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).

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 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.

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

Cette étude est consacrée à l'analyse des propriétés électrostatiques et structurales des protéines diffractant à haute résolution. Les travaux se déclinent en deux aspects principaux qui sont, d'une part, l'analyse d'un point de vue fondamental des propriétés dérivées de leur distribution de charge des structures des protéines, et, d'autre part, l'application pratique des méthodes de la cristallographie haute résolution des macromolécules à deux enzymes.Grâce à une analyse structurale et électrostatique de la protéine PfluDING, le mode de fixation du phosphate a été mis en évidence à deux pH différents. En particulier, cette étude a permis de démontrer la présence d'une liaison hydrogène diffuse assurant un mode de fixation identique quelque soit le pH. La seconde enzyme étudiée est la protéine DFPase, capable de dégrader les organophosphorés. La structure de la DFPase obtenue par diffraction X haute résolution et la structure affinée contre des données neutroniques ont été comparées. L'analyse pointe les différences d'interprétation des deux modèles, et permet de proposer un nouveau mécanisme d'action.Les aspects plus fondamentaux de cette étude portent sur les éléments de structure secondaire des protéines : leurs propriétés électrostatiques en termes de moments électriques (moments dipolaires et quadripolaires des hélices et des feuillets), et le réseau des interactions (dont les liaisons H) assurant la cohésion des hélices ont été analysés. Il a été démontré comment certaines interactions entre liaisons peptidiques au sein d'hélices, classiquement représentées comme des liaisons hydrogène, devaient être considérés comme des contacts purement électrostatiques / This study is about the electrostatic and structural properties of proteins diffracting at high X-ray resolution. Two different aspects are tackled which are 1) the analysis of properties derived from their charge distribution, parting from a fundamental point of view and 2) the application of methods used in high resolution macromolecular crystallography to two enzymes of major interest.After the analysis of the structure and electrostatic properties of PfluDING protein, the binding mode of a phosphate ion, located in the active site, was elucidated at two different pH values. Particularly, this study demonstrates that a diffuse hydrogen bond assures the protonation state of the phosphate ion, which is thus identical at each pH value. The second enzyme studied is the proteine DFPase which is capable of hydrolysing nerve agents. A high resolution X-ray structure and a medium resolution neutron structure where compared. The analysis points out the differences between the two models and a new catalytic mechanism could be proposed.The more fundamental aspects of this study are about the secondary structural elements of proteins: their electrostatic properties in terms of electrostatic moments (dipole and quadrupole moments of helices and sheets) as well as the hydrogen bond network assuring the cohesion of helices have been analyzed. It has been shown that certain interactions between peptide units within helices, represented usually as hydrogen bonds, should actually be considered as pure electrostatic contacts

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

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

La goutte est une arthrite particulièrement douloureuse due à une réponse immunitaire contre des cristaux d’urate monosodique (MSU). Le neutrophile est un leucocyte qui contribue grandement à la perpétuation de l’inflammation lors d’une crise de goutte. Avant d’être recrutés au site d’inflammation, les neutrophiles rencontrent plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont la protéine S100A9. Nous montrons ici que S100A9 accentue plusieurs réponses effectrices des neutrophiles humains aux MSU, notamment la production de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS), la sécrétion de CXCL8/IL-8 et d’IL-1β et la glycolyse. S100A9 augmente également la mobilisation intracellulaire de calcium du neutrophile en plus d’augmenter la phosphorylation des tyrosines, la phosphorylation des sérines des substrats de la PKC, d’AKT et de la p38. Nous avons identifié un des mécanismes par lesquels S100A9 contribue à la pathogenèse de la goutte ainsi que les voies de signalisation impliquées dans ce phénomène qui sont des cibles thérapeutiques potentielles pour cette maladie. / Gout is the common and painful type of inflammatory arthritis. It is caused by an immune response against monosodium urate crystals (MSU) that form in the affected joint. Neutrophils are the most abundant leukocytes in the gout joint and play a key role in perpetuating inflammation during a gout flare. During their recruitment to the site of inflammation, neutrophils are exposed to several pro-inflammatory mediators such as S100A9. Although blocking S100A9 dampens MSU-induced inflammation, the role of this protein in the pathogenesis of gout remains incompletely characterized. We identified a novel role for S100A9 in MSU-induced inflammation, the priming of neutrophils towards MSU activation. We provide evidence for the ability of S100A9 to enhance several effector functions of human neutrophils triggered by MSU including the production of reactive oxygen species (ROS), the secretion of CXCL8/IL-8 and IL-1β as well as glycolysis. As for intracellular signaling, S100A9 increases the mobilisation of calcium, induces tyrosine phosphorylation of intracellular proteins as well as serine phosphorylation of PKC, AKT and p38 kinase. In summary, we report for the first time that S100A9 acts as a priming agent during MSU-induced inflammation and identify the underlying signaling pathways that could be targeted to treat gout.