Le métapneumovirus humain (HMPV) est un virus responsable des infections aiguës des voies respiratoires chez l’enfant ainsi que chez l’adulte. Dans les populations à risque élevée, comme les jeunes enfants, les personnes âgées et les patients immuno-supprimés, le HMPV entraîne une morbidité et une mortalité importante. La pathogenèse de l'infection par le HMPV reste largement inconnue, mais des modèles animaux qui permettent l'étude de cette pathogenèse ont été développés. En effet, le modèle des souris BALB/c a déjà été développé dans le laboratoire du Dr Guy Boivin. Ce modèle murin nous a permis de démontrer que la protéine de fusion (F) contribue à la capacité réplicative du virus, mais qu’elle n’est pas la seule protéine responsable de la virulence de ce virus. De plus, nous avons démontré que le récepteur activé par les protéases (PAR1) contribue de manière significative à la pathogenèse du HMPV. Actuellement, aucun vaccin ou modalité thérapeutique spécifique contre le HMPV sont disponibles. Trois facteurs principaux ont entravé le développement d'un vaccin sûr et efficace contre le HMPV; 1) Le précédent d’une maladie accrue associée à l'utilisation de vaccins inactivées contre la rougeole et le virus respiratoire syncytial (HRSV) et la démonstration d’une maladie accrue suite à une vaccination avec le HMPV inactivé chez les animaux. 2) Le manque de protection à long terme induite par les vaccins contre le HMPV chez les animaux. 3) Notre compréhension limitée des contributions individuelles des protéines virales dans le développement de l'immunité contre le HMPV. En développant un vaccin sous-unitaire comprenant de la protéine F et la protéine de la matrice (M), nous avons démontré que la protéine M contribue de manière significative à la protection chez la souris immunisée. / Human metapneumovirus (HMPV) is an important etiological agent of acute respiratory tract infection in both children and adults. In high-risk populations, such as infants, elderly individuals and immunocompromised patients, HMPV causes significant morbidity and mortality. The pathogenesis of HMPV infection remains largely unknown, but animal models of HMPV infection have been developed that allow for the study of such pathogenesis. Indeed, the BALB/c mouse model of HMPV infection was previously developed in Dr Boivin’s laboratory. Using this murine model, we showed that the HMPV fusion (F) protein contributes to, but is not solely responsible for the replicative capacity and virulence of the virus and we demonstrated that the cellular protease-activated receptor-1 (PAR1) significantly contributes to HMPV pathogenesis. To date, no HMPV-specific vaccines or therapeutic modalities are available. Three major factors have haltered the development of a safe and effective HMPV vaccine; 1) the precedent of vaccine-enhanced disease associated with the use of HRSV and measles vaccines and the demonstration of vaccine-enhanced disease upon inactivated HMPV vaccination in animal models. 2) The lack of long-term protection induced by HMPV vaccines in animals. 3) Our limited understanding of the individual contributions of HMPV proteins to host immunity. By developing a subunit vaccine consisting of the HMPV F and matrix (M) protein, we demonstrate that the HMPV M protein significantly contributes to vaccine-induced protection in mice.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Pendant l'évolution des métazoaires, les mécanismes moléculaires qui contrôlent le remodelage de la morphologie des mitochondries sont changés. Ceci a permis le recrutement de cette organelle dans le développement, la signalisation du calcium, et l'apoptose. Une protéine centrale au remodelage des mitochondries est la protéase rhomboïde PARL (presenilin-associated rhomboid-like), mais ces mécanismes de régulation sont toujours inconnus. Dans cette étude, nous démontrons que la phosphorylation et le clivage d'un domaine N-terminal de PARL règlent la morphologie des mitochondries. Dans ce clivage, le domaine C-terminal de PARL joue un rôle structural essentiel. Nos résultats démontrent que la phosphorylation et le clivage de PARL ont un impact sur la dynamique des mitochondries, ce qui nous fournit un modèle pour étudier l'évolution moléculaire de la morphologie des mitochondries. / Remodeling of mitochondria is a dynamic process coordinated by fusion and fission of the inner and outer membranes of the organelle, mediated by a set of conserved proteins. In metazoans, the molecular mechanism behind mitochondrial morphology has been recruited to govern novel functions, such as development, calcium signalling, and apoptosis, which suggests that novel mechanisms should exist to regulate the conserved membrane fusion/fission machinery. Here we show that phosphorylation and cleavage of the vertebrate-specific Pbeta domain of the mammalian presenilin-associated rhomboidlike (PARL) protease can influence mitochondrial morphology. Phosphorylation of three residues embedded in this domain, Ser-65, Thr-69, and Ser-70, impairs a cleavage at position Ser(77)-Ala(78) that is required to initiate PARL-induced mitochondrial fragmentation. Our findings reveal that PARL phosphorylation and cleavage impact mitochondrial dynamics, providing a blueprint to study the molecular evolution of mitochondrial morphology.

La maladie de Parkinson est caractérisée par une dégénérescence des cellules dopaminergiques, laquelle est soupçonnée d'être, en partie, l'aboutissement de phénomènes d'oxydation. Des traitements véhiculés par des anti-oxydants pourraient donc avoir des effets neuroprotecteurs sur cette population neuronale. Nous avons exploré cette hypothèse par l'intermédiaire de la cystamine - un anti-oxydant aux propriétés neuroprotectrices chez un modèle animal de la maladie de Huntington - chez des souris parkinsoniennes générées par la toxine l-méthyl-4-phényl-l,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP), une molécule qui reproduit la plupart des symptômes parkinsonniens. Nous avons ici soumis des souris âgées de 16 mois à un traitement de 10 ou 50 mg/kg/jour de cystamine commençant 2 jours avant (pré-traitement) ou pendant (traitement) les injections de MPTP et se poursuivant durant 14 jours. Les résultats obtenus ont démontré que le pré-traitement d'une faible dose de cystamine (10 mg/kg) permet de protéger, de façon significative, le système dopaminergique. Ces travaux suggèrent que la cystamine possède des propriétés neuroprotectrices chez un modèle animal de la maladie de Parkinson.

Le trouble de l'hyperphagie boulimique (THB) est un trouble de l'alimentation défini de manière autonome dans la 5e édition du Manuel diagnostique et statistique des troubles mentaux (DSM-5) en mai 2013. Le THB est caractérisé par des épisodes d'ingestion d'une quantité anormalement élevée de nourriture dans une courte période de temps sans comportements compensatoires tels que des vomissements auto-induits. La prévalence du THB a augmenté très rapidement en raison de la grande disponibilité d'aliments riches en calories et du stress croissant dans la vie moderne. Malheureusement, l'étiologie du THB est encore mal comprise et les traitements cliniques actuels du THB sont principalement limités à la thérapie cognitive comportementale, dont le pronostic est également assez limité. Afin d'étudier le THB, notre laboratoire a précédemment développé un modèle de THB chez le rat en utilisant une combinaison de stress causé par des chocs électriques aux pattes et d'un accès intermittent d'une heure à une solution de sucrose à 10%. Dans notre modèle de rat THB, les rats sujets à la frénésie alimentaire (BEP; de l'anglais binge-eating prone) ont consommé plus de sucrose que les rats résistants à la frénésie alimentaire (BER, de l'anglais binge-eating resistant) à la fois dans des conditions normales et ces rats ont augmenté davantage leur consommation après avoir vécu le stress. Nous avons également observé une alimentation compulsive dans les rats BEP avec notre test modifié de boîte claire / sombre. Une alimentation compulsive est la caractéristique la plus obstinée du THB. Mon projet de thèse se concentre sur l'observation de l'alimentation compulsive dans le modèle de THB chez le rat avec un test concurrentiel, dans lequel les comportements d'alimentation et d'immobilité ont été surveillés en présence d'un stimulus auditif conditionné de manière aversive. Les rats BEP ont montré une consommation persistante élevée de sucrose et ont montré une réponse inhibée à la peur induite en situation stressante en comparaison aux rats BER, indiquant respectivement un déficit de dévaluation de l'appétence et une réponse anxiolytique plus forte au sucrose. Après l'observation de l'alimentation compulsive dans nos rats BEP, nous avons analysé les activités cérébrales de ces rats avec l'hybridation in situ de l'ARNm c-fos. Nous avons trouvé que, dans les rats BEP, le sucrose réduisait l'activité c-fos du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, tout en augmentant l'activité dans la zone hypothalamique latérale face au stimulus conditionné aversif. La résistance à la dévaluation de l'appétence de la nourriture pourrait être le résultat d'un recrutement atténué de la réponse iii du cortex préfrontal médian et d'une réponse persistante du noyau accumbens à la consommation de sucrose. Ces résultats suggèrent que le système de récompense a pris le dessus sur les systèmes homéostatiques et répondant au stress. Étonnamment, l'apport de sucrose sous la peur conditionnée n'a pas inhibé l'activité de l'amygdale centrale, mais l'a plutôt activée à la place. Cette étude a exploré le mécanisme de l'alimentation compulsive dans un modèle de THB et a fourni certaines cibles cérébrales, telles que le noyau accumbens, pour de futures recherches thérapeutiques / The binge eating disorder (BED) is an eating disorder that was defined in the 5th edition of Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) in May 2013. The BED is characterized by episodes of ingestion of abnormally large amounts of food in a short period of time without compensative behaviors such as self-induced vomiting. The prevalence of the BED is on the rise due to the availability of high-calorie food and the stressors of modern life. Unfortunately, the etiology of the BED is still poorly understood, and current clinical treatments of the BED are mostly limited to cognitive behavioral therapy, of which the prognosis is also quite limited. In order to study the BED, our lab previously developed a rat model of the BED with combination of foot-shock stress and intermittent 1 h access to a 10% sucrose solution. In our BED rat model, the binge-like eating prone rats (BEPs) consumed more sucrose than the binge-like eating resistant rats (BERs) in normal conditions and consumed more sucrose in response to stress. We also observed compulsive eating in the BEPs with our modified light/dark box test. Compulsive eating is the most obstinate feature of the BED. My PhD project focuses on the observation of compulsive eating in the BED rat model with a conflicting test, in which the feeding and freezing behaviors were monitored in the presence of an aversively conditioned auditory stimulus. The BEPs showed persistently high sucrose intake and inhibited fear response under stress when comparted with BERs, respectively indicating a deficiency in palatability devaluation and stronger anxiolytic response to sucrose. After the observation of compulsive eating in the BEPs, we further analyzed the brain activities of the BEPs and BERs by analyzing the expression of c-fos mRNA using in situ hybridization. In the BEPs, we found that sucrose reduced c-fos expression in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) in response to an aversively conditioned stimulus (CS), but enhanced activities in the lateral hypothalamic area (LHA) in response to the CS. The resistance to devaluating the palatable food could be a result of attenuated recruitment of the medial prefrontal cortex (mPFC) and persistent nucleus accumbens (Acb) response to the sucrose intake. These findings suggest that the rewarding system overrode the homeostatic and the stress-responding systems. Surprisingly, the sucrose intake under fear conditions did not inhibit the activity of the central amygdala, but further activated it instead. Current study explored the mechanism of compulsive eating in the BED, and suggests that the mPFC and Acb should be examined for further therapeutic.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les troubles alimentaires sont sérieux et peuvent mettre la vie de ceux qui en souffrent en danger. Une activité anormale de Taxe hypothalamo-hypophyso-surrénalien et une dysfonction de l'hypothalamus sont d'ailleurs associées aux troubles alimentaires. En outre, les récents rapports cliniques soulignent le rôle du thalamus dans les troubles alimentaires puisqu'une lésion du thalamus dorsal, particulièrement le noyau paraventriculaire thalamique (PVT), affecte sévèrement la sensibilité des patients au stress de même que leur alimentation. Les projections réciproques du PVT à l'hypothalamus, au système limbique et au cortex préfrontal suggèrent que cette région est en bonne position pour moduler le comportement alimentaire et l'activité de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien. Ce projet visait à étudier la localisation de l'oscillateur entraîné par la prise alimentaire (FEO) en caractérisant la dynamique de l'activation neuronale dans le cerveau des rats pendant l'anticipation alimentaire et suite à la prise alimentaire et d'étudier la régulation de l'activité de l'axe HPA en fonction de la condition alimentaire. Les résultats obtenus suggèrent que le FEO pourrait être représenté par un réseau neuronal distribué, le circuit septohippocampal-thalamo-hypothalamique. Les subdivisions du PVT et de plusieurs noyaux hypothalamiques ont d'ailleurs des rôles différents en fonction de la condition alimentaire. De plus, les résultats obtenus démontrent que la dynamique de l'activation neuronale de l'anticipation alimentaire est différente de celle de la prise alimentaire. Finalement, les résultats ont montré que l'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien au niveau périphérique n'est pas accompagnée de l'activation des neurones à corticolibérine. Ce projet a permis d'acquérir des connaissances détaillées sur la neuroanatomie et la neurophysiologie du thalamus et de l'hypothalamus impliqués dans la régulation de la prise alimentaire. En outre, ce projet a aidé à mieux comprendre les mécanismes centraux liés à l'augmentation de la prise alimentaire et à l'obésité, la pathologie considérée actuellement par l'Organisation Mondiale de la Santé comme une maladie de dimension pandémique.

Le sommeil à ondes lentes est composé d’une alternance entre un état actif et un état silencieux dans le système thalamocortical. Les mécanismes produisant l’état actif et l’état silencieux sont inconnus. Afin d’étudier l’origine des états actifs, nous avons procédé à l’enregistrement intracellulaire simultané de 2 à 4 neurones dans un environnement local (< 200μm) et dans un environnement distant (jusqu’à 12mm). Aussi, nous avons procédé à l’enregistrement simultané de potentiels de champ locaux (jusqu’à 16). Ces expériences ont été menées chez le chat anesthésié et chez le chat non-anesthésié. Nous avons trouvé que les cellules à bouffées de potentiels d’action ainsi que les cellules situées profondément ont tendance à être les premières à entrer dans l’état actif. Aussi, nous avons observé une grande variabilité dans les délais d’activation des cellules et ce, qu’elles soient situées près l’une de l’autre ou qu’elles soient distantes. De plus, nous avons observé que le déclenchement de l’état silencieux était beaucoup plus synchrone que le déclenchement de l’état actif. / The slow-wave sleep is composed of an alternating period of active and silence state in the thalamocortical system. The mechanisms producing the active and silence state are unknown. In order to investigate the origin of active states, we performed simultaneous intracellular recording of 2 to 4 closely located (< 200μm) neurons and in a distant environment (up to 12mm). In addition, we performed simultaneous local field potentials (up to 16) recordings. These experiments were conducted on anesthetized and nonanesthetized cats. We found that Intrinsically-Bursting cells and deeply located cells have tendency to lead in the onset of the active state. We also observed a high, but similar, variability in the activation delay for closely located cells as well as for distantly located cells. In addition, we observed that the onset of silent state is much more synchronous than the onset of active state.

L'invasion des voies respiratoires par Streptococcus pneumoniae engendre une réponse immunitaire complexe. Les événements microbiologiques et inflammatoires qui caractérisent le développement d'une pneumonie à pneumocoque chez la souris ont été évalués par plusieurs groupes de recherche. Or, il existe encore des lacunes dans la compréhension de l'orchestration de la défense de l'hôte contre le pneumocoque, au niveau de l'immunité innée et acquise. Le but de ce projet était d'étudier l'effet de l'immunité acquise développée après une primo-infection sur l'efficacité de la réponse immune précoce et tardive après une ré-infection. Nous avons démontré que la réponse immunitaire induite après la ré-infection était plus efficace et plus rapide et ce, en dépit d'une diminution du recrutement des neutrophilcs aux poumons et de production de chimiokines. Un recrutement plus important de cellules T CD4+ aux poumons et une augmentation de production d'IgG anti-pneumococcique semble avoir contribué à l'amélioration de la réponse immune.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La barrière hématoencéphalique (BHE) est une barrière biologique qui protège le cerveau de molécules potentiellement toxiques pour le SNC. Plusieurs études laissent penser que des modifications de la BHE ont lieu au cours de la maladie d’Alzheimer (MA). Ainsi, la BHE demeure un grand défi dans le développement de médicaments pour les maladies cérébrales. Cependant, des systèmes de transport biologique au niveau de la BHE pourraient être ciblés par des anticorps afin d’améliorer la disponibilité cérébrale de différents médicaments. Notre objectif était d’évaluer la BHE dans la MA et de quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps monoclonal ciblant le récepteur de la transferrine (RTf). Dans la première partie du projet, nous avons évalué la BHE chez deux modèles de souris de la MA, des souris doubles (APP/PS1) et triples (3xTg-AD) transgéniques. Une diminution du volume vasculaire a été observée dans l’hippocampe des souris 3xTg-AD âgées de 6 à 18 mois par rapport aux souris témoins. Ces souris ont démontré une diminution du transport cérébral du glucose et de l'expression de GLUT1 à l’âge de 18 mois. En revanche, aucune différence n’a été observée chez les souris APP/PS1. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié l’effet de l’allèle ε4 de l’apolipoprotéine E, un facteur de risque génétique majeur de la MA, sur la BHE. Les souris APOE4 ont démontré une réduction de la vascularisation cérébrale et du transport cérébral du glucose de manière dépendante de l’âge. De plus, une réduction de l’épaisseur de la lame basale, une augmentation de l’expression de RAGE et une diminution du passage cérébral du DHA ont été observées chez les souris APOE4 par rapport aux souris APOE2 et APOE3. Finalement, nous avons développé la technique de la perfusion cérébrale in situ pour quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps fluorescent (Ri7) ciblant le RTf. Ainsi, nous avons confirmé l’accumulation cérébrale de Ri7 au niveau des cellules endothéliales en utilisant un mécanisme saturable et sans affecter l’intégrité physique de la BHE. Cet anticorps pourrait donc être utilisé pour modifier l’expression capillaire de différents récepteurs/transporteurs, ce qui pourrait être efficace dans le traitement de la MA. / The blood-brain barrier (BBB) is a biological barrier which protects the brain from potential toxic molecules. Several studies suggest that changes in the BBB occur in Alzheimer's disease (AD). On the other hand, the BBB is a major challenge in the development of drugs for cerebral diseases. However, biological transport systems at the BBB, such as the transferrin receptor (TfR), could be targeted with monoclonal antibodies to develop the technology of Trojan horse and improve the brain availability of different drugs. The aim of my PhD project was to assess the BBB in AD and quantify the brain uptake of a monoclonal antibody targeting the TfR. In the first part of the project, we evaluated the BBB in two mouse models of AD, doubles (APP / PS1) and triple (3xTg-AD) transgenic mice. A reduction of the vascular volume was observed in the hippocampus of 3xTg-AD mice aged 6-18 months compared to control mice. These mice showed a decrease in glucose cerebral transport and expression of GLUT1 at the age of 18 months. However, no difference was observed in APP/PS1 mice. In the second part of the project, we studied the effect of the ε4 allele of apolipoprotein E, a major genetic risk factor of AD, on the BBB. The APOE4 mice showed a reduction of the cerebral vascularization and glucose cerebral transport in age dependent manner. Moreover, a reduction in the thickness of the basement membrane, an increase in the expression of RAGE and a decrease in cerebral passage of DHA were observed in APOE4 mice compared to APOE2 and APOE3 mice. Finally, we developed the in situ brain perfusion technique to quantify the brain uptake of a fluorescent antibody (RI7) targeting the TfR. In this section, we confirmed the cerebral accumulation of RI7 in the endothelial cells. This accumulation was made without affecting the physical integrity of the BBB and using a saturable mechanism. Hence, this antibody could be used to modify the expression of various receptors/transporters in the cerebral capillary, which may be effective in the treatment of neurodegenerative diseases such as AD.

Le facteur de transcription Nurrl est un récepteur nucléaire orphelin hautement impliqué dans le développement du système dopaminergique. Son expression persistante à l'âge adulte soulève toutefois de nombreuses questions quant à son rôle exact dans le cerveau mature. L'objectif de cette étude était d'évaluer les effets d'une diminution partielle du facteur de transcription Nurrl sur la transmission dopaminergique chez des souris adultes. Nous avons d'abord observé qu'une réduction partielle de Nurrl n'influence pas le comportement locomoteur des souris en conditions basales. Par contre, l'administration aiguë d'amphétamine chez les souris Nurrl (+/-) induit une brève augmentation de l'activité locomotrice précédant l'apparition marquée de mouvements verticaux et stéréotypés. La modulation de différents marqueurs tels que Nurrl, Nur77, Nor-1 et l'ENK fut également étudiée. De façon générale, nos résultats démontrent des modifications plus ou moins importantes de l'expression de ce neuropeptide et de ces récepteurs nucléaires en présence ou non du psychostimulant. Enfin, l'ensemble de ces résultats suggèrent qu'une réduction partielle de Nurrl induit des changements importants dans la transmission dopaminergique

L'interférence à l'ARN ou RNAi est un mécanisme d'extinction de l'expression des gènes nécessitant des molécules d'ARN double-brin. Dans le cytoplasme, une machinerie enzymatique les prend en charge afin de produire de courts ARNs simple-brin de 21 nucleotides (siARN) qui vont s'associer avec une protéine Argonaute pour former le complexe effecteur appelé le complexe RISC. Ce complexe cible un ARNm par complémentarité de bases et induit sa dégradation de façon séquence spécifique. Malgré son utilisation fréquente dans les laboratoires de recherche et son fort potentiel comme agent thérapeutique, le mécanisme moléculaire par lequel le RNAi s'opère reste encore peu compris. En utilisant le nematode Caenorhabditis elegans comme modèle animal, mon projet de recherche avait pour but de mieux comprendre le fonctionnement du RNAi en déterminant : 1) la cinétique de dégradation d'un ARNm ciblé par la voie du RNAi et; 2) les caractéristiques moléculaires de l'ARN double-brin qui sont nécessaires à l'induction et au maintien du RNAi chez l'animal. Les résultats que j'ai obtenus indiquent que le clivage spécifique de l'ARNm dans la région complémentaire au siARN mène à la stabilisation d'une partie de l'ARNm ciblé suggérant que cette stabilisation serait importante pour obtenir une réponse RNAi efficace chez le nematode. De plus, mes études ont démontré que le nombre siARN, généré par la molécule d'ARN double-brin, affecte la dégradation de l'ARNm, le maintien et la transmission du RNAi chez l'animal. En résumé, mes études ont permis de mieux caractériser l'atténuation génique médiée par le RNAi chez l'animal et la mise en évidence des paramètres moléculaires importants dans la voie du RNAi. Ces observations permettront la création d'une nouvelle génération d'approches thérapeutiques utilisant le plein potentiel du RNAi comme régulateur d'expression génique.