L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative. / L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative.

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires. Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène. Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ. Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité. En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires. / The mucosal linings of the airways are constantly exposed to an array of microbial pathogens. During the course of respiratory viral infection, Airway epithelial cells (AEC) actively participate in the innate antiviral immune response by limiting the spread of respiratory viruses and by fostering a proinflammatory environment that attracts and activates players of the immune system. A key step in the establishment of the antiviral and proinflammatory state is the activation of Transcription Factors (TFs), such as Nuclear Factor (NF)-κB and Interferon Regulatory Factor 3 (IRF-3), which regulate the expression of antiviral and proinflammatory cytokines. For the efficient functioning of these events, the signaling pathways involved underlie strict regulatory mechanisms. Recent data suggest that Reactive Oxygen Species (ROS), which are produced upon viral infection, are able to regulate these intracellular signaling pathways. One important source of ROS is the NADPH oxidase (NOX) family of enzymes, which is composed of NOX1-5 and Dual Oxidase (DUOX) 1 and DUOX2. The aim of our study was to identify the NADPH oxidase(s) that regulate(s) antiviral and proinflammatory mechanisms following infection of AEC with Respiratory syncytial virus (RSV), which causes major human lower respiratory tract complications, and Sendai virus (SeV), a non pathogenic virus. During the course of our studies we identified that NOX2 is a key molecule in the early proinflammatory response to RSV and SeV infection. We demonstrate that NOX2 is necessary for the activation of NF-κB. Consequently, NOX2 impacts on the proinflammatory cytokine secretion upon AEC infection. Further, we observed that expression of the ROS-generating NADPH oxidase DUOX2 is strongly increased following infection of AEC with SeV. We identified that DUOX2 induction requires the synergistic stimulation by IFNβ and TNFα. Importantly, DUOX2 exhibited ROS-dependent antiviral action. We identified that DUOX2 was necessary for sustaining the levels of late antiviral cytokines IFNβ and IFNλ. When AEC were infected with RSV, DUOX2 expression was barely detectable. Our data reveal that RSV has developed an evasion mechanism to counteract DUOX2 induction likely contributing to RSV pathogenicity. In conclusion, our work demonstrates for the first time the specific implication of NOX2 and DUOX2 in the antiviral and proinflammatory response to respiratory virus infection.

Le vieillissement vasculaire est caractérisé par une dysfonction de l’endothélium. De nombreux facteurs de risque cardiovasculaire tels que l’obésité et l’hypertension prédisposent l’endothélium à un stress oxydant élevé aboutissant à une dysfonction endothéliale, celle-ci étant communément accompagnée d’une diminution de la biodisponibilité du monoxyde d’azote. Bien que la fonction endothéliale soit un déterminant majeur de la prédiction du risque cardiovasculaire des patients, son évaluation individuelle reste très limitée. En conséquence, il existe un intérêt scientifique grandissant pour la recherche de meilleurs biomarqueurs. L’Angiopoiétine like-2 (angptl2), une protéine identifiée récemment, joue un rôle pro-inflammatoire et pro-oxydant dans plusieurs désordres causés par une inflammation chronique allant de l’obésité à l’athérosclérose. L’inflammation et un stress oxydant accru ont été établis comme des mécanismes sous-jacents à l’apparition d’une dysfonction endothéliale, c’est pourquoi ce travail met l’accent sur le rôle de l’angptl2 dans la dysfonction endothéliale. Plus précisément, ce travail vise à: 1) déterminer les effets aigus de l’angptl2 sur la fonction endothéliale, 2) caractériser la fonction endothéliale et la contribution des différents facteurs relaxants dérivés de l'endothélium (EDRF) dans plusieurs lits vasculaires, et ce, dans un modèle de souris réprimant l’expression de l’angptl2 (knock-down, KD), et 3) examiner si l'absence d'expression angptl2 protège contre la dysfonction endothéliale induite par un régime riche en graisses (HFD) ou par perfusion d'angiotensine II (angII) chez la souris. Dans la première étude, l’incubation aigue avec de l’angptl2 recombinante induit une dysfonction endothéliale dans les artères fémorales isolées de souris de type sauvage (WT), probablement en raison d’une production accrue d'espèces réactives oxygénées. Les artères fémorales de souris angptl2 KD présentent une meilleure fonction endothéliale en comparaison aux souris WT, vraisemblablement par une plus grande contribution de la prostacycline dans la vasodilatation. Après 3 mois d’une diète HFD, les principaux EDRF respectifs des artères fémorales et mésentériques sont conservés uniquement dans les souris angptl2 KD. Cette préservation est associée à un meilleur profil métabolique, une moindre accumulation de triglycérides dans le foie et des adipocytes de plus petite taille. De plus, l’expression de gènes inflammatoires dans ces tissus adipeux n’est augmentée que chez les souris WT. Dans la seconde étude, l’absence d’angptl2 résulte en une production accrue de monoxyde d’azote dans les artères cérébrales isolées par rapport à celles des souris WT. La perfusion chronique d’angII provoque, seulement chez les souris WT, une dysfonction endothéliale cérébrale probablement par le biais d’une augmentation de la production d’espèces réactives oxygénées, probablement dérivé des NADPH oxydase 1 et 2, ainsi que l'augmentation des facteurs constricteurs dérivés de l’endothélium issus de la cyclo-oxygénase. En revanche, l’apocynine réduit la dilatation cérébrale chez les souris KD traitées à l’angII, ce qui suggère le recrutement potentiel d’une voie de signalisation compensatoire impliquant les NADPH oxydases et qui aurait un effet vaso-dilatateur. Ces études suggèrent fortement que l’angptl2 peut avoir un impact direct sur la fonction endothéliale par ses propriétés pro-inflammatoire et pro-oxydante. Dans une optique d’application à la pratique clinique, les niveaux sanguins d’angptl2 pourraient être un bon indicateur de la fonction endothéliale. / Vascular aging is characterized by changes in the endothelium. Common cardiovascular risk factors, including obesity and hypertension, predispose the endothelium to increased oxidative stress, leading to endothelial dysfunction commonly characterized by diminished nitric oxide bioavailability. Although endothelial function can be a major determinant of cardiovascular risk prediction in patients, individual testing is still limited in clinical settings and thus there is increasing scientific interest in finding better biomarkers. Angiopoietin like-2 (angptl2), a recently identified protein, is a pro-inflammatory and pro-oxidative protein involved in chronic inflammatory disorders ranging from obesity to atherosclerosis. As inflammation and increased oxidative stress are established underlying mechanisms by which endothelial dysfunction occurs, this work focuses on the role of angptl2 in endothelial dysfunction, a topic that is largely unexplored. Specifically, this work aims to 1) determine the acute effects of angptl2 on endothelial function, 2) characterize endothelial function and contribution of different endothelium-derived relaxing factors in various vascular beds in a newly generated angptl2 knock-down (KD) mouse model, and 3) examine whether the lack of angptl2 expression protects against endothelial dysfunction induced by either a high-fat diet (HFD) or angiotensin II (angII) infusion in mice. In the first study, we show that a recombinant angptl2 acutely evokes endothelial dysfunction in the femoral artery isolated from wild-type (WT) mice, likely due to increased production of reactive oxygen species. Also in the femoral artery, angptl2 KD mice display better endothelial function compared to WT, which may be a result of greater prostacyclin contribution to vasodilation. After a 3-month HFD, the main respective endothelium-derived relaxing factors in the femoral and mesenteric arteries are preserved in angptl2 KD mice only, which was associated with a better metabolic profile, such as lower total cholesterol-to-high-density lipoprotein and low-density-to-high-density lipoprotein ratios compared to WT mice. After a HFD, KD mice have less triglyceride accumulation in the liver and smaller adipocytes in their mesenteric and epididymal white adipose tissues compared to WT mice, while inflammatory gene expressions in adipose tissues increase in WT mice only. In the second study, we reveal that the lack of angptl2 in KD mice results in greater nitric oxide production compared to WT mice in their isolated cerebral arteries. Chronic infusion of pro-inflammatory and pro-oxidative angII results in cerebral endothelial dysfunction only in WT mice, which is acutely ameliorated with either N-acetylcysteine, apocynin, or indomethacin, suggesting increased reactive oxygen species, likely derived from the NADPH oxidases 1/2, and increased cyclooxygenase-derived endothelium-derived contracting factors. In contrast, apocynin reduces cerebral dilation in angII-treated KD mice, suggesting recruitment of a potential compensatory dilatory NADPH oxidase pathway. These studies are the first to explore angptl2 contribution to endothelial dysfunction in different vascular beds, and strongly suggest that angptl2 can directly impair endothelial function by its pro-inflammatory and pro-oxidative properties. Translating this to the clinical setting, expression levels of angptl2 may be an indicator of endothelial function, and lowering angptl2 levels could become a potential therapeutic approach in the treatment of chronic inflammatory disorders including cardiovascular diseases.

Classés parmi les Polluants Organiques Persistants, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des composés ubiquitaires dans l'environnement, auxquels l'Homme est exposé principalement via l'ingestion d'aliments contaminés. Les HAP sont connus depuis les années 1990 comme pouvant être neurotoxiques tant chez l'Homme que chez l'animal. Le transfert des HAP entre la mère et le foetus via le placenta ainsi que la présence de ces composés dans le lait maternel ont été montrés à plusieurs reprises, posant ainsi la question du risque lié à une exposition survenant lors de phases précoces du développement de l'individu. Parce que ce risque n'a été que partiellement étudié, le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a eu pour objectif d'évaluer la toxicité à court et à long terme pour le système nerveux en développement, d'un mélange de 16 HAP ingéré par la rate gestante et/ou allaitante. Les HAP ont été administrés via un aliment contaminé à deux doses, 2 et 200 µg/kg/jour La dose la plus faible correspond aux niveaux de contamination environnementale via l'alimentation de la mère pendant les périodes de gestation et/ou d'allaitement. Les résultats montrent que l'exposition périnatale au mélange de HAP n'a pas induit d'effets à court terme sur le développement neuromoteur et sensoriel des jeunes rats. En revanche, une augmentation à long terme des niveaux d'activité et d'anxiété a été relevée chez les animaux exposés. Par ailleurs, des modifications du métabolisme énergétique cérébral, évalué par l'activité enzymatique de la cytochrome oxydase sur des coupes de cerveaux prélevés à différents âges ont été observées, notamment au niveau du système limbique. La mesure des concentrations de HAP dans le compartiment cérébral des ratons a montré la présence de l'ensemble des molécules mères, y compris chez les animaux témoins, ce qui laisse supposer l'existence d'un bruit de fond environnemental non négligeable dans ce type d'étude. Finalement, plusieurs facteurs modulent la toxicité induite, parmi lesquelles la période d'exposition, et l'administration d'un mélange et non d'une molécule seule. En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence, chez le rat, une neurotoxicité retardée suite à une exposition précoce à un mélange de 16 HAP tant sur le plan comportemental que métabolique, ce qui pose la question du risque pour l'Homme, et en particulier pour l'individu en développement, d'une exposition à ce type de composés / Compounds in the environment to which human is exposed mainly through ingestion of contaminated food. PAHs are known since the 1990s as being neurotoxic both in humans and in animals. PAH transfer between mother and fetus through the placenta, and the presence of these compounds in breast milk have been shown, thus raising the question of risk exposure occurring during early stages of development of the individual. Because this risk was only partially studied, the thesis presented in this manuscript was designed to assess the short-term and long-term toxicity for the developing nervous system, of a mixture of 16 PAHs ingested by the pregnant and / or breastfeeding rat. PAHs were administered via a contaminated food at two doses, 2 and 200 µg/kg /day dose. The lowest one corresponds to the levels of environmental contamination via the mother's diet during gestation and/or lactation. The results show that perinatal exposure to the mixture of PAHs did not induce short-term effects on neuromotor and sensory development on pups. In contrast, a long-term increase in activity and anxiety levels was observed in the exposed animals. In addition, changes in cerebral energy metabolism, as assessed by the enzymatic activity of cytochrome oxidase on brain sections taken at different ages were observed, particularly in the limbic system. Measures of the concentrations of PAHs in the pup brain compartment showed the presence of all the parent compounds, including control animals, suggesting the existence of an environmental noise significant. Finally, several factors modulate PAH toxicity, including the exposure period, and the administration of a mixture instead of a single molecule. In conclusion, this work has highlighted, in rats, delayed neurotoxicity due to early exposure to a mixture of 16 PAHs, which raises the question of risk to humans, and in particular for the individual developing exposure to such compounds

La NADPH oxydase du phagocyte est une enzyme impliquée dans la défense immunitaire contre les pathogènes. Après activation du phagocyte, cette enzyme produit des ions superoxyde par réduction du dioxygène par le NADPH. Elle est constituée de quatre sous- unités cytosolubles (p47phox ; p67phox ; p40phox et Rac), et deux membranaires (gp91 ; p22phox). Son activation fait intervenir un processus complexe qui met en jeu des changements d’interaction entre les protéines la constituant et qui permet l’assemblage des six sous- unités. Afin d’obtenir des informations sur les processus d’assemblage et d’activation, j’ai reconstitué le complexe dans un système cell free à l’aide de protéines recombinantes pour pouvoir contrôler tous les paramètres. Dans ce travail nous avons comparé les modes d’activation de p47phox par phosphorylation, par mutation substitutionelle sérine - aspartate en position S303,S304 et S328 pour mimer la phosphorylation et enfin par addition d’acide arachidonique (AA) activateur connu de l’enzyme in vitro mais aussi in vivo. Bien qu’il ai été montré que ces trois méthodes ouvrent la protéine vers une conformation ayant des propriétés similaires, nous avons trouvé que les effets de ces méthodes d’activation sont significativement différents. Ainsi, les changement de conformation observés par dichroisme circulaire, sont dissemblables. Pour p47phox, l’addition de AA déstructure la protéine. La phosphorylation induit un déplacement bathochrome des bandes de CD qualitativement similaire, alors que les mutations S-D de p47phox provoquent un déplacement opposé. Pour le complexe p47phox-p67phox l’addition d’AA destructure le mélange tandis que la mutation induit relativement peu de changement. Nous avons mesuré les constantes de dissociation Kd du complexe p47phox-p67phox. Alors que pour les protéines « sauvages », le Kd est faible (4±2 nM), les mutations de p47phox ainsi que l’addition d’AA augmentent cette valeur jusqu’à environ 50 nM, montrant une diminution de l’affinité entre p47phox-p67phox. De même, sur le complexe entier, l’effet de la phosphorylation de p47phox est différent de la mutation. Nous avons mesuré les valeurs de EC50 relatives à p67phox pour les différentes formes de p47phox. L’activation de p47phox par phosphorylation diminue l’EC₅₀, alors que les doubles ou triple mutations augmentent sa valeur. Nous avons confirmé que la phosphorylation et la mutation sont insuffisantes pour activer l’enzyme. La présence de AA est indispensable pour le fonctionnement du complexe. L’ordre de fixation des sous unités cytosoliques semble indifférent mais il faut que tous les composants soient présents lors de l’ajout de AA. Enfin, la délétion de p47phox dans la partie C-terminale (aa 343 à 390, domaine d’interaction avec p67phox) il n’y a plus de formation du dimère mais l’enzyme fonctionne normalement. Ces résultats apportent des éléments nouveaux sur le rôle de la dimérisation p47 phox-p67 phox, non indispensable à l’activité du système et sur le rôle mineur de la phosphorylation dans l’activation de la NADPH oxydase in vitro. / The NADPH oxidase of phagocytes is an enzyme involved in the innate defense of organisms against pathogens. After phagocyte activation, this enzyme produces superoxide ions by reduction of dioxygen by NADPH. It is constituted of four cytosolic sub-units (p47phox ; p67phox ; p40phox et Rac) and two membrane proteins (gp91 ; p22phox). Its activation takes place through a complex process that involves protein-protein interaction changes leading to assembly and functionning of the catalytic core. In order to obtain information on this process, I have reconstituted the enzyme in a cell free systeme using recombinant proteins, to be able to fully control all the measurement conditions. In this work, we have compared different activation modes of p47phox i) phosphorylation; ii) substitution serine - aspartate by mutations at positions S303, S304 and S328 to mimic phosphorylation; iii) addition of arachidonic acid (AA), a well known activator molecule in vitro. It has been shown that these three activating methods transform p47phox to an open configuration with similar characteristics. However, we have found that the effects of these methods are significantly different. Indeed, the conformational changes observed by circular dichroism are different. For p47phox, the addition of AA destructures the protein. Its phosphorylation induces a bathochromic displacement of the bands, whereas the mutations S-D lead to an opposite displacement. For the dimer p47phox-p67phox , the addition of AA destructures the proteins while mutations induce hardly no changes. We have measured the dissociation constant Kd of the complex p47phox-p67phox. For wild type proteins, Kd value is low (4±2 nM), while mutations of p47phox as well as addition of AA increase its value up to 50 nM, showing a decrease of affinity between p47phox and p67phox. Moreover, on the whole complex, the effect of phosphorylation of p47phox is different from mutations. We have shown that the EC50 values relative to p67phox are sensitive to the various modifications of p47phox. Phosphorylation of p47phox decreases EC₅₀, while double or triple mutations increase its value. We have confirmed that phosphorylation and mutation are not sufficient to activate the enzyme. The presence of AA is a prerequisite for the functionning of the complex, i.e. production of superoxide. The binding order of the cytosolic proteins seems random but it is necessary that all the components be present during the activation by AA. Finally, deletion of the C terminal part of p47phox (aa 343 to 390, interaction domain with p67phox) leads to the absence of dimer formation but does not affect the enzyme activity. These results bring new information on the role of dimerisation of p47-p67 and on that of phosphorylation in the activation of NADPH oxidase in vitro.

L’Astyanax mexicanus est un poisson téléostéen utilisé dans les études de microévolution. Au sein de la même espèce, il existe plusieurs populations. Des poissons de surface (SF), vivant en banc dans les rivières d’Amérique Centrale et plusieurs populations cavernicoles (CF), vivant dans l’obscurité des grottes mexicaines. La majorité des populations cavernicoles sont indépendantes et ont dérivé des populations de surface depuis environ un million d’années. Les CF sont aveugles et dépigmentés. D’un point de vue comportemental, les CF ont, entre autres, perdu l’agressivité qui est un caractère important des SF. Ce travail caractérise finement les différences comportementales entre poissons de surface et cavernicoles, et analyse les modifications des circuits neuronaux qui sont à l’origine de la perte du comportement agressif chez les poissons cavernicoles. Les tests d’agressivité montrent que deux SF s’attaquent dix fois plus que deux CF. La distribution temporelle des attaques diffère également entre les populations. En effet, la majorité des attaques entre CF ont lieu lors des premières minutes du test, alors que chez les SF la fréquence des attaques augmente au cours du temps. L’étude de l’agressivité de SF rendu aveugle ou dans le noir montre que la perte d’agressivité chez les CF n’est pas due au phénotype aveugle. De plus, l’agressivité des poissons hybrides suggère que le comportement agressif des SF est génétiquement codé. Après des expériences pharmacologiques utilisant des composés interférant avec le système sérotoninergique ou soumettant les SF et les CF à différents régimes alimentaires, nous faisons l’hypothèse selon laquelle la perte d’agressivité des CF est une adaptation à la vie cavernicole, ceux-ci recherchant en permanence de la nourriture. En revanche, l’agressivité des SF est étroitement reliée à la hiérarchie existant au sein du banc, la dominance étant elle-même liée en partie à la concentration de la sérotonine présente au niveau du raphé. La concentration de sérotonine est inversement corrélée à l’agressivité. D’un point de vue neuroanatomique, l’organisation du système sérotoninergique est similaire entre les populations. Cependant, l’un des noyaux hypothalamiques est plus large chez les CF et contient plus de neurones. Par ailleurs, l’agressivité et le taux de sérotonine sont connus pour être inversement corrélés chez les vertébrés. De fait, des traitements pharmacologiques augmentant le taux de sérotonine diminuent l’agressivité des SF et modifient leur profil d’agressivité, mimant celui des CF. Cependant, le système sérotoninergique n’est pas le seul à être modifié dans le système nerveux des CF. En réalité, les dosages HPLC montrent que l’ensemble des systèmes aminergiques est amplifié chez les CF, conduisant à l’apparition d’un phénotype « hyper-aminergique ». Les études neuro-anatomiques et enzymologiques des systèmes sérotoninergiques et catécholaminergiques montrent que des variations du nombre de neurones et de l’activité des enzymes de dégradation des neurotransmetteurs aminergiques convergent vers cette amplification et sont à l’origine de ce phénotype. Par ailleurs, et en parallèle, les méthodes de transgénèses stables ont été testées chez l’Astyanax. Cette étude montre que l’utilisation des méganucléases et des transposons sont utilisables chez notre poisson modèle et permettent l’établissement de lignées transgéniques. Cet outil permettra de tester à l’avenir l’importance et la fonction des gènes d’intérêt lors du développement du système nerveux, ainsi que lors de la mise en place des comportements. / Astyanax mexicanus is a teleost fish model used for evolution studies. Among the same species, there are several populations of sighted surface fish (SF) that live in Mexican rivers and at least twenty nine populations of blind cavefish (CF) that live in perpetual darkness. Several of these cave populations are independently-evolved, and they derived from surface fish-like ancestors. CF have lost their eyes and their pigmentation, and they have also evolved a number of behavioral traits. Most CF populations have lost the aggressive behavior that is a trademark of their SF counterparts. Here we characterized behavioural differences between SF and CF and we investigated the modifications of neural networks responsible for the loss of aggressiveness in cavefish. We first characterized aggressive behavior in Astyanax. Using an “intruder assay”, we found that SF not only attack ten times more during a one hour period, but also show a significantly different pattern in the temporal distribution of their attacks: while two CF attack mostly during the first minutes, SF attack more and more frequently as time goes by during the test. Then we demonstrated that the loss of aggressiveness in CF is not due to their blind phenotype, and using hybrids and independently-evolved populations of CF we could suggest that aggressive behavior in SF is genetically-encoded. After pharmacological experiments using compounds modulating serotonin levels or using SF and CF receiving different food regimes, we hypothesized that the loss of aggressiveness of CF may correspond to an adaptation to cave life, as they spend most of their time looking for food. On the other hand, the aggressiveness of SF is closely connected to the hierarchy within the school, dominance itself being mainly due to the levels of serotonin in the raphe. Thus, serotonin levels are inversely correlated with agonistic behavior. Neuroanatomical analyses on SF and CF brains showed an identical organization of their serotonin neuronal networks, but one of the serotonergic hypothalamic nucleus was significantly larger in CF and contained more neurons. Treatments of embryos with cyclopamine, an inhibitor of Sonic hedgehog (Shh) signaling, showed that this enlargement is induced by the Shh signaling pathway, itself known to be amplified during the development of the CF. In fact, the serotonergic system is not only one that is changed in the nervous system of CF. HPLC measurements showed that all aminergic systems are amplified in CF, which show a sort of “hyper-aminergic” phenotype. Studies comparing the neuroanatomy of aminergic systems and the activity of amine-degrading enzymes between SF and CF showed that variations in both the number of neurons and the activity of degrading enzymes converge towards an amplification of aminergic neurotransmission and are responsible for the phenotype. In parallel, we established transgenesis methods in Astyanax. We showed that techniques using meganuclease or transposons are valuable with our fish species to generate transgenic lines. This tool will be used to test the importance and function of genes of interest in the development of the nervous system and associated behaviors.

La phosphorylation oxydative est un processus majeur du métabolisme énergétique qui est catalysée par les enzymes de la chaîne respiratoire (OXPHOS), localisées dans la membrane interne des mitochondries. Sa dérégulation est souvent associée à des pathologies, par exemple aux maladies mitochondriales et neurodégénératives. La régulation de la phosphorylation oxydative par la phosphorylation reste encore peu comprise et peu étudiée. Pourtant, la phosphorylation est une des modifications post-traductionnelles les plus répandues dans la cellule, régulant de nombreux aspects de la vie cellulaire et dont l’altération est associée à des pathologies au niveau cellulaire (Alzheimer, Parkinson, cancer). Concernant la phosphorylation oxydative, il est à noter que quelques sites de phosphorylation des complexes respiratoires, en particulier du complexe IV, ont été montrés comme ayant un effet sur leur stabilité et/ou leur activité. Toutefois la connaissance du phosphoprotéome mitochondrial n’est pas suffisamment documentée à ce jour pour identifier les différents rôles que pourraient jouer la phosphorylation au niveau de la mitochondrie et en particulier, de la chaîne respiratoire. Dans la première partie de la thèse, nous nous sommes intéressés à l’analyse du phosphoprotéome mitochondrial de Saccharomyces cerevisiae dans trois conditions de culture : respiratoire (YLAC), respiro-fermentaire (YPGalA) et fermentaire (YPGA). Nous avons quantifiés près de 300 sites de phosphorylation dans la mitochondrie, dont 90 ont un niveau de phosphorylation variable selon le substrat. Les données que nous avons obtenues constituent une base pour l’analyse de la phosphorylation mitochondriale et de la compréhension de son mécanisme. Les sites de phosphorylation de la voie métabolique énergie sont ceux présentant le plus de variation de leur niveau de phosphorylation. La localisation des résidus phosphorylés sur la structure des complexes respiratoires nous a permis d’émettre des hypothèses sur le rôle de ces résidus. Afin de normaliser la quantité des résidus phosphorylés dans les trois conditions de culture, nous avons aussi quantifié le protéome mitochondrial dans les trois conditions de culture. Ceci nous a permis d’argumenter en faveur d’un métabolisme respiro-fermentaire en YPGalA, question encore largement discutée à ce jour. Enfin, cette première étude quantitative du protéome et phosphoprotéome mitochondrial constitue une avancée dans l’étude de la régulation de la mitochondrie par la phosphorylation. Elle peut notamment apporter des informations applicables à l’étude du cancer : en effet, les cellules saines ont un métabolisme respiratoire tandis que les cellules tumorales, dérégulées, ont un métabolisme fermentaire. La seconde partie de la thèse concerne l’analyse du rôle de deux sous-unités du complexe IV de la chaîne respiratoire : les sous-unités Cox12p et Cox13p, encore peu étudiées à ce jour. De plus, deux sites de phosphorylation ont été identifiés sur la sous-unité Cox12p. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de ces sous-unités, notamment au niveau de l’assemblage et de l’activité du complexe IV, en analysant des mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle des deux sites de phosphorylation de Cox12p : Ser7 et ser82. Nous avons généré les mutants phosphomimétiques de ces deux résidus et étudié leurs effets sur la stabilité et/ou l’activité du complexe IV. Cette seconde étude nous a notamment permis d’identifier un rôle de Cox12p sur la stabilité du complexe et un rôle de Cox13p dans sa dimérisation. La phosphorylation de Cox12p au niveau de la Ser7 semble aussi déstabiliser le complexe IV. De plus, la phosphorylation de la Ser7 et de la Ser82 semblent influencer l’interaction du cytochrome c avec le complexe IV. Cette hypothèse reste à vérifier mais est pertinente du fait de la proximité de Cox12p avec Cox2p, qui porte le lieu de fixation du cytochrome c. / Mitochondria are the powerhouses of cells, providing energy in the form of adenosine triphosphate (ATP). The synthesis of ATP is achieved by oxidative phosphorylation (OXPHOS), a process catalyzed by the respiratory chain, which is located in the inner membrane of mitochondria. Deregulation of OXPHOS is often associated to diseases. Deregulation is particularly observed in mitochondrial diseases and neurodegenerative diseases, but regulation of respiration by phosphorylation is still poorly understood.However, phosphorylation is one of the most frequent post-translational modifications in the cell, modulating most processes, and defects at a cellular level are observed in some diseases (Alzheimer, Parkinson, cancer). Moreover, some phosphorylation sites have been identified in the respiratory complexes, particularly in the complex IV; some of them have an effect on the stability and/or activity of the complex, but we still lack a comprehensive study about mitochondrial phosphoproteome. Such analysis would be necessary to extend the role of phosphorylation in the regulation of mitochondrial functions in general, and in the regulation of the respiratory chain in particular.In the first part of this thesis, we focused on the analysis of the mitochondrial phosphoproteome of Saccharomyces cerevisiae. We studied the mitochondrial phosphoproteome in three growth conditions: in the respiratory condition (YLAC), in the fermentable condition (YPGA) and in an intermediate one (YPGalA). We quantified around 300 mitochondrial phosphorylation sites in which 90 displayed a different level of phosphorylation according to the substrate. This study is a first step towards understanding mitochondrial phosphorylation and its mechanism. Phosphorylation sites with varying levels of phosphorylation according to their conditions are mostly located on proteins involved in energy metabolism. We localized the phosphosites on the structure of the respiratory complexes when it was possible. This allowed us to make hypotheses on the role of these residues. In order to normalize the quantity of phosphorylation sites in the three growth conditions, we also studied the mitochondrial proteome in the three conditions. These results helped us to understand the energetic metabolism of galactose, which is surely intermediate between respiration and fementation, a question still debated nowadays.Finally this proteomic and phosphoproteomic study is a step forward in the comprehension of regulation of mitochondria by phosphorylation. These results can be used as a model to study cancer cells because they display a deregulation in the energetic metabolism: normal cells display respiratory metabolism whereas cancer cells exhibit fermentable metabolism.The second part of this thesis was the study of two subunits of complex IV of the respiratory chain: Cox12p and Cox13p, which had been poorly studied. Moreover, two phosphorylation sites had been identified in the subunit Cox12p. First we were interested in the role of these two proteins, thus we compared the mitochondria of mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13 with wild-type mitochondria. We particularly focused on the assembly and the activity of complex IV. Secondly, we analyzed the role of the two phosphosites of Cox12p: Ser7 and Ser82. We generated phosphomimetic mutants of these two residues and observed their effects on the stability and/or activity of complex IV.All of these results allowed us to identify a role of Cox12p in the stability of complex IV and a role of Cox13p in the dimerization of complex IV. Phosphorylation of Ser7 of Cox12p seemed to destabilize the complex. Moreover phosphorylation of both Ser7 and Ser82 of Cox12p seemed to modify the interaction between cytochrome c and complex IV; this hypothesis remains to be tested but is relevant according to the proximity between Cox12p and the subunit Cox2p, where the cytochrome c interacts.

No description available.

L’oxydase de l’acide 1-AminoCyclopropane Carboxylique (ACC Oxydase, ACCO) catalyse la formation de l’éthylène, hormone essentielle à la vie des plantes. L’ACCO catalyse l’oxydation de l’ACC en éthylène en présence de dioxygène et de deux électrons (fournis in vitro par l’ascorbate). L'activité de l'enzyme requière également, pour des raisons encore incomprises, la présence de CO2 sous la forme d'ions bicarbonates. Il s’agit d’une enzyme qui contient un ion fer(II) dans un environnement non-hémique au site actif. Etant donné l’importance de l’éthylène chez les plantes, l’ACCO, ainsi que les autres enzymes impliquées dans sa biosynthèse, ont été très étudiées durant les vingt dernières années. Cependant, peu d’études ont porté sur le rôle de l’ion métallique et le mécanisme d’action ou sur les surprenants processus d’inactivation subis par l’enzyme. L’ACCO est en effet une enzyme connue pour son instabilité. Nous avons tout d’abord entrepris une caractérisation physicochimique et biochimique de l’enzyme. Le matériel protéique utilisé a tout d’abord été analysé une coupure entre les résidus Ala 290 et Gly 291 a été observée au cours de la purification de l'enzyme. Puis, grâce à l'utilisation de techniques spectroscopiques, nous avons cherché à obtenir plus d'informations sur la fixation des substrats/cofacteurs au site actif. Enfin l’étude des mutants et des complexes modèles de l’ACCO a été réalisée afin de mieux comprendre le mécanisme catalytique et de rechercher de nouvelles activités. Nous nous sommes aussi intéressés aux mécanismes d’inactivation de l’ACCO. En présence des effecteurs en excès, cette inactivation se traduit par une fragmentation et une modification de charge. Lorsque la concentration en fer est limitée, aucune modification physique de l’enzyme inactive n’est observée et l'enzyme garde un contenu global en aminoacide et une conformation tridimensionnelle intègres. Des processus oxydatifs se déroulant directement au site actif de l’enzyme sont susceptibles d’engendrer une telle perte d’activité par l'oxydation d'un nombre limité d'acides aminés. Des études en spectrométrie de masse ont été entreprises et sont toujours en cours afin d'identifier les modifications responsables de la perte d'activité de l'enzyme.Enfin nous avons recherché d’éventuelles partenaires protéiques qui pourraient conférer à l’ACCO une meilleure stabilité. Des études préliminaires ont été entreprises et des données de microscopie suggèrent que l'ACCO est localisée près des membranes de la vacuole. / The 1-AminoCyclopropane Carboxylic acid oxidase (ACC Oxidase, ACCO) catalyzes the last step of the biosynthesis of the plant hormone, ethylene. ACCO catalyzes the oxidation of ACC into ethylene in the presence of dioxygen and two electrons (provided in vitro by ascorbate). Carbon dioxide (or bicarbonate ions) are also required for optimum activity. ACCO is an non-heme iron(II) containing enzyme. Given the importance of ethylene in plants, studies on ACCO, as well as on the other enzymes involved in its biosynthesis, have attracted much attention in the past two decades. However, few studies focus on the role of the metal ion and on the catalytic mechanism or the intriguing inactivation processes. ACCO is indeed known for its instability. We first purified and characterised the enzyme. During the purification, a cleavage between residues Ala 290 and Gly 291 was observed. Then, using spectroscopic techniques, we intended to get more information on cofactor's binding in the active site. Finally studies of mutants and model complexes of ACCO were performed in order to get a better understanding of the catalytic mechanism and to look for new activities.We were also interested in the inactivation processes of ACCO. In the presence of an excess of effectors, this inactivation resulted in fragmentation and in pI modification. When the concentration of iron is limited, no modifications of the inactive enzyme were observed. The inactive enzyme maintained its amino acid content and three-dimensional conformation. The loss of activity is therefore likely to derive from oxidative processes directly at the active site. Mass spectrometry experiments were initiated and are still under progress. Finally we were interested in identifying possible protein partners of ACCO that could provide a better stability. Preliminary studies were thus initiated and from microscopy results, ACCO was found located close to the vacuole membrane.

L'activité physique régulière est bénéfique pour la santé cardiovasculaire. Cependant, destravaux ont rapporté des dysfonctions cardiaques après des exercices physiques prolongés (EPP) tels que les marathons ou les triathlons longue distance type "Ironman". Ces dysfonctions sont souvent associées à des dommages myocardiques. Récemment, des études échocardiographiques ont suggéré que ces dysfonctions étaient associées à des baisses de contractilité et de relaxation myocardiques.Toutefois, l'atteinte myocardique après un EPP reste à ce jour controversée et les mécanismes sousjacents de ces dysfonctions demeurent inconnus. Dans ce contexte, le but de ce travail de doctorat a été de vérifier la diminution de contractilité et/ou de relaxation du myocarde après un EPP ii) d'évaluer l'implication de la voie ß-adrénergique et du stress oxydant dans l'altération de la fonction cardiaque.Pour cela, une première approche clinique, basée sur l'utilisation de l'échocardiographie cardiaque haute résolution (et plus particulièrement une technique de pointe, le "Speckle TrackingEchocardiography") nous a permis d'appréhender la fonction myocardique par l'intermédiaire de l'évaluation des déformations et de la torsion du ventricule gauche pendant le cycle cardiaque. Une deuxième approche fondamentale, chez l'animal, nous a permis d'évaluer la fonction cardiaque après un EPP chez le rat au niveau de l'organe entier et de l'organe isolé dans des conditions basale et de stress (ß-adrénergique). Des investigations complémentaires ont été réalisées sur le tissu myocardique pour évaluer le stress oxydant (GSH/GSSG, MDA) et des marqueurs de dommages cellulaires cardiaques (troponines I) après avoir bloqué la NAD(P)H oxydase (Nox), enzyme fortement impliquée dans la production d'espèces réactives dérivées de l'oxygène au niveau cardiaque. Les résultats de ces travaux montrent clairement, chez l'Homme et l'animal, des baisses de contractilité et de relaxation myocardiques associées à une augmentation des marqueurs de dommages cellulaires cardiaques après un EPP. Alors que la voie ß-adrénergique ne semble pas être impliquée dans ces dysfonctions, nos résultats indiquent que le stress oxydant joue un rôle majeur, puisque lorsque la Nox est bloquée, la fonction cardiaque est majoritairement restaurée après l'EPP.