The dimorphic transition from the yeast to the filamentous form of growth allows cells to explore their environment for more suitable niches and is often crucial for the virulence of pathogenic fungi. In contrast to their Mep1/3 paralogues, fungal Mep2-type ammonium transport proteins of the conserved Mep-Amt-Rh family have been assigned an additional receptor role required to trigger the filamentation signal in response to ammonium scarcity. Here, genetic, kinetic, expression and structure-function analyses were used to shed light on the poorly characterized signaling role of Saccharomyces cerevisiae Mep2. We show that Mep2 variants lacking the C-terminal tail conserve the ability to induce filamentation, revealing that signaling can proceed in the absence of exclusive binding of putative partners to the largest cytosolic domain of the protein. Our data support that filamentation signaling requires the conformational changes accompanying substrate translocation through the pore crossing the hydrophobic core of Mep2. pHluorin reporter assays show that the transport activity of Mep2 and of non-signaling Mep1 differently affect yeast cytosolic pH in vivo, and that the unique pore variant Mep2H194E, with apparent uncoupling of transport and signaling functions, acquires increased ability of acidification. Functional characterization in Xenopus oocytes reveals that Mep2 mediates electroneutral substrate translocation while Mep1 performs electrogenic transport. Our findings highlight that the Mep2-dependent filamentation induction is connected to its specific transport mechanism, suggesting a role of pH in signal mediation. We also show that the signaling process is conserved for the Mep2 protein from the human pathogen Candida albicans. Our results allow to propose a model for the sensing function of Mep2 where pH and calcium are key players. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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/ Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le syndrome de Werner (SW) est une maladie génétique de transmission autosomique récessive qui cause le vieillissement prématuré. La maladie est causée par une mutation dans le gène Werner (WRN). Étant donné que le niveau d'espèces réactives d'oxygène (EROs) est élevé chez les personnes atteintes du SW et que c'est probablement un facteur causant une partie du phénotype, nous avons vérifié le phénomène au niveau cellulaire. Pour ce faire, nous avons analysé des fibroblastes de souris embryonnaires (FSEs) de type sauvage (TS) et des FSEs ayant une deletion dans une partie du domaine hélicase de la protéine homologue de WRN (Wrn[delta]hel/[delta]hel). Nous avons mesuré le niveau d'EROs dans ces cellules. Après avoir constaté que le niveau d'EROs est plus élevé dans les FSEs Wrn[delta]hel/[delta]hel que dans les FSEs TS, nous avons mesuré les effets directs et indirects de cette augmentation du niveau d'EROs au plan de la transcription globale dans ces cellules. Finalement, pour mieux comprendre l'impact des EROs dans le phénotype, nous avons étudié l'effet de l'addition d'EROs exogènes sur les cellules en culture. Nous avons donc traité des FSEs TS et Wm mutants avec du peroxyde d'hydrogène. À l'aide de biopuces à ADN, nous avons comparé le profil d'expression génique des FSEs traités au peroxyde d'hydrogène par rapport aux cellules non traitées. Nous avons par la suite validé les résultats des biopuces à ADN par transcriptase inverse suivi d'une réaction de polymerase en chaîne quantitative (TI-RPC) et analysé les données avec le programme PANTHER (Protein ANalysis THrough Evolutionary Relationships). Les EROs exogènes ont peu d'impact sur le profil d'expression des gènes chez les FSEs Wrn mutants en comparaison avec les FSEs TS car ces cellules démontrent déjà un niveau d'EROs plus élevé que la normale. Toutefois, plusieurs sentiers biologiques déjà affectés chez les FSEs Wrn mutants ont été affectés de la même façon dans les FSEs TS traités au peroxyde d'hydrogène. D'ailleurs, plusieurs de ces sentiers biologiques sont étroitement reliés au phénotype observé chez notre modèle de souris Wrn mutantes ainsi que chez les patients atteints du SW.

Les espèces fongiques du genre Melampsora sont responsables de la rouille du peuplier, maladie importante en populiculture. La définition et la reconnaissance de ces espèces sont essentielles pour assurer des prises de décision rapides et efficaces en cas d’introduction ou de propagation de ces pathogènes. Tout d’abord, cette thèse fait le bilan de 170 ans de descriptions taxonomiques pour les espèces du genre Melampsora identifiées sur peuplier. L’analyse des publications scientifiques met en évidence le problème de la définition du terme ‘espèce’ au sein du genre Melampsora ainsi que les difficultés de reconnaissance pour les espèces et formes spéciales définies avec des critères taxonomiques traditionnels. Ensuite, le potentiel de 14 gènes mitochondriaux est évalué pour leur utilisation en tant que code-barres génétique, un outil de taxonomie moléculaire utilisé pour différencier les espèces. Seulement 3 des 14 gènes étudiés in silico présentent toutes les caractéristiques d’un code-barres génétique idéal. Évalués in vivo, aucun gène mitochondrial n’apparait meilleur que les loci ribosomaux déjà utilisés en taxonomie moléculaire pour le règne fongique. Puis, l’étude par code-barres génétique des différentes espèces du genre Melampsora identifiées sur les peupliers de la section Populus confirme ces résultats. Le locus ribosomique correspondant à l’espaceur interne transcrit (ITS) apparait comme le code-barres génétique le plus performant pour différencier les espèces et formes spéciales du complexe Melampsora populnea. De plus, cette étude a permis de révèler la distance génétique existante entre différentes espèces jusqu’à maintenant considérées comme synonymes, ainsi que de nombreuses erreurs d’identification au sein des herbiers nationaux canadiens. Ces résultats soulignent la nécessité d’une approche moléculaire, complémentaire à la taxonomie actuelle, pour permettre une définition plus robuste des espèces fongiques responsables de la rouille du peuplier. Enfin, l’étude de concordance généalogique de 4 régions génétiques indépendantes (ADN ribosomique, ADN mitochondrial et 2 gènes nucléaires codants) permet de définir les barrières existantes entre ces espèces au niveau phylogénétique. Les résultats de cette étude indiquent une probable coévolution entre les espèces du genre Melampsora et leur hôte écidien confirmant l’importance de l’identité de cet hôte dans la délimitation naturelle des espèces responsables de la rouille du peuplier. / Poplar rust species, belonging to the genus Melampsora, are considered the most important poplar disease. In case of introduction and/or propagation of these pathogens, species definition and recognition are critical steps in determining rapid and efficient management options. First, this thesis work reviewed 170 years of taxonomical descriptions for Melampsora species identified on poplar. This analysis of peer-reviewed publications showed uncertainties in the Melampsora species concept and difficulties in species and formae speciales recognition using traditional taxonomical criteria. Despite the development of molecular tools, recognition at the species level and evolutionary relationships among poplar Melampsora taxa remain obscure. Thus, 14 mitochondrial genes were evaluated as potential DNA barcodes, a recent popular molecular taxonomic tool proposed to identify species. Assessed in silico, only 3 out of the 14 genes showed all characteristics for an optimal DNA barcode. Moreover, biological validation indicated that no single mitochondrial gene gave a better taxonomic resolution than ribosomal loci, regions already widely used in fungal molecular taxonomy. A molecular approach, applied to Melampsora species identified on poplars from the botanical section Populus, confirms these previous results. A DNA barcode obtained from the ribosomal internal transcribed spacer (ITS) sequence provided the most accurate results for identifying and resolving taxa among Melampsora populnea, a taxonomical challenging species complex found on white poplars. Moreover, this DNA barcode approach provided evidence for genetic distance between two different species considered as synonymous and highlighted species misidentifications in specimens from Canadian national herbaria. These results confirmed the need for a molecular approach, in complement to previous taxonomical descriptions, to achieve a robust species definition among the poplar rusts. Finally, phylogenetic species boundaries were defined using genealogical concordance of four independent gene regions (ribosomal DNA, mitochondrial DNA, and 2 nuclear coding genes). The phylogenetic relationships revealed a potential co-evolution between Melampsora species and their alternate host (aecial host) and confirmed the importance of this criterion in natural poplar rust species delineation.

La famille des protéines Fragile X Related (FXR) comprend la protéine FMRP ainsi que les homologues FXR1P et FXR2P. En plus d'une forte homologie de séquence, tous les membres de cette famille de protéines possèdent des domaines caractéristiques aux molécules liant l'ARN ainsi que des signaux d'importation et d'exportation nucléaire. FMRP est l’archétype de cette famille de protéine, puisque son absence cause le retard mental avec X Fragile. Par contre, aucune pathologie n’est associée avec la perte d’expression des homologues FXR1P et FXR2P et ce, même si ces deux protéines ont été mises en évidence dans des processus développementaux chez la souris. En effet, cette famille de protéines semble jouer un rôle primordial durant l’embryogenèse, puisque la délétion de FMR1 et FXR2 provoque des troubles cognitifs, alors que FXR1 semble plutôt jouer un rôle dans la myogenèse et la spermatogenèse chez les mammifères. Cette diversification fonctionnelle de FXR1 semble être attribuable à l’expression complexe de ses différentes isoformes. En effet, chez les mammifères, quatre des six isoformes de FXR1P (70, 74, 78 et 80 kDa) sont exprimées dans tous les tissus à l’exception des muscles striés et cardiaques où elles sont remplacées par deux isoformes dites « muscle spécifique » (82 et 84 kDa). Le nombre élevé d’isoformes de FXR1 rend cette protéine difficile à étudier chez les mammifères. Cette expression de FXR1 est hautement conservée chez tous les vertébrés et peut être décelée chez plusieurs organismes tels le poulet, le poisson zèbre ainsi que chez la grenouille Xenopus laevis. Le xénope s’avère être le modèle exemplaire, puisque l’expression de xFxr1 y est beaucoup plus simple et ce, tout en conservant l’expression tissu spécifique de ces isoformes. En effet, seule une isoforme de 84 kDa est exprimée dans tous les tissus à l’exception des muscles striés et cardiaques où il y a expression d’une isoforme de 88 kDa. Étant donné le rôle dans les cellules musculaires striées, il est impératif de comprendre les implications de l’inactivation de ce gène chez les vertébrés. / Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP) is part of a mRNA-binding proteins family that includes the Fragile X Related 1 and 2 proteins (FXR1P and FXR2P). These proteins share multiple functional domains typical of mRNA-binding domain (two KH domains and 1 RGG box) as well as a nuclear and a cytoplasmic localization domain. Whereas absence of FMRP is the cause of Fragile X Mental Retardation in human, it is not known whether FXR1P and FXR2P are associated to any pathology and whether these homologous proteins can compensate for the absence of FMRP in the case of the Fragile X syndrome. Knockout mice for FXR proteins are powerful tools that are commonly used in research to shed light on the functions of these proteins and point out their embryonic involvement. However, the Fxr1 knockout mouse didn’t proved to be a good model as the two mentioned above. In mammals, we have shown that FXR1 play a key role in muscle differentiation, since two of the six isoforms are muscle specific and are believed to be essential for the normal development of the cardiac and skeletal muscle. Although essential for embryonic development, it is nearly impossible to study the developmental implication of the differential expression of these tissues specific proteins in mammals due to the large number of FXR1P isoform. Simpler model such as drosophila melanogaster are being used, but this model have only one proteins (dFMRP) which is expressed ubiquitously in this organism and do not represent the tissue specific expression of some of the family member. We choose an intermediate model such as Xenopus laevis, which is an extensively used model for developmental studies, and proceeded with the inactivation of xFxr1. In Xenopus laevis, we found two different xFxr1 proteins isoform; one short isoform (84 KDa) is ubiquitously expressed in every tissues except in muscle, whereas the long isoform (88 KDa) is expressed only in cardiac and skeletal muscle. Specific inactivation of xFxr1 messengers during the early development gave us new insight on the specific functions of these proteins during the embryogenesis and primary myogenesis.

Les ressources halieutiques représentent un enjeu majeur pour le Canada. Le homard d'Amérique (Homarus americanus) est l'espèce marine exploitée de plus grande valeur commerciale au Canada, ce qui rend essentielle la gestion durable de cette espèce. Ainsi, une gestion efficace nécessite la définition d'unités de gestion biologiquement significatives, ce qui requiert notamment une connaissance rigoureuse de la structure biologique des stocks. L'objectif général de cette thèse de doctorat consiste à documenter la variation génomique neutre et potentiellement adaptative à différentes échelles spatiales en vue de vérifier la concordance entre la structure génétique naturelle des populations et la délimitation des régions administratives sur lesquelles repose la gestion de la pêche du homard au Canada. Ce travail de recherche se base sur un large plan d'échantillonnage impliquant plus de 4 000 échantillons collectés dans 35 des 41 unités administratives de pêche pour cette espèce. Les analyses génomiques ont confirmé la présence d'une structure génétique hiérarchique dominée par deux grandes unités génétiques à large échelle spatiale, séparant les populations sur un axe latitudinal en deux régions Nord et Sud. La délimitation entre ces deux grandes régions a été identifiée avec précision au centre de l'unité de gestion 32. A l'intérieur des deux grandes régions, nos résultats basés sur la variation génétique neutre ont démontré un très faible degré de différenciation génétique et soutiennent une connectivité biologique importante entre les unités de gestion. L'étude de la variation génétique associée aux variables environnementales a révélé la présence d'une sous-structure au sein des régions Nord et Sud. En outre, des efforts considérables ont été déployés pour innover et identifier des nouveaux types de variants (i.e. variants structuraux) chez cette espèce pourtant dépourvue de ressources génomiques (i.e génome de référence). L'étude de ces nouveaux variants à mis en évidence des patrons de structure notamment dans le sud du Golfe du St-Laurent, suggérant un signal d'adaptation locale en lien avec la température. D'un point de vue global, l'ensemble des résultats soulignent l'intérêt d'étudier les diverses composantes du paysage génomique afin de saisir les différents axes de diversité et de différenciation génétique distribués au sein et entre les stocks. La recherche conduite durant cette thèse constitue la plus grande étude de la structure génomique des populations menée à ce jour chez les crustacés marins. Cet ensemble de données exceptionnelles nous a permis de développer de nouveaux outils avancés en génomique marine appliquée aux enjeux de la gestion des pêches. Finalement, considérant les nouvelles connaissances apportées par ce travail, nous proposons quelques éléments de réflexion ainsi que des nouvelles pistes de recherche afin d'aider à l'amélioration future du cadre de gestion de la pêche du homard au Canada. / Fisheries resources are a major issue for Canada. The American lobster (Homarus americanus) is the most commercially valuable exploited marine species in Canada, which makes sustainable management of this species essential. Thus, effective management requires the definition of biologically significant management units, which requires a rigorous knowledge of the biological structure of the stocks. The general objective of this doctoral thesis is to document the neutral and putative adaptive genomic variation at different spatial scales in order to assess the concordance between the natural genetic structure of populations and the delineation of administrative regions on which the management of the lobster fishery in Canada is based. This research is based on a large sampling design involving more than 4,000 samples collected from 35 of the 41 administrative fishing units. Genomic analyses confirmed the presence of a hierarchical genetic structure dominated by two large genetic units at broad spatial scale, separating the populations on a latitudinal axis into two regions, North and South. The delineation between these two large regions has been accurately identified in the center of Management Unit 32. Within these two large regions, our results based on neutral genetic variation demonstrated a very low degree of genetic differentiation and support significant biological connectivity between the management units. The study of genetic variation associated with environmental variables revealed the presence of substructure within each of the northern and southern regions. Further, considerable efforts were made to develop innovative approaches to identify new types of variants (i.e. structural variants) in this species, which lacks genomic resources (i.e. reference genome). The study of these new variants has highlighted structural patterns, particularly in the southern Gulf of St. Lawrence, suggesting a signal of local adaptation related to temperature. Together, all of the results underline the importance of studying the various components of the genomic landscape in order to understand the different axes of genetic diversity and differentiation distributed within and between stocks. There search conducted during this thesis constitutes the largest study of population genomic structure in marine crustaceans to date. This exceptional data set has allowed us to develop new advanced tools in marine genomics applied to fisheries management issues. Finally, considering the new knowledge brought by this work, we propose a few elements for reflection as well as new avenues of research to help improve the future management framework of the lobster fishery in Canada.

Les protéines kinases de type NIMA (NIMA related kinases - Neks) forment une famille relativement bien conservée chez les eucaryotes. Plusieurs d’entre elles, comme la protéine kinase NIMA d’Aspergillus nidulans et la protein Nek2 de mammifères ont fait l’objet d’études suffisamment approfondies pour les impliquer dans la régulation du cycle cellulaire. L’objectif du présent travail était de caractériser la famille des Neks chez les plantes, et plus particulièrement de déterminer le rôle de PNek1, une Nek de peuplier. J’ai identifié neuf PtNeks chez Populus trichocarpa, sept AtNeks chez Arabidopsis thaliana et six OsNeks chez Oryza sativa. L’analyse phylogénétique et leur distribution chromosomique suggèrent une descendance unique chez les plantes, probablement à partir de Nek1. L’analyse du profil d’expression transcriptionnelle indique que la régulation de l’expression des Neks est liée aux patrons de développement basipétal de la feuille et vasculaire de la plante. Plus particulièrement, l’analyse de l’expression du gène PNek1 révèle une concordance exacte avec les sites de production de l’auxine, du développement basipétal de la feuille et de l’initiation du système vasculaire. PNek1 n’est toutefois pas induite par la signalisation de l’auxine. La surexpression de PNek1 chez Arabidopsis induit des anomalies importantes au niveau de l’inflorescence, empêchant même la fertilisation de la fleur. Au plan cellulaire, PNek1 est localisé dans le nucléole et s’accumule lors de la phase G2 précédant la mitose. L’accumulation de PNek1 est aussi induite lors d’un stress génotoxique au point de contrôle en G1/S. Des résultats récents de double hybride indiquent que PNek1 pourrait être impliquée dans la maturation de l’ARNm puisqu’elle interagit avec DBR1, une protéine directement impliquée dans l’épissage. Le présent travail offre une perspective inédite de la littérature des Neks comme régulateurs du cycle cellulaire. Le contexte biologique particulier du peuplier m’a aussi conduit à associer les Neks au développement d’organes complexes. Cette approche et ces observations représentent donc en soit une contribution originale, se distinguant des nombreuses études antérieures faites chez les mammifères, où seule leur relation au cycle cellulaire a été étudiée. / The NIMA-related kinases family (Neks) is well conserved among eukaryotes. Several studies, especially on Aspergillus nidulans NIMA and mammalian Nek2, have tagged them as cell cycle regulators. The objective pursued in this work was to characterise the plant Nek family and, more specifically, to identify a possible role for PNek1, a Nek from poplar tree. Here, I describe nine PtNeks in Populus trichocarpa, seven AtNeks in Arabidopsis thaliana and six OsNeks in Oryza sativa. Phylogenetic analysis in addition to their chromosomal distribution suggest a unique origin for all plant Neks. Exhaustive transcript expression analysis indicates that plant Neks regulation is related to the basipetal and vascular plant development patterns. Moreover, PNek1 promoter expression analysis reveals a striking similarity with sites of auxin production, basipetal leaf development and vascular initiation. However, PNek1 is not induced by auxin signalling. PNek1 overexpression in Arabidopsis induces severe inflorescence anomalies, which can lead to flower sterility. At the cell level, PNek1 is localised in the nucleoli and accumulates during the G2 phase before the onset for mitosis. PNek1 transcript accumulation could also be induced by a genotoxic stress at the G1/S checkpoint. Yeast two-hybrid experiments indicate that PNek1 could be involved in mRNA maturation since it interacts with DBR1, a protein directly involved in RNA splicing. This work offers a unique perspective to the actual Neks literature as cell cycle regulators. The particular biological context of poplar trees also brought me to associate Neks with complex organ development. This approach and these observations represent an original contribution, distinguishing itself from the numerous mammalians studies which only looked at their relation to the cell cycle regulation.

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

Les enzymes de la famille Ten-Eleven-Translocation (TET) sont des oxygénases dépendantes du 2-oxoglutarate et du Fe (II) capables d’hydroxyler les cytosines méthylées. La conversion en 5-hydroxyméthylcytosines constituerait une étape vers la déméthylation et les protéines TET seraient donc impliquées dans le contrôle épigénétique de la transcription. Des mutations inactivatrices acquises du gène TET2 ont été décrites dans environ 20% des hémopathies myéloïdes humaines. L'analyse de deux modèles murins d’invalidation de Tet2 montre que Tet2 contrôle l'hydroxyméthylation et l’homéostasie du compartiment hématopoïétique. Son inactivation entraine des anomalies pléiotropiques des stades précoces et tardifs de l’hématopoïèse et le développement d'hémopathies myéloïdes. L'étude du statut de TET2 chez une grande série de patients porteurs d'hémopathies lymphoïdes matures retrouve des mutations de ce gène chez 12% des cas de lymphomes T. Celles-ci sont significativement associées aux mutations du gène DNMT3A et sont plus fréquemment observées au sein de deux sous-types, le lymphome T angio-immunoblastique et le lymphome T périphérique non spécifié. L’analyse de populations triées montre la préexistence des mutations de TET2 ou de DNMT3A dans les progéniteurs hématopoïétiques chez certains patients.En conclusion, les mutations de TET2 peuvent survenir dans des progéniteurs précoces, leur conférer un avantage sélectif par rapport aux progéniteurs sauvages et conduire au développement d’une hématopoïèse clonale. Des anomalies génétiques additionnelles semblent nécessaires à la transformation tumorale aussi bien myéloïde que lymphoïde. Ces deux types d’hémopathies pourraient donc se développer à partir d’une même atteinte du compartiment des cellules souches hématopoïétiques. / The Ten-Eleven-Translocation (TET) enzymes belong to a family of oxygenases that are dependent on 2-oxoglutarate and Fe (II) and are able to oxidize methylcytosines. This may represent a step toward DNA demethylation and as such these proteins are involved in the epigenetic control of transcription. Acquired TET2 loss-of-function mutations have been reported in about 20% of human myeloid malignancies.Analysis of two Tet2-deficiency mouse models shows that Tet2 controls hydroxymethylation and homeostasis in the hematopoietic compartment. Tet2 deficiency results in pleiotropic abnormalities of both early and late steps of hematopoiesis and leads to the development of myeloid disorders. The sequencing of TET2 in a large series of patients with mature lymphoproliferations identifies TET2 mutations in 12% of T-cell lymphoma. They are significantly associated with DNMT3A mutations and are more frequently observed in two subtypes, the angioimmunoblastic T-cell lymphoma and the peripheral T-cell lymphoma, not other specified. Analysis of flow-sorted populations shows the presence of TET2 and DNMT3A alterations in hematopoietic progenitors in some patients. In summary, TET2 mutations may affect early progenitors, confer a selective advantage compared with controls progenitors and result in a clonal hematopoiesis. Some additional genetic events are likely required to the myeloid or lymphoid transformation. Both diseases could therefore arise from a common alteration of the hematopoietic stem cell compartment.

Le premier objetif de cette thèse a été de développer de nouveaux marqueurs moléculaires utilisables sur le blé et transférables vers un nombre important d'espèces cultivées ou sauvages de graminées. Nous avons observé une portabilité des EST-SSR excellente pour les sous-espèces de blé qui diminue avec l'éloignement phylogénétique pour atteindre encore près de 30% avec le riz. Le deuxième objectif de cette thèse était d'exploiter les EST-SSR montrant une bonne portabilité pour valider leur capacité dans le cadre d'analyses phylogénétiques chez les Triticés et les graminées. Les résultats confirment que les espèces T. monococcum ssp urartu, Ae. speltoides et Ae tauschii sont respectivement apparentées aux donneurs des génomes A, B et D du blé tendre. Nous pouvons donc conclure que les EST-SSR sont des marqueurs intéressants et puissants pour étudier les espèces sauvages orphelines et pour faire des analyses phylogénétiques chez les graminées