Th.--Sci. phys.--Nancy--I.N.P.L., 1978.

Th.--Sci. phys.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 31.

Le cancer est la cause principale de décès chez les canadiens. Cette maladie est souvent caractérisée par des surexpressions, des sous-expressions et des mutations chez certaines protéines clés. NudCD1 est un gène ayant été identifié lors de la dernière décennie comme possédant une forte expression chez des patients atteints de leucémie myéloïde chronique. La protéine issue de ce gène n'est normalement exprimée qu'au niveau des tissus sains testiculaires et cardiaques, elle est cependant surexprimée dans différents cancers. La forte expression de NudCD1 est associée avec des phénotypes tumoraux, possiblement agissant sur l'activation d'IGF1R qui permettrait les phosphorylations subséquentes des voies de signalisation passant par AKT et ERK1/2. Le gène de NudCD1 est constitué de 12 exons pouvant être épissés alternativement de manière à produire 3 différentes isoformes. Ces isoformes possèdent une région C-terminale commune de 492 acides aminés et ont une région N-terminale spécifique. Les isoformes 2 et 3 ne sont présentement que peu caractérisées et leur rôle potentiel ou présence dans le cancer est inconnu. Cette étude nous suggère que les différentes isoformes de NudCD1 possèdent des fonctions différentes dans le cancer. L'expression de ces différentes isoformes a été mesurée au niveau des transcrits d'ARNm ainsi qu'au niveau des protéines dans différentes lignées cellulaires cancéreuses et non-cancéreuses, principalement de types colorectales. NudCD1-1 est exprimée fortement au niveau transcriptionnel et protéique, l'isoforme 2 n'est pas exprimée dans les lignées cellulaires étudiées alors que la troisième isoforme est présente faiblement au niveau d'ARNm chez la majorité des lignées étudiées. La stabilité protéique des isoformes a également été mesurée et démontre que NudCD1-2 et NudCD1-3 sont dégradées rapidement par le protéasome. L'observation microscopique des isoformes par immunofluorescence a démontré que les isoformes n'ont pas la même localisation cellulaire, la première étant principalement nucléaire, la deuxième majoritairement cytoplasmique et la troisième est pancellulaire, Des expériences de spectrométrie de masse en tandem couplées à la méthode de quantification SILAC ont démontré l'interaction entre la protéine NudCD1-1 et DHX15. Ces mêmes expériences ont montré que NudCD1-2 pourrait interagir au niveau du cytosol avec HSP90 dans la réponse aux chocs thermiques et le mouvement nucléaire alors que NudCD1-3 pourrait également agir avec ces protéines en plus de jouer un rôle dans la transcription. L'interaction NudCD1-1 et DHX15 suggère que la protéine pourrait agir au niveau du spliceosome ainsi que la transcription afin de médier l'activation d'IGF1R pour mener au phénotype tumoral. Ces résultats suggèrent que les différentes isoformes ont des fonctions différentes dans la cellule, mais ne sont pas toutes impliquées dans le cancer, en plus d'approfondir les connaissances sur l'action de NudCD1-1 dans le cancer.

Identifier rapidement le contenu microbien d’un échantillon biologique complexe constitue un enjeu majeur en biodéfense et dans les domaines concernant la santé humaine, les biotechnologies et l’environnement. La spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) permet de sonder le contenu protéique d’un échantillon avec précision. Ce travail de thèse porte sur le développement d’un nouveau concept d’interprétation des données de spectrométrie de masse MS/MS à des fins d’identification sans a priori du contenu microbien d’un échantillon à l’aide de bases de données protéiques généralistes. L’approche d’identification se base (i) sur la base de données actuelle la plus exhaustive, et (ii) sur un algorithme d’interprétation de spectres MS/MS. Une architecture informatique a été développée afin de regrouper les résultats MS/MS selon la taxonomie des organismes vivants tout en veillant à minimiser le temps de traitement nécessaire et à maximiser le taux d’attribution de spectres MS/MS. Une stratégie d’identification récursive à travers l’arbre taxonomique basée sur le nombre de spectres spécifiques associés à chaque taxon est possible, mais ne permet pas d’identifier avec confiance le contenu d’un échantillon multi-organismes séquencés. Le concept innovant développé a permis d’établir une corrélation entre le nombre de spectres attribués à un taxon et la distance phylogénétique de ce taxon au taxon de l’organisme présent dans le cas d’un échantillon mono-organisme séquencé. Cette corrélation permet de modéliser et de déterminer la présence de tout organisme séquencé dans un échantillon multi-organismes. Un outil automatique d’estimation de distances phylogénétiques entre taxons a donc été mis au point, basé sur l’ajout de nouveaux organismes à un alignement multiple de séquences de référence composé de 31 familles de protéines universelles pour des organismes des 3 domaines du vivants (bactéries, archées, eucaryotes). Enfin, deux algorithmes d’identification du contenu d’un échantillon multi-organismes séquencés ont été évalués : un algorithme glouton naïf basé sur une heuristique et un algorithme résolvant un problème d’optimisation non-convexe de manière itérative utilisant un terme de régularisation pondéré de norme ℓ1. / The rapid identification of the microbial content of a complex biological sample is a major issue in biodefense and in areas related to human health, biotechnology and the environment. Tandem mass spectrometry (MS/MS) enables accurate profiling of the protein content of a sample. This thesis focuses on the development of a new concept in MS/MS data interpretation to identify the microbial content of a sample using general protein databases without prior knowledge of the target. The identification approach is based on (i) the most extensive protein database currently available and (ii) an MS/MS spectra interpretation algorithm. A dedicated computer architecture has been developed to combine the MS/MS results according to the taxonomy of living organisms while minimizing the required processing time and maximizing the MS/MS spectra assignment rate. A recursive identification strategy across the taxonomic tree based on the number of specific spectra associated with each taxon is possible but does not confidently identify the contents of a sample containing multiple sequenced organisms. The innovative concept developed here enables the correlation of the number of spectra assigned to a given taxon and the phylogenetic distances between this taxon and the taxon of the organism present in the case of a sample containing a single sequenced organism. This correlation allows us to model and determine the presence of any sequenced organism in a sample containing multiple organisms. An automatic tool for estimating phylogenetic distances between taxa has been developed. This tool is based on the addition of new organisms to a multiple sequence alignment comprising 31 families of universal proteins from organisms from all 3 domains of life (Bacteria, Archaea, Eukarya). Finally, two algorithms for identifying multiple organisms from a single sample have been assessed : a naive greedy algorithm based on a heuristic and an iterative algorithm that solves a non-convex optimization problem using a weighted ℓ1 norm regularization term.

La métabolomique est l'étude des petites molécules produites par un système biologique. L'objectif principal des études en métabolomique non ciblées est la recherche d'une signature moléculaire, à base de biomarqueurs, permettant de distinguer deux phénotypes(ex. : malade et sain). Elle trouve des applications dans le domaine de la santé, de la nutrition, de l'agroalimentation et même de l'environnement. La spectrométrie de masse couplée à la chromatographie liquide est une des techniques les plus utilisées puisqu'elle offre sensibilité et spécificité lors de l'étude du métabolome. Par contre, le long temps d'analyse limite la taille et la portée des études métabolomiques. De nouvelles approches de métabolomique non ciblée à haut débit par spectrométrie de masse où un échantillon peut être analysé en quelques secondes peuvent cependant éliminer cette barrière. Ce changement de paradigme entraîne une complexification des différentes étapes de l'analyse de données (prétraitement, recherche de biomarqueurs et identification des métabolites). Dans le cadre de cette thèse, nous proposons différents outils basés sur l'apprentissage automatique visant à résoudre les problèmes d'analyse de données causés par une accélération de la vitesse d'acquisition et une augmentation du nombre d'échantillons. Premièrement, nous proposons une série d'algorithmes de correction et d'alignement de spectres de masse visant à les rendre comparables afin de permettre les analyses statistiques et l'apprentissage automatique. Deuxièmement, nous présentons MetaboDashboard, un outil visant à simplifier et à démocratiser l'utilisation de l'apprentissage automatique pour la recherche de biomarqueurs en métabolomique non ciblée. Un exemple de son utilisation dans le contexte d'une infection virale des voies respiratoires est présenté. Finalement, un réseau de neurones appelé DeepCCS permettant la prédiction de la section efficace dans l'objectif de supporter l'identification des métabolites est exposé. Nous démontrons, tout au long de cette thèse, l'utilité et la puissance de l'apprentissage automatique appliqué à la métabolomique non ciblée. Les outils computationnels présentés dans cette thèse sont le point de départ du développement d'une méthode de métabolomique non ciblée à haut débit. Nous espérons qu'ultimement, les contributions de cette thèse permettront la détection de biomarqueurs associés à différents phénotypes dans des populations entières avec un maximum de précision et à une vitesse encore jamais vue. / Metabolomics is defined as the study of small molecules produced by a biological system. The main objective of metabolomic studies is the search of a molecular signature, constituted of biomarkers, that allow to distinguish two phenotypes (ex: sick and healthy). It can be applied to diverse fields such as health, nutrition, food and environment. Mass spectrometry coupled to liquid chromatography is the most common technique used in metabolomics since it offers sensibility and specificity. Unfortunately, the long running time of these analysis limits the size and impact of metabolomic studies. New approaches in high-throughput untargeted metabolomics, where a sample can be analyzed in seconds, try to overcome this limitation. This new paradigm increases the complexity of the different data analysis steps that follows that acquisition (data pre-treatment, biomarker discovery and metabolite identification). In this thesis, we propose different tools based on machine learning that aim at solving the new data analysis issues that arise from the increased number of samples and throughput. First, we present new algorithms to correct and align mass spectra to make them comparable in order to enable statistical analysis and machine learning. Second, we present MetaboDashboard, a tool that aims at simplifying and democratizing the use of machine learning approach for biomarker discovery in the context of untargeted metabolomics. An example of its usage in the context of viral respiratory tract infection is then presented. Finally, a neural network tool called DeepCCS, that allow the prediction of collisional cross section for metabolite identification is reported. Throughout this thesis, we demonstrate the use and impact of machine learning applied to different problems in untargeted metabolomics. The computational tools presented in this thesis are the first steps towards the development of new methods in high-throughput untargeted metabolomics. We hope that ultimately, the scientific contributions presented in this thesis will enable biomarker discovery for different phenotypes at the scale of whole population with a level of precision and speed never seen before.

La liaison de l'insuline à son récepteur de surface entraîne une autophosphorylation rapide de la sous-unité β du récepteur de l'insuline (RI), l'initiation de cascades de signalisation et l'internalisation rapide de complexes actifs dans l'appareil endosomal. L'autophosphorylation s'effectue sur trois tyrosines situées dans la boucle d'activation (Yl 146, Y1150, Y1151), deux tyrosines situées dans le domaine C-terminal (Y1316, Y1322) et d'une autre dans le domaine juxta-membranaire (Y960). Ces sites de phosphorylation ont été précédemment identifiés par des essais d'autophosphorylation effectués in vitro sur des fractions membranaires solubilisées. Dans le but d'identifier les sites tyrosines phosphorylés du RI internalisé in vivo, nous avons préparé des fractions Golgi/Endosomes (G/E) à partir de foie de rat suivant l'injection d'une dose d'insuline. Le RI a été immunoprécipité et analysé par spectrométrie de masse. Plusieurs sites de phosphorylation ont été identifiés et seules les formes mono phosphorylé Y1146 et Y1150 de la boucle d'activation ont été observées. Nous avons également identifié de façon non ambiguë plusieurs protéines associés au RI internalisé dont notamment Grb7 (growth factor receptor-bound protein 7), Grbl4 et ATIC (5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide formyltransferase/IMP cyclohydrolase). Nous avons confirmé, par des immunoprécipitations croisées dans les fractions G/E, l'association entre le RI et ATIC, une protéine impliquée dans les deux dernières étapes de la voie de biosynthèse de novo des purines. Les résultats obtenus suggèrent la présence d'un nouveau mécanisme par lequel ATIC, une protéine relativement abondante dans le cytosol et ayant pour substrat naturel AICAR, un insulino-mimétique, pourrait être un régulateur important de la réponse insulinique in vivo.

Comprendre de quelle façon les populations animales répondent aux conditions qui prévalent dans leur environnement revêt une grande importance. Les conditions climatiques et météorologiques sont une source importante de variabilité dans l'environnement et celles-ci ont des répercussions sur les espèces sauvages, en affectant leur physiologie, leur comportement et leurs ressources. Les ongulés alpins et nordiques font face à une succession annuelle de conditions environnementales favorables et défavorables, entraînant chez ceux-ci d'importants changements de masse saisonniers. Chez ces grands herbivores, la masse est importante puisqu'elle est positivement corrélée à la survie et à la reproduction. C'est pourquoi il est essentiel d'investiguer les paramètres affectant les changements de masse saisonniers. L'objectif principal de ma maîtrise était donc d'identifier et de mieux comprendre l'effet des conditions climatiques et météorologiques sur les changements de masse estivaux et hivernaux d'un ongulé alpin: le mouflon d'Amérique (Ovis canadensis). Pour atteindre cet objectif, j'ai utilisé les données du suivi à long terme de la population de mouflons de Ram Mountain, Alberta. Les mesures de masse répétées prises lors des captures permettent d'estimer la masse printanière et automnale des individus, ainsi que leur gain de masse estival et leur changement de masse hivernal. En affectant les coûts énergétiques de la thermorégulation et des déplacements et en influençant la végétation, les conditions climatiques et météorologiques peuvent avoir d'importantes conséquences sur les changements de masse des ongulés alpins. La température, les précipitations et un indice de climat global (le «Pacific Decadal Oscillation»; PDO) ont donc été utilisés afin de caractériser les conditions environnementales et d'investiguer les effets de ces variables sur les changements de masse saisonniers des individus de différentes classes d'âge et de sexe. Des températures froides au printemps ont engendré de plus grands gains de masse estivaux. Des printemps froids peuvent ralentir la maturation des plantes, engendrant une plus grande période où il est possible de s'alimenter de jeunes plantes nutritives, ce qui explique probablement cet effet positif des printemps froids. Cet effet doit toutefois être nuancé puisque les changements de masse hivernaux étaient également influencés par la température printanière, avec des printemps chauds menant à de plus faibles pertes de masse. Il semble que cet effet était dû à une apparition hâtive de la végétation, menant à une prise de masse des mouflons avant qu'ils ne soient capturés au printemps. Cela suggère qu'en affectant la disponibilité et la qualité de la végétation, les conditions printanières ont des répercussions à la fois sur le gain de masse estival, mais également sur les changements de masse hivernaux des mouflons. Le PDO au printemps a un effet positif important sur le gain de masse des adultes mâles lorsque la densité est faible. Des températures chaudes à l'automne engendrent de plus grands gains de masse pendant l'hiver chez les agneaux mâles (la plupart des agneaux gagnent de la masse l'hiver), potentiellement en augmentant la période possible de prise de masse pour ces jeunes individus. Les femelles de deux ans et les mâles adultes ont perdu plus de masse lors d'hivers avec beaucoup de précipitations et des températures froides, respectivement. Finalement, ce projet de recherche a permis d'identifier les variables climatiques et météorologiques clés affectant les changements de masse saisonniers d'un ongulé alpin. Cette étude a également mis en évidence des effets du PDO sur les changements de masse saisonniers, soulignant que de tels indices peuvent s'avérer utiles afin de les mettre en lien avec la variation phénotypique chez les espèces sauvages, et ce sans qu'il n'y ait nécessairement de fortes corrélations entre ces indices et les variables météorologiques locales.

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

L’électrochimie (EC) couplée à la spectrométrie de masse (MS) tend à devenir une technique de choix lors de l’étude et la prédiction des métabolites de différents types de substances. La possibilité de reproduire artificiellement par de l’instrumentation les étapes d’oxydation du métabolisme de médicaments est une des avenues intéressantes pour l’étude du devenir des contaminants émergents présents dans l’environnement. Le projet suivant vise à augmenter les connaissances sur les produits de transformation des composés émergents susceptibles d’être retrouvés dans l’environnement et sur les transformations électrochimiques de médicaments modèles. Une approche électrochimique avec potentiel contrôlé pour l’étude des produits de transformation de différents médicaments suivis d’une analyse par UPLC-QTOF-MS est présentée.

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