La mitochondrie et le plaste sont des organites essentiels au sein de la cellule végétale. Les processus du métabolisme de l’ARN tels que la transcription, les modifications post-transcriptionnelles d'épissage et d’édition et la traduction des organites sont très similaires. Parmi les acteurs de ces processus, les protéines PentatricoPeptide Repeat (PPR) ont un rôle prépondérant. Dans ce travail de recherche, j’ai évalué, dans un premier temps, la double localisation des protéines PPR vers la mitochondrie et le chloroplaste chez Arabidopsis thaliana. La synthèse de l’ensemble des données ont permis d’établir que sur les 473 membres de la famille PPR chez A. thaliana, 9% ont une potentielle double localisation dans les deux organites. Un partie de ce travail de thèse, analyse et discute les implications évolutives et fonctionnelles au sein de cette classe de localisation. Afin de comprendre l’activité des protéines PPR dans les deux organites, j’ai focalisé mes analyses fonctionnelles sur quatre protéines PPR (OTP90, OTP91, OTP100 et DYW2) potentiellement impliquées dans le phénomène d’édition. Dans ce travail de thèse, j’ai pu mettre en évidence que les protéines OTP90 et DYW2 agissent sur l’édition des transcrits des organites et particulièrement que la protéine DYW2 participe dans l’édition des transcrits chloroplastiques comme aussi sur des transcrits mitochondriaux. Ainsi, les résultats de mon travail de recherche s’ajoutent aux récentes données, obtenues de par le monde, montrant que les protéines PPR peuvent avoir de rôles complexes bien influençant à la fois divers transcrits et/ou processus dans le métabolisme de l’ARN des organites. / Mitochondrial and plastid are essential organelles within the plant cell. The process of RNA metabolism such as transcription, post-transcriptional modifications as splicing and editing and translation are very similar in these organelles. Among the actors of these processes, the PentatricoPeptide Repeat (PPR) proteins have an important role. In this research, firstly, I assessed the dual localisation of PPR proteins to mitochondria and chloroplasts organelles in Arabidopsis thaliana. The synthesis of all the data, those produced during my thesis, those available in the literature and those contained in the proteomic databases have revealed that between the 473 members of the PPR family in A. thaliana, 9 % are potentially dually localaized in both organelles. A part of this thesis analyzes and discusses the evolutionary and functional implications of this class of localisation in the PPR family. In order to understand the activity of PPR proteins in both organelles, I focused my work in the functional analysis on four PPR proteins (OTP90, OTP91, OTP100 and DYW2 ) potentially involved in the editing process. Although functional characterization of these four proteins has not been fully completed, in this thesis, I was able to demonstrate that the OTP90 and DYW2 proteins act on editing of organelles transcripts and particularly I found that the DYW2 protein participates in the editing of chloroplast and mitochondrial transcripts. Thus, the results of my research are in concordance to recent data obtained by the world, showing that PPR proteins have complex roles influencing several transcripts and/or processes in the RNA metabolism of organelles.

L’œstrus (ou chaleurs) est une période critique dans la mise en place des processus de reproduction au sein des élevages. Or, les techniques de détection actuelles s’avèrent lourdes à mettre en place, onéreuses et n’assurent pas une détection systématique de l’œstrus. Le mâle est capable de détecter l’œstrus par l’intermédiaire de signaux chimiques émis dans les urines de femelle. La connaissance de ces signaux, ainsi que de leurs protéines de liaison dans les tissus olfactifs devrait permettre le développement d’un biosenseur, permettant de détecter de façon automatique et précise les composés volatils émis par les femelles en œstrus. Afin de mettre en évidence les signaux chimiques de l’œstrus chez les bovins (Bos Taurus), des urines de vaches (30) ont été collectées à différents stades de leur cycle œstral. La composition chimique de ces urines a été déterminée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. La comparaison des profils chimiques urinaires au cours de cycle œstral a permis l’identification d’une série de composés présents de façon spécifique aux stades pré-œstrus et/ou œstrus chez certains animaux. Une grande variabilité interindividuelle et entre les collectes a été observée. Aucune protéine impliquée dans la liaison des composés œstrus-spécifiques identifiés n’a pu être mise en évidence dans les urines des femelles émettrices. Chez l’animal détecteur, plusieurs isoformes de la protéine bovine de liaison aux odeurs (OBPb) ont pu être mises en évidence dans les tissus olfactifs. Des études biochimiques ont confirmé la phosphorylation d’un des variants de l’OBPb et la présence d’une chaîne N-glycannique sur la partie N-terminale de la protéine. L’existence d’une diversité d’OBPb suggère une spécificité de liaison de chaque isoforme vis-à-vis des ligands odorants. Leur propriété de liaison a été quantifiée par spectroscopie de fluorescence, ouvrant ainsi la voie à des études de relations structure-fonction de ces OBP. / Estrus detection is the critical stage in livestock reproduction. Efficiency of artificial insemination, the major method of reproduction used in cattle, depends on the accurate detection of this short female stage. Currently used detection methods are quite expensive and insecure. This work aims to the elucidation of chemical communication involved in estrus detection by the male. Indeed, male can detect heats by olfactory cues emitted in urine of female. Identification of such chemical cues and their associated binding proteins in estrus behaviour will permit to develop new biotechnological tools as biosensors for estrus detection. To characterize estrus specific molecules, urine from 30 cows was collected at specific stages of the estrus cycle and their chemical composition has been assayed by GC/MS analysis. No systematic estrus specific compounds have been characterized, but we were able to characterize a few compounds as pre-estrus and/or estrus specific in some animals. Identified compounds remain to be tested for their biological activity and ability to elicit sexual behaviour to confirm their implication in estrus detection. No protein binding these molecules could be identified in urine. The urinary serum albumin, described in female elephant urine as a pheromone carrier protein, was characterized. The study of protein in the olfactory area led us to identify several isoforms of bovine Odorant Binding Protein (bOBP), in male and female olfactory tissues. Isoforms can be distinguished by their post-translational modifications. Biochemical experiments showed phosphorylation on one bOBP variant and a N-glycan is present at the N-terminus of the protein. Existence of various bOBP isoforms suggests function specificity, in particular in their binding properties. Spectroscopic fluorescence experiments were performed to analyze the structure-function relationships between the various bOBP isoforms and odorant molecules to ascertain this hypothesis.

La sénescence prématurée est induite chez des fibroblastes diploïdes humains entre deux et trois jours après un traitement avec une concentration sublétale de peroxyde d’hydrogène. Ce phénotype est notamment caractérisé par une morphologie étalée, un arrêt irréversible du cycle cellulaire et une activité ß-galactosidase associée à la sénescence. Selon des études précédentes, il semble que la néosynthèse protéique soit importante pour l’établissement de la morphologie aplatie, élargie et irrégulière des cellules en sénescence induite par H2O2. De plus, il a été montré que la neutralisation du TGF-ß1 par des anticorps spécifiques altère cette morphologie induite par le traitement de fibroblastes avec H2O2. Étant donné que les mécanismes impliqués dans l’apparition de la morphologie sénescente sont peu compris, nous avons étudié la néosynthèse de protéines cytoplasmiques dépendante ou indépendante du TGF-ß1, entre le jour deux et trois après le traitement de fibroblastes avec H2O2 et avons identifié des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette : l’ezrine, la caldesmone et HSP27. Rac1, Cdc42 et la cavéoline 1 ont été définies dans la littérature comme étant impliquées dans la morphogenèse typique lors de la sénescence réplicative et de la sénescence prématurée induite par H2O2 (dans le cas de la cavéoline 1). Nous avons étudié l’activation de Rac1 et Cdc42, la phosphorylation de la cavéoline 1 suite au traitement H2O2 et avons étudié l’effet de l’invalidation de ces protéines ainsi que celle de p38αMAPK sur la morphologie des fibroblastes. De plus, nous avons montré que Cdc42 pouvait activer p38αMAPK vice-versa, pendant le traitement avec H2O2. En parallèle de cette étude, nous avons tenté d’analyser l’abondance différentielle de protéines membranaires au jour 3 après le traitement des fibroblastes avec H2O2. Ceci nous a permis d’étudier la surexpression d’une protéine pouvant être associée aux membranes et au cytosquelette d’actine : l’annexine 2. Ce travail permet de mieux comprendre les mécanismes mis en place par les fibroblastes pour entrer en sénescence prématurée, et plus particulièrement pour présenter une morphologie étalée lors de ce processus.

Les protéines jouent un rôle important dans les cellules, via leur activité enzymatique et les interactions qu’elles mettent en jeu. Ces fonctions sont principalement basées sur la structure des protéines. Afin de détecter leur présence, et de caractériser leur structure, nous nous sommes appuyés sur les propriétés optiques des nanostructures. La résonance des plasmons de surface localisés (RPSL), ainsi que la diffusion Raman exaltée de surface(DRES), nous ont permis de détecter différentes protéines. Une optimisation des nanostructures nous a également permis de concevoir un biocapteur basé sur la DRES, qui soit sensible, reproductible et spécifique. En effet, la détection spécifique d’un biomarqueur pathologique, la protéine Manganèse Super Oxide Dismutase (MnSOD), a été réalisée grâce à l’utilisation de nanostructures optimisées et fonctionnalisées avec un aptamère (séquence ADN). Avec ce système, nous avons démontré la détection de la MnSOD à des concentrations physiologiques dans des fluides corporels comme le sérum et la salive. Enfin, l’étude de la structure de la protéine Spleen Tyrosine kinase (Syk), par DRES, nous a permis de mettre en évidence un réarrangement structurale de Syk lors de sa phosphorylation. Une étude complémentaire par Western Blot montre que son activité kinase est dépendante de son état de phosphorylation indiquant que la structure et l’activité de Syk sont liées. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure connaissance de l’interface entre la physique et la biologie. / Proteins play an important role in cells via their enzymatic activity and the irinteractions. Their functions are mainly based on the protein structure. In order to detect their presence and to characterize their structure, we used optical properties of nanostructures. The localized surface plasmon resonance (LSPR), as well as the surface enhanced Raman scattering (SERS), allowed us to detect various proteins. We also optimized nanostructures to build a sensitive, reproducible and specific biosensor based on SERS. Indeed, specific detection of one pathological biomarker, the Manganese Super Oxide Dismutase (MnSOD) protein, was investigated by using optically optimized and aptamer-functionalized nanostructures. Using this system, we were able to detect the MnSOD at physiological concentration in body fluids, such as serum and saliva. Finally, the structural study of the Spleen Tyrosine kinase (Syk) protein by SERS, allowed us to demonstrate that its structure varied with its phosphorylation levels. A complementary Western Blot analysis showed that the Syk kinase activity depended also on its phosphorylation state, meaning that the structure and the activity of Syk were linked. Altogether, these data contributed to a better understanding of the interface between physics and biology.

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Si en transcriptomique le dogme accepté par la communauté veut qu’un ARNm code pour une protéine unique, la protéomique vient de montrer l’inverse. Force de constater que les ARNm peuvent traduire plusieurs protéines. Celles ne suivant pas le cadre de référence sont appelées protéines alternatives (AltProts) et forme le protéome caché ou fantôme. Ces AltProts nécessitent la mise en place de stratégies adaptées pour leur mise en évidence. Leurs caractéristiques physicochimiques spécifiques, telles que leur petite taille permet d’adapter les méthodes classiques de protéomique à leur étude. Dans cet objectif la mise en évidence des AltProts par différentes méthodes d’extraction, notamment adaptées des méthodes de peptidomique, a permis de mettre en évidence les conditions d’enrichissement avant une analyse bottom-up. Ces AltProts sont une nouvelle classe de protéines pour laquelle très peu d’informations fonctionnelle sont connues. Les prédictions de fonction avancées lors des premières constructions de base de données, annonçaient des fonctions dans la régulation des ARN, de la synthèse de protéines et de la régulation d’expression des gènes par association avec des facteurs de transcriptions. Ces prédictions étaient basées sur les homologies de séquences entre les AltProts et les protéines de références (RefProts). Cependant très peu d’études montrent le rôle de ces protéines de manière expérimentale. Afin de mettre en évidence les fonctions de ces AltProts, nous avons choisi de retrouver leurs partenaires d’interaction. À l’heure actuelle, plusieurs méthodes existent permettant d’étudier l’interactome des protéines, toutefois la majorité est dirigée vers une cible, nécessitant parfois des constructions biochimiques ou l’utilisation d’anticorps dirigés, rendant ces méthodes difficiles à mettre en place pour les AltProts. Seule la méthode de Crosslink couplée à la spectrométrie de masse (XL-MS) permet d’observer des interactions cellulaires de manière non ciblée. Cette méthode de pontage chimique, bien que connaissant ses propres limitations, est applicable à la recherche des partenaires d’interaction des AltProts. Cet outil, associé aux logiciels de traitement des réseaux d’interaction, enrichi par les interactions connues entre RefProts dans la littérature, permet de replacer les AltProts dans ces réseaux. Ces réseaux, peuvent ensuite être traités afin de mettre en évidence les voies de signalisation impliquant les RefProts et ainsi déduire les différentes voies de signalisation associées aux AltProts observées crosslinkées aux RefProts. / In transcriptomics the dogma accepted by the community is that a single mRNA codes for a single protein, proteomics has just shown the opposite. It must be said that mRNAs can translate several proteins. These not following the reference framework are called alternative proteins (AltProts) and form the hidden or ghost proteome. These AltProts require the implementation of appropriate strategies to highlight them. Their specific physicochemical characteristics, such as their small size, make it possible to adapt classical proteomic methods to their study. With this objective in mind, the identification of AltProts by different extraction methods, particularly adapted to peptidomic methods, made it possible to highlight the enrichment conditions before a bottom-up analysis. These AltProts are a new class of proteins for which very little functional information is known. Advanced function predictions in the early database constructions announced functions in RNA regulation, protein synthesis and gene expression regulation by association with transcriptional factors. These predictions were based on sequence homologies between AltProts and reference proteins (RefProts). However, very few studies show the role of these proteins in an experimental way. In order to highlight the functions of these AltProts, we have chosen to find their interaction partners. At present, several methods exist to study the protein interactome, however the majority are directed towards a target, sometimes requiring biochemical constructs or the use of directed antibodies, making these methods difficult to implement for AltProts. Only the Crosslink method coupled with mass spectrometry (XL-MS) allows to observe cellular interactions in a non-targeted way. This chemical bridging method, although aware of its own limitations, is applicable to the search for AltProts interaction partners. This tool, combined with the software for processing interaction networks, enriched by the known interactions between RefProts in the literature, makes it possible to replace AltProts in these networks. These networks can then be processed to highlight the signaling pathways involving RefProts and thus deduce the different signaling pathways associated with the observed AltProts crosslinked to the RefProts.

La protéine PARL (Presenilins-Associated Rhomboid-Like protein) est une nouvelle protéine présentant des similarités significatives avec la famille de régulateurs développementaux de Drosophila melanogaster Rhomboid, assurant la protéolyse intramembranaire régulée (RIP). La RIP est un processus par lequel certaines protéines transmembranaires sont clivées à l'intérieur de la membrane pour libérer un domaine cytoplasmique actif. Pour valider l'homologie fonctionnelle entre PARL et Rhomboid-1, nous avons conduit une analyse phylogénétique complète portant sur l'ensemble des membres de la super-famille Rhomboid. Cette étude révèle que cette famille est présente à tous les niveaux évolutifs et que tous ses membres, y compris PARL, sont des sérine-protéases catalysant la RIP. Nos études immunohistochimiques démontrent que le profil d'expression de PARL est régulé dynamiquement au cours du développement postnatal du cerveau de souris. D'autre part, PARL est sélectivement exprimée dans les cellules mitotiques et les neurones indifférenciés, mais pas dans les cellules gliales. De plus, chez l'adulte, l'expression de PARL est restreinte aux zones de neurogenèse active tout au long de la vie de l'animal. L'ensemble de ces résultats indique que l'expression de PARL commence durant la phase proliférative des précurseurs neuronaux, continue dans les étapes précoces de la différenciation neuronale et qu'elle est ensuite régulée négativement au cours de la différenciation. Nous proposons donc que l'activité de RIP-protéase de la protéine PARL joue un rôle essentiel dans l'engagement de la cellule vers la destinée neuronale et dans la neurogenèse.

Les duplications de gènes contribuent grandement à l'augmentation de la complexité des organismes en fournissant du nouveau matériel brut sur lequel agit la sélection naturelle. De ces duplications, c’est la duplication de génome qui a l’impact le plus important dû à la quantité de gènes impliqués. Plusieurs événements de duplication de génome ont eu lieu au fil de l'évolution de nombreuses lignées d'organismes. Une grande partie des gènes dupliqués créés lors de ces événements accumuleront des mutations délétères et seront inactivés ou disparaîtront du génome complètement, mais d'autres seront retenus. La rétention de certains gènes a été liée à divers facteurs comme le dosage génique et le niveau d'expression. Ce projet se concentre sur l’impact de la participation à des complexes protéiques sur la rétention des copies créés par des événements successifs de duplication de génome chez Paramecium tetraurelia. Nous avons d’abord prédit la composition de 885 complexes protéiques à travers les relations d'orthologie avec cinq espèces modèles. Ces complexes nous ont ensuite permis de déterminer que les gènes impliqués dans ces complexes avaient des niveaux d’expression plus élevés et plus corrélés, facteurs ayant déjà été associés avec un taux de rétention plus élevé. Nous avons également décelé une plus grande rétention d’un nombre pair de copies chez les gènes participant à des complexes protéiques, observation potentiellement reliée aux propriétés structurales des complexes. Parallèlement, nous avons noté un effet similaire à la participation à des complexes protéiques chez les gènes possédant des orthologues chez toutes les espèces modèles utilisées, démontrant que cet effet de conservation pouvait s’ajouter à celui de la participation à des complexes pour augmenter le niveau d’expression des gènes impliqués et le garder plus corrélé. Ensemble, ces facteurs présentent une image complexe de facteurs interreliés qui peuvent s’additionner pour influencer le sort des copies au fil de l’évolution / Gene duplications contribute greatly to the increase in organismal complexity by providing new material for natural selection to act upon. Of these duplication events, whole-genome duplication has a major impact due to the sheer amount of gene copies produced. Several events of whole-genome duplication have occurred throughout the evolutionary history of many lineages. The greater part of the duplicated genes created during these events will accumulate deleterious mutations, become inactivated and will disappear completely from the genome, but some will be maintained over time. Several factors have been linked to the retention of certain genes such as gene dosage or the level of expression. This project focuses on the impact of participation in a protein complex on the retention of copies created during several successive events of whole-genome duplication in the ciliate Paramecium tetraurelia. First, we predicted the composition of 885 protein complexes through orthologous relationships with five model species. Those protein complexes then allowed us to determine that genes participating in those complexes had higher and more correlated expression, both factors previously linked in the literature with a higher retention rate. We also observed a greater retention of even numbers of copies for genes participating in protein complexes, observation which might be connected to structural properties of protein complexes. At the same time, we noted an effect similar to protein complex participation in genes with orthologs in all our model species used and determined that this might partially be caused by an overlap between the genes participating in protein complexes and those being conserved in all the model species However, we also showed that the effect of widespread conservation was independent of that of complex participation. Together, those factors paint a complex picture of interconnected factors that can interact to influence the fate of copies through the course of evolution. / Duplication génique

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

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