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

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Avec l'accroissement du nombre de génomes séquencés, l'organisation de ces données brutes et des données dérivées, l'extraction de l'information et des connaissances associées défie l'imagination. La notion de voisinage a été d'abord été introduite pour l'organisation des données dans des bases de données relationnelles. Pour extraire des informations pertinentes à partir de données massives, différents types de voisinages ont été étudiés ici. Tout d'abord, avec l'analysedes correspondances (CA) et en utilisant le regroupement supervisé ("model clustering" MBC), la proximité mutuelle des éléments formant deux entités biologiques centrales, les gènes (codant les protéines) et les acides aminés a été analysée. Nous montrons par exemple que les protéines de Psychromonas ingrahamii, bactérie psychrophile extrêmes, sont regroupées en six classes, et qu'il y a une forte opposition entre le comportement de l'asparagine (N) et des acides aminés sensibles à l'oxygène, ce que nous expliquons en terms de résistance au froid. Ensuite, nous avons analysé la répartition entre les îlots génomiques (GI) et le squelette du génome de base à partir d'une nouvelle méthode combinant composition en bases et en gènes, caractéristiques GI et de briser les synténies. L'application de cette approche à E. coli et B. subtilis a révélé que cette nouvelle méthode permet d'extraire certaines régions significative, non publiées auparavant.Enfin, pour illustrer un voisinage fin, la régulation de l'expression d'un gène et son évolution, nous avons étudié la relation entre les régions en amont du gène et la zone codante du gène thrS de façon approfondie. Nous avons constaté que ces deux régions associées à un gène, se sont comportés différemment dans l'histoire évolutive. Certaines des régions en amont porteuses de la fonction non-essentielle de régulation (qui contrôle l'expression de gène) ont évoluédifféremment de la région codante. / With more and more genomes being sequenced, the organization of those raw data and the derived data, the extraction of information and knowledge from these data has become a challenge. A key concept in this field is that of the neighborhood, especially with respect to the organization of data in relational databases. To extract information from bulk data, different kinds of neighborhoods were studied and each show interesting results in current study. .Firstly, through the Correspondence Analysis (CA) and later Model Based Clustering (MBC), two kinds of neighbors i.e. the genes (proteins) and amino acids were analyzed respectively, and it was found that proteins from Psychromonas ingrahamii are clustered into six classes, and there is strong opposition between asparagine (N) and the oxygen-sensitive amino acids. Secondly, the relationship between genomic islands and core genome (i.e. two closely linked neighbors withlarge range on the chromosome) was studied by a new method combining composition, GI features and synteny break. On applying to E. coli and B. subtilis it was revealed that this new method can extract some meaningful regions not published before. Thirdly, the relationship between upstream and coding regions of thrS gene (i.e. a case for two closely linked neighbors with small range on the chromosome) was studied extensively. It was found that these two regions associated to one gene, behaved differently in the evolutionary history.. Some of the upstream regions bearing non-essential function (i.e. regulation of gene expression) evolved more slowly than the coding region.

La GlnRS de Deinococcus radiodurans se distingue des autres GlnRS par la présence d'un appendice additionnel en C-terminal (C-ter). Celui-ci adopterait le même repliement que la famille de protéines YqeY de fonction inconnue et une région de la sous-unité GatB de l'AdT. Son architecture atypique, trouvée dans 4 organismes, corresponds à la fusion de protéine de la voie directe et indirecte d'aminoacylation des ARNt. La structure cristallographique de la GlnRS-Dr n'a pas permis de résoudre la région C-ter, la maille étant suffisamment large pour l'accommoder. Des analyses en RMN du C-ter isolé ont confirmé la présence d'une région majoritairement structurée. D'autres structures ont été résolues en présence de petits substrats (glutamine, analogues d'adénylate) ainsi que la forme tronquée en C-ter. Dans 2 cas, une conformation verrouillée unique du site actif a été mise en évidence. Des analyses structurales et fonctionnelles et les propriétés de l'empilement cristallin sont exposées.

Ma thèse porte sur l'étude fonctionnelle et structurale des partenaires de la réaction d'aminoacylation spécifique de la tyrosine dans la mitochondrie humaine. Contrairement à ce qui a été observé pour les autres systèmes d'aminoacylation, les réactions de charges croisées entre bactéries et archaea/eucaryotes sont impossibles suite à la nature différente de la première paire de bases de l'ARNtTyr. La tyrosyl-ARNt synthétase (TyrRS) mitochondriale humaine est la première TyrRS connue à ce jour qui s'affranchisse de la barrière d'espèces et qui ne discrimine pas les ARNtTyr en fonction de la nature de leur première paire de bases. La TyrRS mitochondriale est un homodimère de forme allongée susceptible de fixer l'ARNtTyr à cheval sur ses deux monomères. Elle se distingue des autres TyrRS par la présence de deux insertions à sa surface, l'une potentiellement impliquée dans la reconnaissance de l'ARNtTyr et l'autre qui pourrait constituer une zone d'interaction avec un cofacteur.

Accurate translation of genetic information necessitates the tuned expression of a large group of genes. Amongst them, controlled expression of the enzymes catalyzing the aminoacylation of tRNAs, the aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS), is essential to insure translational fidelity. Here, it is shown that expression of AspRS is regulated in Saccharomyces cerevisiae by a feedback mechanism, that necessitates the binding of AspRS to its messenger RNA. The correlation between AspRS expression and mRNAAspRS and tRNAAsp concentrations, as well as the presence of AspRS in the nucleus, suggest an original regulation mechanism. It is proposed that the surplus of AspRS, not sequestered by tRNAAsp, is imported in the nucleus where it binds to mRNAAspRS and thus inhibits its accumulation. <br />We have established the folding of the 300-nucleotides long 5' end of mRNAApRS and identified the structural signals involved in the regulation process. We propose that the mRNAAspRS fragment folds in two independent and symmetrically structured domains spaced by two single-stranded connectors. Domain I displays a tRNAAsp anticodon-like stem-loop structure that is restricted in domain II to a short double-stranded helix. The overall mRNA structure, based on enzymatic and chemical probing, support a model where each monomer of yeast AspRS binds one individual domain and recognizes the mRNA structure like it recognizes its cognate tRNAAsp.<br />Finally, the consequences of an increased concentration of AspRS in the cell have been tested. In vitro, high AspRS concentrations lead to mis-aspartylation of tRNAAsn and tRNAGlu. In vivo, the design of a reporter gene conferring an antibiotic resistance, dependent on mischarged tRNAs, did not allow to detect any cross aminoacylation. However, the proteomic analysis of yeasts overexpressing AspRS pointed out the conditions of AspRS accumulation in the cell by detecting the presence of an additional control mechanism at the post-translational level.

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

La croissance et la capacité d'absorption d'azote de la microalgue d'eau douce Chlorella vulgaris co-immobilisée dans des billes d'alginate, en présence de la bactérie promotrice de croissance des microalgues Azospirillum brasilense Cd, ont été étudiés. La co-immobilisation des microalgues avec A. brasilense conduit à deux phénomènes indépendants directement affectés par des facteurs de culture, tels que la forme azotée, le pH et la présence d'une source de carbone. Premièrement, la croissance de la population de microalgues augmentait sans une augmentation de la capacité d'absorption d'azote par les cellules seules, ou deuxièmement, la capacité des cellules à absorber l'azote augmentait sans une augmentation de la population entière de microalgues. Ces phénomènes étaient dépendants de la densité de la population des microalgues, qui était à son tour affectée par les facteurs de culture. Cela renforce la conclusion selon laquelle la taille de la population de microalgues contrôle l'absorption d'azote chez les cellules de C. vulgaris -plus la population est élevée (peu importe les paramètres expérimentaux), moins les cellules absorbent d'azote. Les résultats ont montré que YAzospirillum affectait la croissance de la Chlorella vulgaris. L'un des processus proposés par lequel XAzospirillum promeut la croissance des plantes supérieures, est la production de phytohormones, principalement 1' acide 3-indole acétique (auxine ou AI A). Par conséquent, l'effet de cette phytohormone, produite par plusieurs souches de VAzospirillum et favorisant la croissance de microalgue, a été étudié. Cinq souches de type sauvage â!Azospirillum {A. brasilense souches Cd, Sp6, 8-1 et Sp245 et A. lipoferum JA4) et leurs mutants déficients en production d'AIA : A. brasilense SpM 7918 (modifié de A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modifié de A. brasilense Sp245), A. brasilense S-l-gfp (modifié de A. brasilense 8-1) et A. lipoferum 3A4::ngfp\5 (modifié de A. lipoferum JA4) ont été co-immobilisés avec C. vulgaris en billes d'alginate. Aucune production d'AIA n'est possible sans l'apport de tryptophane, nos résultats corroborant des observations antérieures selon lesquelles la production d'AIA chez Azospirillum est induite par la présence de tryptophane. Les taux élevés de tryptophane étaient délétères sur la croissance des pousses de C. vulgaris utilisées. Cette recherche montre que que l'AIA produit par 1' Azospirillum spp. est impliqué dans la croissance du C vulgaris immobilisé dans des billes d'alginate, et que la co-immobilisation avec différentes souches d'Azospirillum spp. atténue les effets délétères du tryptophane sur le C. vulgaris. Co-immobilisation de Chlorella vulgaris avec Azospirillum brasilense affecte l'absorption d'ammonium par les microalgues par le biais de métabolismes indéfinis. Les résultats présentés dans ce travail montrent clairement qu'il y a un effet & Azospirillum sur les activités spécifiques de la Glutamine synthétase (GS) et de la Glutamate déshydrogénase (GDH) de Chlorella. Lorsque Chlorella coimmobilisée absorbe plus d'ammonium que Chlorella seule, les deux enzymes fonctionnent en même temps, et les activités spécifiques par cellule de la GS et de la GDH sont plus élevées. Toutefois, dans les cas où seule l'activité GS augmente, mais pas celle de la GDH, l'activité GS plus élevée n'est pas suffisante pour atteindre une absorption d'ammonium plus élevée au niveau de la culture. En résumé, il y a un effet positif d'A. brasilense sur l'activité de la glutamine synthétase et de la glutamate déshydrogénase chez Chlorella. La régulation et la relation de l'activité enzymatique avec la concentration initiale en ammonium demeurent floues .Les données présentées dans ce chapitre dans leur ensemble montrent que les activités plus élevées de GS et de GDH augmentent l'absorption d'ammonium par Chlorella. / Growth and capacity to absorb nitrogen in the freshwater microalgae Chlorella vulgaris when co-immobilized in alginate beads with the microalgae growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense Cd and the mechanisms involved were studied in this work. Co-immobilization of the microalgae with A. brasilense leads to two independent phenomena directly affected by culturing factors, such as nitrogen species, pH, and presence of a carbon source. First, growth of the microalgae population increased without an increase in capacity of the single cells to absorb nitrogen; second, the capacity of cells to absorb nitrogen increased without increasing the microalgae population. These phenomena were dependent on population density of the microalgae, which was, in turn, affected by culturing factors. This supports the conclusion that the size of the microalgae population controls absorption of nitrogen in C. vulgaris cells—the higher the population (whatever the experimental parameters), the less nitrogen each cell takes up. The results show that Azospirillum affects the growth of Chlorella vulgaris. One of the mechanisms proposed by which Azospirillum promotes growth of higher plants is the production of phytohormones, mainly the auxin indole-3-acetic acid (IAA); therefore the effect of this phytohormone produced by several strains of Azospirillum in promoting growth of the microalgae was studied. Five wild type strains of Azospirillum {A. brasilense strains Cd, Sp6, 8-1, and Sp245 and A. lipoferum JA4) and their indole-3-acetic-acid déficient mutants, A. brasilense SpM 7918 (modifïed from A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modified from A. brasilense Sp245), A. brasilense %-\-gfp (modified from A, brasilense 8-1), and A. lipoferum lA4::ngfp\5 (modified from A. lipoferum JA4) were coimmobilized with C. vulgaris in alginate beads. No IAA production occurred without tryptophan. Our results corroborate previous observations that IAA production in Azospirillum is induced by the presence of tryptophan. It was found that high levels of tryptophan are deleterious to the growth of the C. vulgaris strain we used. This study demonstrated that IAA produced by Azospirillum spp. is involved in growth promotion of C. vulgaris immobilized in alginate beads, and that co-immobilization with several strains of Azospirillum spp. alleviated the deleterious effects of tryptophan in C. vulgaris. Co-immobilization of Chlorella vulgaris with Azospirillum brasilense affects ammonium absorption by the microalgae via undetermined metabolism. The results presented in this work show clearly that there is an effect of Azospirillum on the specific activity of the enzymes glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH) in Chlorella. When coimmobilized Chlorella absorbs more ammonium than Chlorella alone, both enzymes are operating at the same time, and the specific activity per cell of GS and GDH are higher. However, in cases when only the activity of GS increases, but not of GDH, this GS higher activity was not sufficient to yield a higher absorption of ammonium at the culture level. There is a positive effect of A. brasilense on the activity of glutamine synthetase and glutamate dehydrogenase in Chlorella. However, the regulation and the relation of the enzymatic activity with initial ammonium concentration are still unclear.

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

Il est maintenant reconnu qu'un excès ou un manque de tissu adipeux peut avoir un impact négatif sur la reproduction porcine. Ainsi, une faible adiposité résulte en une augmentation du temps requis pour le premier oestrus, une diminution des tailles de portées et une augmentation de l'intervalle sevrage-oestrus. Les producteurs de porcs étant payés selon le rendement en maigre des carcasses de porcs envoyés aux abattoirs, la sélection génétique des dernières années a surtout été orientée vers la production de porcs de plus en plus maigres. Cependant, cette réduction du tissu adipeux a, du même coup, entraîné de nombreux problèmes de reproduction et un taux de réforme des truies de plus en plus élevé. Nous savons aujourd'hui que les cellules adipeuses sont le siège d'une activité métabolique intense et qu'elles sont capables de sécréter une multitude de facteurs vers la circulation sanguine. Parmi ces facteurs, nous retrouvons diverses adipokines telles la leptine et l'adiponectine, lesquelles auraient des effets bénéfiques sur les organes reproducteurs. L'adiponectine est l'adipokine la plus abondamment sécrétée par le tissu adipeux et la présence de ses récepteurs, AdipoR1 et AdipoR2, au niveau des ovaires et de l'utérus de la truie suggère un rôle pour l'adiponectine sur diverses fonctions reproductrices. Dans cette étude, nous avons voulu déterminer l'effet de l'adiponectine recombinante sur l'utérus de la truie en utilisant un modèle in vitro de culture de cellules endométriales primaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la modulation de l'expression de cette adipokine et de ses récepteurs pendant le cycle oestral et au début de la gestation. Utilisant la méthode de PCR en temps réel, nous avons tout d'abord confirmé la présence des récepteurs AdipoRl, AdipoR2 et cadhérine 13 dans l'endomètre de la truie et constaté que l'expression de ces gènes est modulée pendant le cycle oestral, étant à son maximum au milieu de la phase lutéale. Nous avons aussi observé une modulation de l'expression de l'adiponectine dans le tissu adipeux sous-cutané, avec un transcrit plus abondant chez les truies hypo-prolifiques (? 10 porcelets par portée) et les truies cycliques, comparativement aux truies hyper-prolifiques (? 15 porcelets par portée) et gestantes (jour 15 de la gestation), respectivement. Dans l'endomètre, le récepteur AdipoR2 est plus fortement exprimé chez la truie gestante que chez la cyclique, alors qu'il est plus élevé chez les truies hypo-prolifiques que chez les hyper-prolifiques. Chez l'embryon de 15 jours, le profil inverse est observé, avec une quantité plus élevée de transcrits observée pour les récepteurs AdipoRl et AdipoR2 chez les embryons issus des truies hyper-prolifiques. Bien que l'expression de la cadhérine 13 soit modulée pendant le cycle oestral, la gestation (cyclique vs gestante) et la prolificité (hyper- vs hypo-prolifique) ne présentent aucun effet significatif sur son expression. Finalement, l'utilisation de culture de cellules stromales endométriales primaires traitées à l'adiponectine recombinante a révélé une augmentation de l'expression en ARN messager des gènes de la prostaglandine synthétase 2 (PTGS2) et du facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF), deux gènes ayant un rôle clé en début de gestation pour la survie embryonnaire. De plus, cette modulation de l'expression génique serait médiée par l'activation des voies de signalisation de la MAPK-ERK1/2 et de la kinase activée par l'AMP (AMPK). Collectivement, ces résultats suggèrent une implication directe de l'adiponectine sur les cellules endométriales porcines et dans les processus de reproduction chez la truie, autant pendant le cycle oestral qu'en début de gestation. De plus, nos résultats identifient l'adiponectine comme un régulateur potentiel des adaptations métaboliques se produisant en début de gestation.