Des mutations dans plusieurs gènes ont été liés à la sclérose latérale amyotrophique (SLA),en particulier dans celui codant pour la protéine Fused in Sarcoma (FUS). Les mutations sont retrouvées dans la partie codant pour le signal de localisation nucléaire, rendant la protéine anormalement abondante dans le cytoplasme. Combiné à d’autres observations, ça suggère qu’un gain de fonction toxique de FUS dans le cytoplasme serait à l’origine de la neurodégénérescence. La SLA est une maladie neurodégénérative qui affecte les neurones moteurs et cause une paralysie progressive. Les mécanismes moléculaires causant la maladies ont toujours inconnus. Une des pistes serait la perturbation de la traduction locale desARNm, qui permet aux synapses de répondre rapidement et indépendamment du corps cellulaire. Une traduction locale insuffisante pour soutenir l’activité synaptique à long terme mènerait à la perte des synapses et à la neurodégénérescence. Mon objectif est donc de déterminer le rôle de FUS dans régulation de la traduction des ARNm en caractérisant son interaction avec les composantes traductionnelles et d’évaluer sa fonction dans une condition reproduisant les caractéristiques de la SLA. J’ai montré que FUS s’associe aux polyribosomes inactifs, ce qui suggère que FUS jouerait un rôle dans la régulation de la traduction des ARNm en interagissant avec le cœur de la traduction. Il est également possible d’observer une augmentation de la présence de FUS dans le cytoplasme et de son interaction avec les polyribosomes suite à une inhibition de la traduction par mTOR, suggérant son rôle de régulateur négatif. De plus, les mutations liées à la SLA amplifient la fonction inhibitrice de FUS en rendant FUS cytoplasmique et en réduisant la synthèse des protéines. Mes résultats montrent que la protéine FUS aurait un rôle d’inhibiteur de la traduction quand celle-ci est cytoplasmique. Par conséquent, l’augmentation de la présence de FUS dans le cytoplasme dans la SLA entrainerait une inhibition de la traduction importante, à un niveau insuffisant pour soutenir l’activité synaptique. / Mutations in several genes have been linked to amyotrophic lateral sclerosis (ALS),particularly in the gene coding for the Fused in Sarcoma protein (FUS). Those mutations are found in the part encoding for the nuclear localization signal, making the protein abnormallyabundant in the cytoplasm. Combined with other observations, it suggests that a toxic gainof function of FUS in the cytoplasm would be the cause of the neurodegeneration. ALS is a neurodegenerative disease that affects motor neurons and causes progressive paralysis. The molecular mechanisms causing the disease are still unknown. One of the hypotheses is the disruption of local translation of mRNAs, which allows synapses to respond quickly and independently from the cell body. Insufficient local translation to support long-term synapticactivity would lead to synaptic loss and neurodegeneration. Thereby, the objective of mystudy is to determine the role of FUS in the regulation of mRNA translation by characterizing its interaction with translational components and evaluate its function in an ALS-linked condition. I have shown that FUS is associated with stalled polyribosomes, which suggests that it plays a role in regulating mRNA translation by interacting with the core of translation.There is also an increase in the presence of FUS in the cytoplasm and in its interaction with polyribosomes following inhibition of translation through mTOR, suggesting its role as anegative regulator. In addition, ALS-related mutations amplify FUS inhibitory function bymaking FUS cytoplasmic and reducing protein synthesis. My results show that the FUSprotein would have a role as a translation inhibitor when it is cytoplasmic. There fore, increasing the presence of FUS in the cytoplasm in ALS would result in significant translation inhibition, at a level insufficient to support synaptic activity.

La cellule a élaboré des mécanismes de surveillance afin d'assurer la fidélité de l'expression génique. Le nonsense-mediated mRNA decay (NMD) reconnaît et en général, dégrade rapidement les ARNm nonsens, qui contiennent des codons stop prématurés. Le NMD a longtemps été considéré comme un mécanisme de protection, permettant d'éviter la synthèse de protéines tronquées, potentiellement néfastes pour la cellule. Plus récemment, un nouveau rôle du NMD a émergé : il semble réguler l'expression génique, notamment lorsqu'il est couplé à l'épissage alternatif. D'autre part, bien que les mécanismes de reconnaissance et de dégradation des ARNm nonsens soient de mieux en mieux compris, une controverse subsiste quand à la localisation subcellulaire du NMD chez les mammifères. Ces deux aspects du NMD ont été abordés au cours de ma thèse dans le cas de l'étude du métabolisme des ARNm aberrants du gène de la fah, responsable de la tyrosinémie héréditaire de type I. Afin de mieux comprendre les bases moléculaires de la maladie, j'ai caractérisé les ARNm de la FAH contenant des mutations d'épissage (Q279R et V259L) ou nonsens (W262X) dans l'exon 9. Deux transcrits alternatifs du gène de la fah ont ainsi été mis en évidence pour ces trois mutations : del100 a éliminé l'exon 8 et del231 les exons 8 et 9. Del231 est fortement produit lorsque les mutations d'épissage Q279R et V259L sont présentes. L'étude des transcrits chez les patients avec ces deux mutations a permis de proposer un modèle d'épissage pour les exons 8 et 9. Une analyse plus poussée sur del100 et del231 a révélé que ceux-ci étaient en fait produits de façon minoritaire dans des cellules avec un gène normal de la fah, par épissage alternatif des exons 8 et 9. Del100, qui contient de nombreux PTCs suite à l'élimination de l'exon 8, est dégradé par NMD. Cependant, la quantité de transcrit restante semble suffisante pour la synthèse d'une protéine de 31-kDa, détectable dans plusieurs tissus humains. Ce premier transcrit alternatif de la fah est important à deux points de vue : premièrement, il semble illustrer le rôle possible du NMD couplé à l'épissage alternatif dans la régulation génique et deuxièmement, la protéine synthétisée pourrait être importante pour la tyrosinémie héréditaire de type I.

Le genre Leishmania regroupe des parasites protozoaires transmis par piqûre d’un insecte vecteur et qui sont responsables des leishmanioses. Le cycle de Leishmania alterne entre promastigotes dans l’appareil digestif de l’insecte et amastigotes dans les phagolysosomes des macrophages d’un hôte mammifère. Les delta-amastines sont une famille de protéines membranaires qui jouent potentiellement un rôle dans la virulence. L’expression exclusivement au stade intracellulaire de l’un de ces gènes est permise par une accumulation préférentielle de l’ARNm et la stimulation de la traduction, toutes deux chez les amastigotes. L’objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes permettant l’expression différentielle de l’ARNm de la delta-amastine. Ces organismes ont divergé rapidement des autres eucaryotes, ce qui engendre plusieurs différences fonctionnelles, dont notamment l’absence de régulation transcriptionnelle. Notre hypothèse est que la présence d’une région riche en uridines (URE) dans l’extrémité 3’ non traduite (3’UTR) du transcrit peut être impliquée dans la dégradation de l’ARNm. Nous démontrons que le URE est responsable d’une dégradation du transcrit au stade promastigote, par un phénomène indépendant de la déadénylation. Nous avons identifié une protéine à domaine Alba, LiAlba20, liant l’ARNm de la delta-amastine dans une région proche de l’URE. La suppression de cette protéine réduit l’accumulation du transcrit au stade amastigote. Ainsi, deux mécanismes complémentaires sont responsables de l’expression différentielle de ce transcrit. Le génome de Leishmania code pour une seconde protéine à domaine Alba, LiAlba13. Ces protéines interagissent ensemble, mais LiAlba13 n’affecte pas l’abondance de l’ARNm de la delta-amastine. Les protéines Alba ont une évolution exceptionnelle puisqu’elles stabilisent l’ADN chez les Archaea, et sont retrouvées dans les complexes RNase P/MRP chez les eucaryotes supérieurs. Nos résultats montrent qu’elles régulent l’expression de protéines spécifiques du stade amastigote, ce qui concorde avec les récents travaux chez d’autres parasites protozoaires. Ces protéines sont cytoplasmiques dans les deux stades de développement. Cependant, pendant la différenciation, elles s’accumulent dans le flagelle et le nucléole, respectivement décrits comme senseur et coordinateur de la réponse au stress. Nos travaux suggèrent donc l’implication du flagelle et du nucléole dans la coordination de la régulation de facteurs de virulence pendant la différenciation du parasite. / The Leishmania genus encompasses protozoan parasites which are transmitted through the bite of an insect vector and are responsible for leishmaniasis. The Leishmania life cycle alternates between promastigote forms within the gut of the insect vector and amastigotes which multiply in the phagolysosomal vacuoles of the mammalian host’s macrophages. Delta-amastins are part of a multigenic family of membrane proteins that potentially act in parasite virulence. One of the delta-amastin's exclusive expression in the intracellular stage is mediated by mRNA accumulation and translation stimulation, both taking place in the amastigote stage. The aim of this thesis is to characterize the mechanisms implicated in the differential expression of delta-amastin mRNA. Leishmania splits early in evolution from other eukaryotes and this split correlates with many functional differences, including the absence of transcriptional control of gene expression. Our hypothesis is that the presence of a uridine-rich element (URE) within the 3’ untranslated region (3’UTR) of the transcript might be implicated in an mRNA decay mechanism. We reveal that the URE is responsible for a fast mRNA decay only in the promastigote stage, performed by an unusual deadenylation-independent pathway. We next identified an Alba domain protein, LiAlba20, which binds to the delta-amastin mRNA in a region flanking the URE. Depletion of this protein leads to a reduced mRNA accumulation in the amastigote stage specifically. Therefore, we identified two complementary mechanisms taking part in the transcript’s differential expression. The Leishmania genome encodes a second Alba domain protein, LiAlba13. These proteins interact together, but LiAlba13 does not affect the delta-amastin mRNA level during the parasite life cycle. Alba domain proteins have a remarkable evolution, being involved in DNA stabilization in Archaea and subunits of the RNAses P/MRP complexes in higher eukaryotes. In addition, our data show that these proteins regulate stage-specific protein expression, which is in agreement with recent works in other protozoan parasites. Alba domain proteins are constitutively expressed in the cytoplasm of both parasite life cycle stages. Nevertheless, during the differentiation, those proteins accumulate in flagellar and nucleolus compartments, respectively described as sensor and stress response coordinators in higher eukaryotes. Our work suggests that the flagellum is implicated in the coordination of stage-specific transcript expression in response to stress in Leishmania.

Malgré la découverte du c-di-GMP en 1987, ce n’est que durant la dernière décennie que l’importance de ce messager secondaire dans la régulation des phénotypes bactériens a été exposée. Synthétisé par des diguanylate cyclases (DGC) et dégradé par des phosphodiestérases spécifiques (PDE), le c-di-GMP est prédit pour être un messager secondaire très répandu chez les bactéries et pratiquement exclusif à celles-ci. Le c-di-GMP est particulièrement reconnu pour son rôle dans la transition des bactéries motiles et planctoniques vers la formation de biofilm chez les bactéries à Gram négatif telles qu’Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Vibrio cholerae. De plus, le c-di-GMP est impliqué dans la régulation de l’expression de certains facteurs de virulence chez certaines bactéries. Ainsi, il est possible de révéler les mécanismes de régulation de certains phénotypes importants par l’étude de la signalisation à c-di-GMP dans une bactérie donnée. Clostridium difficile est une bactérie pathogène causant des diarrhées nosocomiales, des colites et pouvant causer des décès chez l’Homme. Les phénotypes impliqués dans la pathogenèse de C. difficile et leur régulation demeurent en grande partie méconnus. Le génome de C. difficile 630 était prédit être capable de coder pour 37 DGC et PDE putatives, un nombre en apparence élevé pour une bactérie à Gram positif. L’objectif global de mon doctorat était de déterminer si la signalisation à c-di-GMP était fonctionnelle chez C. difficile puis de déterminer le rôle du c-di-GMP chez cette bactérie. Dans un premier projet, mes travaux de doctorat ont permis de démontrer que la majorité des 37 DCG et PDE putatives chez C. difficile 630 sont fonctionnelles. Les 31 DCG et PDE les plus conservées dans les différentes souches de C. difficile ont été exprimées dans V. cholerae afin d’évaluer indirectement leur capacité de synthèse et de dégradation du c-di-GMP en mesurant leur impact sur motilité et la formation de biofilm de V. cholerae. La surexpression d’une DGC chez V. cholerae réduit la motilité par flagelle et augmente la formation de biofilm, alors que l’inverse est observé lors de la surexpression d’une PDE. De plus, l’activité d’une DCG, CD1420 (renommée DccA, CD630_14200), et une PDE, CD0757 (renommée CD630_07570) a été démontrée plus explicitement par des essais enzymatiques in vitro. Ainsi, ce projet a exposé l’important potentiel de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile, jusqu’alors étudiée presque exclusivement chez les bactéries à Gram négatif. Dans un deuxième projet, mes travaux de doctorat ont permis de démontrer le rôle des pili de type IV (T4P) dans l’agrégation de C. difficile et la régulation de leur expression par un riborégulateur à c-di-GMP. Les riborégulateurs sont des structures ARN situées dans la région 5’UTR des gènes capables de réguler l’expression des gènes en aval en fonction de la liaison d’un métabolite spécifique. Parmi les 16 riborégulateurs à c-di-GMP prédits dans le génome de C. difficile 630, le riborégulateur c-di-GMP-II Cdi2_4 est situé en amont du locus principal de synthèse de T4P. Mes travaux ont permis de montrer que l’augmentation de la concentration de c-di-GMP intracellulaire se traduit par une augmentation de l’expression des gènes de T4P, la formation de T4P à la surface des cellules et l’agrégation dépendante des T4P. De plus, le mécanisme de régulation du riborégulateur Cdi2_4 a été démontré in vitro. La liaison du c-di-GMP au riborégulateur Cdi2_4 prévient la formation d’un terminateur transcriptionnel et favorise ainsi la transcription des gènes de T4P en aval. Depuis la mise en évidence de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile dans la première partie de mon doctorat, un certain nombre de phénotypes régulés par c-di-GMP chez cette bactérie ont pu être déterminés ou prédits. Notamment, le c-di-GMP inhibe la transcription des gènes des flagelles en se liant au riborégulateur c-di-GMP-I Cd1 en amont et inhibe indirectement la production des toxines TcdA et TcdB. La démonstration de l’effet positif du c-di-GMP sur l’agrégation des cellules via les T4P, dans la deuxième partie de mon doctorat, contribue à notre compréhension de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile. Il apparait que le c-di-GMP inhibe la motilité et favorise la formation de structures pluricellulaires chez C. difficile à l’instar de plusieurs bactéries, néanmoins par des mécanismes de régulation distincts.

L'épissage alternatif des pré-ARN messagers est un mécanisme qui permet de générer une très grande diversité protéique chez les eucaryotes supérieurs. La sélection des sites d'épissage permet ainsi de produire certains isoformes protéiques plutôt que d'autres dans des conditions précises. Cette modulation implique généralement la participation d'une multitude de facteurs aux propriétés parfois synergiques et/ou antagonistes. Dans le cas du pré-ARN messager hnRNP A1, au moins trois éléments distincts renforcent l'exclusion de l'exon 7B. Par contre, l'élément intronique conservé de 38 nt (CE9) situé en aval de l'exon 7B permet la répression du site d'épissage 3', ce qui entraînerait l'inclusion de l'exon 7B. La portion 5' de l'élément CE9 est liée par la protéine SRp30c et cette interaction est importante pour permettre l'activité de CE9 in vitro. Afin de déterminer les composantes essentielles à l'activité de répression de SRp30c, des sites de liaison de haute affinité pour cette protéine ont été identifiés à l'aide de la procédure"SELEX". Les résultats obtenus indiquent que plusieurs sites de haute affinité reproduisent l'activité de l'élément CE9 complet dans un essai d'épissage où deux sites d'épissage 3' sont en compétition pour un seul site d'épissage 5'. De plus, les résultats suggèrent une contribution de la portion 3' de CE9, en plus de la partie 5', pour la liaison de la protéine SRp30c. En utilisant la séquence complète de CE9 pour effectuer une chromatographie d'affinité, la protéine hnRNP UPTB a été isolée et identifiée par spectrométrie de masse. Cependant, nous avons été surpris de constater que la protéine recombinante PTB agit comme activateur du site d'épissage 3' en diminuant l'activité de répression de CE9. Ces résultats suggèrent donc un nouveau rôle pour la protéine PTB, c'est-à-dire comme anti-répresseure de l'activité d'inhibition de SRp30c. PTB pourrait donc être un nouveau facteur capable de contrôler l'épissage alternatif du pré-ARN messager de hnfP A1.

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

Le remodelage osseux est un processus étroitement régulé. Il implique la résorption de l'os par les ostéoclastes et la formation d'un nouvel os minéralisé par les ostéoblastes. En plus de contribuer à la synthèse de la matrice organique, les ostéoblastes régulent la différenciation des ostéoclastes et le processus de résorption. Ainsi, ces deux processus doivent être en équilibre afin de maintenir la masse osseuse. Un déséquilibre des processus de formation et de résorption osseuse peut mener au développement de l'ostéoporose associée à une réduction de la masse osseuse, une fragilité du tissu osseux, ce qui se traduit par des risques élevés de fractures. Le calcium est un second messager intracellulaire impliqué dans plusieurs réactions métaboliques. Afin de lui permettre d'agir comme second messager, plusieurs types de canaux calciques promouvaient l'entrée du calcium dans les cellules. Entre autres, les canaux « transient receptor potential vanilloid » (TRP) de type 4 (TRPV4) sont de canaux ioniques de la famille des canaux TRP exprimés dans plusieurs types cellulaires différents. Toutefois, leur caractérisation dans les ostéoblastes n'a toujours pas été effectuée. Le but de cette étude était de caractériser le rôle des canaux TRPV4 dans la régulation des fonctions ostéoblastiques en utilisant les lignées cellulaires humaines (MG-63) et murines (MC3T3). L'expression génique des canaux TRPV4 a été confirmée par une transcription inverse suivie d'une amplification par polymérisation en chaîne (RT-PCR). Des mesures de calcium intracellulaire à l'aide de la sonde fluorescente Fluo-3 ont indiqué que le GSK1016790A (GSK, 1 et 10 nM), un activateur des canaux TRPV4, induit un influx de calcium. Cet influx a été bloqué par l'inhibiteurs sélectif des TRPV, le rouge de ruthénium (RRed), et par le RN 1734, un bloqueur sélectif des canaux TRPV4. L'étude des rôles des canaux TRPV4 sur les fonctions ostéoblastiques a révélé que l'activation de ces canaux par le GSK inhibe la migration des cellules MG-63. Cette inhibition de la migration a été renversée par le RRed et le RN 1734. De plus, l'activation des canaux TRPV4 par le GSK stimule la sécrétion d'interleukine 6 (IL-6) de manière dose-dépendante. Toutefois, le traitement avec le GSK n'a pas eu d'effet sur la différenciation des cellules MC3T3 évaluée par une coloration au rouge Alizarine de la minéralisation de la matrice et par un dosage de l'activité de la phosphatase alcaline. Ces résultats permettent de conclure que des canaux TRPV4 fonctionnels sont exprimés dans les lignées ostéoblastiques humaine MG-63 et murine MC3T3-E1. Lorsqu'activés, les canaux TRPV4 stimulent la sécrétion d'IL-6 et inhibent la migration des ostéoblastes. Les études portant sur l'implication des canaux TRPV4 dans la régulation des fonctions ostéoblastiques permettra de mieux cerner le rôle du calcium comme second messager au niveau cellulaire dans les ostéoblastes et fournira une meilleure compréhension des mécanismes de régulation de la formation osseuse et du remodelage. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : formation, os, maturation, ostéoporose, transport, ion

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l'uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d'étude. L'uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l'uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l'attaque des extrémités 3' des ARNm déadénylés par des activités 3'-5' exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3'. De manière intéressante, cette protection par l'uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l'uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5' en 3' de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d'une dégradation des ARNm en cours de traduction.

Zugl.: Bonn, Univ., Diss., 2005

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 193-217. Publié aussi en version électronique.