L'objectif de ce travail est de contribuer à l'étude des mécanismes biochimiques responsables de l'amplitude de la diminution du pH post mortem dans le muscle pectoral des volailles. Le travail repose sur l'hypothèse selon laquelle la variabilité de l'activité de l'AMP désaminase (AMP, Adénosine MonoPhosphate), enzyme responsable de la désamination progressive de l'AMP en IMP dans le muscle post mortem, explique une part importante de la variation du pH ultime (pHu). En effet, l'AMP est un co-facteur de certaines enzymes de la glycogénolyse et de la glycolyse. Sa disparition dans le muscle post mortem entraîne donc une inactivation de ces voies métaboliques et de fait, un arrêt de la chute du pH. La première expérience réalisée chez la dinde (souche commerciale BUT9) permet de préciser 1) le rôle important du pHu dans le déterminisme des qualités organoleptiques et technologiques de la viande dans une situation expérimentale où l'on peut assurer que l'effet du pHu et du développement des défauts de type PSE (pale, soft and exudative) ne sont pas confondus et 2), la faible liaison entre le niveau des réserves énergétiques du muscle au moment de l'abattage (glycogène) et le pHu (r= -0.44, p <0.01, n= 64). La seconde étude montre que la liaison entre la concentration de glycogène à l'abattage dans le muscle pectoral et le pHu est significative chez les poulets Label à croissance lente et chez les poulets 'lourds' à croissance rapide (plus de 50 % de la variance du pHu expliqués), mais pas chez les poulets Standard à croissance rapide. Les poulets Standard présentent le pHu et l'activité de l'AMPd les plus élevés, comparés aux poulets Label et lourds. Néanmoins, les résultats ne permettent pas de confirmer clairement, et de manière définitive, l'hypothèse concernant le rôle de l'AMPd dans le déterminisme du pH ultime. En effet, la relation entre l'activité de l'AMPd et le pHu n'est pas significative intra-type génétique, mais seulement lorsqu'elle est calculée sur l'ensemble des animaux (r= 0.32, p <0.01, n= 90). Dans la troisième expérience, le modèle poulet (Standard vs Label) est conservé mais un facteur de variation potentiel et supplémentaire de l'amplitude de la chute du pH est introduit (mise à jeun avant l'abattage). Dans le but d'identifier d'autre protéines potentiellement impliquées dans le déterminisme du pHu, l'approche enzymatique est élargie à une approche plus globale de l'étude du protéome musculaire sur un souséchantillon d'animaux présentant des pHu différents pour un niveau de glycogène à l'abattage similaire. Dans ce sous-échantillon et chez les poulets Standard seulement, la liaison entre le pHu et l'activité de l'AMPd est forte (r= 0.77, p <0.01, n= 10). L'analyse du protéome montre une différence d'expression nette entre les deux groupes de poulets Label (pH bas et pH élevé pour une même concentration de glycogène) pour une enzyme clé de la biosynthèse de l'IMP et des nucléotides puriques (phospho-ribosyl-pyrophosphate synthétase; PRS1), une voie métabolique dans laquelle l'AMPd est impliquée. Ce dernier point, s'il ne milite pas directement en faveur de l'implication de l'AMPd, suggère toutefois que cette voie métabolique pourrait intervenir dans les mécanismes expliquant la variabilité du pH ultime.

Les protéines APOBEC3 (A3A-A3H) catalysent la désamination des cytidines (C) présentes sur l'ADN simple brin en thymidine (T). Cette activité cytidines désaminase a initialement été décrite comme impliquée dans la restriction des rétrovirus et de certains virus à ADN par leur capacité à induire de nombreuses mutations C->T, ou hypermutations, sur les génomes viraux. Il apparait néanmoins que leur activité n'est pas restreinte aux génomes viraux et que certaines A3 peuvent induire des mutations sur l'ADN mitochondrial (A3A, C, F, G et H) et nucléaire (A3A et A3B). Ainsi, l'impact somatique des A3 est désormais établi dans la formation de certains cancers, dont la majorité des mutations, portent signatures des APOBEC3. Aux vues de ces observations, nous nous sommes intéressés à la façon dont sont régulées ces enzymes dans le contexte du stress cellulaire viro-induit ou endogène. La première partie de nos travaux a porté sur la protéine A3DE, seul membre de la famille APOBEC3 ne possédant pas d'activité cytidine désaminase. De façon intéressante, il apparait qu'A3DE est surexprimée dans les cirrhoses infectées par le VHB, VHC ou co-infectées par le VHC et le VHB. Nous avons pu mettre en évidence qu'A3DE interagit et module l'activité d'A3F et d'A3G, deux cytidines désaminases exprimées dans le foie et impliquées dans la restriction du VHB. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation du potentiel génotoxique de la protéine A3B. Cette protéine, de par sa localisation strictement nucléaire, constitue la seule A3 à double domaine n'interagissant pas avec A3DE. Contrairement à A3A, A3B est faiblement active sur l’ADN nucléaire et n’induit pas de cassures de l’ADN double brin. Nous avons pu mettre en évidence par mutagénèse les régions de la protéine impliquées dans l’atténuation de la génotoxicité d’A3B par rapport à A3A et que cette atténuation est conservée chez les primates. Enfin, nous avons étudié le rôle et la régulation d’A3A dans le catabolisme. Nous avons mis en évidence que l’ADN mitochondrial cytoplasmique (ADNcymt) active la voie RIG-I/ARN polymérase III ce qui a pour effet d’induire la production d’IFN qui va activer l’expression d’A3A. A3A va ainsi jouer un rôle dans le catabolisme de l’ADNcymt et contribue à l'élimination de cette source de stress cellulaire, mais occasionnant par la même des dommages sur l’ADN nucléaire. Les A3 sont des enzymes fondamentales de la défense immunitaire innée et du catabolisme de l’ADN. Nous montrons qu’A3DE a pour fonction de moduler l’activité d’A3F et d’A3G tandis qu’A3B, possède un phénotype atténué chez tous les primates et s’avère moins génotoxique que’A3A. Cette dernière participe à la dégradation de l’ADN cytoplasmique, limitant ainsi l’inflammation. Néanmoins, A3A peut s’avérer dangereuse pour l’intégrité génomique et contribuer à l’émergence de cancers, notamment en cas d’inflammation chronique. / APOBEC3 proteins (A3A-A3H) catalyse the deamination of cytosine (C) to thymidine (T) on single stranded DNA. This activity, called cytidine deaminase, has initially been described as a mechanism involved in restriction against retroviruses and DNA viruses by massively inducing C->T mutations on viral genome : this phenomenon is called "hypermutations". Nevertheless, this activity is not virus-specific and some A3 can induce mutations on mitochondrial DNA (A3A, C, F, G, H) and nuclear DNA (A3A and A3B). Thus, the impact of those proteins on cancer formation is now established in cancers where mutations mostly show an APOBEC3 signature. In view of those considerations, we decided to study how those enzymes are regulated in the context of a viral cellular stress or an endogenous cellular stress. The first part of our work is focused on A3DE, the only APOBEC3 lacking a cytidine deaminase activity. Interestingly, A3DE is upregulated in cirrhotic livers infected by HBV, HCV or coinfected with HBV & HCV. We show that A3DE inhibits A3F & A3G activity by interacting with those HBV restriction involved A3. Then, we studied the attributes of the genotoxicity potential of A3B. This protein, by his strictly nuclear localization, constitutes the only double domain A3 which is not regulated by A3DE. Unlike A3A, A3B is weakly active on nuclear DNA and does not induce double strand breaks. We determine by directed mutagenesis the clusters of A3B involved in genotoxicity attenuation compared with A3A. We also show that this attenuation is conserved among primates. Finally, we investigated the role and regulation of A3A in the context of DNA catabolism. We proved that mitochondrial cytoplasmic DNA (mtcyDNA) triggers the RIG-I/DNA polymerase III pathway, which induces IFN production leading to A3A expression. So A3A will be involved in mtcyDNA catabolism and contribute to the clearance of this stress signal, but will also induce double strand breaks on nuclear DNA. A3 are major enzymes of the innate immune response and DNA catabolism. We show that A3DE modulates A3F and A3G activity while A3B is attenuated among primates and is less genotoxic than A3A. A3A participates to cytoplasmic DNA catabolism and limits inflammation. Nevertheless, A3A could be dangerous for the genomic integrity and contributes to cancer, especially in cases of chronic inflammation.

Le somnambulisme est un trouble du sommeil fréquent qui appartient à la famille des parasomnies NREM. Malgré des décennies de recherche, sa pathophysiologie reste peu comprise. Les études de familles et les études de jumeaux démontrent qu’une forte composante héréditaire est en jeu. Toutefois, très peu d’études moléculaires ont été menées afin d’identifier des gènes impliqués et il n’y a toujours pas de consensus quant au mode de transmission dans les familles. Cet ouvrage contient deux études distinctes qui tenteront de répondre à ces deux problèmes. L’objectif de la première étude était de déterminer si des variants génétiques dans le gène Adénosine désaminase (ADA) étaient enrichis dans la population somnambule en comparaison avec les dormeurs sains. Le gène entier a été séquencé chez 251 patients somnambules provenant de Montréal et de Montpellier ainsi que chez 94 sujets contrôles sans histoire personnelle ni familiale de somnambulisme. Aucun variant génétique n’était enrichi chez les patients somnambules en comparaison avec les dormeurs sains et les bases de données génétiques publiques. Dans la deuxième étude, le premier objectif était de déterminer le mode de transmission du somnambulisme chez 20 familles canadiennes-françaises. Le deuxième objectif était de mesurer le risque récurrent ainsi que le risque relatif pour la fratrie et les enfants des patients index. Dans notre cohorte, le somnambulisme se transmettait principalement selon un mode autosomal dominant à pénétrance réduite. Les risques récurrents pour les apparentés de premier degré étaient : à vie 0,48 à 0,56, durant l’enfance 0,43 à 0,56 et à l’âge adulte 0,14 à 0,35. Les risques relatifs pour les apparentés de premier degré étaient : à vie 6,96 à 8,12, durant l’enfance 1,48 à 4,06 et à l’âge adulte 4,67 à 11,67 supérieurs à la population générale. D’autres études moléculaires comme le séquençage de l’exome et les études de liaison génétique dans les familles seront nécessaires afin d’identifier de nouveaux gènes candidats qui pourront agir à titre de biomarqueurs. Cela permettrait de faciliter le diagnostic et ultimement développer des approches thérapeutiques ciblées. / Sleepwalking is a common sleep disorder and it belongs to the family of NREM parasomnias. Despite decades of research, its pathophysiology remains poorly understood. Family and twin studies show that a strong hereditary component is involved. However, very few molecular studies have been conducted to identify the genes involved and there is still no consensus on the mode of transmission in families. This Master’s thesis contains two separate studies which will attempt to address these two problems. The aim of the first study was to determine whether genetic variants in the Adenosine Deaminase (ADA) gene were enriched in the sleepwalking population compared to healthy sleepers. The entire gene was sequenced in 251 sleepwalking patients from Montreal and Montpellier as well as in 94 control subjects with no personal or family history of sleepwalking. No genetic variants were enriched in sleepwalking patients compared to healthy sleepers and public genetic databases. In the second study, the first objective was to determine the mode of transmission of sleepwalking in 20 French-Canadian families. The second objective was to measure the recurrence risk as well as the relative risk for siblings and children of index patients. In our cohort, sleepwalking was transmitted mainly in an autosomal dominant mode with reduced penetrance. The recurrence risks for first-degree relatives were: lifetime 0.48 to 0.56, in childhood 0.43 to 0.56, and in adulthood 0.14 to 0.35. The relative risks for first-degree relatives were: lifetime 6.96 to 8.12, in childhood 1.48 to 4.06 and in adulthood 4.67 to 11.67 higher than the general population. Further molecular studies, such as exome sequencing, and genetic linkage studies in families will be needed in order to identify new candidate genes that can act as biomarkers. This would allow the development of an independent test for the diagnosis and ultimately have implications for targeted therapeutic approaches.

Les gènes suppresseurs de tumeurs (TSGs) contrôlent la prolifération cellulaire et leur inactivation joue un rôle important dans la leucémogénèse. Deux mécanismes épigénétiques majeurs sont impliqués dans la répression des TSGs: 1- la méthylation de l’ADN et 2- la déacétylation des histones des chromosomes. On les dit épigénétiques car ils n’affectent pas la séquence de l’ADN. Ces phénomènes sont réversibles, faisant donc d’eux des cibles thérapeutiques de choix. Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué le potentiel chimiothérapeutique de différents agents qui visent ces mécanismes épigénétiques et nous les avons administrés seuls et en combinaison dans le but d’améliorer leur efficacité. La 5-aza-2’-désoxycytidine (5-Aza-CdR) est un inhibiteur de la méthylation de l’ADN qui permet la ré-expression des TSGs. Cet agent s’est avéré efficace contre certaines maladies hématologiques et est d’ailleurs approuvé aux États-Unis dans le traitement du syndrome myélodysplasique depuis 2006. Cependant, le protocole d’administration optimal de cet agent, en termes de doses et de durée, n’est toujours pas établi. Nos recherches suggèrent que le celui-ci devrait être plus intensif que ce que rapporte la littérature. Les inhibiteurs des déacétylases des histones (HDACi) ont également montré une activité antinéoplasique intéressante. De récentes recherches ont montré que la combinaison d’agents ciblant à la fois la méthylation de l’ADN et la déacétylation des histones produit une réactivation synergique des TSGs, ce à quoi nous nous sommes intéressé. Nous avons observé que la co-administration d’un HDACi avec la 5-Aza-CdR potentialise son action anti-leucémique. Il est aussi possible d’augmenter l’activité de la 5-Aza-CdR en inhibant sa dégradation par l’enzyme cytidine (CR) désaminase. Nous avons observé que la co-administration du zebularine, un inhibiteur de la CR désaminase, avec la 5-Aza-CdR accroît son efficacité. Le zebularine est aussi un inhibiteur de la méthylation de l’ADN, ce qui pourrait contribuer à la potentialisation de la réponse anti-leucémique observée lors de la co-administration de ces deux agents. En résumé, il est possible d’augmenter l’efficacité anti-leucémique de la 5-Aza-CdR en : 1- intensifiant son protocole d’administration, en termes de doses et de durée, 2- la combinant avec un HDACi, et 3- diminuant sa dégradation par la CR désaminase. L’utilisation de ces résultats précliniques dans l’élaboration de protocoles cliniques pourrait être bénéfique à beaucoup de patients. / The silencing of tumor suppressor genes (TSG) that normally regulate cells proliferation plays an important role in leukemogenesis. Two major mechanisms are involved in TSG’s silencing: DNA methylation and histones deacetylation. Because those phenomenons are reversible, it makes them interesting therapeutic targets for chemotherapeutic agents. We evaluated the antineoplastic potential of different agents that target those events and we administered them alone or in combination with the goal of improving their efficiency. 5-aza-2’-deoxycytidine (5-Aza-CdR) is a DNA methylation inhibitor that can re-express TSGs that are silenced by methylations. This agent demonstrated its efficacy against hematological malignancies. Therefore, 5-Aza-CdR is used since 2006 in United States of America against myelodysplastic syndrome; but its optimal dose-schedule still needs to be established. Our researches suggest that the dose-schedule of 5-Aza-CdR should be more intensive than what is reported from the literature. Inhibitors of histones deacetylation (HDACi) also demonstrated some interesting antineoplastic activity. Recently, observations showed that combination of chemotherapeutic agent that targets both DNA methylation and histones deacetylation lead to a synergic reactivation of silenced TSG. This finding allowed us to observe that the co-administration of an HDACi with 5-Aza-CdR improve its antileukemic potential. Moreover, it is possible to increase the activity of 5-Aza-CdR by preventing its degradation by cytidine (CR) deaminase. We demonstrated that the co-administration of zebularine, an inhibitor of CR deaminase, with 5-Aza-CdR increases its activity. Zebularine is also an inhibitor of DNA methylation, which may contribute to the enhancement of the antileukemic action of this combination. In summary, our preclinical data indicate that the antileukemic activity of 5-Aza-CdR can be enhanced by: 1- increasing his dosage, 2- combining it with HDACi, and 3- preventing its inactivation by CR deaminase. The translation of those preclinical observations into clinical protocols may be effective in patients with advanced leukemia.

Les gènes suppresseurs de tumeurs (TSGs) contrôlent la prolifération cellulaire et leur inactivation joue un rôle important dans la leucémogénèse. Deux mécanismes épigénétiques majeurs sont impliqués dans la répression des TSGs: 1- la méthylation de l’ADN et 2- la déacétylation des histones des chromosomes. On les dit épigénétiques car ils n’affectent pas la séquence de l’ADN. Ces phénomènes sont réversibles, faisant donc d’eux des cibles thérapeutiques de choix. Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué le potentiel chimiothérapeutique de différents agents qui visent ces mécanismes épigénétiques et nous les avons administrés seuls et en combinaison dans le but d’améliorer leur efficacité. La 5-aza-2’-désoxycytidine (5-Aza-CdR) est un inhibiteur de la méthylation de l’ADN qui permet la ré-expression des TSGs. Cet agent s’est avéré efficace contre certaines maladies hématologiques et est d’ailleurs approuvé aux États-Unis dans le traitement du syndrome myélodysplasique depuis 2006. Cependant, le protocole d’administration optimal de cet agent, en termes de doses et de durée, n’est toujours pas établi. Nos recherches suggèrent que le celui-ci devrait être plus intensif que ce que rapporte la littérature. Les inhibiteurs des déacétylases des histones (HDACi) ont également montré une activité antinéoplasique intéressante. De récentes recherches ont montré que la combinaison d’agents ciblant à la fois la méthylation de l’ADN et la déacétylation des histones produit une réactivation synergique des TSGs, ce à quoi nous nous sommes intéressé. Nous avons observé que la co-administration d’un HDACi avec la 5-Aza-CdR potentialise son action anti-leucémique. Il est aussi possible d’augmenter l’activité de la 5-Aza-CdR en inhibant sa dégradation par l’enzyme cytidine (CR) désaminase. Nous avons observé que la co-administration du zebularine, un inhibiteur de la CR désaminase, avec la 5-Aza-CdR accroît son efficacité. Le zebularine est aussi un inhibiteur de la méthylation de l’ADN, ce qui pourrait contribuer à la potentialisation de la réponse anti-leucémique observée lors de la co-administration de ces deux agents. En résumé, il est possible d’augmenter l’efficacité anti-leucémique de la 5-Aza-CdR en : 1- intensifiant son protocole d’administration, en termes de doses et de durée, 2- la combinant avec un HDACi, et 3- diminuant sa dégradation par la CR désaminase. L’utilisation de ces résultats précliniques dans l’élaboration de protocoles cliniques pourrait être bénéfique à beaucoup de patients. / The silencing of tumor suppressor genes (TSG) that normally regulate cells proliferation plays an important role in leukemogenesis. Two major mechanisms are involved in TSG’s silencing: DNA methylation and histones deacetylation. Because those phenomenons are reversible, it makes them interesting therapeutic targets for chemotherapeutic agents. We evaluated the antineoplastic potential of different agents that target those events and we administered them alone or in combination with the goal of improving their efficiency. 5-aza-2’-deoxycytidine (5-Aza-CdR) is a DNA methylation inhibitor that can re-express TSGs that are silenced by methylations. This agent demonstrated its efficacy against hematological malignancies. Therefore, 5-Aza-CdR is used since 2006 in United States of America against myelodysplastic syndrome; but its optimal dose-schedule still needs to be established. Our researches suggest that the dose-schedule of 5-Aza-CdR should be more intensive than what is reported from the literature. Inhibitors of histones deacetylation (HDACi) also demonstrated some interesting antineoplastic activity. Recently, observations showed that combination of chemotherapeutic agent that targets both DNA methylation and histones deacetylation lead to a synergic reactivation of silenced TSG. This finding allowed us to observe that the co-administration of an HDACi with 5-Aza-CdR improve its antileukemic potential. Moreover, it is possible to increase the activity of 5-Aza-CdR by preventing its degradation by cytidine (CR) deaminase. We demonstrated that the co-administration of zebularine, an inhibitor of CR deaminase, with 5-Aza-CdR increases its activity. Zebularine is also an inhibitor of DNA methylation, which may contribute to the enhancement of the antileukemic action of this combination. In summary, our preclinical data indicate that the antileukemic activity of 5-Aza-CdR can be enhanced by: 1- increasing his dosage, 2- combining it with HDACi, and 3- preventing its inactivation by CR deaminase. The translation of those preclinical observations into clinical protocols may be effective in patients with advanced leukemia.

L'intensification des activités industrielles et les besoins en énergie font des hydrocarbures pétroliers (HP) un enjeu majeur mondial mais augmentent aussi considérablement les risques environnementaux dans divers écosystèmes. La phytoremédiation est une phytotechnologie qui a fait ses preuves en tant que solution verte pour faire face aux contaminations des sols par des HP. La phytoremédiation des sols contaminés par les HP repose principalement sur l’activité des communautés microbiennes associées aux racines des plantes au niveau de la rhizosphère, qui peuvent non seulement favoriser la croissance des plantes hôtes mais aussi augmenter leur tolérance à divers stress biotiques et abiotiques. Parmi les défis majeurs de la phytoremédiation des sols contaminés par les HP, on compte la forte toxicité de certains composés des HP qui entravent la croissance des plantes et par conséquent l’efficacité de la phytoremédiation. Cependant, la croissance des plantes peut être positivement stimulée par la présence de rhizobactéries favorisant leur croissance (PGPR) qui sont capables d'atténuer le stress des plantes par divers mécanismes. Dans cette thèse, un total de 438 bactéries PGPR dégradant les hydrocarbures pétroliers, ont été isolées de la rhizosphère et du sol de deux espèces de plantes, Salix purpurea et Eleocharis obusta, dans un site d'une ancienne raffinerie pétrochimique à Varennes, QC, Canada. Les isolats bactériens ont été classés en 62 genres, appartenant aux phylums Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes et aux sous-groupes Alpha-, Beta- et Gamma-Proteobacteria. De plus, cette collection de cultures contient 438 isolats bactériens avec de multiples caractéristiques de dégradation et de stimulation de croissance (PGPR), représentant une diversité fonctionnelle de dégradation des HP et de caractéristiques PGPR qui pourraient être utilisées dans la phytoremédiation assistée par les bactéries, des sols contaminés par les HP. Parmi ces 438 isolats bactériens, 50 isolats représentant une large diversité taxonomique, ont été sélectionnées pour une caractérisation approfondie supplémentaire concernant leur capacité à favoriser la croissance des plantes en présence de différentes concentrations de n-hexadécane (0%, 1%, 2%, 3%) dans des conditions contrôlées. Les résultats ont indiqué que les isolats bactériens Nocardia sp. (WB46), Pseudomonas plecoglossicida (ET27), Stenotrophomonas pavanii (EB31), Bacillus megaterium (WT10) et Gordonia amicalis (WT12) ont significativement augmenté la croissance des plantes cultivées dans 3% de n-hexadécane par rapport au traitement témoin. De plus, ces isolats possèdent plusieurs traits favorisant la croissance des plantes (PGPR) tels que l'activité 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) désaminase (ACCD), la production d'acide indole-3-acétique (IAA) et la fixation de l'azote. De plus, ces isolats étaient capables d'utiliser le n-hexadécane comme seule source de carbone et possédaient des gènes cataboliques liés à la dégradation des hydrocarbures tels que le gène de l'alcane monooxygénase (alkB), le cytochrome P450 hydroxylase (CYP153) et le gène de la naphtalène dioxygénase (nah1). Nocardia sp. isolate WB46, a été sélectionné pour le séquençage de son génome afin de déterminer sa diversité génétique et fonctionnelle relatives à la dégradation des HP et les potentiels PGPR. Les résultats ont indiqué que, sur la base des analyses du gène de l'ARNr 16S, l'hybridation ADN-ADN in silico (DDH) et l'identité moyenne des nucléotides (ANI), Nocardia sp. isolate WB46 représente une nouvelle espèce bactérienne. De plus, l'annotation fonctionnelle de son génome révèle que celui-ci contient de nombreux gènes responsables de la dégradation des hydrocarbures pétroliers tels que l'alcane 1-monooxygénase (alkB) et la naphtalène dioxygénase (ndo) ainsi que d'autres gènes liés à ses potentiels PGPR. En conclusion, la rhizosphère des espèces S. purpurea et E. obusta poussant dans un site fortement pollué par les HP représente un biotope diversifié et comprenant des bactéries PGPR avec de multiples potentiels de dégradation des HP. De plus, plusieurs isolats bactériens tels que Nocardia sp. (WB46), Pseudomonas plecoglossicida (ET27) et Stenotrophomonas pavanii (EB31) démontrent un potentiel d'utilisation comme bioinoculants pour de futures études de phytoremédiation à grande échelle. / Petroleum hydrocarbons (PHCs), as a result of intensification of industrial activities, are a global environmental issue especially in soil environments. Phytoremediation represents an ideal solution to tackle this global crisis. Phytoremediation of PHC-contaminated soils proceeds mainly through the activities of microbial communities that colonize the plant rhizosphere which might promote host plants growth and increase its tolerance to various biotic and abiotic stresses. A main challenge in phytoremediation of PHC-contaminated soils is the high toxicity of PHCs which hinder plant growth and reduce the efficiency of phytoremediation. However, plant growth may be positively stimulated by the presence of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) that are able to alleviate stresses in plants through various mechanisms. In this thesis, a total of 438 petroleum hydrocarbons degrading-PGPR bacterial isolates were recovered from the rhizosphere and the surrounding bulk soil of Salix purpurea and Eleocharis obusta plants from the site of a former petrochemical plant in Varennes, QC, Canada. Bacterial isolates were classified into 62 genera, belonging to the phyla Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes and the Alpha, Beta and Gamma-subgroups of Proteobacteria. Additionally, this culture collection holds 438 bacterial isolates with multiple degradative and PGP features, representing a rich reservoir of metabolically versatile PGPR-PHC degraders that could be used in holistic, bacterial-aided phytomanagement of PHC-contaminated soils. Among the above 438 bacterial isolates, 50 bacterial strains representing a wide phylogenetic range were selected for an additional in-depth characterization regarding their ability to promote plant growth under the presence of different concentrations of n-hexadecane (0%, 1%, 2%, 3%) under gnotobiotic conditions. Results indicated that bacterial isolates Nocardia sp. (WB46), Pseudomonas plecoglossicida (ET27), Stenotrophomonas pavanii (EB31), Bacillus megaterium (WT10) and Gordonia amicalis (WT12) significantly increased the growth of plants grown in 3% n-hexadecane compared with the control treatment. Additionally, these isolates possess several plant-growth-promoting (PGP) traits such as 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase (ACCD) activity, indole-3-acetic acid (IAA) production and nitrogen fixation. Also, these isolates were able to use n-hexadecane as sole source of carbon and have catabolic genes related to hydrocarbon degradation such alkane monooxygenase (alkB) gene, the cytochrome P450 hydroxylase (CYP153) and the naphthalene dioxygenase (nah1) gene. The isolate that showed the highest growth stimulation of plants grown in 3% n-hexadecane under gnotobiotic conditions, Nocardia sp. isolate WB46, was selected for de novo genome sequencing to unveil its genetic versatility and the mechanisms of PHCs biodegradation and PGP potentials. Results indicated that based on the 16S rRNA gene analyses, in silico DNA-DNA hybridization (DDH) and average nucleotide identity (ANI) Nocardia sp. isolate WB46 is a new species. Additionally, the functional annotation of the genome of Nocardia sp. isolate WB46 reveals that its genome contains many genes responsible for petroleum hydrocarbon degradation such as alkane 1-monooxygenase (alkB) and naphthalene dioxygenase (ndo) as well as other genes related to its PGP potentials. In conclusion, S. purpurea and E. obusta growing in a site highly polluted with PHCs are rich reservoir of diverse PGPR with multiple PHC-degradation and PGP potentials. In addition, several bacterial isolates such as Nocardia sp. (WB46), Pseudomonas plecoglossicida (ET27) and Stenotrophomonas pavanii (EB31) demonstrate potential for use as bioinoculants in future large-scale phytoremediation studies.

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices. / Proteins are the end-products of gene interpretative machinery. Proteins serve essential roles in defining the structure, integrity and dynamics of the cell and mediate most chemical transformations needed for everything from metabolic catalysis to signal transduction. We know that the central dogma of molecular biology, one gene = one mRNA = one protein is a gross simplification and that a protein may do different things depending on the form in which its mRNA was spliced, how and where it is post-translationally modified, what conformational state it may be in or finally, which other proteins it may interact with. Formation of protein complexes may, themselves, be governed by the states in which proteins are expressed in specific cells, cellular compartments or under specific conditions or dynamic phases such has growth or division. Protein complexes involved in mitotic cell cycle regulation are particularly challenging to dissect since they could only form during specific phases of the cell cycle, are highly regulated by post-translational modifications and can be found in any subcellular compartments. To date, no general methods have been developed to allow fine dissection of these protein complexes. The goal of this thesis was to establish and demonstrate a novel strategy for dissecting protein complexes regulating the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) mitotic cell cycle. In this thesis, I describe my development and optimization of a simple survival-selection Protein-fragment Complementation Assay using the prodrug-converting enzyme, yeast cytosine deaminase as reporter (OyCD PCA). I further describe, in a series of proof of principle studies, applications of the OyCD PCA to dissect the mechanism of transcriptional activation by key mitotic transcription factors and to dissect protein-protein interactions (PPIs) among regulators of the mitotic cell cycle. A key feature of the OyCD PCA is that it can be used to detect both formation and disruption of PPIs by virtue of having positive readouts for both assays. I applied the OyCD PCA in a strategy to dissect interactions between the key transcription factors of the G1/S phase: SBF and MBF. These two heterodimeric transcription factors are composed of, respectively, two distinct DNA-binding subunits named Swi4 and Mbp1 and a common transcription activation subunit called Swi6. I took advantage of the dual selection by OyCD PCA to engineer a specific mutant of Swi6 in order to demonstrate the rewiring of a transcriptional network. We isolated Swi6 with mutations found in its C-terminal domain previously identified for binding Swi4 and Mbp1 and important for SBF and MBF activities. Our results support a model where Swi6 undergoes a conformational change upon binding to Swi4 or Mbp1. In addition, this Swi6 mutant was used to dissect the regulatory mechanism that governs the entry of S. cerevisiae to a new round of cell division also known as START. We found that the SBF and MBF repressor Whi5 directly binds to the C-terminal domain of Swi6. Finally, I applied the OyCD PCA to dissect the yeast cyclin dependent kinase Cdk1-protein complexes. Cdk1 is the essential kinase that regulates cell cycle progression and can phosphorylate a large number of different substrates by teaming up with one of nine cyclin regulatory proteins (Cln1-3, Clb1-6). I describe a strategy to identify interaction partners of Cdk1 that can easily be scaled up for a genome-wide screen and associate the complexes with the appropriate cyclin(s) required for mediating the interaction using the OyCD PCA and deletion of the cyclin genes. My results allow us to postulate which phase(s) of the mitotic cell cycle Cdk1 may phosphorylate proteins and what function potential or known substrates of Cdk1 may take on during that phase(s). For example, we identified the interaction between Cdk1 and the γ-tubulin (Tub4) to be dependent upon Clb3, consistent with its role in mediating nucleation and growth of mitotic microtubule bundles on the spindle pole body. This strategy can also be applied to study other PPIs that are contingent upon accessory subunits.

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices. / Proteins are the end-products of gene interpretative machinery. Proteins serve essential roles in defining the structure, integrity and dynamics of the cell and mediate most chemical transformations needed for everything from metabolic catalysis to signal transduction. We know that the central dogma of molecular biology, one gene = one mRNA = one protein is a gross simplification and that a protein may do different things depending on the form in which its mRNA was spliced, how and where it is post-translationally modified, what conformational state it may be in or finally, which other proteins it may interact with. Formation of protein complexes may, themselves, be governed by the states in which proteins are expressed in specific cells, cellular compartments or under specific conditions or dynamic phases such has growth or division. Protein complexes involved in mitotic cell cycle regulation are particularly challenging to dissect since they could only form during specific phases of the cell cycle, are highly regulated by post-translational modifications and can be found in any subcellular compartments. To date, no general methods have been developed to allow fine dissection of these protein complexes. The goal of this thesis was to establish and demonstrate a novel strategy for dissecting protein complexes regulating the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) mitotic cell cycle. In this thesis, I describe my development and optimization of a simple survival-selection Protein-fragment Complementation Assay using the prodrug-converting enzyme, yeast cytosine deaminase as reporter (OyCD PCA). I further describe, in a series of proof of principle studies, applications of the OyCD PCA to dissect the mechanism of transcriptional activation by key mitotic transcription factors and to dissect protein-protein interactions (PPIs) among regulators of the mitotic cell cycle. A key feature of the OyCD PCA is that it can be used to detect both formation and disruption of PPIs by virtue of having positive readouts for both assays. I applied the OyCD PCA in a strategy to dissect interactions between the key transcription factors of the G1/S phase: SBF and MBF. These two heterodimeric transcription factors are composed of, respectively, two distinct DNA-binding subunits named Swi4 and Mbp1 and a common transcription activation subunit called Swi6. I took advantage of the dual selection by OyCD PCA to engineer a specific mutant of Swi6 in order to demonstrate the rewiring of a transcriptional network. We isolated Swi6 with mutations found in its C-terminal domain previously identified for binding Swi4 and Mbp1 and important for SBF and MBF activities. Our results support a model where Swi6 undergoes a conformational change upon binding to Swi4 or Mbp1. In addition, this Swi6 mutant was used to dissect the regulatory mechanism that governs the entry of S. cerevisiae to a new round of cell division also known as START. We found that the SBF and MBF repressor Whi5 directly binds to the C-terminal domain of Swi6. Finally, I applied the OyCD PCA to dissect the yeast cyclin dependent kinase Cdk1-protein complexes. Cdk1 is the essential kinase that regulates cell cycle progression and can phosphorylate a large number of different substrates by teaming up with one of nine cyclin regulatory proteins (Cln1-3, Clb1-6). I describe a strategy to identify interaction partners of Cdk1 that can easily be scaled up for a genome-wide screen and associate the complexes with the appropriate cyclin(s) required for mediating the interaction using the OyCD PCA and deletion of the cyclin genes. My results allow us to postulate which phase(s) of the mitotic cell cycle Cdk1 may phosphorylate proteins and what function potential or known substrates of Cdk1 may take on during that phase(s). For example, we identified the interaction between Cdk1 and the γ-tubulin (Tub4) to be dependent upon Clb3, consistent with its role in mediating nucleation and growth of mitotic microtubule bundles on the spindle pole body. This strategy can also be applied to study other PPIs that are contingent upon accessory subunits.

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