Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La cholestase intrahépatique est la cause la plus importante de transplantation hépatique au Canada. La cholestase est caractérisée par une obstruction des conduits biliaires qui cause une augmentation accrue des niveaux hépatiques d'acides biliaires. Les acides biliaires sont des détergents naturels impliqués dans l'absorption et l'élimination du cholestérol en condition physiologique et sont toxiques lorsque leur concentration devient trop élevée. Jusqu'à maintenant une seule molécule, l'acide ursodéoxycholique, est approuvée pour le traitement de la cholestase. Comme celle-ci ne permet que de retarder les effets de la pathologie, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques qui favoriseraient l'élimination de ces détergents pourrait s'avérer importante pour le traitement de la cholestase. Un des mécanismes naturels important d'élimination des acides biliaires est la glucuronidation qui est effectuée par les UDP-glucuronosyltransférases (UGT). Cependant, cette voie métabolique est peu étudiée. L'identification et la caractérisation des enzymes impliquées dans cette réaction permettront de déterminer si ces enzymes peuvent être stimulées par des agents pharmacologiques présentant un fort potentiel pour le traitement de la cholestase.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La glucuronidation médiée par les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (UGT) est la voie majeure d'élimination de l'agent anticancéreux irinotécan. Selon plusieurs études, les variations interindividuelles observées au niveau de la pharmacocinétique du médicament influencent l'apparition d'effets secondaires et l'efficacité du traitement. Le but premier de mes travaux était d'étudier les variants génétiques des gènes UGT1A1 et UGT1A9 et d'évaluer leurs influences sur le métabolisme in-vitro du SN-38, le metabolite actif de l'irinotécan. L'étude du gène UGT1A9 a permis d'identifier de nouveaux polymorphismes associés à une augmentation de la glucuronidation hépatique du SN-38. De plus, nos résultats indiquent que les haplotypes du promoteur de Y UGT 1 Al seraient de meilleurs indicateurs du profil de glucuronidation du médicament que l'allèle UGT1A1*28 seul. En plus de leur rôle dans le métabolisme des médicaments, les UGT participent aussi à l'élimination des amines aromatiques hétérocycliques (AAH), une classe de carcinogènes formés lors de la cuisson des viandes et associés à une augmentation du risque de cancer colorectal. Nos études in-vitro démontrent l'importance de l'enzyme UGT1A1 dans la glucuronidation du JV-OH-PHIP, l'AAH la plus abondante dans les viandes bien cuites. De plus, une étude cas-témoins nous a permis de démontrer que des variations du promoteur de Y UGT 1 Al sont associées à une augmentation du risque de cancer colorectal lorsque les sujets sont stratifiés selon l'exposition aux carcinogènes. Finalement, l'étude de la structure du locus UGT1A révèle un nouveau mécanisme de modulation de la voie de glucuronidation via l'épissage alternatif d'un nouvel exon. En effet, des analyses fonctionnelles in-vitro démontrent que la coexpression d'une nouvelle forme de protéine UGT1A1 isoforme 2 et de la forme UGT1A1 isoforme 1 classique réduit la conjugaison de l'agent anticancéreux SN-38 et de l'immunosuppresseur MPA. En conclusion, nos résultats démontrent que les variations génétiques et d'épissages influencent la voie de glucuronidation et par conséquent pourraient modifier la susceptibilité et la réponse au traitement du cancer colorectal.

Les moustiques génèrent une nuisance importante et sont notamment contrôlés grâce à des traitements insecticides. Aujourd'hui, les gîtes où se développent leurs larves sont souvent pollués par des xénobiotiques environnementaux (hydrocarbures, herbicides, pesticides, toxines naturelles...). Jusqu'à présent, l'impact de ces xénobiotiques sur la capacité des larves de moustiques à résister aux insecticides chimiques reste méconnu. Cette thèse vise à étudier la réponse des larves de d'Aedes aegypti aux xénobiotiques environnementaux et leur impact sur leur tolérance et résistance aux insecticides chimiques. Une première étude, sur le court terme, montre que des larves exposées pendant 24h à divers xénobiotiques deviennent plus tolérantes à vis à vis de différents insecticides chimiques (Poupardin et al. 2008). Des études biochimiques et transcriptomiques suggèrent que l'induction de certaines familles d'enzymes (e.g. P450s et GSTs) par ces xénobiotiques peut être liée à l'augmentation de tolérance des larves vis-à-vis de l'insecticide. Dans le but de mieux caractériser le profil transcriptionnel des précédents gènes candidats, des expérimentations complémentaires ont été faites à différents niveaux (Poupardin et al., 2010). Cette étude a montré que de nombreux gènes étaient préférentiellement transcrits dans des tissus fortement impliqués dans la détoxication de composés exogènes, essentiellement des CYP6. Elle révèle aussi que la transcription de ces P450s varie beaucoup au cours des différents stades de développement et qu'ils étaient induits à des faibles de doses de polluants avec un pic d'induction après 48 et 72 heures d'exposition. Ces études mettent en évidence le rôle potentiel des gènes de détoxication dans la réponse à l'exposition à des xénobiotiques et dans l'augmentation de tolérance aux insecticides chimiques. Concernant l'étude sur le long terme de l'impact des polluants sur la résistance des moustiques aux insecticides, la question est de savoir si les polluants trouvés dans l'environnement influencent la sélection de la résistance aux insecticides et si oui, favorisent-ils la sélection de gènes en particulier? Pour répondre à ces questions, trois souches d'Aedes aegypti ont été sélectionnées à la perméthrine. Ces souches sont exposées ou non à différents polluants avant sélection. Après 10 générations de sélection, des bioessais montrent une résistance de ces 3 souches vis-à-vis de la perméthrine. Aucune différence significative de niveau de résistance n'est observée entre les trois souches sélectionnées pour le moment. Pour identifier les gènes différentiellement transcrits dans ces souches, la puce "Agilent Aedes chip" développée par l'école de médecine tropicale de Liverpool (LSTM) et contenant 14200 transcrits a été utilisée. Les microarrays ont révélé que la présence de polluants ou insecticides résiduels pouvait affecter la sélection des mécanismes de résistance aux insecticides chimiques, notamment par la sélection de gènes particuliers codant pour des enzymes de détoxication (Poupardin et al, en préparation). D'une manière globale, cette thèse permettra de mieux comprendre l'impact de l'environnement chimique sur la résistance des moustiques aux insecticides et fournira de nouvelles pistes afin d'optimiser les traitements insecticides utilisés en démoustication.

L'ozone troposphérique est un polluant atmosphérique majeur qui agit comme une phytotoxine. Il pénètre dans les feuilles par les stomates avant d'être dissout dans l'apoplaste en générant des radicaux libres oxygénés (ROS) provoquant ainsi un stress oxydatif. Deux barrières existent pour restreindre les effets de l'ozone : (i) les stomates qui peuvent limiter les flux entrants par contrôle de la conductance stomatique et (ii) le système de détoxication des ROS issus de la dégradation de l'ozone. Nous avons étudié les effets de l'ozone (120 ppb) sur ces deux moyens de défense chez trois génotypes de peuplier euraméricain (Populus deltoides x Populus nigra) placés en conditions contrôlées dans des chambres phytotroniques. Un effet direct de l'ozone sur la photosynthèse et sur les mouvements stomatiques en réponse à des variations de facteurs environnementaux (ralentissement des phénomènes d'ouverture et de fermeture) a été mis en évidence. Les modèles de calcul de la conductance stomatique, sur lesquels se basent les indicateurs de seuil de risque à l'ozone pour la végétation, doivent donc les prendre en compte. De plus, ces travaux ont mis en évidence le rôle prépondérant des concentrations constitutives en antioxidants dans la tolérance à l'ozone ainsi que la complexité de ces mécanismes de détoxication. La notion de flux effectif d'ozone doit prendre en considération ces deux aspects afin de caractériser au mieux les différences de sensibilité à l'ozone intra et inter spécifique / Tropospheric ozone is a major air pollutant that acts as a phytotoxin. It enters the leaf through the stomata before being dissolved in the apoplast by generating reactive oxygen species (ROS) causing oxidative stress. Two defenses exist to restrict the effects of ozone: (i) the stomata which can limit ozone uptake by regulating stomatal conductance and (ii) the detoxification processes of ROS generated by ozone.We studied the effects of ozone (120 ppb) on these two mechanisms of defense in three euramerican poplar genotypes (Populus deltoides x Populus nigra) under controlled conditions in phytotronic chambers. A direct effect of ozone on photosynthesis and stomatal movements in response to changes in environmental factors (by slowing the stomatal opening and closure) has been highlighted. Models of stomatal conductance, on which indicators of critical level of ozone for vegetation are based, must take them into account. In addition, these studies have highlighted the role of constitutive concentrations of antioxidants in tolerance to ozone as well as the complexity of these detoxification mechanisms. The notion of effective ozone flux must consider these two aspects to better characterize the intra-and inter-specific differences in sensitivity to ozone

Phanerochaete chrysosporium est un champignon modèle étudié en particulier pour ses capacités ligninolytiques et son aptitude à dégrader un grand nombre de polymères aromatiques toxiques dérivés notamment des hydrocarbures polycycliques. Durant ces processus de dégradation, une multitude de composés hautement réactifs et toxiques pour les cellules vont dans un premier temps être générés puis dégradés ou excrétés hors de la cellule. Le séquençage complet du génome de P. chrysosporium a permis d'identifier plusieurs superfamilles d'enzymes impliquées dans les mécanismes de tolérance à ces composés toxiques. Parmi elles, les glutathion transférases sont présentes au sein de tous les règnes du vivant et constituent une superfamille multigénique jouant un rôle dans la protection cellulaire, le métabolisme secondaire et la détoxication. Cependant, en dépit de nombreuses études réalisées en particulier chez les vertébrés, le rôle joué par ces enzymes dans la détoxication des dérivés aromatiques toxiques est encore inconnu chez les basidiomycètes. L'analyse comparative des séquences de GST présentes au sein des différents règnes du vivant révèle que les GST fongiques ont évolué différemment de leurs orthologues, notamment via l'extension de sous-classes très peu représentées chez les vertébrés. Parmi elles, les GST à cystéine catalytique représentent 30 % de cette superfamille d'enzymes chez P. chrysosporium. Trois isoformes fongiques ainsi qu'une protéine orthologue exprimée chez une bactérie lignivore ont été caractérisées in vitro tant au niveau biochimique que structural. Ces enzymes sont impliquées dans la déglutathionylation d'une grande variété de molécules électrophiles potentiellement toxiques et issues notamment de la dégradation de polymères aromatiques halogénés. La recherche de substrats a permis d'identifier plusieurs classes fonctionnelles, néanmoins l'activité des quatre isoformes s'effectue via l'attaque directe du conjugué glutathionylé par la cystéine catalytique, qui est dans un deuxième temps régénérée par un réducteur. L'analyse comparée prouve également l'existence d'une nouvelle classe structurale et fonctionnelle appelée glutathionyl hydroquinone réductase absente chez les vertébrés. Ces protéines présentent un mode de dimérisation original ainsi que la capacité tout à fait particulière de déglutathionyler les quinones. Ces résultats suggèrent que les champignons ont développé des mécanismes de résistance en réponse à des contraintes environnementales, notamment via l'évolution de familles multigéniques telles que les GST à cystéine catalytique qui sont impliquées dans le métabolisme et la tolérance vis-à-vis d'une grande variété de composés d'origine exogène ou endogène / Phanerochaete chrysosporium is a model fungus well studied for its lignolytic properties towards wood compounds and various toxic aromatic derivatives such as polycyclic aromatic hydrocarbons. These degradation processes lead first to the formation of highly reactive and toxic compounds, which are then catabolized or excreted outside the cell. Genomic data allowed the identification of genes coding for superfamilies of enzymes putatively involved in these tolerance mechanisms. Among them, glutathione transferases are present in all kingdoms and constitute a multigenic superfamily of enzymes involved in cell protection and detoxification. However, although numerous studies have been performed on vertebrate enzymes, the role of these enzymes in the detoxication of toxic aromatic compounds is still unknown in basidiomycetes. The comparative analysis of GST sequences from various kingdoms of life reveals that fungal GSTs have evolved differently from their orthologs, in particular through the expansion of sub-classes poorly represented in vertebrates. Among them, GSTs with a catalytic cysteine represent 30% of this superfamily of enzymes in P. chrysosporium. Three Cys containing fungal isoforms have been characterized at the biochemical and structural levels, including an orthologue from lignolytic bacteria. All these enzymes are involved in deglutathionylation processes using a wide range of aromatic halogenated electrophilic compounds, including potentially toxic derivatives arising from the degradation of halogenated aromatic polymers. This GSTs family can be organized in various functional groups based on their substrate specificities, but still the catalytic process remains the same with the direct attack of the glutathionylated compound by the catalytic cysteine which is then reduced and regenerated. The comparative analysis of three isoforms revealed a new structural and functional class called glutathionyl hydroquinone reductase absent in vertebrates. These proteins exhibit a new mode of dimerization as well as the ability to deglutathionylate quinones. These results suggest that fungi have developed resistance mechanisms in response to environmental stresses, notably through the evolution of multigenic families such as catalytic cysteine bearing GSTs which are likely involved in the metabolism and tolerance towards a wide range of exogenous or endogenous compounds

La fusariose des épis, causée majoritairement par le champignon pathogène Fusarium graminearum (Fg), est une des principales maladies du blé tendre (Triticum aestivum). Pendant son cycle infectieux, l’agent pathogène produit des mycotoxines appartenant principalement aux trichothécènes de type B, tel que le déoxynivalénol (DON), qui sont toxiques pour l’homme et l’animal. Plusieurs loci à caractère quantitatif (QTLs) impliqués dans la résistance à la fusariose des épis ont été identifiés. Certains ont été corrélés avec une détoxication de la mycotoxine, principalement par conjugaison du DON en DON-3-O-glucose (D3G), une réaction enzymatique catalysée par des UDP-glucosyltransferases (UGT). Néanmoins, peu d’études ont conduit des analyses fonctionnelles dans des plantes hôtes de la maladie afin de relier directement la glucosylation de la mycotoxine avec la résistance à la maladie in planta, et aucune d’entre elles n'a été effectuée sur des gènes de détoxication du blé tendre. Notre équipe, à l'aide de la céréale modèle Brachypodium distachyon, a démontré que l'UGT Bradi5g03300 est capable de conférer une tolérance au DON par glucosylation en DON 3-O-glucose et qu’elle est impliquée dans l'établissement précoce d'une résistance quantitative à la fusariose des épis. Le présent travail avait pour objectif de transférer les analyses fonctionnelles menées sur la céréale modèle Brachypodium distachyon au blé tendre. Dans une première approche, le gène Bradi5g03300 a été introduit dans la variété de blé Apogée, sensible à la fusariose. Les analyses phénotypiques effectuées sur les lignées de blé transgéniques exprimant constitutivement le gène Bradi5g03300, montrent une résistance plus élevée à la maladie ainsi qu'une tolérance à la mycotoxine par rapport à la lignée contrôle. Parallèlement, en utilisant une approche de synténie entre les génomes de B. distachyon et du blé tendre, nous avons identifié un gène de blé, orthologue au gène Bradi5g03300.La transformation de l’écotype de B. distachyon sensible à la fusariosepar ce gène candidat a été effectuée pour déterminer rapidement sa capacité à conjuguer le DON in planta et son implication dans la résistance à la fusariose. En conclusion, ce projet contribue à accroître les connaissances concernant la relation fonctionnelle entre la glucosylation DON et la résistance à la fusariose dans le blé tendre et à fournir des gènes candidats à inclure dans les processus de sélection. / Fusarium head blight (FHB) caused by fungi of the Fusarium genus is a widespread disease of wheat (Triticum aestivum) and other small-grain cereal crops. The main causal agent of FHB, Fusarium graminearum, can produce mycotoxins mainly belonging to type B trichothecenes, such as deoxynivalenol (DON) that can negatively affect humans, animals and plants. Several quantitative trait loci (QTLs) for resistance to FHB have been identified some of which have been correlated with efficient DON detoxification, mainly through the conjugation of DON into DON-3-O-glucose (D3G), a reaction catalyzedby UDP-glucosyltransferases (UGTs). Nevertheless, only few studies have conducted functional analyses to directly correlate DON glucosylation and resistance in planta and none were performed on wheat UGT gene(s). Our team, using the model cereal species Brachypodium distachyon, has recently demonstrated that the Bradi5g03300 UGT is able to confer tolerance to DON following glucosylation of DON into DON 3-O-glucose and is involved in the early establishment of quantitative resistance to FHB. In the present work, we transferred the functional analyses conducted on the model species Brachypodium distachyon to bread wheat. In a first approach the B. distachyon Bradi5g03300 gene has been introduced through biolistic-mediated transformation in the wheat variety Apogee, susceptible to FHB. The phenotypic analyses conducted on homozygous transgenic wheat constitutively expressing the Bradi5g03300 gene showed that they exhibit higher resistance to FHB as well as increased root tolerance to DON compared to the control line. In parallel, using a synteny approach between B. distachyon and bread wheat genomes we identified a wheat candidate gene orthologous to the B. distachyon Bradi5g03300 gene. This wheat gene after validation through gene expression pattern during wheat infection, was introduced by transformation into B. distachyon to rapidly determine its ability to conjugate DON into D3G in planta and its involvement in FHB resistance. In conclusion, this project contributes to increase the knowledge concerning the functional relationship between DON glucosylation and FHB resistance in wheat and provide candidate genes to include in selection processes.

Phanerochaete chrysosporium est un champignon forestier faisant partie des organismes saprophytes capables de recycler la matière organique morte. Grâce à l'excrétion de nombreuses enzymes de dégradation, en particulier des lignine peroxydases, il est capable de décomposer la matière végétale dont la lignine, un polymère complexe de composés phénoliques très résistant. L'élimination de la lignine permet la libération des autres composants du bois tels que la cellulose et l'hémicellulose qui peuvent être utilisés dans l'industrie papetière ou pour la production de bioéthanol de deuxième génération. La structure des intermédiaires et produits de dégradation de la lignine est souvent proche de celle denombreux polluants, d'où l'intérêt biotechnologique de P. chrysosporium dans les processus de bioremédiation. Cependant, les systèmes de dégradation engendrent des composés plus ou moins toxiques pour le champignon et contre lesquels il doit faire face. C'est pourquoi il possède un système de détoxication impliquant des enzymes telles que les cytochrome P450 monooxygénases ou encore les glutathion transférases (GST). Les Ure2p forment une classe de GST étendue chez Phanerochaete et d'autres basidiomycètes saprophytes. Leur étude par des approches phylogénétiques, biochimiques, structurales et transcriptomiques a permis de mieux comprendre les mécanismes d'évolution que peut subir une classe d'enzymes potentiellement soumises à une forte pression de sélection / Phanerochaete chrysosporium is a forest fungus being part of saprophytic organisms able to recycle dead organic matter. Thanks to the excretion of numerous wood decaying enzymes, and especially lignin peroxidases, this fungus is able to break down plant material including lignin, a complex polymer of phenolic compounds. Lignin removal allows the release of other wood components such as cellulose and hemicellulose, which can be further used in paper industry or to produce second generation bioethanol. The structure of intermediates and products from lignin decomposition is close to that of numerous pollutants making P. chrysosporium biotechnologically interesting for bioremediation purposes. Moreover, the fungus has to deal with more or less toxic compounds created by degradation mechanisms. It thus presents a detoxification pathway involving enzymes including cytochrome P450 monooxygenases and glutathione transferases (GST). Ure2p enzymes belong to an extended GST class in Phanerochaete genus as well as in other saprophytic basidiomycetes. Their study based on phylogenetic, biochemical, structural and transcriptomic approaches provides a better understanding of evolution mechanisms of a class of enzymes potentially subject to strong selection selection pressure

Les transporteurs ABC constituent une famille de protéines membranaires qui assurent une fonction de transport, au travers des membranes cellulaires. Plusieurs ABC sont impliqués dans des physiopathologies humaines ou induisent des phénotypes de résistance. Ce manuscrit présente l'étude de l'expression de l'ensemble des ABC, par PCR quantitative, dans différents organes, ou en réponse à un traitement chez l'Homme et la souris. Nous avons étudié l'effet d'un traitement colchicine sur des lignées cellulaires humaines et des souris. Nous avons montré que ce traitement permettait d'induire l'expression de transporteurs ABC. Nous avons établi la première cartographie de l'expression des transporteurs ABC au cours du développement hépatique. Certains transporteurs absents du foie fœtal s'expriment après la naissance et jouent probablement un rôle dans la physiopathologie du foie adulte. A l'inverse l'expression de certains transporteurs s'éteint après la naissance, suggérant un rôle dans l'hématopoïèse. Nous avons mesuré l'expression des transporteurs ABC sur des biopsies de patients atteints de leucémies aiguës en corrélation avec leur sensibilité aux chimiothérapies. De façon intéressante, nous avons montré que des transporteurs jusqu'à présent non décrits dans la résistance pourraient contribuer à un mauvais pronostic. Enfin, nous avons étudié le transcritpome ABC dans les cellules souches humaines à différents stades de différenciation. Certains transporteurs pour lesquels nous observons des variations d'expression pourraient caractériser un état de différenciation et être impliqués dans l'auto-renouvellement ou la différentiation des cellules souches.

Le sélénium est un élément trace essentiel pour les organismes vivants mais à forte concentration, il est très toxique. Les oxyanions sélénite et séléniate sont les formes les plus toxiques et prédominantes dans l'environnement. Certains micro-organismes jouent un rôle prépondérant en contribuant au cycle naturel du sélénium. Notre modèle d'étude Cupriavidus (anciennement Ralstonia) metallidurans CH34, bactérie tellurique issue de biotopes contaminés en métaux, est connu pour résister au sélénite (forme soluble du sélénium, très toxique et bio-assimilable) en le réduisant en sélénium élémentaire (forme précipitée insoluble et peu toxique). Afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction du sélénium par les bactéries, trois méthodes de spéciation ont été combinées (SAX (XANES et EXAFS), HPLC-ICP-MS et SDS-PAGE-PIXE) et normalisées par la quantification du sélénium accumulé dans les bactéries. Les analyses de spéciation ont mis en évidence l'existence de deux voies de réduction du sélénium chez C. metallidurans CH34 : une voie d'assimilation transforme le sélénite et le séléniate en sélénium organique, identifié comme de la sélénométhionine et conduit à son incorporation dans des protéines bactériennes. L'espèce organique sélénométhionine semble être incorporée dans les protéines de façon non spécifique (présence de protéines séléniées). Une voie de détoxication précipite le sélénite en nanoparticules de sélénium élémentaire. Cette voie de détoxication ne se met pas en place après une exposition au séléniate malgré sa présence comme espèce minoritaire par rapport à l'exposition sélénite. Du sélénodiglutathion est détecté dans des bactéries stressées par une exposition au séléniate en milieu limité en sulfate. Les bactéries exposées à du sélénite accumulent 25 fois plus de sélénium que lorsqu'elles sont exposées à du séléniate. L'étude de mutants résistants au sélénite, n'exprimant pas la protéine membranaire DedA, a montré que l'accumulation du sélénium après exposition au sélénite est diminuée comparé à la souche sauvage signifiant un probable lien entre la prise en charge du sélénite et la protéine DedA. Enfin, le séléniate semble emprunter la sulfate perméase de C. metallidurans CH34.