyzed in response to increasing glucose concentrations (IGC), with or without GW (20mM). The activation of NADPHox was analyzed. The involvement of NADPHox on SP induced by GW was also evaluated using a small interference RNA or using the NADPHox inhibitor, VAS2870 (12mM). The presence of GW potentiated the IS at high glucose concentrations, together with an increased effect on SC. This increase was paralleled by an increase in the translocation of p47phox to the plasma membrane. Moreover, the inhibition of NADPHox abolished the GW9508 effect. These results show a positive effect of the GPR40 activation in GSIS. Additionally, GW9508 activates NADPHox resulting in an increase in the SC in BRIN-BD11 cells.

Linhagens secretoras de insulina, como a BRIN-BD11, são utilizadas para o estudo do mecanismo de secreção de insulina estimulado pela glicose (GSIS). Essas células expressam o GPR40, que quando ativado por ácidos graxos (AG), potencializam a GSIS. Considerando que as espécies reativas de oxigênio (EROs) podem estar relacionadas com a secreção de insulina mediada por AG, este estudo tem como foco avaliar se há envolvimento do GPR40 na GSIS e na produção de EROs, via NADPH oxidase (NADPHox), em células BRIN-DB11. A ativação do GPR40 foi feita com agonista GW9508 (GW). A secreção de insulina (SI), o conteúdo de superóxido (CS) e ativação da NADPHox foram analisados em resposta a glicose na presença ou ausência de GW (20mM). O envolvimento da NADPHox no CS induzido pelo GW foi analisado após inibição da NADPHox. O aumento da concentração de glicose paralela com aumento da SI, causa redução no CS. A presença do GW potencializa a SI em altas concentrações de glicose, aumenta o CS, e aumenta a translocação da subunidade p47phox do plasma para a membrana. Com a inibição da NADPHox o efeito do GW não ocorre. Os dados confirmam um efeito positivo do GPR40 na secreção de insulina estimulada pela glicose. O GW ativa a NADPHox resultando em um aumento do CS nas células BRIN-BD11. / BRIN-BD11, an Insulin secreting cell line, are used to study the mechanisms of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). These cells express GPR40, which is activated by fatty acids (FA) and potentiates GSIS. Considering that reactive oxygen species (ROS) is a signal that modulates insulin secretion (IS) induced by FA, this study aimed to investigate the involvement of GPR40 in ROS production, via NADPH oxidase (NADPHox), and in GSIS. To activate the GPR40 its agonist, GW9508 (GW), was used. IS and superoxide production (SP) were analyzed in response to increasing glucose concentrations (IGC), with or without GW (20mM). The activation of NADPHox was analyzed. The involvement of NADPHox on SP induced by GW was also evaluated using a small interference RNA or using the NADPHox inhibitor, VAS2870 (12mM). The presence of GW potentiated the IS at high glucose concentrations, together with an increased effect on SC. This increase was paralleled by an increase in the translocation of p47phox to the plasma membrane. Moreover, the inhibition of NADPHox abolished the GW9508 effect. These results show a positive effect of the GPR40 activation in GSIS. Additionally, GW9508 activates NADPHox resulting in an increase in the SC in BRIN-BD11 cells.

Ce travail porte sur la thématique du fluage des conducteurs des lignes électriques aériennes. L’objectif général de ce projet de recherche est d’étudier l’effet de la température sur le fluage des conducteurs. L’approche présentée permet de prédire le fluage des conducteurs en fonction de celui des brins constitutifs. Un banc d’essai du fluage des fils d’aluminium a été conçu et validé avec des essais préliminaires de 100 heures. Le protocole de mise en charge ainsi que l’instrumentation pour la mesure de l’allongement ont été particulièrement étudiés lors des essais préliminaires. Ensuite, le fluage des brins d’aluminium soumis à contraintes variant de 30 à 106 MPa et des températures de 21 et 38 °C a été évalué avec des tests de 1000 heures. L’approche a été validée en comparant les résultats obtenus à des résultats expérimentaux publiés dans la littérature. On peut conclure qu’avec quelques équations analytiques simples, il est possible de prédire le comportement d’un conducteur complet à partir des résultats d’essais sur brins.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

En réponse aux dommages de son génome, le choix par la cellule de la voie de réparation de l'ADN est un crucial par ses conséquences en termes de mutagénèse et de survie. Pour faire face aux cassures double-brin de l'ADN (CDB), les cellules humaines possèdent deux voies principales qui consistent soit à rejoindre les extrémités de la cassure par jonction d'extrémités non-homologues (voie conventionnelle C-NHEJ), soit à reconstituer par recombinaison homologue la séquence clivée en copiant son double non endommagé présent après la réplication (voie RH). La RH nécessite de dégrader l'un des brins d'ADN de part et d'autre de la cassure. Cette dégradation produit de courts fragments d'ADN simple-brin, connus pour aider à signaler le dommage à la cellule. Dans ce travail, nous avons évalué directement l'effet de ces fragments d'ADN simple brin sur la réparation des CDB dans des expériences biochimiques et cellulaires. Nous montrons que de courts fragments d'ADN simple-brin inhibent la C-NHEJ en inactivant sa protéine clef Ku, tout en stimulant une forme minoritaire de jonction des cassures dite NHEJ alternative (A-EJ). Ces travaux permettent de mieux comprendre comment la réparation par la voie peu connue A-EJ peut s'exprimer dans les cellules mais aussi d'envisager des stratégies pour piloter la réponse des cellules cancéreuses aux thérapies induisant des CDB. / In response to DNA damage, the choice made by the cells between DNA repair mechanisms is crucial for mutagenic and survival outcomes. In humans, DNA double-strand breaks are repaired by two mutually-exclusive mechanisms, homologous recombination or end-joining. Among end-joining mechanisms, the main process is classical non-homologous end-joining (C-NHEJ) which relies on Ku binding to DNA ends and DNA Ligase IV (Lig4)-mediated ligation. Mostly under Ku- or Lig4-defective conditions, an alternative end-joining process (A-EJ) can operate and exhibits a trend toward microhomology usage at the break junction. Homologous recombination relies on an initial MRN-dependent nucleolytic degradation of one strand at DNA ends. This process, named DNA resection generates 3' single-stranded tails necessary for homologous pairing with the sister chromatid. While it is believed from the current literature that the balance between joining and recombination processes at DSBs ends is mainly dependent on the initiation of resection, it has also been shown that MRN activity can generate short single-stranded DNA oligonucleotides (ssO) that may also be implicated in repair regulation. In this work, we evaluate the effect of ssO on end-joining at DSB sites both in vitro and in cells. Under both conditions, we report that ssO inhibit C-NHEJ through binding to Ku and favor repair by the Lig4-independent microhomology-mediated A-EJ process. Our data bring new clues in the understanding of the cellular response to DNA double-strand breaks.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce mémoire de thèse présente mes travaux sur la détermination de la susceptibilité et de la résistance des intégrases (INs) du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) aux inhibiteurs de transfert de brins de l'IN (INSTIs) ainsi que le développement de fragments d'anticorps simple-chaîne (sdAbs) ciblant l'IN du VIH. Tout d'abord, car les études antérieures ont suggéré que les variations significatives de l'IN de souche CRF02_AG pourrait avoir des effets consécutifs sur l'interaction entre l'inhibiteur et l'IN, la susceptibilité de l'IN de souche CRF02_AG du VIH-1 aux dernières INSTIs a été déterminée. Accord avec l'étude in silico, nous avons mis en évidence que l'activité de 3'-processing et de transfert de brin des INs de souche B et de souche CRF02_AG sont comparables. La susceptibilité des INs recombinantes de souche CRF02_AG aux INSTIs utilisés (Raltégravir-RAL, Elevitégravir-EVG et L-731, 988) est similaire à celle de l'IN de souche B, malgré les variations naturelles qui se produisent dans les INs de souche CRF02_AG. Le polymorphisme de l'IN de CRF02_AG n'a pas d'effet significatif sur la susceptibilité aux INSTIs. Dans un second temps, la résistance de l'IN du VIH-2 au RAL, l'unique INSTI approuvé, a été confirmée in vitro avec des enzymes mutées portant des mutations de résistance. Les mutations aux positions 155 et 148 jouent un rôle similaire pour les VIH-1 et VIH-2, en rendant l'IN résistante au RAL. La mutation G140S confère peu de résistance, mais compense le défaut catalytique dû à la mutation Q148R. À l'inverse, Y143C seule ne confère pas de résistance au RAL excepté si la mutation E92Q est également présente. De plus, l'introduction de la mutation Y143C dans le mutant résistant N155H baisse le niveau de résistance de l'enzyme contenant la mutation N155H, ce qui pourrait expliquer l'absence de détection de ces deux mutations ensemble dans un seul génome. Enfin, des anti-VIH sdAbs avec nombreuses propriétés intéressantes ont été sélectionnés pour développer des agents antirétroviraux. Après la sélection de sdAb ciblant l'IN du VIH, nous avons obtenu des qui sdAbs qui reconnaissent spécifiquement une vaste gamme d'INs in vitro, y compris le mutant G140S/Q148R résistant aux INSTIs. Néanmoins, l'activité inhibitrice des sdAbs n'a pas été observée. Les sdAbs ciblant l'IN du VIH peuvent être utilisés pour d'autres applications, telles que des réactifs ciblant des nanocapteurs. À l'avenir, en raison des avantages uniques des sdAbs, le développement de sdAbs anti-IN du VIH qui bloquent la réplication du VIH reste attractive pour l'obtenir des inhibiteurs efficaces de l'IN.

L'Efficacité Biologique Relative (EBR) des faisceaux de protons énergétiques (70-250 MeV) utilisés dans les différents centres de protonthérapie est classiquement estimée à 1,10 par rapport aux photons du Cobalt-60. Bien qu'en accord avec la mesure de la régénération des cryptes intestinales chez la souris après exposition à une dose unique de 10 à 15 Gy, cette valeur moyenne a été contestée par la microdosimétrie. Ces incertitudes nous ont conduits à analyser l'effet des protons mis en œuvre dans les deux faisceaux médicaux (76 et 201 MeV) du Centre de Protonthérapie de l'Institut Curie à Orsay (ICPO) sur deux lignées cellulaires humaines tumorales, et en partie sur une lignée fibroblastique. Les résultats font apparaître une différence de la valeur de l'EBR pour la survie au rayonnement dans la partie distale du SOBP (Spread-Out Bragg Peak) en fonction de l'énergie incidente, ainsi qu'une absence de corrélation entre la réponse en survie et l'incidence des cassures double-brin de l'ADN dans le faisceau de 76 MeV. Nous montrons cependant, grâce à l'utilisation de lignées défectives dans les voies de signalisation et de réparation des cassures double-brin de l'ADN par le D-NHEJ, que ces voies déterminent la valeur de l'EBR dans la partie distale du SOBP de 76 MeV. La réponse aux dommages de l'ADN dans cette région suggère que les dommages létaux appartiennent à la classe des "lésions complexes" (LMDS) de l'ADN. D'autre part, il apparaît que la fluence des particules constitue un paramètre majeur qui doit être pris en compte dans la partie distale des faisceaux.

Les génomes de bactériophages ont une capacité remarquable d'évolution. L'objectif de ma thèse a été d'étudier le rôle des recombinases de bactériophages dans cette évolution. Notre hypothèse était que les recombinases phagiques diffèrent de la recombinase bactérienne RecA par une fidélité relâchée lors de la réaction de recherche d'homologie, qui pourrait expliquer en partie la très grande plasticité des génomes de bactériophages. Nous avons tout d'abord utilisé une approche bioinformatique basée sur la recherche d'homologies lointaines pour prédire un maximum de gènes de recombinases dans les génomes entièrement séquencés, puis nous avons confirmé l'activité de recombinaison de certaines d'entre elles, par un test d'appariement d'ADN simple brin entre séquences identiques in vivo. Ceci nous a permis de conclure qu'il existait trois superfamilles de recombinases chez les bactériophages, de type Rad52, Rad51/RecA et Gp2.5, présentes dans 42% des 465 génomes analysés. Dans un deuxième temps, nous avons comparé six de ces recombinases à RecA et avons montré que toutes étaient capables de faire de l'appariement simple brin in vivo, contrairement à RecA. Pour deux d'entre elles, Redβ de Lambda (type Rad52) et Sak4 de HK620 (type Rad51/RecA), nous avons observé que l'appariement simple brin continuait à se produire, avec une efficacité diminuée, jusqu'à 13% de divergence entre les séquences. L'appariement d'ADN simple brin est donc une propriété commune aux recombinases de bactériophages qui les distingue de RecA, et semble pouvoir se maintenir pour un niveau élevé de divergence, ce qui soutient l'hypothèse d'une recombinaison homologue différente et plus relâchée dans sa fidélité chez les bactériophages.