Le manque de thérapies efficaces pour les pathologies oculaires affectant les neurones rétiniens conduit suivant à un déclin de la vision et même à la cécité. Par exemple, le glaucome, la rétinopathie diabétique et l'ischémie rétinienne entraînent la perte des cellules ganglionnaires rétiniennes, les seules cellules transmettant des informations visuelles de l'œil au cerveau. Cette perte est aggravée par le fait que le système nerveux central mature (SNC), dont fait partie la rétine, a des capacités très limitées à se régénérer après une blessure. Le principal mécanisme par lequel ces neurones sont perdus, dans la plupart de ces pathologies, est l'excitotoxicité due à la sur-activation du récepteur N-méthyl-D-aspartate (NMDAR). En effet, la sur-stimulation du récepteur conduit à un afflux massif d'ions calcium dans le neurone, activant les voies apoptotiques et nécrotiques et finalement la mort cellulaire. Nogo-A est un puissant inhibiteur de la croissance neuritique et est depuis longtemps étudié dans les maladies neurodégénératives et dans les tentatives de régénération après des pathologies telles que les lésions de la moelle épinière, la sclérose en plaques et les accidents vasculaires cérébraux (AVC). Il a également été impliqué dans la maladie d'Alzheimer et même la maladie de Parkinson en raison de son lien avec les protéines associées à ces maladies. Dans les études sur les lésions de la moelle épinière chez le rat, la neutralisation de Nogo-A à l'aide d'anticorps bloquant pouvait aider à la récupération des fonctions motrices perdues. Actuellement, chez les humains souffrant des lésions de la moelle épinière, des études cliniques de deuxième phase sont en cours d'investigation. De même, des études prouvent que la neutralisation de Nogo-A peut également être utilisée comme thérapie après un AVC. Ces données montrent que la neutralisation de Nogo-A améliore la vascularisation autour du site des infarctus, réduit la gravité de la blessure et contribue ainsi à la récupération fonctionnelle après un AVC ischémique. Il y a eu peu d'études sur les implications de Nogo-A dans les pathologies du système visuel, en particulier celles qui affectent la rétine. Dans ma thèse, nous proposons que Nogo-A soit impliquée dans la physiopathologie des maladies oculaires et nous avons étudié le rôle que Nogo-A jouait dans le système visuel et après une lésion rétinienne. Dans cette thèse, nous montrons que l'expression de Nogo-A n'est pas seulement augmenter dans la vitré des souris après une lésion rétinienne, mais que cette augmentation est corrélée à la quantité de dommages à la rétine. En outre, la neutralisation de Nogo-A conduit à une récupération spontanée des fonctions visuelles qui était plus rapide et complète par rapport aux animaux de contrôle (WT) après une lésion rétinienne. De plus, l'activité des cellules ganglionnaires rétiniennes (RGC) vers le cerveau est améliorée par rapport aux animaux WT après une lésion rétinienne. L'augmentation de l'acuité visuelle des yeux intacts des souris KO pour Nogo-A, témoigne de la présence de la plasticité corticale accrue. Remarquablement, le traitement avec l'anticorps a montré des résultats similaires dans la récupération de la fonction visuelle et la propagation du signal vers le cerveau et ces améliorations se sont maintenues sur une période de plusieurs semaines. Nous montrons également que Nogo-A affecte la réaction inflammatoire de la rétine après une blessure. Cette inflammation pourrait être impliquée dans l'exacerbation de la blessure. Le blocage de Nogo-A conduit à une régulation négative des molécules inflammatoires, dont le TNFα. Le niveau de TNFα est resté basse pendant plusieurs jours après la neutralisation de Nogo-A et pourrait être impliquée dans la récupération fonctionnelle. De plus, nous montrons également que l'expression de Nogo-A est fortement régulée à la hausse dans le tissu rétinien humain de donneurs souffrant de rétinopathie diabétique. Nos résultats montrent donc que Nogo-A est impliqué dans la physiopathologie des maladies oculaires et que sa neutralisation, en utilisant ici la KO et l'anticorps bloquant, peut-être une nouvelle thérapie non seulement pour les maladies oculaires mais pourrait être pertinente dans le traitement des maladies qui présentent une augmentation de la réponse inflammatoire. / The lack of effective therapies for ocular pathologies affecting retinal neurons lead most often to vision decline and even blindness. For example, glaucoma, diabetic retinopathy, and retinal ischemia, leads to the loss of retinal ganglion cells, the only cells relaying visual information from the eye to the brain. This loss is compounded by the fact that the mature central nervous system (CNS), of which the retina is part of, has very limited abilities to regenerate after injury, leading to irreversible blindness. The main mechanism by which these neurons are lost, in most of these pathologies, is excitotoxicity due to the over activation of N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR). Indeed, the over stimulation of the receptor leads to a massive influx of calcium ions into the neuron, activating apoptotic and necrotic pathways and ultimately cell death. Nogo-A is a potent neurite out growth inhibitor that has been studied for a long time in neurodegenerative diseases and in regenerative efforts after pathologies like spinal cord injuries, multiple sclerosis and stroke. It has also been implicated in Alzheimer's disease and even Parkinson's disease due to its link to the proteins associated with these diseases. In the spinal cord injury studies in rats, Nogo-A neutralization using function blocking antibodies has been shown to rescue some motor function. Currently, second stage clinical studies are investigated in humans suffering from spinal cord injuries. Likewise, there is growing evidence that Nogo-A neutralization can also be used as a therapy after stroke. This evidence shows that Nogo-A neutralization improves vascularization around the infarcts site, reduces the severity of the injury and thus helps in function recovery after an ischemic stroke. There has been little study of the implications of Nogo-A in pathologies of the visual system especially those that affect the retina. In my thesis we hypothesize that Nogo-A is involved in ocular disease pathophysiology and we reveal this by investigating the role that Nogo-A plays in the visual system and after retinal injury. In this thesis, we show that Nogo-A expression is not only upregulated after retinal injury, but this upregulation is correlated to the amount of damage to the retina. Furthermore, neutralization of Nogo-A in knockout (KO) mice led to spontaneous recovery of visual functions that was faster and complete as compared to wild type (WT) animals after retinal injury. Moreover, retinal ganglion cells (RGCs) activity to the brain was improved when compared to WT animals after retinal injury. Cortical plasticity was also observed to be heightened in the Nogo-A KO mice as compared to WT animals as seen by the increase in the visual acuity of intact eyes of these mice. Remarkably, treatment with Nogo-A function-blocking antibody showed similar results in both visual function recovery and signal propagation to the brain. These improvements were sustained over a period of several weeks. We also show that Nogo-A affects the inflammatory reaction of the retina after injury, which could be implicated in the exacerbation of the injury. Blocking Nogo-A leads to a down-regulation of inflammatory molecules including, TNFα, which was sustained over several days, and could help in function recovery. We also show that Nogo-A expression is highly upregulated in human retinal tissue from donors suffering from diabetic retinopathy. Overall, our results show that Nogo-A is implicated in the pathophysiology of ocular diseases and that its neutralization, here using KO and function blocking antibody, can be a novel therapy not only for ocular diseases but could be relevant in the treatment of diseases that exhibit increase in inflammatory response.

La voie endogène des microARN (miARN) est un processus de régulation cellulaire responsable principalement de réguler la traduction des ARN messagers (ARNm). Les miARN sont de petits ARN d'environ 21 à 23 nucleotides qui se lient spécifiquement à des sites de liaison retrouvés dans la région 3' non-codante des ARNm. Bien que le processus régule une panoplie d'ARNm différents, seulement quelques composantes protéiques sont impliquées afin de réaliser la biogenèse des miARN et de médier leur action régulatrice sur l'expression des gènes. La ribonucléase III Dicer est responsable de la génération des miARN, alors que la protéine Argonaute 2 (Ago2) est au centre du complexe effecteur de nature microribonucléoprotéique (miRNP). Afin d'étudier le fonctionnement de la voie des miARN chez l'humain, nous avons élaboré différents protocoles afin de pouvoir monitorer l'activité catalytique des protéines Dicer et Ago2 in vitro. Dicer a précédemment été localisée au reticulum endoplasmique (RE), mais ne possède pas de signal connu de localisation au RE. L'objectif général de mon projet de doctorat était donc d'identifier si des partenaires protéiques peuvent expliquer la présence de Dicer au RE. Dans ce travail, nous avons identifié et caractérisé la «cytoskeleton-linking endoplasmic reticulum membrane protein of 63 kDa» (CLIMP-63) comme nouveau partenaire protéique de Dicer. Impliquant une portion luminale de la CLIMP-63, l'interaction semble se produire à l'intérieur du RE. Dans les cellules humaines, on retrouve un complexe DicerCLIMP-63 de très haut poids moléculaire, une caractéristique possiblement conférée par la formation d'oligomères de la CLIMP-63. Le marquage métabolique des protéines cellulaires a permis d'observer que la CLIMP-63 interagit avec la forme nouvellement synthétisée de Dicer. La CLIMP-63 semble stabiliser la protéine Dicer, car sa surexpression augmente l'expression de la protéine endogène et surexprimée. La diminution de l'expression de la CLIMP-63, quant à elle, influence négativement l'expression de Dicer de même que celle d'un gène rapporteur contenant des sites de liaison à un miARN. L'ensemble de ces résultats suggèrent que la CLIMP-63 est importante pour le bon fonctionnement de la voie endogène des miARN en interagissant et en stabilisant les formes nouvellement synthétisées de la protéine Dicer.

Bien que les protéines S100A8/A9 et S100A12 exprimées par les neutrophiles ne possèdent pas de peptide signal, elles sont retrouvées dans le sérum de patients souffrant de diverses maladies inflammatoires. Les mécanismes de sécrétion de ces protéines demeurent peu connus ainsi que les agonistes qui favorisent leur sécrétion. Nous avons donc émis l´hypothèse que plusieurs voies de sécrétion alternative ainsi que plusieurs agonistes des neutrophiles pourraient participer à la libération de ces protéines. Dans un premier temps, nous avons étudié les stimuli capables de provoquer la sécrétion de la calprotectine et/ou de la S100A12. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux signaux et mécanismes alternatifs de sécrétion impliqués dans le relargage de ces protéines. L’ensemble de ces travaux montre la complexité des voies de sécrétion alternatives impliquées dans la sécrétion des protéines S100 et comment ces voies sont influencées par l’activation des neutrophiles par différents agonistes. / Although S100A8/A9 (calprotectin) and S100A12 proteins expressed by neutrophils lack a signal peptide, they are found in the serum of patients with various inflammatory diseases. However, the mechanisms of secretion and the agonists that promote their secretion are still unknown. We hypothesized that several alternative secretory pathways and several agonists of neutrophils may participate in the release of S100A8/A9 and S100A12 protein. Initially, we studied the stimuli inducing the secretion of calprotectin and / or S100A12. In a second part, we were interested in signals and alternative mechanisms of secretion involved in the release of the calprotectin and S100A12. In conclusion, this study shows the complexity of alternative secretion pathways involved in S100 secretion and that these pathways are influenced by the activation of neutrophils by various agonists.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative d’origine génétique entrainant la mutation de la protéine huntingtine (HTT). Cette protéine essentielle, sous sa forme mutée (mHTT) s’agrège, lui conférant ainsi sa toxicité. Au niveau cérébral, la MH se caractérise par une mort neuronale accrue entrainant des troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques. Notre projet de recherche porte sur la caractérisation de certaines particularités de la MH, en particulier sur les facultés de cette pathologie à se propager entre espèces. Cette particularité s’inscrit dans une hypothèse proposant que la MH soit incluse dans la catégorie des maladies à prions, bien que cette théorie ne fasse pas encore l’unanimité au sein de la communauté scientifique. A travers celui-ci, nous avons cherché à déterminer si la mHTT présente dans les homogénats cérébraux des patients MH, peut induire une pathologie chez différents modèles animaux. Pour cela, nous avons effectué trois protocoles distincts où des homogénats ont été injectés dans le cerveau de souris adultes a) de type sauvage et b) de type BACHD ou c) de primates non-humains. Les résultats obtenus de cette étude semblent indiquer que la mHTT dérivée du cerveau humain a une capacité limitée à se propager entre les cellules et ne représente pas des caractéristiques de type prion. Ces observations contrastent avec de précédents travaux démontrant que d'autres formes de mHTT (fibrilles, fibroblastes ou cellules souches pluripotentes induites dérivées de cas de MH) peuvent en effet disséminer la maladie dans le cerveau à la manière d'un prion. / Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disease caused by a mutation of the gene coding for the huntingtin protein (HTT). In its mutated form (mHTT), this essential protein forms into cellular aggregates, conferring toxicity to the new entity. HD is also characterized by marked neuronal death which underlies the motor, cognitive and psychiatric symptoms known to the pathology. The research project presented herein focused on investigating the ability of the mHTT to spread between cellular elements. This is part of a larger research program which proposes that HD may be, as other neurodegenerative diseases, a prion-like disorder. We therefore sought to determine whether the mHTT found in homogenates derived from postmortem brain tissue of HD patients can induce pathology after injection in different animal models. For this, we carried out three separate protocols: homogenates were injected into the brains of adult a) wild type and b) BACHD mice or c) non-human primates. The results of this study indicate that mHTT derived from post-mortem brain tissue of HD patients has a limited ability to spread between cells and does not represent prionlike characteristics. These observations contrast with previous work demonstrating that other forms of mHTT (fibrils, fibroblasts or induced pluripotent stem cells derived from HD cases) can indeed disseminate disease in a prion-like fashion as shown in various in vitro and in vivo models.

Sperm Adhesion Molecule 1 (SPAM1) est une protéine spermatique possédant une activité hyaluronidase dans son domaine N-terminal, contribuant à la dispersion des cellules du cumulus entourant l’ovocyte. Elle possède aussi une capacité de liaison à la zone pellucide (ZP) dans son domaine C-terminal. Nos études précédentes chez le taureau ont démontré la présence de deux isoformes potentielles de SPAM1 de ~70 et 80 kDa. Ces mêmes études ont permis d’émettre l’hypothèse que ces deux isoformes de SPAM1 ont des domaines C-terminaux différents, des origines différentes (testicule ou épididyme) et sont localisées dans la région acrosomale ou post-acrosomale du spermatozoïde. Puisque le domaine C-terminal est impliqué dans les interactions spermatozoïdes-ZP, nous voulions caractériser les deux domaines C-terminaux afin de mieux connaître le rôle de SPAM1 dans les interactions entre les gamètes. Deux transcrits de Spam1 ont été trouvés dans les tissus testiculaires et épididymaires. Ces transcrits possèdent une identité dans leur séquence nucléotidique en 3’ de la région codante, mais diffèrent par la présence ou l’absence de 90 nucléotides (exon 3 du gène Spam1). Nous avons identifié PH-20, une homologue potentielle de SPAM1 chez l’espèce bovine. Puisque SPAM1 et PH-20 sont similaires en N-terminal, notre anticorps dirigé contre la portion N-terminale de SPAM1 pourrait, théoriquement, reconnaître PH-20. Pour confirmer ceci, nous avons tenté de produire une protéine recombinante PH-20, mais sans succès. Nous voulions déterminer si SPAM1 fait partie d’un complexe multiprotéique impliqué dans les interactions spermatozoïdes-ZP, tel que rapporté chez l’humain. Nos résultats suggèrent que SPAM1 est associée aux protéines d’ancrage AKAPs, retrouvées majoritairement au niveau de la gaine fibreuse du flagelle des spermatozoïdes. La caractérisation des isoformes de SPAM1, de son homologue PH-20, ainsi que des complexes multiprotéiques dont fait partie SPAM1 sont importantes afin d’approfondir nos connaissances sur le rôle de SPAM1 dans les interactions entre les gamètes. / Sperm Adhesion Molecule 1 (SPAM1) is a sperm protein that has a hyaluronidase activity in its N-terminus, aiding in the dispersal of the cumulus cells surrounding the egg. It also has a zona pellucida (ZP) binding activity in its C-terminus. Our previous studies showed that there are two potential SPAM1 isoforms that have a molecular weight of ~70 and 80 kDa in the bovine species. From these studies, we hypothesized that these two SPAM1 isoforms had different C-terminal domains, different origins (testis or epididymis) and were localised in the acrosomal or post-acrosomal regions of spermatozoa. Seeing as it is the C-terminal domain that is involved in ZP binding, we aimed to characterize the two C-terminal domains in order to better understand SPAM1’s role in gamete interactions. Although the 3’ nucleotide sequences were identical, two Spam1 transcripts varying by the presence or absence of 90 nucleotides (exon 3 of the Spam1 gene) were found in both testicular and epididymal tissues. During our studies, we also identified PH-20, a potential SPAM1 homolog. In order to determine if PH-20 is one of the two potential SPAM1 isoforms that is recognized by our antibody directed against the N-terminal domain, we attempted the production of a PH-20 recombinant protein, without success. We also sought to determine if SPAM1 is part of a multimeric protein complex involved in spermatozoa-ZP interactions, as reported in humans. Our results suggest that SPAM1 is associated with AKAPs, which are anchoring proteins abundantly found in the fibrous sheath of sperm flagella. Characterizing the SPAM1 isoforms, its homolog PH-20, as well as the multimeric protein complexes SPAM1 is part of, are important in order to better understand SPAM1’s role in gamete interactions.

La mechanistic target of rapamycin (mTOR) est une kinase qui s’associe à différentes protéines pour former deux complexes distincts (mTORC1 et mTORC2). Ces complexes jouent un rôle fondamental dans la régulation centrale du bilan d’énergie en assurant à la fois l’intégration hormonale et nutritionnelle, de même que le contrôle des déterminants énergétiques. Dans un contexte d’obésité, l’activation constitutive de mTORC1 engendrée par le surplus de nutriments conduit à la mise en place de boucles de rétroaction négative envers la voie de l’insuline. Cet évènement est en partie responsable de l’initiation de la résistance périphérique et hypothalamique à l’insuline. Des études récentes ont identifié Deptor comme un régulateur négatif de la voie de signalisation mTOR. Les connaissances actuelles démontrent que Deptor perturbe l’activité kinase de mTORC1 envers ses substrats en amont. Conséquemment, Deptor représente une cible de choix afin d’améliorer la sensibilité à l’insuline, particulièrement dans un contexte de balance énergétique positive qui exacerbe l’activité de mTORC1. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé la présence de Deptor dans différentes régions cérébrales impliquées dans la régulation du bilan d’énergie. De fait, nos travaux dévoilent la première caractérisation de la présence et de la modulation de Deptor dans le cerveau du rat et de la souris. L’expression de Deptor s’avère affectée par la restriction alimentaire dans un contexte d’obésité. Afin d’identifier le rôle de Deptor dans la régulation du métabolisme énergétique, nous avons développé des modèles murins permettant la surexpression systémique et hypothalamique de Deptor. Les résultats obtenus à partir de ces modèles démontrent que Deptor joue un rôle majeur dans la régulation centrale du bilan d’énergie en prévenant l’obésité et les complications métaboliques induites par une diète riche en gras. Nous avons observé que la surexpression hypothalamique de Deptor affecte la dépense énergétique et améliore le métabolisme du glucose. Au plan mécanistique, Deptor améliore la sensibilité neuronale à l’insuline en favorisant l’activation de la protéine kinase B (Akt) et en réprimant l’expression du peptide orexigène agouti-related (AgRP). / The mechanistic target of rapamycin (mTOR) is a kinase that nucleates two large protein complexes (mTORC1 and mTORC2). These complexes play fundamental roles in the central regulation of energy balance by ensuring the integration of nutrient and hormonal cues, and modulating the energy determinants. In a context of obesity, the constitutive activation of mTORC1 generated by nutrient overload leads to the generation of several negative feedback loops toward the insulin signaling pathway. This event is, at least in part, responsible for the initiation of hypothalamic and peripheral insulin resistance. Recent studies have identified Deptor as a negative regulator of the mTOR signaling pathway. Current knowledge demonstrates that Deptor affects the kinase activity of mTORC1 toward its upstream substrates. Consequently, Deptor represents a prime target to improve insulin sensitivity, particularly in a context of positive energy balance that exacerbates the activity of mTORC1. This thesis revealed the presence of Deptor in different brain regions involved in the regulation of energy balance. Our work reports the first characterization of the presence and modulation of Deptor in the mouse and rat brain. We revealed that expression of Deptor is affected by dietary restriction in a context of obesity. In order to identify the role of Deptor in regulating energy homeostasis, we have developed mouse models allowing the systemic and hypothalamic overexpression of Deptor. The results obtained from these models indicate that Deptor prevents obesity and metabolic complications induced by a high-fat diet. Therefore, hypothalamic Deptor overexpression affects energy expenditure and improves glucose metabolism. Mechanistically, our work reveals that Deptor improves neuronal insulin sensitivity by promoting the activation of protein kinase B (Akt/PKB) and by suppressing the expression of the orexigenic agouti-related peptide (AgRP).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Chez les eucaryotes, les protéines de la recombinaison homologue comme RAD51 et RAD52 jouent des rôles dans la maintenance de l'intégrité et la stabilité génomique. La protéine humaine RAD52 est un des membres de la large famille des "single-strand annealing proteins (SSAPs)" et stimule la recombinaison dépendante de RAD51. Chez les procaryotes et les bactériophages, il a été difficile d'établir la présence d'homologue de RAD52 avec des séquences conservées. Récemment, plusieurs protéines soupçonnées d'être des SSAPs ont été trouvées chez de nombreux phages infectant des souches de Lactococcus lactis. Une de ces SSAPs a été nommée Sak et se retrouve dans le bactériophage virulent u136 qui appartient à la famille des Siphoviridae. Dans cette étude, nous démontrons que Sak est homologue à la portion N-terminale de la protéine RAD52 humaine. Sak lie préférentiellement l'ADN simple-brin plutôt que le double-brin et favorise la renaturation de longs ADN complémentaires. Sak interagit avec RecA et stimule les réactions in vitro de recombinaison homologue. Des mutations modulant la liaison à l'ADN de RAD52 affectent Sak de façon similaire. Remarquablement, la reconstruction par microscopie électronique de Sak révèle une structure en anneau de onze sous-unités, similaire à la structure formée par les cristaux du fragment N-terminal de RAD52. Pour la première fois, nous proposons un homologue viral de RAD52 tant au point de vue phylogénétique que de sa séquence en acide aminé, sa structure et sa fonction.

La structure de base de la chromatine est le nucléosome contenant 146 pb de l'ADN, enroulé autour d'un octamère d'histone composé de deux dimères d'histone H2A-H2B et d'un tétramère d'histone H3-H4. De nombreuses protéines nonhistone sont impliquées dans la régulation de la structure chromatinienne. Notre laboratoire s'intéresse à l'étude d'une protéine structurale de type HMG retrouvée chez Saccharomyes cerevisiae : Spt2/Sin1. Des études précédentes ont mis en évidence le rôle de cette protéine dans de nombreux mécanismes transcriptionnels tels l'initiation, l'élongation et la terminaison. Pour mieux comprendre la fonction de ce facteur dans la régulation transcriptionnelle, nous avons décidé d'utiliser un modèle fortement régulé par Spt2. Il a été démontré que la mutation spt2A déréprimait le gène SER3. De façon intéressante, la répression du gène SER3 est due à la transcription active d'un ARN non codant (ARNnc), en amont du gène, appelé SRG1. Ce mécanisme complexe de régulation est appelé interférence à la transcription. Mes résultats montrent clairement que la répression du gène SER3 n'est pas uniquement liée au taux de production de l'ARNnc mais aussi à la formation d'une structure chromatinienne propre permettant la régulation du mécanisme d'interférence. De plus, je montre que, comme Spt6, Spt2 joue un rôle central dans l'établissement de cette structure chromatinienne répressive. Pour finir, en utilisant un test d'échange nucleosomal, je montre que la protéine Spt2 contribue à la déposition des histones H3 dans le sillage de l'ARNP II au niveau de SRG1. Cette nouvelle fonction de Spt2 suggère un rôle de la protéine dans l'assemblage nucleosomal lié à la transcription.

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

Les petites protéines de choc thermique (sHsps : small heat shock proteins) sont présentes en nombre variable dans tous les organismes. Le génome de Drosophila melanogaster encode 12 sHsps, avec une expression au cours de développement, une localisation intracellulaire et une spécificité de substrats différents. DmHsp27 est l’une des rares sHsps à avoir une localisation nucléaire avant et après un choc thermique. Cette localisation nucléaire est inhabituelle, d’autant plus qu’aucune fonction spécifique de cette protéine n’a encore été identifiée. Les mécanismes responsables de la localisation nucléaire de DmHsp27 ainsi que sa probable fonction dans le noyau restent peu connus. L’étude des orthologues de DmHsp27 chez les insectes a permis de déterminer que la localisation nucléaire n’est pas spécifique à DmHsp27 et d’autres sHsps chez les insectes présentent le même signal de localisation nucléaire que DmHsp27. Le réseau d’interaction de DmHsp27 nous laisse croire que cette protéine ne joue pas seulement le rôle de chaperon moléculaire, mais qu’elle est probablement impliquée dans différents processus nucléaires. Au niveau structurel, contrairement aux sHsps chez les métazoaires, DmHsp27 forme deux populations d'oligomères non en équilibre. Des mutations indépendantes de trois arginines hautement conservées au niveau du domaine alpha-cristallin (R122, R131 et R135) à la glycine affectent l’oligomérisation par formation d’une seule population de grand poids moléculaire. In vitro, l'activité de chaperon de DmHsp27WT est comparable à celle de ses deux populations isolées et à celle des mutants R122G, R131G et R135G utilisant la luciférase comme substrat. Cependant, dans un essai de protection contre l’aggrégation de l’insuline, l'activité de chaperon de DmHsp27 est inférieure à celle des mutants R122G et R131G. Une stratégie de délétion et mutation a été utilsée pour étudier le rôle de la région N-terminale sur l’oligomérisation et la fonction chaperon de DmHsp27. Tel que déterminé par chromatographie d'exclusion et gel natif, des mutations au niveau de F29, G30 et G32 présentent des structures oligomériques différentes de celle du type sauvage. Aucun de ces mutants sauf l'élimination complète de la région N-terminale n’a montré une perte d'activité chaperon, suggérant un rôle important dans la reconnaissance et liaison de substrat. Étonnamment, les deux glycines (G30 et G32) conservées chez les orthologues de DmHsp27 agissent comme régulateurs négatifs de l'activité chaperon; leurs mutations améliorent grandement la prévention d’agrégation d’insuline. La différence du rendement de la protéine sauvage et des mutants G30R et G32R à prévenir l’agrégation de l’insuline à 20 °C et à 42 °C a permis d’établir un lien entre la structure et la fonction chaperon de DmHsp27 et de définir le mode d’action de DmHsp27 suite au stress thermique. En résumé, cette étude a permis de caractériser DmHsp27 et ses mutants au niveau du domaine alpha cristallin et de la région N-terminale et a donné un aperçu d’un nouveau mécanisme de protection contre l’agrégation des sHsps. Le rôle de chaperon moléculaire joué par DmHsp27 et son induction durant le développement embryonnaire laisse cependant présumer que cette protéine remplit d’autres fonctions cellulaires importantes. / Small heat shock proteins are present in varying numbers in all organisms. In Drosophila melanogaster there are 12 sHsps, which have distinctive developmental expression patterns, intracellular localizations and substrate specificities. DmHsp27 is one of the very few sHsps that have a nuclear localization before and after heat shock. This nuclear localization is unusual, especially since no specific function has yet been identified. The mechanisms responsible for the nuclear localization of DmHsp27 and its function in the nucleus remain poorly understood. First, the study of DmHsp27 orthologs helped to determine that nuclear localization is not specific to DmHsp27 and other sHsps in insects have the same nuclear localization signal as DmHsp27. The DmHsp27 interaction network leads to believe that this protein does not only play the role of chaperone, but it is also involved in various nuclear processes. Second, unlike metazoan sHsps, DmHsp27 forms two populations of oligomers not in equilibrium. Mutations of highly conserved arginine residues in the ACD domain in mammalian sHsps has been reported to be associated with protein conformational defects and intracellular aggregation. Independent mutation of three highly conserved arginines (R122, R131 and R135) to glycine in DmHsp27 results in only one population of higher molecular weight form. In vitro, the chaperone-like activity of wild type DmHsp27 was comparable with that of its two isolated populations and to the single population of the R122G, R131G and R135G using luciferase as substrate. However, using insulin, the chaperone-like activity of wild type DmHsp27 was lower than that of R122G and R131G mutants. Finaly, we established the importance of the N-terminal region for oligomerization and we investigated the heat activation under in vitro experimental conditions using size exclusion chromatography and gradient native gels electrophoresis. By deletion strategy, we have examined the role of the N-terminal region and delineated a motif (FGFG) important for the oligomeric structure and chaperone-like activity of this sHsp. Deletion of the full N-terminal domain, resulted in total loss of chaperon-like activity; intriguingly deletion of the (FGFG) at position 29 to 32 or single mutation of G30R and G32R enhanced oligomerization and chaperoning capacity under non heat shock conditions using the insulin assay suggesting the importance of this site for chaperone activity. Unlike mammalian sHsps heat activation of DmHsp27 leads to enhanced dissociation/association of oligomers to form large structures about 1000 kDa. We suggest a new mechanism of heat activation for DmHsp27. In summary, this study characterized DmHsp27 and mutant in the alpha crystallin domain and the N-terminal region and provided an overview of a new protection mechanism. The role played by DmHsp27 as molecular chaperone and its induction during embryonic development, suggest that this protein may perform other important cellular functions