La prise de décision cellulaire se traduit par la capacité de toute cellule vivante à intégrer les différentes informations provenant de son environnement, et à les transformer en une réponse biologique cohérente. Il est aujourd'hui de plus en plus démontré que les populations cellulaires présentent une hétérogénéité quantitative et qualitative significative, qui pourrait jouer un rôle essentiel dans le fonctionnement des organismes vivants. La première partie de ma thèse a ainsi consisté à étudier la variabilité de l'expression génique au cours de la différenciation de progéniteurs érythrocytaires aviaires primaires, à l'échelle de la cellule unique. L'expression de 92 gènes a été analysée par RT-qPCR dans des cellules isolées à différents temps de différenciation. Les principaux résultats de cette étude ont montré que la variabilité de l'expression des gènes, mesurée par l'entropie de Shannon, atteint un niveau maximal à 8h-24h de différenciation, simultanément à une chute du nombre de gènes corrélés. Cette augmentation de la variabilité génique précède l'engagement irréversible des cellules dans le processus de différenciation érythrocytaire identifié entre 24 et 48h. Cette étude a également mis en lumière le gène LDHA (Lactate dehydrogenase A), codant pour une enzyme de la glycolyse anaérobie, dans les progéniteurs érythrocytaires en état d'auto-renouvellement et aux points critiques, 8h et 24h, de la différenciation. La deuxième partie de ma thèse a donc consisté à analyser le rôle précis de LDHA dans l'auto-renouvellement des progéniteurs érythrocytaires, ainsi que les variations du métabolisme du glucose au cours de la différenciation. Nos premiers résultats suggèrent que le processus de différenciation érythrocytaire s'accompagne d'un changement métabolique correspondant au passage de la glycolyse anaérobie dépendante de LDHA, vers une production d'énergie aérobie, reposant sur la phosphorylation oxydative / The meaning of cell decision making consists in the capacity of every living cell to integrate environmental information and to transform it in a coherent biological response. Nowadays it is increasingly demonstrated that cell populations present a significant quantitative and qualitative heterogeneity that could be involved in living organisms functions. Thus, the first part of my thesis consisted in studying gene expression variability at the single-cell level during the differentiation process of primary avian erythroid progenitor cells. The expression of 92 genes was analyzed using RT-qPCR in cells isolated at different differentiation time-points. The main results of this study showed that gene expression variability, as measured by Shannon entropy, reached a maximal level, simultaneously to a drop in the number of correlated genes, at 8-24h of differentiation. This increase of the gene expression variability preceded the irreversible commitment of cells into differentiation, identified between 24h and 48h. This analysis also highlighted the potential importance ofLDHA(Lactate dehydrogenase A) encoding a glycolytic enzyme, in erythroid progenitors self-renewal and at the critical differentiation time-point 8-24h. Therefore the second part of my thesis consisted in analyzing the role of LDHA in erythroid progenitors self-renewal and the variations of glucose metabolism during the differentiation process. Our first results suggested that erythroid differentiation might be accompanied with a metabolic change, corresponding to a switch from anaerobic glycolysisdepending upon LDHA, toward aerobic energy production, relying upon oxidative phosphorylation

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress. / Iron is an important micronutrient for plant growth and development. It participates as a cofactor for several enzymes and is important for processes such as photosynthesis and respiration. Often soil Fe is not bioavailable to the plant. Plants have developed strategies to solubilize the Fe in the soil to make it available and easy to assimilate. There are two strategies, the first is characteristic of dicotyledones and the second is characteristic of monocotyledones. The model used in these studies is a cell culture of Solanum tubersoum. A first part of the research involved the study of expression and activity of enzymes required in energy metabolism and the provision of precursors for DNA synthesis: Nucleoside dehydrogenase, Ribonucleotide reductase, Glucose 6-phohate dehydrogenase and 6-Phosphogluconate dehydrogenase. In several organisms, Fe deficiency induces a loss of biomass which is often associated with a decrease in DNA synthesis. In S. tuberosum cell cultures, the results indicate that the loss of biomass observed in Fe deficiency is not linked to a change in the activity or relative expression of these enzymes. Indeed, no significant changes were detected between treatments (+/- Fe) for activity or relative expression. In another part of the research, we evaluated the activity of the metabolism pathways involved in strategy 1, which is used by S. tuberosum. This strategy consumes energetic metabolites: ATP to solubilize Fe and reducing power (NAD(P)H) to reduce the Fe3+ to Fe2+. Metabolic flux studies were done to investigate the alterations of carbon metabolism during Fe deficiency in S. tuberosum. These studies demonstrated that in Fe deficient cells, there is a decrease in the fluxes of some pathways of energy metabolism. Particularly, in the glycolytic flux and the anaplerotic flux of PEPC. Under Fe deficiency there would be a depression of metabolism in S. tuberosum which would allow the cell to slow its metabolism to maintain its vitality. In addition to the fluxes, the levels of pyridine nucleotides were measured since they serve to reduce Fe in the strategy 1. The results show an increase in the reduced forms of these metabolites during Fe deficiency. All results together point out that during Fe deficiency the metabolism decreases, allowing the cell to survive and adapt to the stress.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal