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

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

Nous étudions les interactions hôte/pathogène entre la drosophile et un parasite intracellulaire, la microsporidie Tubulinosema ratisbonensis.Les microsporidies dérivent du groupe des champignons possédant un génome réduit et pas de mitochondrie. Ces parasites dépendent fortement du métabolisme de leur hôte pour proliférer. Les interactions entre les microsporidies et leurs hôtes reste peu étudiées au niveau métabolique.In vivo, les spores ciblent beaucoup de tissues, en particulier le corps gras qui perd ces gouttelettes lipidiques. Les réserves métaboliques sont épuisées au cours de l’infection et les mouches présentent les caractéristiques de famine. La supplémentation en acide gras dans la nourriture des mouches infectées augmente la prolifération du parasite. Cet effet est bloqué lorsque l’on perturbe l’assimilation ainsi que le transport des lipides provenant de l’intestin. En conséquence, les mouches résistent mieux à l’infection lorsque la synthèse des lipides est bloquée. / We study the host/pathogen interactions between Drosophila and a natural intracellular parasite : the microsporidium Tubulinosema ratisbonensis. Microsporidia are highly derived group of fungi with a compact genome and no mitochondria. These obligate parasites thus rely intensively on host metabolism for growth and proliferation. The interactions between microsporidia and their hosts remain poorly understood at the metabolic level.In vivo, spores target many tissues especially the fat body that loses its lipid droplets. Metabolic reserves become depleted during the course of the infection and flies display the hallmarks of severe starvation. Fatty acids supplementation of the infected flies diet increases parasite proliferation and host susceptibility to the parasite. This effect is blocked when perturbing lipid assimilation and transport originating from the gut. Accordingly, flies resist better infection when lipid synthesis is blocked, as the parasite proliferation is hampered.

Les particules fines émises par l'activité humaine sont la cause de diverses pathologies pulmonaires et cardiaques. Les particules de taille inférieure à 100 nm, appelées nanoparticules, sont particulièrement nocives car une fois inhalées, elles peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires, lieux des échanges gazeux. Dans les alvéoles, les nanoparticules entrent d'abord en contact avec le surfactant pulmonaire. Ce fluide biologique tapisse les cellules épithéliales des alvéoles sur une épaisseur de quelques centaines de nanomètres et est composé de phospholipides et de protéines, les phospholipides étant assemblés sous forme de vésicules et corps multi-lamellaires. Dans ce travail, nous avons sélectionné des nanoparticules modèles de nature différente connues pour leur toxicité cellulaire (latex, oxydes métalliques, silice). Leur interaction avec un fluide pulmonaire mimétique administré aux prématurés (Curosurf®) a été étudiée en détail par microscopie optique et électronique, et par diffusion de la lumière. Nous avons mis en évidence que cette interaction est non spécifique et d'origine électrostatique. La diversité des structures hybrides obtenues entre particules et vésicules témoigne cependant de la complexité de cette interaction. En contrôlant cette interaction, nous avons formulé des particules couvertes d’une bicouche supportée de Curosurf® qui possèdent des propriétés remarquables de stabilité et de furtivité en milieu biologique.Dans une seconde partie, nous avons étudié le rôle du surfactant pulmonaire sur l’interaction entre particules et cellules épithéliales alvéolaires (A459). A l'aide d'expériences de biologie cellulaire réalisées in vitro, nous avons observé que la présence de surfactant diminue de manière significative le nombre de particules internalisées par les cellules. Dans le même temps, nous avons constaté une augmentation importante de la viabilité cellulaire. Une conclusion majeure de notre travail concerne la mise en évidence du rôle protecteur joué par le surfactant pulmonaire dans les mécanismes d'interaction des nanoparticules avec l'épithélium alvéolaire / Particulate matter emitted by human activity are the cause of various pulmonary and cardiac diseases. After inhalation, nanoparticles (ie particles smaller than 100 nm) can reach the pulmonary alveoli, where the gas exchanges take place. In the alveoli, the nanoparticles first encounter the pulmonary surfactant which is the fluid that lines the epithelial cells. Of a few hundreds of nanometers in thickness, the pulmonary fluid is composed of phospholipids and proteins, the phospholipids being assembled in multilamellar vesicles. In this work, we considered model nanoparticles of different nature (latex, metal oxides, silica). Their interaction with a mimetic pulmonary fluid administered to premature infants (Curosurf®) was studied by light scattering and by optical and electron microscopy. We have shown that the interaction is non-specific and mainly of electrostatic origin. The wide variety of hybrid structures found in this work attests however of the complexity of the phospholipid/particle interaction. In addition, we succeeded in formulating particles covered with a Curosurf® supported bilayer. These particles exhibit remarkable stability and stealthiness in biological environment. In a second part, we studied the role of the pulmonary surfactant on the interactions between nanoparticles and alveolar epithelial cells (A459). With cellular biology assays, we observed that the number of internalized particles decreases dramatically in presence of surfactant. At the same time, we found a significant increase in the A459 cell viability. Our study shows the importance of the pulmonary surfactant in protecting the alveolar epithelium in case of nanoparticle exposure

Les peptides vecteurs (CPP) présentent un grand intérêt pour l'internalisation de principes actifs dans les cellules. Les mécanismes permettant aux peptides de traverser la membrane restent sujets à discussion. Mieux comprendre leurs interactions avec la membrane pourrait permettre d'améliorer leur efficacité. L'organisation des lipides après interaction avec le peptide pénétratine a été étudiée par DSC et par fluorescence du Laurdan, sur des membranes modèles composées de lipides naturels. La pénétratine a induit de l'hétérogénéité dans la membrane, ce qui pourrait être un élément important pour déstabiliser la membrane durant son internalisation dans la cellule. En outre, le cholestérol est un régulateur parmi les plus importants des domaines membranaires. En raison de son affinité pour les lipides saturés, il peut former des domaines ordonnés. Grâce au cholestérol-pyrène, une sonde fluorescente, nous avons étudié les domaines liquides ordonnés (Lo) et désordonnés (Ld) de la membrane. Nous avons, par analyse statistique en composante principale, déterminé les longueurs d'onde d'émission caractéristiques des domaines Lo et Ld. Les peptides pénétratine, R9 et RW9 diminuent l'assemblage du cholestérol et RW9 augmente la fluidité de la membrane. RW9 a été le seul peptide capable de traverser des membranes (Ld) sur de vésicules lipidiques dans nos conditions expérimentales. Nous pouvons ainsi en déduire que la distribution des lipides dans la membrane est un factor important pour le passage des CPP. Notamment, l'interface entre les différents domaines semble jouer un rôle prépondérant pour l'internalisation. / Cell penetrating peptides are promising vectors for molecular drug delivery in eukaryotic cells. Despite of their discovery 20 years ago, the mechanisms of peptide membrane crossing are still controversial. Understanding then how they modify the membrane will allow later on a more efficient internalisation into the cell. Lipid organisation after penetratin interaction was studied by DSC and Laurdan fluorescence. Penetratin was able to induce membrane heterogeneity, which could be important for membrane destabilisation during cell internalisation. Furthermore, cholesterol is one of the most important regulators of membrane domains. Due to its strong affinity with saturated lipids, cholesterol presents the ability to form “rafts” (ordered domains). By cholesterol-pyrene, which is a probe that mimics cholesterol, we studied the liquid ordered (Lo) and liquid disordered (Ld) domains of the membrane. Firstly, we determined the wavelengths that characterise each of these domains by multivariable analysis and then, we verify the peptide effect (R9, RW9 and penetratin) in the distribution of these domains. RW9 were the only CPP able to cross the membrane (Ld). We can deduce that lipid distribution in the membrane is important for the peptide internalisation and the interfaces between these domains may play an important role during this process.

La stéatose hépatique est une pathologie associée à l'obésité et à l'insulinorésistance. Les mécanismes à l'origine du développement de la stéatose hépatique sont loin d'être élucidés. Cependant, une altération de la fonction mitochondriale pourrait contribuer à l'accumulation de lipides dans le foie. Par conséquent, l'objectif de ce travail est d'évaluer la fonction mitochondriale dans deux modèles animaux de stéatose hépatique ainsi que les effets de deux molécules, le rimonabant et le resvératrol. Dans un modèle génétique d'obésité, le rat Zucker, aucune altération de la phosphorylation oxydative n'est observée. Dans un modèle plus physiologique, le rat alimenté avec un régime riche en lipides pendant différentes durées, dans les premiers temps d'un apport accru en lipides, le métabolisme hépatique est orienté de manière à utiliser ou à stocker l'excès de lipides. Cette première adaptation est ensuite inversée et une diminution de l'oxydation des acides gras mais également une diminution du stockage de triglycérides sont observées. Le traitement avec du rimonabant de rats alimentés avec un régime en gras, a un effet bénéfique sur la fonction mitochondriale hépatique notamment en augmentant l'entrée des acides gras dans la mitochondrie et donc leur oxydation. Enfin, le traitement par du resvératrol de cellules HepG2, entraîne une augmentation de la consommation d'oxygène mitochondriale et une augmentation de l'activité du complexe I mais sans modification de la biogenèse mitochondriale. Même si la mitochondrie semble peu affectée au cours du développement de la stéatose hépatique, la considérer comme une cible thérapeutique reste pertinent.

L'objectif visé dans cette étude consiste à développer une méthodologie de caractérisation des interactions ligands/récepteurs cellulaires à la surface d'un transducteur physique. Le ligand immobilisé est représenté par un cyclopentapeptide c(-RGDfK-) dont les propriétés de reconnaissance spécifique pour l'intégrine alphaV beta3 sont bien connues. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit concernent la synthèse des ligands peptidiques, la mise au point des différentes techniques d'immobilisation de ces ligands et enfin la caractérisation des interactions biomoléculaires avec des cellules exprimant l'intégrine. Le ligand peptidique est présenté de façon multivalente sur un châssis moléculaire cyclodécapeptidique de séquence c(-Pro-Gly-Lys-Lys-Lys-)2. Le greffage des différents motifs se fait via la formation d'un lien éther d'oxime ou d'un lien amide sur les chaînes latérales des lysines orientées de part et d'autre du plan moyen du cyclopeptide. Trois approches ont été mises en œuvre pour fixer les ligands -RGD- sur une surface : le couplage affin, l'insertion dans une bicouche lipidique et le couplage covalent. Les surfaces fonctionnelles résultantes ont été caractérisées par des méthodes physico-chimiques d'analyse de surface et d'interface. Des tests d'adhésion cellulaire, suivis par QCM-D et par microscopie optique, ont ensuite permis de caractériser les propriétés de reconnaissance des ligands peptidiques. La comparaison des signaux de QCM-D et des images de la surface, obtenus à différents taux de greffage du ligand a permis d'identifier une densité de greffage minimale en ligand nécessaire à l'adhésion et à l'étalement des cellules.

Ce travail de thèse a pour objectif le traitement local des gliomes malins via l'administration de nanocapsules lipidiques (LNC) par convection enhanced delivery (CED). Deux types de complexes métalliques lipophiles aux propriétés thérapeutiques ont été encapsulés au sein des LNC. Le premier est un complexe radioactif de Rhénium-188 et le second, un agent anticancéreux dérivé du tamoxifène et du ferrocène, le ferrociphénol (Fc-diOH). Les LNC de 188Re permettent une rétention de l'émetteur β- au niveau local et une éradication complète de la tumeur est possible pour une dose de 8Gy puisque 33% des animaux sont de longs survivants. Cette dose optimisée s'est révélée être une dose efficace, intermédiaire entre des doses toxiques (10-12 Gy) ou inefficaces (3-4 Gy). Les LNC-Fc-diOH présentent des taux d'encapsulation élevés, et sont quantitativement internalisées dans les cellules 9L. De plus, l'activité du ferrociphénol est conservée après encapsulation et se révèle très efficace sur des cellules de gliome 9L (IC50=0.6μM). En revanche, l'activité est très réduite sur les astrocytes, cellules au potentiel de division quasiment nul. L'action intratumorale des LNC-Fc-diOH dans un modèle de gliome sous-cutané entraîne une réduction significative des masses et volumes tumoraux. De plus, l'association entre le ferrociphénol et les photons X est une association synergique conférant à Fc-diOH des propriétés de molécule radio-sensibilisante. La médiane de survie du groupe traité par une CED de LNC-Fc-diOH suivie d'une radiothérapie externe de 18Gy (3x6Gy) augmente de 48% par rapport au groupe contrôle avec la présence de 17% de longs survivants.

Chez les espèces végétales soumises à dessiccation, les réserves lipidiques des graines sont stockées sous forme de globules, les oléosomes. Ces oléosomes sont composés d'un cœur de triglycérides (TGs), entouré d'une monocouche de phospholipides (PLs) dans laquelle s'insèrent de petites protéines, majoritairement des oléosines. Ces protéines sont constituées de trois domaines : N- et C-terminaux amphiphiles et un segment central hydrophobe de 72 acides aminés très conservé. Les oléosines sont certainement des protéines de structure et par leur présence, les oléosomes ne coalescent pas, même lors de la re-imbibition de la graine au moment de la germination. Bien que les levures présentent des organites de stockage similaires à ceux des végétaux, leur pool protéique est très différent. Nous avons cloné et exprimé deux isoformes d'oléosines d'A. thaliana dans E. coli et dans Y. lipolytica. Les oléosines exprimées chez la levure sont bien dirigées vers le corps lipidique. Par ailleurs, les oléosines exprimées chez la bactérie ont été purifiées à l'homogénéité en conditions dénaturantes. Par des études in silico et in vitro d'oléosine, nous postulons que le segment hydrophobe est organisé en hélices α. Des études de tension de surface ont montré que les oléosines recombinantes purifiées pouvaient s'insérer à des interfaces eau / huile et qu'elles en abaissaient fortement la tension de surface (ceci mieux que des caséines β). Elles peuvent aussi s'insérer dans des monocouches de PLs situées à l'interface eau / air. Les oléosines des végétaux présentent donc bien des caractéristiques d'émulsifiant huile dans eau.

Chez les espèces végétales soumises à dessiccation, les réserves lipidiques des graines sont stockées sous forme de globules, les oléosomes. Ces oléosomes sont composés d'un cœur de triglycérides (TGs), entouré d'une monocouche de phospholipides (PLs) dans laquelle s'insèrent de petites protéines, majoritairement des oléosines. Ces protéines sont constituées de trois domaines: N- et C-terminaux amphiphiles et un segment central hydrophobe de 72 acides aminés très conservé. Les oléosines sont certainement des protéines de structure et par leur présence, les oléosomes ne coalescent pas, même lors de la re-imbibition de la graine au moment de la germination. Bien que les levures présentent des organites de stockage similaires à ceux des végétaux, leur pool protéique est très différent. Nous avons cloné et exprimé deux isoformes d'oléosines d'A. thaliana dans E. coli et dans Y. lipolytica. Les oléosines exprimées chez la levure sont bien dirigées vers le corps lipidique. Par ailleurs, les oléosines exprimées chez la bactérie ont été purifiées à l'homogénéité en conditions dénaturantes. Par des études in silico et in vitro d'oléosine, nous postulons que le segment hydrophobe est organisé en hélices α. Des études de tension de surface ont montré que les oléosines recombinantes purifiées pouvaient s'insérer à des interfaces eau / huile et qu'elles en abaissaient fortement la tension de surface (ceci mieux que des caséines β). Elles peuvent aussi s'insérer dans des monocouches de PLs situées à l'interface eau / air. Les oléosines des végétaux présentent donc bien des caractéristiques d'émulsifiant huile dans eau.