La dénutrition protéino-énergétique, qui touche une partie de la population âgée, accentue leur déclin musculaire (sarcopénie et dynapénie) et participe donc à l'augmentation de la morbi-mortalité. La prévention et le traitement de la dénutrition s'avèrent difficiles, lié au défaut de réponse à la renutrition observé chez les personnes âgées ; celui-ci est expliqué par une forte extraction splanchnique des acides aminés en période post-prandiale, responsable d'une moindre stimulation de la protéosynthèse musculaire. La citrulline, acide aminé non protéinogène qui échape à la séquestration splanchnique des acides aminés, est un facteur stimulant de la synthèse protéique musculaire. Nous avons montré qu'un apport en citrulline s'accompagne d'une amélioration de la masse et des capacités fonctionnelles musculaires (activité motrice, force musculaire maximale isométrique) chez le rat âgé dénutri. Cet effet bénéfique de la citrulline s'expliquerait, en partie, par une surexpression des protéines contractiles myofibrillaires et une diminution de l'expression d'éléments des voies de dégradation protéique. Son mécanisme d'action reste encore à préciser bien que nos données suggèrent également une réorientation du métabolisme énergétique. En complément de ces données expérimentales, nous développons une étude clinique afin de vérifier les effets bénéfiques de la citrulline sur le métabolisme protéique de la personne âgée dénutrie. Suite à cette étude, nous pourrons réaliser un essai thérapeutique de plus grande ampleur, afin de montrer l'efficacité de la citrulline sur l'amélioration de paramètres reflétant la fonction musculaire. Ainsi, l'administration de citrulline pourrait être une stratégie nutritionnelle efficace et innovante afin de limiter le déclin musculaire survenant au cours du vieillissement. En s'opposant à la dénutrition protéino-énergétique des personnes âgées, elle pourrait retarder l'entrée dans la dépendance, améliorer la qualité de vie et limiter la morbi-mortalité liée à la dynapénie.

Les matériaux en contact avec des fluides biologiques peuvent être colonisés par de nombreux microorganismes (bactéries, levures...) et des macromolécules telles que les protéines. Lorsqu'il s'agit de bactéries pathogènes, l'adhésion bactérienne devient un problème, en particulier dans les milieux agroalimentaire et biomédical, car elle se poursuit jusqu'à la formation de biofilms bactériens, des bio-structures plus résistantes à l'action des antibiotiques que les bactéries isolées. Malgré une littérature abondante sur les processus d'adhésion bactérienne, l'interface surface - bactérie est encore mal comprise principalement à cause du manque de caractérisation à l'échelle moléculaire. Dans ce travail, nous utilisons une technique d'optique non linéaire du second ordre, la spectroscopie vibrationnelle de Génération de Fréquence Somme (SFG) à large bande, pour sonder spécifiquement des interfaces ordonnées à l'échelle moléculaire. Le principe consiste à envoyer un faisceau picoseconde visible et un faisceau femtoseconde infrarouge (accordé aux longueurs d'onde des vibrations des molécules de la surface) sur le substrat en contact avec des biomolécules en milieu aqueux. L'optimisation de la déconvolution et la modélisation du spectre SFG expérimental, réalisées dans le cadre de travail, permettent d'obtenir quantitativement la conformation des molécules de la surface du substrat. Nous nous sommes intéressés à la colonisation d'une surface structurée en " brosse " composée de monocouches autoassemblées (SAM) hydrophobes d'OctaDécaneThiol (ODT) par des bactéries Lactococcus lactis. Afin de reproduire les conditions naturelles de la colonisation bactérienne, nous avons aussi étudié le rôle de la présence de protéines, en l'occurrence l'albumine de sérum bovin. L'étude par spectroscopie SFG couplée avec des mesures de microscopie confocale de fluorescence a permis de proposer un mécanisme de l'adhésion bactérienne sur la SAM d'ODT, qui dépend de la présence des protéines. Nous avons démontré que les bactéries seules en suspension avaient un impact sur la conformation du support pouvant conduire à une augmentation ou à une diminution de la colonisation bactérienne selon le caractère hydrophobe / hydrophile de la paroi bactérienne. La présence des protéines avant ou pendant la colonisation bactérienne conduit à de nouveaux changements structuraux de la SAM d'ODT et à une importante diminution de l'adhésion bactérienne et du biofilm résultant (indépendamment du caractère hydrophobe / hydrophile de la paroi bactérienne). Cette étude démontre d'une part la faisabilité et l'intérêt de la spectroscopie vibrationnelle SFG pour l'étude de l'adhésion bactérienne in situ, et d'autre part que l'effet des bactéries et des protéines sur la conformation des surfaces est à prendre en compte lors de l'ingénierie de nouveaux matériaux à effet antiadhésif et/ou bactéricide.

Les protéines SREBP-1 sont des facteurs de transcription connus pour leur rôle dans la régulation du métabolisme lipidique. Plus récemment des études faites in vitro (myotubes humains en culture primaire) et in vivo (muscle tibial de souris) ont montré que la surexpression de SREBP-1a ou SREBP-1c induit une atrophie musculaire et bloque la différenciation musculaire, en inhibant notamment l'expression des protéines structurales du muscle squelettique et des facteurs de la différenciation musculaire (MRFs). Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de décrypter le mécanisme de l'atrophie induite par SREBP-1 et de déterminer comment les protéines SIRT1 pourraient réguler ce facteur de transcription. L'atrophie musculaire résulte d'un déséquilibre entre la quantité de protéines synthétisées et dégradées. Dans nos études, nous montrons que SREBP-1 régule la synthèse protéique et la dégradation protéique, respectivement via le contrôle négatif de l'expression des MRFs et via le contrôle de l'expression des atrogènes, MuRF1 et Atrogin-1. Dans le muscle squelettique, nous démontrons que la désacétylase SIRT1 régule l'activité transcriptionnelle de SREBP-1. Les protéines SREBP-1 et SIRT1 étant toutes deux impliquées dans la régulation du métabolisme lipidique, nous mettons en évidence une nouvelle voie de signalisation reliant le métabolisme énergétique et nutritionnel avec l'activité transcriptionnelle de SREBP-1 dans le muscle. Étant donné le rôle de SIRT1 et SREBP-1 dans le métabolisme lipidique et musculaire, nous nous sommes intéressés au rôle des phospholipides et plus particulièrement des céramides dans la régulation de la masse musculaire.Nos études montrent que la régulation de la quantité de céramides par la cytokine TNFα régule la masse musculaire. Ainsi, nos travaux mettent en évidence de nouveaux liens entre le métabolisme lipidique et la régulation de la masse et du métabolisme musculaire.

La diversité du monde vivant repose pour une large part sur la diversité des protéines codées dans les génomes. Comment une telle diversité a-t-elle été générée ? La théorie classique postule que cette diversité résulte à la fois de la divergence de séquence et de la combinatoire des arrangements de protéines en domaines à partir de quelques milliers de domaines anciens, mais elle n'explique pas les nombreuses protéines orphelines.Dans cette thèse, nous avons étudié l'évolution des protéines du point de vue de leur décomposition en domaines en utilisant trois bases de données : HOGENOM (familles de protéines homologues), Pfam (familles de domaines expertisées) et ProDom (familles de modules protéiques construites automatiquement). Chaque famille d'HOGENOM a ainsi été décomposée en domaines de Pfam ou modules de ProDom. Nous avons modélisé l'évolution de ces familles par un réseau Bayésien basé sur l'arbre phylogénétique des espèces. Dans le cadre de ce modèle, on peut reconstituer rigoureusement les scénarios d'évolution les plus probables qui reflètent la présence ou l'absence de chaque protéine, domaine ou module dans les espèces ancestrales. La mise en relation de ces scénarios permet d'analyser l'émergence de nouvelles protéines en fonctions de domaines ou modules ancestraux. L'analyse avec Pfam suggère que la majorité de ces événements résulte de réarrangements de domaines anciens, en accord avec la théorie classique. Cependant une part très significative de la diversité des protéines est alors négligée. L'analyse avec ProDom, au contraire, suggère que la majorité des nouvelles protéines ont recruté de nouveaux modules protéiques. Nous discutons les biais de Pfam et de ProDom qui permettent d'expliquer ces points de vue différents. Nous proposons que l'émergence de nouveaux modules protéiques peut résulter d'un turn-over rapide de séquences codantes, et que cette innovation au niveau des modules est essentielle à l'apparition de nombreuses protéines nouvelles tout au long de l'évolution.

L'assimilation des protéines du repas met en jeu une cascade d'événements métaboliques, dynamiques et transitoires, contrôlant la distribution des acides aminés alimentaires dans les zones splanchnique et périphérique de l'organisme. Le recours à la modélisation compartimentale permet d'analyser les données cliniques obtenues sur ce système physiologique complexe afin de comprendre son fonctionnement par le biais d'une approche intégrée. Les travaux pionniers récemment opérés à ce sujet se sont heurtés à une difficulté majeure : la difficulté de mener à bien l'identification numérique de modèles multi-compartimentaux, qui consiste à trouver les valeurs de leurs paramètres permettant d'ajuster leurs prédictions aux observations disponibles sur le système, en particulier lorsque ces données sont rares ou parcellaires. Dans la continuité de cette démarche, nos travaux de thèse ont consisté à améliorer les techniques et à rationaliser les méthodes de modélisation disponibles au laboratoire, puis à utiliser ces développements méthodologiques afin d'étudier les phénomènes métaboliques impliqués dans la valorisation postprandiale spécifique de différentes sources protéiques sous différentes conditions nutritionnelles chez l'homme. Nous nous sommes d'abord intéressés aux différentes étapes du processus de développement d'un modèle multi-compartimental complexe décrivant la distribution inter-régionale de l'azote alimentaire en phase postprandiale chez l'homme, depuis l'obtention de données expérimentales sur le système étudié jusqu'à l'identification structurelle et numérique du modèle et sa validation. En particulier, nous avons cherché à simplifier l'étape critique de l'identification numérique des modèles compartimentaux, et nous avons développé une nouvelle méthode qui permet, grâce à une analyse de sensibilité préalable du modèle, de diviser le problème d'optimisation de grande taille en plusieurs sous-problèmes emboîtés de taille réduite, plus faciles à résoudre par les algorithmes classiques de recherche. Ces développement méthodologiques nous ont permis de construire un nouveau modèle global du métabolisme de l'azote alimentaire chez l'homme, décrivant les processus majeurs de son utilisation postprandiale depuis son absorption jusqu'à son assimilation régionale et son élimination par l'organisme. Ce modèle a été développé à partir de données expérimentales concernant l'apparition de l'azote alimentaire dans certains pools métaboliques de l'intestin, du sang et des urines obtenues chez des sujets sains au cours des 8 heures suivant l'ingestion d'un repas mixte solide contenant des protéines de blé marquées au 15N. Puis, ce modèle a été utilisé et/ou adapté afin de rendre compte de données supplémentaires, obtenues après l'ingestion de repas mixtes à base de protéines de lait ou de soja (repas liquides) ou de protéines de blé (repas solide) selon un protocole similaire, mais mené en deux occasions successives chez des sujets sains préalablement adaptés à un régime normoprotéique puis hyperprotéique. Les modèles ainsi développés ont permis de prédire les cinétiques gastro-intestinales de l'azote alimentaire dans le cadre physiologique de l'ingestion de repas mixtes (bolus), et d'étudier leur impact sur le métabolisme ultérieur de l'azote alimentaire, en particulier sur son utilisation anabolique et catabolique splanchniques. Ces modèles ont aussi permis d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs (nature de la source protéique) ou quantitatifs (niveau habituel d'apport protéique) de l'apport protéique sur la valorisation postprandiale spécifique des protéines du repas. En particulier, ces travaux ont montré l'importance du phénomène de recyclage entéro-hépatique de l'azote alimentaire après l'ingestion d'une protéine de qualité nutritionnelle moyenne comme le blé. Ces résultats nous ont amenés à nous intéresser plus particulièrement aux cinétiques postprandiales de l'urée, ainsi qu'à leur modulation par différents facteurs alimentaires. Pour cela, nous avons développé un modèle régional spécifique des phénomènes métaboliques splanchniques de désamination et de recyclage entéro-hépatique, qui est en réalité un sous-système des modèles globaux précédents. Ce modèle a permis, à partir de données obtenues uniquement aux niveaux sanguin et urinaire, d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs et quantitatifs de l'apport protéique sur les cinétiques postprandiales de production, d'excrétion et d'hydrolyse de l'urée d'origine alimentaire et endogène. Nos travaux de modélisation ont permis d'apporter des informations originales et nouvelles concernant l'influence de différents facteurs alimentaires sur le devenir métabolique postprandial de l'azote alimentaire chez l'homme. Ces travaux pourraient être renouvelés et poursuivis par l'analyse de nouvelles données obtenues sous différentes conditions physiopathologiques afin de définir des stratégies nutritionnelles adaptées à ces situations.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La vitamine C est un antioxydant connu et elle est utilisée comme supplément alimentaire et agent de conservation. Le déshydroascorbate (DHA) est une forme oxydée de la vitamine C. Chez l'humain, la plupart du DHA formé est rapidement retransformé en vitamine C par différentes voies enzymatiques. Toutefois, la dégradation du DHA mène à la formation de produits carbonylés réactifs (C=0) qui sont à leur tour impliqués dans la formation de produits de glycation avancée (AGE), entre autres en situation de stress oxydatif ou lors du vieillissement. De plus, dans les cas d’urémie chronique, l’élimination des produits carbonylés réactifs est diminuée. Récemment, notre laboratoire a démontré qu’un produit de dégradation du DHA modifiait le groupement thiol du glutathion. Cela suggère que les produits carbonylés réactifs pourraient également modifier les thiols d'autres peptides et protéines. L’objectif de cette étude est de caractériser les changements engendrés par les produits de dégradation du DHA sur différents peptides et protéines en utilisant des méthodes de spectrométrie de masse combinée avec la chromatographie liquide. Afin de mieux comprendre les modifications engendrées par le DHA, nous avons utilisé la chaîne ? de l’insuline, qui possède un nombre limité de sites cibles potentiels. En incubant la chaîne ? de l’insuline avec le DHA, nous avons observé des adduits de 130 Da sur les cystéines ayant un thiol libre par analyse aux spectromètres de masse. Des études cinétiques montrent que la modification par le DHA est plus efficace à pH 2,0 qu’à pH 7,0, car l'association des thiols libres en disulfure est facilitée à pH neutre comparativement à pH acide. Nous avons ensuite confirmé le phénomène sur des protéines entières, plus précisément l’?-lactalbumine et la ?-lactoglobuline qui présentent une plus grande complexité que la chaîne ? de l'insuline et qui pourraient être une des cibles physiologiques du DHA. Dans l’ensemble, nos résultats indiquent que les produits carbonylés réactifs provenant de la dégradation du DHA sont capables de modifier les thiols de protéines complexes. En perspective, il serait intéressant d’identifier l'impact physiologique d'une telle modification dans l’homéostasie cellulaire, plus particulièrement dans les dérèglements dus au stress oxydatif. [symboles non conformes]

Le coenzyme Q est une molécule lipophile rédox rencontrée chez les eucaryotes et chez la plupart des procaryotes. La structure de Q correspond à une benzoquinone substituée par une chaîne polyisoprényle dont la longueur varie selon les organismes. Q joue le rôle de transporteur d'électrons dans les chaînes respiratoires d'où provient la plupart de l'énergie de la cellule. La biosynthèse de Q chez la bactérie Escherichia coli comporte huit étapes et implique au moins neuf protéines (UbiA-UbiH et UbiX). Trois réactions d'hydroxylation sont nécessaires pour la biosynthèse de Q8 en conditions aérobies. Alors que les protéines UbiH et UbiF présentent des homologies de séquence avec des monooxygénases à flavine connues pour catalyser des réactions d'hydroxylation, UbiB qui a été proposée comme étant la troisième hydroxylase, présente uniquement une homologie de séquence avec des kinases. Nous rapportons dans ce travail que la protéine VisC, renommée UbiI, catalyse la réaction d'hydroxylation auparavant attribuée à UbiB. Nous avons également identifié deux nouvelles protéines (YigP et YqiC, renommées respectivement UbiJ et UbiK) importantes pour le métabolisme de Q chez Escherichia coli puisque leur mutation diminue fortement le contenu en Q des souches mutantes. Ces protéines interagissent avec la plupart des protéines connues pour participer à la biosynthèse de Q ce qui implique l'existence d'un complexe de biosynthèse de Q. En utilisant des approches biochimiques et protéomiques, nous avons pu mettre en évidence un complexe impliquant plusieurs protéines Ubi et notamment UbiJ et UbiK. Ces deux protéines semblent avoir un rôle dans l'assemblage et/ou la stabilisation de ce complexe multiprotéique. Enfin, nous nous sommes intéressés à la biosynthèse de Q dans des conditions de cultures anaérobies. Nos résultats montrent l'existence « d'hydroxylases anaérobies », inconnues à ce jour, qui remplaçent les hydroxylases aérobies UbiH, UbiI et UbiF. Grâce à une approche phylogénétique, nous identifions un gène important pour la biosynthèse de Q uniquement en conditions anaérobies suggérant une réorganisation de la biosynthèse de Q entre ces deux environnements fréquemment rencontrés par E. coli. L'ensemble de nos résultats a permis d'améliorer notre connaissance de la voie de biosynthèse procaryote de Q grâce à la découverte de nouveaux gènes impliqués dans ce processus et grâce à l'identification de la fonction moléculaire de certaines protéines. / Ubiquinone (Q) is a lipophilic compound that plays an important role in electron and proton transport in the respiratory chains of Escherichia coli. Besides this important role in energy production, Q also functions as a membrane soluble antioxidant. The biosynthesis of Q8 requires eight reactions and involves at least nine proteins (UbiA-UbiH and UbiX) in Escherichia coli. Three of these reactions are hydroxylations resulting in the introduction of a hydroxyl group on carbon atoms at position 1, 5 and 6 of the aromatic ring. The C1 and C6 hydroxylation are well characterized whereas the C5 hydroxylation has been proposed to involve UbiB, a protein kinase without any sequence homology with monooxygenase. In this work, by genetic and biochemical methods we provide evidence that VisC which we renamed UbiI, displays sequence homology with monooxygenases and catalyzes the C5 hydroxylation, not UbiB. We have identified two new genes, yqiC and yigP (renammed UbiJ and UbiK) which are required only for Q8 biosynthesis in aerobic conditions. The exact role of the corresponding proteins, renamed UbiJ and UbiK, remains unknown. These proteins are able to interact with other Ubi proteins to be able to produce Q supporting the protein complex hypothesis. Our progress on the characterization of an Ubi-complex regrouping several Ubi proteins suggest that UbiJ and UbiK may fulfill functions related to the Ubi-complex stability. Mutants affected in hydroxylation steps are deficient for Q8 in aerobic conditions but recover a wild type Q8 content when grown in anaerobic conditions. This intriguing observation supports the existence of an alternative hydroxylation system independent from dioxygen which has not been characterized so far. By phylogenetic studies, we have identified a new gene in which the deletion affect the biosynthesis of Q only in anaerobic conditions suggesting a reorganization of Q biosynthesis in these two conditions. Our results has improved our knowledge of the prokaryotic Q biosynthetic pathway through the discovery of new genes involved in this process and through the identification of the molecular function of some proteins.

Les domaines PDZ reconnaissent des motifs C-terminaux (PBMs), à l'origine de nombreuses interactions qui sont souvent impliquées dans la régulation de la polarité cellulaire. Dans cette thèse, nous avons étudié divers aspects de la spécificité des interactions PDZ-PBM. Nous avons mis en évidence les faibles performances de deux prédicteurs d'interaction entre PDZs et PBMs, considérés sous leurs formes les plus courtes. Ensuite, nous avons développé des protocoles basés sur les méthodes BIAcore et HoldUp pour valider expérimentalement et à grande échelle des prédicteurs d'interaction PDZ-PBM et pour étudier l'influence du contexte de séquence (comme les séquences flanquantes ou les domaines voisins) des PDZs et des PBMs sur l’affinité et la spécificité de leurs interactions. Nous avons identifié des interactions potentielles impliquant les protéines humaines à PDZ MAGI1 et SCRIB soulignant leur implication dans les réseaux de signalisation des protéines G. Une revue de la littérature, combinée avec nos propres résultats, a révélé des mécanismes par lesquels le contexte de séquence influence les affinités et spécificités des interactions impliquant les PDZs. Nous avons discuté ces mécanismes dans une revue publiée. Les connaissances obtenues à partir de cette thèse pourront influencer positivement de futures études sur les interactions PDZ-PBM, en particulier, et sur les interactions domaine-motif linéaire en général. / PDZ domains recognize C-terminal PDZ-binding motifs (PBMs) thereby mediating protein interactions that are often involved in cell polarity regulation. In this thesis, we studied under various aspects the specificity of PDZ-PBM interactions. We identified weak performances of two published predictors for interactions between core PDZ domains and short PBMs. Next, we developed protocols based on BIAcore and HoldUp to experimentally validate on a large scale predicted PDZ-PBM interactions and to study the influence of sequence context (e.g. flanking regions or neighbouring domains) of PDZs and PBMs on their interaction affinity and specificity. We identified new potential interactions involving the human PDZ proteins MAGI1 and SCRIB underpinning their implication in G protein signalling pathways. A literature survey combined with our own findings reveal structural mechanisms, by which sequence context influences PDZ interaction affinities and specificities. We have discussed those in a published review. Insights gained from this thesis may positively impact future studies on PDZ-PBM interactions in particular and on domain-linear motif interactions in general.

L'hydrolyse enzymatique des protéines thermosensibles des moûts ou des vins a été envisagée comme une technique alternative à l'utilisation des bentonites dans le cadre de la protection des vins vis à vis de la de la casse protéique.Le Laboratoire d'Œnologie et de Chimie Appliqué possède une collection de levures issues du vignoble champenois dont certaines possèdent une activité protéasique exocellulaire.Dans un premier temps, 40 de ces levures, fermentaires et non-fermentaires, ont été présélectionnées. La quantification de leur activité protéasique exocellulaire a été réalisée et nous a conduit à ne retenir que 10 d'entres elles. Ces 10 levures ont fait l'objet d'une identification précise et parmi elles l'une s'est avérée être une Saccharomyces cerevisiae.Cette souche, baptisée S.cerevisiae PlR1, est en mesure d'exprimer son activité protéasique exocellulaire au cours de la fermentation alcoolique.Les conditions de l'expression de cette activité ont été étudiées de même qu'ont été déterminées les principales caractéristiques de la protéase libérée.Par la suite nous nous sommes attachés à étudier dans quelle mesure cette activité protéasique exocellulaire était capable d'hydrolyser les protéines du moût et à identifier les protéines concernées. / The hydrolysis of thermosensitive proteins of grape juice has been proposed as one of the potential alternative methods to the use of bentonite to prevent haze formation in wine.The Laboratory of Enology and Applied Chemistry owns a collection of yeast isolated from the Champenois vineyard, with some yeast showing an exocellular prototeolytic activity.Out of this yeast collection, 40 yeast strains, either fermentative or non fermentative, were selected first. Based on the determination of their exocellular proteolytic activity, 10 yeast strains (out of the 40 yeast strains selected) were further used for this study. Those 10 yeast strains have been carefully identified, being one of them a Saccharomyces cerevisiae.This wild yeast strain, named S. cerevisiae PlR1, is able to express its exocellular proteolytic activity during the alcoholic fermentation.Parameters required for optimal proteolytic activity were determined. Characterization of the secreted protease was also done.It was then searched whether this proteolytic activity can affect must proteins and a tentative identification of the hydrolyzed proteins was carried out.