Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) représentent la plus grande famille de protéines membranaires. Ils sont activés par une grande variété d'hormones, de neurotransmetteurs, et par des stimuli sensoriels. Ces récepteurs jouent un rôle central dans le contrôle de la grande majorité des fonctions physiologiques et constituent une cible thérapeutique majeure. Plusieurs études supportent l'existence de plusieurs états conformationnels de ces récepteurs stabilisés par les ligands. Le caractère dynamique des RCPG est essentiel dans leur fonctionnement. Une question majeure est de déterminer comment un ligand modifie la structure et la fonction de son récepteur. Pour cela, nous avons analysé les changements conformationnels d'un récepteur prototype de la famille des récepteurs à ligands peptidiques, le sous-type V2 de la vasopressine (V2R). Le V2R présente un large éventail de ligands ayant des efficacités différentes (agoniste partiels et complets, agonistes inverses et antagonistes) ainsi que des agonistes biaisés vis-à-vis des voies de signalisation dépendantes de Gs et des arrestines. Afin de déterminer les bases structurales de l'efficacité (amplitude de la réponse biologique) et de la sélectivité fonctionnelle (la capacité d'un RCPG à activer ou à inactiver préférentiellement une voie de signalisation parmi l'ensemble des voies de transduction auxquelles il est couplé), nous avons purifié et stabilisé le V2R par reconstitution en amphipols neutres (Napols). La fonctionnalité du récepteur a été vérifiée par mesure de son interaction directe avec la protéine Gs et les arrestines purifiés. Les profils d'efficacité des ligands vis-à-vis des deux voies de signalisation sont cohérents avec ceux décrits dans des cellules vivantes. Afin d'aborder directement les changements conformationnels dépendants des ligands, nous avons développé deux approches de fluorescence, la fluorescence intrinsèque des tryptophanes et le LRET (Lanthanide Resonance Energy Transfer). La liaison des ligands ayant des efficacités opposées pour la voie Gs ont induit des variations opposées de la fluorescence intrinsèque des tryptophanes, suggèrant l'existence d'états conformationnels distincts. En parallèle, l'analyse des changements des signaux de LRET entre deux domaines fonctionnels du récepteur marqués par deux fluorophores compatibles, le domaine transmembranaire 6 (TM6) côté cytoplasme et l'extrémité C-terminale distale, a permis de calculer une distance moyenne de 33 Å. En accord avec les variations de fluorescence intrinsèque des tryptophanes, les ligands ayant des efficacités opposées pour la voie Gs ont induit un mouvement opposé de ces deux domaines. Les agonistes complets entraînent un éloignement de la boucle i3 et de l'extrémité C-terminale (+2.4 Å) alors qu'un rapprochement des deux domaines est associé à la liaison de l'agoniste inverse (-0.9 Å). Nos résultats démontrent qu'un récepteur à ligands peptidiques répond à la liaison de ses ligands spécifiques par des changements conformationnels dynamiques. Chaque ligand est caractérisé par un ou plusieurs états conformationnels distincts. De plus, les changements conformationnels du V2R jouant un rôle dans le couplage à Gs sont différents de ceux impliqués dans le recrutement des arrestines. Ces données apportent des éléments essentiels de compréhension des mécanismes moléculaires et structuraux de l'activation des RCPG. A plus long terme, une étude plus extensive de la dynamique des RCPG devrait guider le développement de molécules thérapeutiques possédant des propriétés de sélectivité fonctionnelle. / G protein-coupled receptors (GPCR) are seven-transmembrane proteins that mediate most cellular responses to hormones and neurotransmitters, representing the largest group of therapeutic targets. Several studies support the existence of multiple ligand-specific conformational states of GPCR. The dynamic character of GPCR is likely to be essential for their functioning, and a better understanding of this molecular plasticity might facilitate structure-based drug discovery. A major question is to determine how ligands modify receptor structure and function. To this end, we have been studying the structural dynamics of the human vasopressin type 2 receptor (V2R), a prototypical peptide-activated class A GPCR. The V2R is coupled to Gs protein and to β-arrestins, and it has been well characterized pharmacologically using a large panel of ligands with different efficacies. Several display functional selectivity (Gs activation and concomitant β-arrestin inhibition). To demonstrate that ligand efficacy and functional selectivity are achieved through the stabilization of multiple conformational states, we have purified and reconstituted the V2R in amphipathic polymers (amphipol) and developed fluorescence-based approaches. The functionality of the V2R was monitored by direct activation of the purified Gs protein and interaction with purified β-arrestin 1. In these two assays, the effect of ligands correlated well with their known efficacy in cellular systems. Binding of V2R ligands with opposite efficacies toward Gs pathway led to opposite variations in the tryptophan intrinsic fluorescence of the receptor, suggesting the presence of different conformational states of the receptor. In parallel, we used Lanthanide-based resonance energy transfer (LRET) to directly analyze dynamics of the V2R and more particularly conformational changes between fluorophore-labeled extreme C-terminus and transmembrane domain 6. We calculated a basal mean distance of 33 Å between these domains. Interestingly, ligands with different efficacies towards Gs protein elicited opposite LRET changes as for tryptophan fluorescence spectroscopy. Indeed, the two labeled domains moved away upon full agonist binding (+2.4 Å), and closer in presence of inverse agonist (-0.9 Å). These data provide the first evidence of ligand-specific conformational changes in a peptide-activated receptor, and demonstrate that receptor conformational changes involved in Gs coupling are different from those responsible for arrestin recruitment. The results shed some light into the molecular and structural mechanisms of GPCR activation that may be relevant to the design of signaling pathway-selective drugs.

Nombreuses sont les situations où notre mémoire nous fait défaut. A qui n’est-il jamais arrivé de se retrouver face à une personne sans se rappeler son prénom ? Pourtant vous savez que vous connaissez ce visage et que vous êtes même capables de resituer la dernière fois où vous l’avez déjà vu. A l’inverse, vous pouvez être sûr d’avoir déjà rencontré une personne alors que c’est la première fois que vous la voyez… Pour autant, dans ces deux situations, vous n’avez jamais oublié ce qu’était un visage. Tout en étant faillible dans certaines situations, l’efficacité de notre mémoire reste bien souvent inaperçue. Cette thèse propose de traiter la question de l’efficacité mnésique dans une modélisation particulière de la mémoire : les modèles à traces multiples. Nous traiterons de l’apport de cette notion à l’approche développée par Versace et collaborateurs (2002 ; 2009). Cette dernière suppose que les connaissances émergent d’un système unique de mémoire à partir de l’activation et de l’intégration de traces mnésiques épisodiques multimodales et distribuées.Suivant cette approche, il apparaît que l’efficacité dans les activités catégorielles s’explique par une relation de similarité entre un indice à traiter et un grand nombre de traces en mémoire, alors que l’efficacité dans les tâches discriminantes implique que l’indice à traiter active non seulement une quantité restreinte de traces mais surtout que celles-ci soient suffisamment intégrées. L’étude de l’efficacité nous a permis de mettre en évidence deux types d’intégration : une intégration qui participe directement à l’émergence des connaissances (à la conscience), et une intégration qui participe au maintien des propriétés de l’expérience perceptive et motrice au sein d’une trace. De plus, il semblerait que, quel que soit le traitement, l’efficacité dépend de ce que l’indice active à la fois des propriétés au sein et entre les traces.A l’issue de cette thèse, nous sommes arrivés à la conclusion que l’efficacité mnésique dépend du type de tâche, de la force du liage entre les éléments de la trace et d’une relation interactive entre l’indice à traiter et les traces en mémoire. / There are many situations where our memory fails us. Who is it ever happened to meet face to one and not remember his name? Yet you are sure that you know this face and you're even able to retrieve the last time you've seen it. Conversely, you can be sure you have already met one person while it is the first time you see it... However, in both situations, you have never forgotten what a face is. While being fallible in some situations, the memory accuracy is often overlooked. This thesis proposes to address the issue of memory accuracy in a particular model of memory: multi-traces theory. We discuss the contribution of this question to the approach developed by Versace and collaborators (2002, 2009). This implies that knowledge emerging from a single memory from the activation and integration of distributed multimodal episodic memory traces.According to this approach, it appears that the accuracy in the categorical tasks is due to a similarity relationship between a cue and a large number of memory traces. While accuracy in discriminating tasks involves that a cue activate a limited number of traces, but also these ones need to be sufficiently integrated. Studying accuracy has allowed us to identify two kinds of integration: integration directly involved in the emergence of the knowledge (to the consciousness), and integration which ensures that former perceptivo-motor experience is encoded within a trace. Moreover, it seems that each kind of processing depends on the probability that a cue activates features within and between the traces.Finally, we can say that the accuracy depends on the type of memory task, the strength of binding between the trace components, and an interactive relationship between the cue and memory traces.

Dans un contexte de développement durable, la question énergétique constitue un des problèmes majeurs des décennies à venir. Bien que la solution pour faire face à la raréfaction de certaines ressources, l'augmentation globale de la demande l'augmentation des émissions de CO2, réside dans le développement des énergies renouvelables, il est clair que ces nouvelles technologies ne seront matures que dans plusieurs décennies. A court terme, les énergies fossiles demeureront la source principale d'énergie primaire. Il est donc essentiel de promouvoir de nouvelles méthodologies permettant une utilisation plus rationnelle de l'énergie. Dans le secteur industriel, le développement de centrales de production d'utilités sur le site industriel (en général des centrales de cogénération) contribue grandement à l'amélioration de l'efficacité énergétique des procédés. Traditionnellement, la gestion de ce type de système repose sur une approche séquentielle : ordonnancement de l'atelier de production, calcul des besoins énergétiques et planification de la centrale de cogénération. Toutefois, dans ce type d'approche, l'accent est mis avant tout sur l'atelier de production, la centrale de cogénération étant considérée comme une unité esclave. Pour améliorer le processus de décision, cette thèse développe une approche intégrée pour l'ordonnancement simultanée et cohérent des ateliers de production et des centrales de production d'utilités. La méthodologie proposée repose sur une formulation MILP à temps discret. Par ailleurs, une extension du formalisme RTN a été développée : les ERTN ("Extended Resource Task Network"). Celui-ci permet d'une part, de décrire de manière systématique les recettes et d'autre part, permet une modélisation explicite et générique des différents types de systèmes dont notamment les centrales d'utilités. Les résultats montrent que l'approche intégrée permet d'obtenir une réduction notable du coût énergétique grâce une meilleure coordination des activités de production et de fabrication d'utilités. En effet, les tâches de production sont ordonnancées de manière à consommer sur les mêmes périodes les utilités générées simultanément par la centrale de cogénération, conduisant ainsi à une réduction significative du rapport quantité de biens fabriqués / quantité de carburant consommé et des émissions de gaz à effet de serre. / The issue of energy has emerged as one of the greatest challenges facing the mankind. The search is on for finding alternative sources of energy that will replace fossil fuels as the primary source of energy. However, for the foreseeable future, fossil fuels will remain the main source of energy. Therefore, it is of paramount importance to devise methodologies for more rational use of energy in all walks of human life. In the industrial perspective, the deployment of site utility system (generally CHP plants) provides a great potential source for energy savings. However, the management of such type of industrial units is traditionally carried out using sequential three step approach: scheduling of the production plant, estimation of the utility needs of production plant and finally scheduling of the site utility system. In this kind of approach, all the focus is placed on the production plant and the utility system is treated as its subsidiary. To improve the decision-making process, this thesis proposes an integrated approach which addresses this imbalance by carrying out simultaneous and coherent scheduling of batch production plant and site utility system. The proposed methodology relies on discrete time modeling and uses Mixed Integer Linear Programming (MILP). Moreover, to permit an efficient and generic formulation of various kinds of industrial problems, a new scheduling framework called Extended Resource Task Network (ERTN) has been developed. The ERTN framework (an extension of existing RTN framework) allows for accurate representation and scheduling of any type of production plant and any type of site utility system. The results show that the integrated approach leads to better synchronization between production plant and site utility system. Thereby, the integrated approach leads to significant reduction in energy costs and decrease in harmful gas emissions.

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

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

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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