Les arguments en faveur d’un rôle important de l'architecture des chromosomes en interphase pour la régulation des gènes et la maintenance du génome s’accumulent rapidement. Au cours de l'interphase, les chromosomes sont positionnés de façon non aléatoire l’un par rapport à l'autre et fournissent ainsi des points de repère nucléaires. Deux types d'interactions contribuent probablement à ce positionnement non aléatoire: (i) des domaines subchromosomiques interagissent avec des structures nucléaires telles l'enveloppe nucléaire (EN) et (ii) des interactions intrachromosomiques s’établissent entre des loci situés de façon linéairement distante en cis sur un même chromosome. Contribuant à l’expansion de ce domaine de recherche, nous avons poursuivi le développement d’une technique préalablement établie au laboratoire pour détecter des interactions protéine-protéine. Le développement de cette technique nouvelle a constitué une part de ce travail de thèse accompli sur des cellules humaines. Elle se base sur le marquage par la biotine de composants de la chromatine qui en interphase se trouvent à proximité immédiate de l’EN. Les cellules ont été traitées pour exprimer (i) la biotine ligase BirA fusionnée à l’émerine, une protéine de l’EN, conjointement avec (ii) une variante d’histone, l’histone macroH2A, en fusion avec un peptide accepteur de biotine. L'étiquette biotine déposée sur l’histone macroH2A pendant l'interphase est ensuite détectée par microscopie à fluorescence sur des cellules en mitose étalées sur lames. Les chromosomes mitotiques marqués peuvent en outre être caractérisés par des techniques plus classiques de caryotypage. Nous avons nommé cette technique «topokaryotypage» car elle peut fournir des informations d’ordre à la fois topologique et caryotypique. Son développement pas à pas a nécessité la production d'une lignée cellulaire ad hoc et une optimisation fine du protocole. Ce travail de thèse peut déboucher sur des questions biologiques explorées sur cellules uniques. A titre d’application, une analyse comparative a été réalisée par topokaryotypage sur des cellules cultivées in vitro dans diverses conditions de stress expérimentales. L’utilisation du topocaryotypage pourrait fournir des informations précieuses sur les mécanismes à la base de l’organisation et de la dynamtique des noyaux cellulaires. / Evidence is rapidly accumulating that the architecture of interphase chromosomes is important for both gene regulation and genome maintenance. During interphase, chromosomes are nonrandomly positioned with respect to each other and thus they provide nuclear landmarks. Two kinds of interactions are likely to contribute to this nonrandom positioning: (i) subchromosomal domains interact with nuclear structures such as the nuclear envelope (NE) and ii) intrachromosomal interactions take place between linearly distant loci positioned in cis on the same chromosome. As a contribution to this expanding research domain, we have built upon an existing approach previously established in the laboratory to detect protein-protein interactions. The new technique was developed in human cells as part of the present PhD research. It is based on biotin labelling of chromatin components which are in close proximity with the nuclear envelope (NE) in interphase cells. Cells were made to express (i) the biotin ligase BirA fused to the NE protein emerin together with (ii) a fusion between a biotin acceptor peptide and macroH2A, a variant core histone. The biotin label deposited on the macroH2A histone during interphase is then detected by fluorescence microscopy on mitotic cells spread on slides. The biotin-labelled mitotic chromosomes can be further characterized using more classical karyotyping techniques. We refer to this new technique as “Topokaryotyping” since it can provide both topological and karyotypic information. Its step-by-step development has required the establishment of an ad hoc cell line and a fine protocol optimization. This PhD work could pave the way for biological questions explored at a single cell level. As an illustration, a comparative topokaryotyping analysis was performed on cells cultivated in vitro in various experimental stress conditions. It is envisioned that using this technique can provide valuable mechanistic insights relevant to the organization and dynamics of cell nuclei.

Il existe dans le cerveau un regroupement de structures sous-corticales que l’on nomme ganglions de la base (GB) et qui contrôle de nombreuses fonctionnalités psychomotrices. L’apparition de débalancements neurochimiques dans l’une de ces structures est suffisante pour induire des phénotypes pathologiques extrêmement déstabilisants. L’un des syndromes les plus fréquemment rencontrés est la maladie de Parkinson (MP), une affection des GB dont la principale déterminante neuropathophysiologique implique principalement les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire pars compacta (SNc). La dégénérescence marquée de ces neurones ne peut pourtant pas, à elle seule, expliquer l’ensemble des symptômes dont font montre les patients. L’usage thérapeutique du précurseur de la DA, la L-dopa, ne se montre pas infaillible face aux troubles posturaux caractéristiques de la MP. Récemment, des études anatomiques et électrophysiologiques suggèrent que l’acétylcholine (ACh) pourrait jouer un rôle déterminant dans ce désordre neurologique. Ces travaux mettent l’emphase sur la dégénérescence des neurones ACh du noyau pédonculopontin, une structure du tronc cérébral dont les axones ascendants s’arborisent massivement dans le thalamus, mais aussi dans le noyau sous-thalamique (NST), une composante-clé des GB fortement dérégulée dans la MP. Ces données nous ont orientés vers l’étude de l’innervation ACh du NST en conditions normale et pathologique dans le tissu humain post-mortem. Nous avons eu recours à l’immunohistochimie et à la stéréologie pour obtenir des estimations non-biaisées du nombre de varicosités axonales ACh dans la région d’intérêt. Les résultats obtenus mettent en évidence, et ce pour la première fois, une baisse significative de la neurotransmission ACh dans le NST des sujets MP, une diminution important affectant tous les secteurs du NST. Ces résultats soulignent l’importance de tenir compte de l’impact fonctionnel de l’innervation ACh dans le NST et considérer son implication possible dans les dérèglements de l’activité neuronale du NST qui survient dans la MP. / The basal ganglia (BG) – a set of subcortical structures lying at the basis of the cerebral hemispheres – are known to play a crucial role in the control of psychomotor functions. A single neurochemical imbalance in one of the components of the BG can induce severe motor disabilities that range from hyperkinesia to hypokinesia. One of the most frequently encountered syndromes associated with BG malfunction is Parkinson’s disease (PD). The pathological hallmark of PD, clinically characterized by tremor, bradykinesia and rigidity, is the death of the dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc). However, the marked reduction of the DA neurons does not, by itself, explain the entire symptomatic spectrum experienced by the patients. In fact, the main pharmacological treatment of PD, which is based on the administration of L-dopa, the metabolic precursor of DA, to restore the endogenous DA store, does not alleviate all symptoms of this neurodegenerative disease, postural instabilities being particularly resistant to L-dopa therapy. Recently, numerous anatomical and electrophysiological studies have revealed that acetylcholine (ACh) might also be involved in the pathogenesis of this neurodegenerative disorder. Of particular significance was the report of a loss of the ACh neurons contained in the peduculopontine nucleus, an upper brainstem nucleus that projects massively to the thalamus, but also to the subthalamic nucleus (STN), a key component of the BG that is markedly dysregulated in PD. These findings led us to analyze post-mortem brain tissue collected from normal individuals and PD patients in order to determine quantitatively the strength of the ACh innervation in the STN in normal and pathological conditions. Unbiased estimations of the number of ACh axonal varicosities in the different sectors of the STN were gathered by applying stereological methods to material immunostained for an ACh marker. Our results have provided a first direct evidence for a significant reduction of the ACh neurotransmission in the STN of parkinsonian patients, a decrease that is evident in all regions of the STN. These findings suggest that the ACh input plays an important role in the normal functioning of the STN and that it might even be involved in the induction of the abnormal neuronal activity that characterizes this nucleus in PD.

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

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Nous avons investigué le rôle exact du BSTdm dans la gestion des réponses physiologiques et comportementales qui surviennent en condition d'équilibre et lors d'un déficit en ions sodium. Nous avons aussi évalué l'influence qu'aurait le BSTdm au niveau de la circuiterie neuronale impliquée dans l'homéostasie hydrominérale. Nos résultats démontrent que les mesures de la consommation d'eau et de sel en condition de repletion sodique ont respectivement augmenté et diminué suite à la lésion du BSTdm. De plus, la partie coquille du noyau accumbens s'est révélée avoir un indice d'activation cellulaire deux fois plus élevé chez les rats ayant une lésion du BSTdm. Ainsi, nos résultats suggèrent que suite à l'intégration des messages en provenance des structures impliquées dans l'osmorégulation et la détection, le BSTdm désinhibe les structures impliquées dans le comportement motivé afin de favoriser la consommation de sel dans la période de repletion sodique.

De nombreux patients parkinsoniens souffrent de troubles du sommeil, et à un stade avancé de troubles de la marche dopa-résistants. Des résultats expérimentaux et cliniques orientent vers un dysfonctionnement de la région locomotrice mésencéphalique (MLR) formée des noyaux pédonculopontin (PPN) et cunéiforme (CuN). La stimulation cérébrale profonde du PPN chez les patients parkinsoniens ayant des troubles de la marche modifiant aussi l'architecture du sommeil, un dysfonctionnement de ce noyau pourrait expliquer en partie ces symptômes. Afin d'étudier l'anatomie et le rôle du PPN et du CuN à l'état normal et à l'état parkinsonien, ce projet a associé une étude comportementale et anatomique de la MLR. Axe comportemental. Nous avons analysé les troubles du sommeil dans un modèle primate de maladie de Parkinson avancée, puis l'effet du traitement dopaminergique et de la mélatonine, et d'une lésion cholinergique du PPN surajoutée. Les troubles du sommeil sont similaires à ceux observés chez les patients, et améliorés par la L-dopa et la mélatonine. La lésion du PPN aggrave les troubles du sommeil en aigu, puis améliore la qualité du sommeil à distance. Axe anatomique. Nous avons défini l'hodologie du PPN et du CuN chez le singe et l'homme en fonction des trois territoires anatomo-fonctionnels des ganglions de la base. Le PPN intègre des informations très diverses (sensori-motrices, associatives et limbiques), le CuN est impliqué dans un réseau limbique. L'innervation cholinergique du PPN sur le NST a été caractérisée en microscopie optique et électronique chez le singe et l'homme, afin de préciser leur implication dans les effets cliniques de la stimulation du NST. / Parkinsonian patients suffer from disabling sleep disorders, and at an advanced stage gait disorders become resistant to dopaminergic treatment. Evidence from experimental and clinical studies consider the implication of the mesencephalic locomotor region (MLR), associating the pedunculopontine (PPN) and the cuneiform nuclei (CuN). Deep brain stimulation in this regionto treat doparesistant gait disorders in parkinsonian patients, was shown to improve sleep parameters. Dysfunction of this network could explain part of the pathophysiology of these symptoms. In order to have an anatomo-functional study of the PPN and the CuN at normal and parkinsonian state, this project has associated a behavioral axis in monkeys and an anatomic axis in monkeys and humans. Behavioral study. Sleep disorders have been analyzed in an advanced Parkinson disease primate model. These symptoms were improved with dopaminergic treatment and melatonin.After a cholinergic PPN lesion, there was an acute worsening of the symptoms, which improved three weeks after. Anatomic study. We analyzed the connections between the PPN and the CuN relating to the three anatomo-functional territories of the basal ganglia in monkeys and humans. The PPN integrated information from the three territories (sensori-motor, associative and limbic), compared to the CuN which connected to limbic territories. We then studied the subthalamic cholinergic innervation from the PPN at optic and ultra-structural level in monkeys and humans, comparing it with the dopaminergic innervation. Our results showed a homogeneous cholinergic innervation of the subthalamic nucleus (STN) compared to the heterogeneous dopaminergic innervation.

Depuis leur découverte au milieu des années quatre-vingt, les noyaux à halo n'ont cessé d'intriguer et de fasciner. Cette découverte a été rendue possible par le développement de faisceaux d'ions radioactifs au cours des années septante. Cette performance a ouvert le champ de l'exploration des propriétés des noyaux atomiques aux frontières de la stabilité. Les noyaux à halo présentent une taille beaucoup plus grande que prévue par l'hypothèse communément adoptée du noyau sphérique et seraient constitués d'un coeur, qui a les propriétés d'un noyau normal, auquel un ou deux neutrons qui forment le halo seraient faiblement liés. Cette propriété bouleverse complètement l'image traditionnelle du noyau atomique, celle d'un mélange quasiment homogène de protons et de neutrons. Les noyaux à halo ont tendance à facilement se dissocier lorsqu'ils entrent en collision avec un noyau cible. Leurs réactions de dissociation constituent donc un formidable outil expérimental pour étudier leurs propriétés. Cependant l'analyse de telles réactions nécessite une description précise du processus de collision. A cette fin, nous avons développé un nouveau modèle de réaction: l'approximation eikonale dynamique. Il s'agit d'une méthode purement quantique qui combine les avantages des approximations eikonale traditionnelle et semi-classique. Elle prend en compte aussi bien les effets dynamiques du mouvement interne du projectile que les interférences quantiques entre les trajectoires. Elle conduit à la résolution d'une équation de Schrödinger approchée similaire à celle de l'approximation semi-classique avec trajectoires rectilignes. Nous appliquons l'approximation eikonale dynamique à l'étude de réactions impliquant trois noyaux à halo différents : le $^{11}$Be, le $^{19}$C et le $^{8}$B. Pour les trois systèmes étudiés, nous confrontons nos résultats théoriques avec les données expérimentales disponibles. Nous constatons un très bon accord tant sur l'allure que sur l'ordre de grandeur des différentes sections efficaces. Ceci est valable aussi bien pour les collisions sur cible lourde que sur cible légère. Les motifs d'interférence présents dans les distributions angulaires sont également bien reproduits par notre modèle, y compris pour la diffusion élastique. Nous analysons la section efficace de dissociation expérimentale du $^{19}$C dans le but de déterminer la présence d'une résonance dans le spectre continu de ce noyau. Nous constatons que plusieurs options restent plausibles et que d'autres mesures sont nécessaires (sur cible légère, par exemple) pour confirmer nos hypothèses. La dissociation coulombienne du $^{8}$B fait l'objet de nombreuses études expérimentales dans le but d'obtenir des informations sur la réaction inverse qu'est la capture radiative $^{7}$Be(p,$gamma$)$^{8}$B. En analysant cinq expériences pour lesquelles différentes observables ont été mesurées, nous examinons la validité des hypothèses qui permettent de faire un lien direct entre dissociation et capture radiative. Nous observons que l'extraction d'informations sur la capture radiative à partir de données de dissociation semble plus compliqué qu'initiallement prévu. Cependant les différentes mesures permettent de valider un modèle de structure du $^{8}$B qui peut servir au calcul de la section efficace de capture radiative. L'approximation eikonale dynamique constitue donc un outil performant qui permet d'analyser toutes les observables liées à la dissociation élastique d'un noyau à halo sur une cible lourde ou légère à des énergies incidentes de quelques dizaines de MeV par nucléon.

Les graphes sont des modèles de représentation qui permettent de modéliser un grand nombre de type de documents. Dans cette thèse, nous nous intéressons à leur utilisation pour la recherche dans des bases de données multimédia.Nous commençons par présenter la théorie autour des graphes ainsi qu'un aperçu des méthodes qui ont été proposées pour leur mise en correspondance.Puis, nous nous intéressons plus particulièrement à leur utilisation pour la reconnaissance des formes et l'indexation multimédia.Dans le but de répondre de la manière la plus générique possible aux différents problèmes de recherche, nous proposons de travailler dans le cadre des fonctions noyaux.Ce cadre permet de séparer les problèmes liées à la nature des documents de ceux apportés par les différents types de recherche. Ainsi, toute notre énergie est consacrée à la conception de fonctions de mise en correspondance,mais en gardant à l'esprit qu'elles doivent respecter un certain nombre de propriétés mathématiques. Dans ce cadre, nous proposons de nouvelles solutions qui permettent de mieux répondre aux caractéristiques particulières des graphes issus de primitives et descripteurs visuels. Nous présentons aussi les algorithmes qui permettent d'évaluer rapidement ces fonctions. Enfin, nous présentons des expériences qui mettent en lumière ces différentes caractéristiques, ainsi que des expériences qui montrent les avantages qu'offre nos modèles vis à vis de la littérature. / Many type of documents can be modeled by a graph representation. In this thesis, we focus on theuse of graph for research in multimedia databases.We begin by presenting the theory of graphs and aroundan overview of methods that have been proposed for matching.Then, we are particularly interested in their use for recognitionforms and multimedia indexing.In order to respond in the most generic possible differentresearch problems, we propose to work within the framework of kernel functions.This framework allows to separate the problems related to the nature of the documentsthose introduced by the different types of research. Thus, all ourenergy is devoted to the design of mapping functions,but bearing in mind that they must meet a numbermathematical properties. In this context, we propose newsolutions that better meet the specificgraphs from primitive and visual descriptors. Wealso present algorithms to quickly assessthese functions. Finally, wepresent experiments that highlight thesedifferent characteristics and experiences that showadvantages of our models with respect to the literature.

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

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

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