En premier lieu, l'horloge circadienne des mammifères joue un rôle fondamental dans le foie en régulant le métabolisme des acides gras, du glucose et des xénobiotiques. L'altération de ce rythme a été montrée comme menant à diverses pathologies incluant le syndrome métabolique. Il est supposé que l'horloge circadienne régule principalement le métabolisme en régulant l'expression des enzymes hépatiques au niveau transcriptionnel. Nous montrons que l'horloge circadienne contrôle au ssi le métabolisme hépatique en synchronisant un rythme secondaire d'une période de 12 heures caractérisé par l'activation rythmique de la voie IRE1a dans le RE. L'absence d'horloge circadienne perturbe cette horloge secondaire et provoque une dérégulation des enzymes localisées dans le RE. Cela mène à une altération du métabolisme lipidique, résultant en une activation aberrante du facteur de transcription SREBP. Cette altération dans le métabolisme lipidique circadien chez les souris sans horloge pourrait être impliquée dans l'apparition du syndrome métabolique. D'autre part, la croissance cellulaire animale est principalement régulée par la détection des nutriments et est principalement médiée par la voie TOR. Chez la souris, un gène est identifié pour la kinase TOR et son association en complexe avec d'autres protéines permet de discriminer TORC1 et TORC2. TORC1 est la forme majeure sensible à la rapamycine et est le premier médiateur de la détection d'énergie et d'acides aminés pour le contrôle de la croissance. Ce contrôle consiste en la régulation de la traduction par la phosphorylation de S6 Kinase et 4E-BP et le contrôle de la biogenèse des ribosomes. Nous sommes intéressés de montrer si l'horloge circadienne régule la traduction régulée par TOR dans le foie de souris. / In one hand, The mammalian circadian clock plays a fundamental role in the liver by regulating fatty acid, glucose, and xenobiotic metabolism. Impairment of this rhythm has been shown to lead to diverse pathologies, including metabolic syndrome. Currently, it is supposed that the circadian clock regulates metabolism mostly by regulating expression of liver enzymes at the transcriptional level. We show that the circadian clock also controls hepatic metabolism by synchronizing a secondary 12 hr period rhythm characterized by rhythmic activation of the IRE1a pathway in the endoplasmic reticulum. The absence of circadian clock perturbs this secondary clock and provokes deregulation of endoplasmic reticulum localized enzymes. This leads to impaired lipid metabolism, resulting in aberrant activation of the sterol-regulated SREBP transcription factors. The resulting aberrant circadian lipid metabolism in mice devoid of the circadian clock could be inv olved in the appearance of the associated metabolic syndrome.In a second hand, the tissue growth in animals is principally regulated by nutrient sensing and principally by the protein kinase TOR. In mice one gene is identified as TOR kinase and the association of Tor protein associated with 2 different complex of protein (TORC1 and TORC2). TORC1 is the major rapamycin sensitive form and is the primary mediator of energy and amino acid sensing for growth control. This control consists in the regulation of translation through the phosphorylation of S6 Kinase (ribosomal S6 kinase) and 4E-BP (Eif4E binding protein) and the control of ribosome biogenesis. We are interested to show if the circadian clock regulate TOR translation regulation in mice liver.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

S'il est de plus en plus évident que le sommeil joue un rôle crucial dans la consolidation de la mémoire, nous ne connaissons toujours pas le rôle exact joué par le sommeil lors de ce processus. L'objectif de ma thèse a été de mieux comprendre les interactions sommeil/mémoire. Pour cela, nous avons choisi d'étudier chez la drosophile l'effet de courtes privations de sommeil sur la consolidation de la mémoire aversive olfactive. Nous avons utilisé un protocole de conditionnement pavlovien qui permet aux drosophiles d'associer une odeur à des chocs électriques. En fonction du conditionnement qui est réalisé, deux types de mémoires consolidées peuvent être formées: la Mémoire Résistante à l'Anesthésie (MRA) et la Mémoire à Long Terme (MLT). Contrairement à la MRA, la MLT dont la formation est dépendante d'une néo synthèse protéique est couteuse en énergie. Les résultats obtenus démontrent que MRA et MLT sont toutes deux affectées par de courtes privation de sommeil, mais qu'elles deviennent insensibles à de telles privations si le test mnésique est réalisé en fin de journée. Ces résultats mettent à jour : i) une interaction fonctionnelle entre les étapes de consolidation et de rappel mnésiques, et ii) l'influence de facteurs circadiens sur la sensibilité de la mémoire aux privations de sommeil. De plus, mes résultats montrent qu'une privation de sommeil ayant lieu juste après le conditionnement exerce un effet bénéfique sur la consolidation de la mémoire. Ce travail met donc en évidence la corrélation complexe qui existe entre le rythme circadien, le sommeil, et les étapes de consolidation et de rappel des mémoires consolidées

Le protéasome et l’immunoprotéasome possèdent trois activités catalytiques différentes et dégradent une grande variété de protéines. Leur rôle central dans de nombreux processus tels que le contrôle du cycle cellulaire et circadien, la régulation des voies de défense contre le stress font d’eux des cibles majeures dans le processus de vieillissement et dans le traitement des cancers. Aussi, le lien établi entre l'horloge circadienne et les défenses anti-oxydantes suggère que l'homéostasie redox des protéines et leur élimination par le protéasome soient modulées par l'horloge circadienne. L’étude d’inhibiteurs bivalents et non covalents du protéasome a montré que de cibler deux sites actifs à la fois permet d’augmenter l’efficacité et la sélectivité. Nous avons également effectué l'évaluation de la pénétration cellulaire de ces molécules à l’aide de sondes fluorescentes non covalentes conçues par le laboratoire. Nous avons montré que les activités peptidases du protéasome présentent une rythmicité circadienne en antiphase avec le taux de protéines carbonylées. L'expression circadienne de NRF2 et de l'activateur PA28 expliquerait cette stimulation de l'activité du protéasome. De plus, contrairement aux fibroblastes jeunes, aucune modulation circadienne du protéasome et du niveau de ROS n’a été mise en évidence dans les fibroblastes sénescents. Des résultats préliminaires de nos inhibiteurs sur le modèle cellulaire HEK293 synchronisé montrent que leur efficacité varie en fonction du rythme circadien et qu’elle est meilleure lorsque les activités du protéasome sont minimales. Ces résultats suggèrent que le protéasome puisse être une nouvelle cible pour la chronothérapie. / Proteasome and immunoproteasome have three different catalytic activities, and degrade a wide variety of proteins. Their central role in many pathways such as control of cellular and circadian cycles, regulation of the defense pathways against stress make them major targets in the aging process and in the treatment of cancer. Also, the link between the circadian clock and antioxidant defenses suggests that the redox homeostasis of proteins and their removal by the proteasome could be modulated by the circadian clock.Studying non-covalent and bivalent proteasome inhibitors showed that targeting two active sites at the same time results in increasing their efficiency and selectivity. We also carried out the evaluation of the cell penetration of these molecules using non-covalent fluorescent probes designed in the laboratory.We have shown that the peptidase activities of proteasome exhibit circadian rhythmicity in antiphase with protein carbonyl intracellular content. The circadian expression of NRF2 and PA28 activator can explain this stimulation of proteasome activity. Moreover, in contrast to young fibroblasts, no circadian modulation of the proteasome and the level of ROS have been observed in senescent fibroblasts.Preliminary results obtained with our inhibitors on the synchronized HEK293 cell model suggest that their effectiveness varies depending on the circadian rhythm and they are more efficient when proteasome activities are minimal. These results suggest that the proteasome could be a new target for chronotherapy.

Le gène Arntl2 (Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator-Like 2) sur lequel travaille notre laboratoire est un facteur de transcription lié au rythme circadien qui a été identifié comme un gène candidat au diabète de type 1. Parmi les gènes régulés par ce facteur de transcription se trouvait un excellent gène candidat, l’interleukine-21, responsable de la prolifération des lymphocytes T CD4+, en partie responsable de la destruction des cellules β du pancréas dans le diabète. Mon projet de thèse a donc consisté à étudier comment les allèles NOD et C3H d’Arntl2 contrôlaient l’expression d’Il-21, en quoi cela affectait le système immunitaire dans son ensemble. L’analyse des composantes immunitaires a montré que les souris avec un allèle C3H en Idd6.3 produisent moins de cellules T CD4+, CD8+ et CD4+IL-21+ comparées aux souris avec un allèle NOD en Idd6.3 et NOD.B6 Arntl2-/-. Nous avons pu démontrer que cette différence est due au fait qu’ARNTL2 se lie de façon spécifique au site de liaison de l’ARN polymérase 2 du promoteur d’Il-21 et inhibe son expression. Nous avons également démontré que la non fonctionnalité de ce gène conférait une augmentation de la résistance à l’apoptose des thymocytes. D’autres tests ont révélés que cette résistance à l’apoptose passait par IL-21, en effet des injections de cette cytokine apportaient la même augmentation de la résistance que celle trouvée dans les lignées ne disposant pas d’une version fonctionnelle d’Arntl2. Ces nouveaux résultats mettent en avant un rôle inattendu d’Arntl2 dans l’équilibre immunitaire par son contrôle de l’expression d’Il-21 ainsi que dans la sélection thymique des cellules T par le biais de l’apoptose. / The Arntl2 gene (Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator-Like 2) on which our lab focus is a transcription factor linked to the circadian rhythm which has been identified as a candidate gene to type 1 diabetes. Amongst the genes regulated by this transcription factor there is a strong candidate gene: the Interleukin 21, responsible of the proliferation of the T CD4+ lymphocyte, contributing to the destruction of the β cells in the pancreas during type 1 diabetes. My thesis project consisted on studying how the NOD and C3H alleles of Arntl2 control the expression of Il-21 and how it affected the immune system. The analysis of the immune cells revealed that the mice with a C3H allele in Idd6.3 produce less CD4+, CD8+ and CD4+IL-21+ T cells than the mice with a NOD allele in Idd6.3 and the NOD.B6 Arntl2-/-. We showed that this difference is due to the fact that ARNTL2 binds specifically to the RNA POL II binding site on the Il-21 promoter and inhibits its expression. We also have shown that a Knockout of this gene increase the apoptosis resistance of the thymocytes. And that this resistance was due to IL-21, indeed, injections of IL-21 brought the same increase in resistance than the one in the strains without a functional version of Arntl2. These new results show an unexpected role for Arntl2 in the regulation of the immune equilibrium by its control of Il-21 expression, and in the thymic selection of T cell by apoptosis.

BMAL1, une protéine centrale de l'horloge circadienne.L’inactivation de BMAL1 (BMAL1-KO) entraîne une perte complète de la rythmicité dans les horloges central et périphérique. Le travail de ma thèse se concentre sur le rôle du gène BMAL1 dans la développement et le traitement des cancers du sein et du côlon.1. Pharmacodynamique in vitro de l’Everolimus en fonction du temps d’administration malgré une horloge circadienne défectueuse ((Zhang et al., 2018) (Zhang, Levi and Chang, 2018)L’everolimus (EV) est un inhibiteur de la mTOR chez les mammifères et il est utilisé pour traiter le cancer du sein positif aux oestrogènes (ER+). Nous avons focalisé nos recherches sur la chronopharmacologie de l’Everolimus administré sur des cellules MCF-7 (ER+). Les MCF-7 présentent une oscillation circadienne de l’activité de mTOR sans mise en évidence d’une oscillation des gènes d’horloge. L’oscillation d’activité de mTOR induirait une oscillation de synthèse et/ou de phosphorylation de protéines importantes dans la progression de la phase G1, notamment la Cycline D1 et RB phosphorylée. Ces variations rythmiques des MCF-7 synchronisées expliquent la chrono-efficacité de l’Everolimus selon des temps différents d’administration.Ce travail a révélé que même dans un système de cellules cancéreuses dont l’horloge était perturbée, l'intégration d'autres rythmes cellulaires dans la chronothérapie pouvait augmenter l'efficacité du médicament. Ce principe peut être appliqué à des traitements du cancer pour optimiser la chronothérapie du cancer.2. Le Knockdown BMAL1 a déclenché différents destins de cellules du carcinome du côlon (CRC) en modifiant l'équilibre délicat entre les voies AKT / mTOR et P21 / P53 (Article soumis)Premièrement, nos résultats ont révélé que le knockdown BMAL1 par le shRNA (BMAL1-KD) avait déclenché une activation plus évidente de l’AKT / mTOR dans deux lignées cellulaires primaires (HCT116 et SW480) que une lignée métastatique de CRC, SW620. De plus, bien que les deux lignées cellulaires primaires de CRC aient présenté une augmentation significative de l'activité de l'AKT/mTOR, elles avaient des statuts différents de P53 (WT ou mutant). Dans ce contexte, les cellules SW480 BMAL1-KD avec P53 mutant présentaient une sénescence accrue, mais les cellules HCT116 BMAL1-KD avec P53 WT présentaient d’abord une apoptose transitoire, puis un taux de prolifération plus élevé.Ainsi, nos travaux ont révélé le rôle crucial de BMAL1 pour équilibrer un régulateur central du métabolisme AKT / mTOR et une voie de réponse au stress P53 / P21 dans des lignées cellulaires de CRC, ce qui met en évidence l’importance de BMAL1 dans le développement de CRC et la progression du vieillissement.3. BMAL1 renforce les propriétés épithéliales et diminue la chimiorésistance des cellules du CRC (article en préparation)La transition épithélo-mésenchymateuse (EMT) est un événement critique dans l'invasion et la métastase des carcinomes, y compris le CRC.Dans ce travail, nous avons étudié comment BMAL1 knockdown (Bmal1-KD) altère l’équilibre délicat entre les propriétés épithéliales et mésenchymateuse de trois lignées cellulaires de CRC (HCT116, SW480 et SW620).Après BMAL1-KD, la diminution de l’expression Twist, un facteur de transcription favorisé l’EMT et des marqueurs mésenchymateux (N-Cadhérine, Vimentine) étaient associées à une expression accrue des marqueurs épithéliaux (E-cadhérine, CK20 et EpCAM). De manière constante, l'augmentation de l'expression de l’E-cadhérine après BMAL1-KD était accompagnée d'une co-localisation membranaire accrue de la β-caténine avec l'E-cadhérine, ainsi que d'une diminution de la localisation nucléaire de la β-caténine, suggérant une diminution de l'activation de la voie Wnt. De plus, les cellules BMAL1-KD ont montré une diminution des capacités de migration et de la résistance aux médicaments.Au total, ces données soulignent l’importance de BMAL1 dans l’EMT des cellules de CRC. / BMAL1 is a core circadian clock protein, forming a heterodimer with CLOCK to initiate the transcription of circadian and output genes. Among canonical clock genes, only BMAL1 knockout results in complete loss of rhythmicity in both the SCN and peripheral tissues. My thesis work focuses on exploring the important role of BMAL1 in human breast and colon cancer progression and treatment. My work is divided into three main parts:1. Dosing time dependent in vitro pharmacodynamics of Everolimus despite a defective circadian clock (Zhang et al., 2018)(Zhang, Levi and Chang, 2018) Everolimus (EV) is an inhibitor of mammalian target of Rapamycin (mTOR) and is used to treat estrogen positive (ER+) breast cancer. Here, we investigated whether EV efficacy varied according to administration timing by using the ER+ breast cancer cell line MCF-7 as a model system. Serum shock synchronization induced a circadian oscillation in mTOR activity in MCF-7 cells, which rhythmically regulated the synthesis or phosphorylation of key G1 progression proteins, such as Cyclin D1 and phosphorylated RB, ultimately resulting in different G0/G1 blockage efficiency according to different EV administration timing. Thus, the different delivery schedule of EV presented different efficacy in G0/G1 phase blockage in serum shocked MCF-7 cells.This investigation revealed that, even in a breast cancer cell system with disrupted circadian organization, modulating drug administration according to other protein rhythms could still increase drug efficacy. This principle may be applied to many other cancer systems and treatment types to optimize cancer chronotherapy.2. Knockdown BMAL1 triggered different colon carcinoma cells fates by altering the delicate equilibrium between AKT/mTOR and P21/P53 pathways (Article in preparation)We tried to evaluate in vitro how knockdown BMAL1 (BMAL1-KD) by shRNA influences human colorectal cancer cell (CRC) behavior.The results revealed that BMAL1-KD triggered different CRC cell fates based on distinct p53 status in different cell lines. First, after BMAL1 knockdown, two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) presented a more evident AKT/mTOR activation than the metastatic colon carcinoma cell line, SW620. Furthermore, although both primary CRC cell lines presented a significant increase of AKT/mTOR activity, they had different P53 status (WT or mutant) and activation pattern. Under these context, SW480 BMAL1-KD cells exhibited increased senescence but HCT116 BMAL1-KD cells showed firstly a transient apoptosis and then higher proliferation rate.Thus, our work uncovered the crucial role of BMAL1 to balance a central metabolism regulator AKT/mTOR and a stress response pathway P53/P21 in CRC cell lines, which highlighted the importance of BMAL1 in CRC development and aging progression.3. BMAL1 knockdown leans epithelial–mesenchymal balance toward epithelial properties and decreased the chemoresistance of colon carcinoma cell (Article in preparation)Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a critical early event in the invasion and metastasis of carcinoma, including colorectal cancer (CRC). In this work, we studied how BMAL1-KD alters the delicate equilibrium between epithelial and mesenchymal properties of three colon carcinoma cell lines (HCT116, SW480 and SW620).The results showed the molecular alterations after BMAL1-KD promote mesenchymal-to-epithelial transition-like changes mostly appeared in two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) compared to the metastatic cell line SW620. Subsequently, BMAL1-KD HCT116 and SW480 cells harbored a decreased migration, invasiveness and drug resistance capacities relative to their scramble counterpart cells. All these data suggested the importance of BMAL1 on EMT inducing in colon carcinoma cells.

Ces dernières années ont vu le développement du commerce international entraînant une accélération des mouvements intercontinentaux d'espèces. Ces multiples introductions sont à l'origine de nombreux cas d'invasion, où les espèces s'établissent et se dispersent. Dans le nouvel environnement, étudier les facteurs liés à la niche écologique permet de comprendre comment se déroule l'établissement des espèces introduites au sein de la communauté d'espèces résidentes. L'hypothèse de la niche vide, qui prédit que l'invasion est possible car un espace vide existe au sein des niches écologiques de la communauté résidente, est un des facteurs facilitants de nombreux cas d'invasion. Par ailleurs, la stratégie d'exploitation de la ressource par l'espèce invasive au sein de la niche écologique peut aussi expliquer la propension d'une espèce à envahir ou non le nouvel environnement. L'objectif de cette thèse est d'explorer l'importance de ces hypothèses dans le succès invasif, au travers de l'exemple de Drosophila suzukii. Introduite en 2008 en Europe et aux Etats-Unis, cette espèce a envahi chacun des continents en moins de 7 ans. Elle est la seule espèce européenne de drosophiles capable de pondre à l'intérieur de fruits sains omniprésents, au sein d'une niche écologique vide de tout compétiteur. Elle est à l'origine de gros problèmes pour la culture de fruits cultivés et se retrouve être l'un des ravageurs majeurs en production de fruits rouges. Mieux comprendre son invasion, sa niche écologique et sa stratégie de sélection d'habitat permet de mieux lutter contre l'insecte, notamment par des méthodes permettant de perturber la localisation des fruits dans l'environnement. Cet aspect appliqué est aussi un objectif important de cette thèse CIFRE, financée pour optimiser la lutte par piégeage massif / In the last few decades, the development of international trade has seen resulting in an acceleration of intercontinental movements of species. These multiple introductions are the cause of many cases of invasion, where species are established and spread. In the new environment, studying factors related to the ecological niche help understanding what happens during the establishment of introduced species within the community resident species. The “empty niche hypothesis”, which predicted that the invasion is possible because a gap exists in the ecological niches of the resident community, is one of the facilitating factors of many cases of invasion. In addition, the strategy of utilization of the resource by the invasive species in the ecological niche may also explain the propensity of a species to invade or not the new environment. The objective of this thesis is to explore the significance of these assumptions in the invasive success, through the example of Drosophila suzukii. Introduced in 2008 in Europe and the US, this species has invaded every continent in less than 7 years. It is the only European species of fruit flies that can lay eggs inside healthy fruits, which are omnipresent, in an ecological niche free of any competitor. It is the cause of dreadful issues for grown fruit and is one of the major pests in production of berries. Better understand its invasion, its ecological niche and habitat selection strategy help better fighting the insect, including methods to disrupt the location of fruit in the environment. This applied context is also an important aspect of this thesis, funded also to optimize the fight by mass trapping

La découverte du rôle des insectes en tant que vecteurs de pathogènes, établi depuis plus d'un siècle, a été l'élément moteur de la discipline « entomologie médicale et vétérinaire ». Malgré le succès de nombreuses campagnes de prévention et de programmes de lutte, nous assistons depuis une trentaine d'années à l'émergence et à la recrudescence de maladies à transmission vectorielle. Le virus de la fièvre catarrhale ovine (FCO) (Reoviridae : Orbivirus) est un très bon exemple de virus émergent en Europe dont les mécanismes de transmission sont encore peu connus dans cette région. Ce virus est transmis par des moucherons hématophages du genre Culicoides (Diptera : Ceratopogonidae) aux ruminants sauvages et domestiques. En Europe, la FCO a été pendant longtemps considérée comme une maladie exotique. À partir de 1998, plusieurs incursions apparaissent dans l'ouest du bassin méditerranéen en lien avec la remontée vers le nord de populations de Culicoides imicola, le principal vecteur afrotropical. À partir d'août 2006, l'apparition et la transmission du sérotype 8 dans le nord de l'Europe, dans des zones où C. imicola est absent, révèle l'importance des espèces autochtones et la nécessité de comprendre leur rôle vecteur. Ce travail s'intéresse aux mécanismes de transmission du virus de la FCO en Europe non méditerranéenne, en i) présentant un état de l'art de la biologie et l'écologie des Culicoides adultes, ii) en évaluant les conditions possibles d'utilisation de pièges pour estimer le taux de piqûre et iii) en décrivant les comportements trophiques pour les espèces d'intérêt vétérinaire. / The discovery of insects as pathogens vectors was established for over a century and was the driving force behind the discipline “medical and veterinary entomology”. Despite the success of some prevention and control program campaigns, the emergence and spread of vector-borne diseases occurred dramatically during this last thirty years. Bluetongue virus (BTV) (Reoviridae: Orbivirus) is a good example of emerging virus in Europe, with a little understanding of the epidemiology of this disease. This virus is transmitted by blood-sucking midges of the genus Culicoides (Diptera: Ceratopogonidae) to wild and domestic ruminants. In Europe, BT was considered an exotic disease. In 1998, several incursions appeared in the western Mediterranean Basin in line with the northward progression of C. imicola populations, the main afrotropical vector. From August 2006, the emergence and transmission of serotype 8 in northern Europe, in areas where C. imicola is absent, revealed the importance of autochthonous species and the urgent need to understand their role as vector. This work gives new insights into the understanding of BTV transmission in northern Europe: i) presenting a state of the art review of the biology and ecology of Culicoides adults, ii) assessing different methods to study the biting rate and iii) highlighting trends in host-seeking behavior.