L’échec des différents essais cliniques souligne la nécessité de développer des nouvelles thérapies pour la maladie d'Alzheimer (MA), la cause la plus commune de démence. Les microARNs (miARNs) sont les ARNs non-codants les plus étudiés et ils jouent un rôle important dans la modulation de l'expression des gènes et de multiples voies de signalisation. Des études antérieures, dont celles de mon laboratoire d’accueil, ont permis de développer l’hypothèse que certains membres de la famille miR-15/107 (c.-à-d. miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) pourraient être utilisés comme agents thérapeutiques dans MA. En effet, cette famille avait le potentiel de réguler de multiples gènes associés à MA, tels que la protéine précurseur de l'amyloïde (APP), la β-secrétase (BACE1), et la protéine Tau. Tel que démontré dans ce projet de thèse, j’ai choisi miR-16 comme cible thérapeutique potentielle pour MA parmi tous les membres de la famille. L’essai luciférase dans ce projet confirme que miR-16 peut réguler simultanément APP et BACE1, directement par une interaction avec la région non-codante en 3’ de l’ARNm). Notamment, nous observons aussi une réduction de la production des peptides amyloïdes et de la phosphorylation de Tau après une augmentation de miR-16 en cellule. J’ai ensuite validé mes résultats in vivo dans la souris en utilisant une méthode de livraison de miR-16 via une pompe osmotique implanté dans le cerveau. Dans ce cas, l'expression des protéines d’intérêts (APP, BACE1, Tau) a été mesurée par immunobuvardage et PCR à temps réel. Après validation, ces résultats ont été complémentés par une étude protéomique (iTRAQ) du tronc cérébral et de l'hippocampe, deux régions associées à la maladie. Ces données m’ont permis d’identifier d'autres protéines régulées par miR-16 in vivo, incluant α-Synucléine, Transferrine receptor1, et SRm300. Une autre observation intéressante : les voies régulées par miR-16 in vivo sont directement en lien avec le stress oxydatif et la neurodégénération. En résumé, ce travail démontre l’efficacité et la faisabilité d’utiliser un miARN comme outil thérapeutique pour la maladie d’Alzheimer. Ces résultats rentrent dans un cadre plus vaste de découvrir de nouvelles cibles pour MA, et en particulier la forme sporadique de la maladie qui représente plus de 95% de tous les cas. Évidemment, la découverte d’une molécule pouvant cibler simultanément les deux pathologies de la maladie (plaques amyloïdes et hyper phosphorylation de tau) est nouvelle et intéressante, et ce domaine de recherche ouvre la porte aux autres petits ARNs non-codants dans MA et les maladies neurodégénératives connexes. / Failure at different clinical trials emphasizes the need for developing new therapeutics for Alzheimer disease (AD) as the most common cause of dementia. MicroRNAs (miRNA) are the most studied groups of non-coding RNAs and have a critical role in modulating multiple signaling pathways and fine-tuning gene expression. Supporting evidence from other studies, including host lab, suggest that multiple members of the miR-15/107 family (miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) could be used as therapeutic agents in AD. The potential ability of this miRNA family to modify disease pathway by multiple targeting of AD-associated genes such as Amyloid precursor protein (APP), β-site amyloid-β precursor protein cleaving enzyme (BACE1) and microtubule-associated protein Tau is of attention. Based on documented results in this study I chose miR-16 as candidate therapeutic miRNA in AD. This choice is based on data obtain from cells and in vitro luciferase assay indicating the role of this miRNA in the simultaneous regulation of APP, BACE1 (directly by targeting 3’UTR of these genes). Decrease in Tau phosphorylation and amyloid beta peptides were further observed following increased miR-16 levels. Furthermore, I validated these results in vivo by delivering miR-16 oligos using Osmotic pumps implanted subcutaneously to deliver oligos to lateral ventricles of mouse brain also providing a wide distribution of these oligos. Expression of desired protein targets was measured by western blot and qPCR in different brain regions. Results demonstrated a context-dependent action of delivered miR-16 increase on the potential AD involved targets in mouse brain. These results were complemented by proteomics study of Brainstem and Hippocampus regions. Data indicated the potential regulation of other proteins by miR-16 in vivo such as α-Synuclein in Brainstem and Transferrin receptor1 and SRm300 in Hippocampus. The increase in miR-16 levels in vivo and in vitro was sufficient to downregulate the protein product of these genes confirmed by western blot. Enrichment study predicted oxidative stress and neurodegeneration as top terms in close connection with miR-16. This work provided a proof-of-principle for possibility and efficiency of miRNA replacement based therapeutics delivered to CNS using miR-16 a member of the miR-15/107 family. Understanding the molecular mechanisms involved in the regulation of AD-related genes could have important implications for sporadic AD, which accounts for more than 95% of all cases with no effective therapy available. Multi-target therapy by non-coding RNA in AD is an emerging concept that would have the potential to change the way that therapeutics is developed for AD and other neurodegenerative diseases with complex nature and no effective therapy available.

Le virus Zika est un pathogène qui a récemment retenu l’attention de la communauté scientifique suite à une importante éclosion en Amérique du Sud. Ce virus, peu étudié auparavant, peut causer des pathologies parfois graves chez les personnes infectées. Nous avons démontré que le virus Zika peut infecter les macrophages dérivés de monocytes. Plusieurs souches virales peuvent infecter les macrophages, mais certaines différences existent entre ces souches quant au taux d’infection et la cinétique de réplication. La réplication virale serait localisée autour du noyau de la cellule, comme ce qui est connu des autres membres de la famille des Flaviviridae. Les macrophages sont résistants aux effets cytopathiques du virus et peuvent donc jouer un rôle de réservoir viral à long terme. L’autophagie est un mécanisme nécessaire et important à la complétion du cycle viral du virus Zika dans les macrophages. Lors d’une co-infection entre le virus Zika et le VIH-1 dans les macrophages, il n’y a pas d’effet observé sur le taux d’infection et la réplication virale du VIH-1. Cependant, il y a une diminution de la réplication virale du virus Zika lors de ces co-infections. L’ajout de B18R, un inhibiteur de la réponse interféron de type I vient contrecarrer cette modulation, démontrant le mécanisme d’action de cette modulation. L’ajout d’un inhibiteur de la signalisation de la voie de l’interféron permet d’augmenter le taux d’infection des macrophages par le virus Zika. En résumé, le virus Zika peut infecter les macrophages et ces cellules pourraient être un réservoir viral à long terme, le virus a besoin de l’autophagie pour se répliquer et la production d’interféron de type I par les cellules qui sont infectées par un autre virus a un effet important sur la diminution de la réplication du virus Zika. / Zika virus is a pathogenic agent who recently gathered attention from the scientific community following a major outbreak in South America. This virus, who received little attention prior to this outbreak, can induce major pathologies in infected individuals. Our results indicate that Zika virus can infect monocyte-derived macrophages. Many viral strains can infect macrophages, but some differences were put in evidence, particularly regarding the infection rate and replication kinetic of the different strains. Viral replication occurs around the nucleus, which is expected and known from other viruses of the Flaviviridae family. Macrophages are resistant to the cytopathic effect of the virus, and can produce virus for many days. Autophagy is a necessary, and important cellular mechanism in completion of the virus life cycle. In the context of confections with Zika virus and HIV1, there is no effect observed in the infection rate and replication level of HIV-1. However, there is a decrease observed in the overall replication of Zika virus. The presence of B18R, a type I interferon inhibitor, restores a normal viral replication, demonstrating the mechanism behind this modulation. Addition of an inhibitor targeting the interferonmediated signalling pathway increases the infection rate of macrophages by Zika virus. In summary, Zika virus can infect macrophages, requires the autophagy signalling pathway to successfully replicate in macrophages, and is negatively impacted by interferon produced by its host cells infected by another virus.

De nos jours, les algorithmes de classification binaire sont utilisés dans des tâches touchant plusieurs champs d’applications comme les fraudes en-ligne, le dépistage bio-médical ou bien la toxicité en-ligne. Malgré le nombre de données qui est souvent disponible pour ces applications, qui viennent habituellement de source réelles, une particularité y est fréquemment observée: la représentation débalancée des classes. Cette imbalance demeure un problème d’envergure pour les algorithmes de classification, car la vaste majorité d’entre eux ne sont pas conçus avec cette représentation inégale à l’esprit. De plus, dans les paramètres expérimentaux, les données sur lesquelles ils sont appliqués sont souvent bien balancées, à cause de la finalité-même de ces expérimentations. Dans le présent mémoire, une revue des stratégies et techniques existantes pour contrer l’imbalance binaire est proposée, dans laquelle un point de vue par modification de données ainsi qu’un point de vue par modification algorithmique seront adressés. Le premier sujet des présents travaux consiste en les approches de pré-traitement et leurs effets sur les métriques de classification, dans lequel des expérimentations contrôlées (présentant différents niveaux de débalancement) et des applications d’entreprises sont présentées et analysées. Le second sujet consiste en le paradigme sensible-au-coût appliqué à l’optimisation directe de la métrique de la F-mesure en utilisant un réseau de neurones, dans lequel des expérimentations sur un jeu de données très débalancé sont présentées et discutées, le tout accompagné d’une comparaison avec différents paramètres usuels. À la lecture du présent document, le lecteur aura une bonne idée des techniques de prétraitement existantes et ce qu’on peut en retirer d’un point de vue expérimental selon des ensembles de données variés. Également, l’application du paradigme sensible-au-coût par optimisation de la F-mesure donnera un aperçu positif quant au point de vue algorithmique dans un contexte de données très débalancées. / Nowadays, binary classification algorithms are used in detection-related tasks touching many fields of application such as online frauds, biomedical screening, or online toxicity. Despite the amount of data that’s usually available for those applications, which habitually comes from real-world data sources, a particularity is frequently observed in it: the imbalanced representation of the classes. This imbalance remains a significant problem for binary classification algorithms, because the vast majority of these algorithms are not designed with this unequal representation in mind. Moreover, in experimental setups, the data on which they are usually applied is more than often well-balanced, because of the very purpose of these experiments. In the current thesis, a review of the existing strategies and techniques to face the binary imbalance problem is proposed in which both a data-modification point of view and a algorithmmodification point of view are addressed. The first subject of this work are data prepocessing approaches and their effects on classification metrics, in which both controlled experimental setups (showing different levels of imbalance), and enterprise data applications are presented and analyzed. The second subject is the cost-sensitive paradigm applied to the direct optimization of the F-measure metric using a neural network, in which experimentations on a highly imbalanced data set are presented and discussed, as well as comparisons with different common settings. After reading the current document, the reader will be well aware of the existing preprocessing techniques and what they can be achieve in an experimental context using various data sets. Moreover, the application of the cost-sensitive paradigm by optimization of the F-measure will give positive insight regarding the algorithmic point of view in a context of very imbalanced data.

Le système nerveux central est constamment patrouillé par des leucocytes afin d’y assurer une protection contre les agents pathogènes et un maintien de l’homéostasie. L’objectif principal de cette thèse était de caractériser la cascade biomoléculaire responsable du recrutement de leucocytes dotés d’une morphologie particulière dite « en bâtonnets » dans le système vasculaire cérébral lors de différentes conditions neuroinflammatoires, soit l’exposition à la toxine pertussique (PTX) et dans l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE). Un premier mécanisme de recrutement, identifié dans un modèle d’endotoxémie au lipopolysaccharide (LPS), ne permettait pas d’expliquer le recrutement de leucocytes observé dans les deux conditions neuroinflammatoires. Nous avons ainsi voulu caractériser ce mécanisme alternatif. Dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié la nature des leucocytes bâtonnets recrutés à la vasculature cérébrale dans les conditions neuroinflammatoires comme étant des neutrophiles. Nous avons également mis en lumière un mécanisme de recrutement alternatif propre à la PTX et à l’EAE reposant sur l’interleukine 6 (IL-6), l’intégrine aM, la molécule d’adhésion ICAM-1 et la chimiokine CXCL1 et menant à l’adhésion du neutrophile à la vasculature cérébrale. L’identification de la voie de signalisation impliquée dans l’activation endothéliale par l’IL-6 et contribuant au recrutement des leucocytes bâtonnets à la vasculature cérébrale a permis d’observer l’expression du récepteur IL6Ra sur l’endothélium cérébral, mais les données préliminaires concernant son implication dans le développement pathologique sont peu concluantes. Cette thèse contribue à identifier un mécanisme de recrutement de neutrophiles effecteurs en conditions neuroinflammatoires et propose la chimiokine CXCL1 comme cible thérapeutique potentielle dans le traitement de maladies neuroinflammatoires comme la sclérose en plaques. / The central nervous system (CNS) is constantly patrolled by leukocytes in order to protect tissue against pathogens and maintain homeostasic conditions. The main objective of this thesis was to characterize the biomolecular cascade responsible for leucocyte recruitment to the cerebral vasculature, during two neuroinflammatory conditions: pertussis toxin (PTX) exposure and experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). These leukocytes, presenting a particular "rod-shaped" morphology, have been first reported during examination of peripheric immune response in the central nervous system following induction of endotoxemia by lipopolysaccharide (LPS) administration. In the framework of this thesis, we first looked to characterize the identity of the rod-shaped leukocytes recruited to the brain vasculature during these neuroinflammatory conditions, which revealed to be mainly constitued of neutrophils. Starting with the hypothesis of a recruitment mechanism similar to the one induced by LPS, we uncovered the existence of an alternative mechanism of rod-shaped leukocytes recruitment that relies on interleukin 6 (IL-6), aM integrin, ICAM-1 adhesion molecule and CXCL1 chemokine during the two neuroinflammatory conditions. We sought to identify the molecular pathway responsible for cerebral endothelium activation that promote rod-shaped leukocytes to the CNS vasculature. These works allowed to confirm expression of IL-6Ra receptor on CNS vasculature but preliminary data regarding the involvement of classic IL-6 pathway in endothelium are inconclusives. This thesis contributes to identify a mechanism of neutrophil recruitment during neuroinflammatory contexts and suggests CXCL1 chemokine as a potential therapeutic target in the treatment of neuroinflammatory pathologies like multiple sclerosis.

Le projet de recherche présenté consiste à la mise en place de matériel et de méthodes pour la mesure de l'impédance du système respiratoire en ventilation liquidienne totale (VLT). Ce projet a été réalisé en majeure partie en collaboration avec un étudiant à la maîtrise en physiologie, M. Dominick Bossé.Le matériel développé est un débitmètre instationnaire qui servira à mesurer le débit instantané à la trachée du patient.Le concept proposé consiste en un venturi symétrique comprenant trois prises de pression. La mesure du débit est obtenue en résolvant numériquement l'équation de Bernoulli légèrement modifiée. Un prototype a été validé expérimentalement en appliquant des débits sinusoïdaux de moyenne nulle. Les résultats ont montré que les écoulement quasi stationnaires sont mesurés précisément entre 5 ml/s et 60 ml/s et les oscillations de faible amplitude ([inférieur ou égal]10 ml/s) sont correctement mesurés pour des fréquences sous 3 Hz. De plus, une méthode pour appliquer la technique des oscillations forcées (TOF) en VLT est proposée. Elle consiste principalement à appliquer une excitation volumétrique sinusoïdale au système respiratoire, et à évaluer la fonction de transfert entre le débit délivré et la pression aux voies aériennes. Un modèle pulmonaire développé pour la ventilation gazeuse, le « five-parameter constant-phase model », est utilisé pour décrire les spectres d'impédance respiratoire observés. La méthode employée pour identifier les paramètres de ce modèle a été validée in silico sur des données générées informatiquement, et la méthode dans son ensemble a été validée in vitro sur un modèle mécanique reproduisant la dynamique pulmonaire. Les données in vivo sur 10 agneaux nouveau-nés suggèrent qu'un terme de compliance fractionnel est approprié pour décrire le comportement basse-fréquence des poumons, mais il n'a pas été possible de conclure sur la pertinence d'un terme d'inertance à ordre fractionnel. Finalement, l'étude des aspects plus physiologiques est présentée. En plus d'une description plus détaillée de la procédure expérimentale in vivo, on y observe l'influence de certains symptômes respiratoires (diminution de la compliance, augmentation de la résistance) sur l'impédance mesurée avec la TOF. Les conclusions sont que la résistance et l'inertance des voies aériennes sont grandement augmentées en VLT en comparaison de la ventilation gazeuse. La résistance et la réactance à 0.2 Hz sont sensibles à la bronchoconstriction et dilatation, autant que lors de la réduction de compliance. Ainsi, il est montré que la TOF à basse fréquence est un outil efficace pour suivre la mécanique respiratoire en VLT.

Considérant les difficultés que les jeunes éprouvent à entrer dans l'écrit et les nombreux bienfaits que la musique apporte à l'être humain, nous avons voulu explorer ce qu'ont en commun l'entrée dans l'écrit et l'apprentissage de la musique. Les deux modèles théoriques qui ont été retenus (Ferreiro, 2000; Upitis, 1992) nous permettent de comprendre que les enfants conceptualisent chacun des systèmes d'écriture en traversant quatre principaux niveaux. Pour connaître le niveau de conceptualisation des systèmes d'écritures alphabétique et musicale (SEA et SEM) et leur évolution en cours d'année scolaire, 32 sujets provenaient de classes régulières et 20 de classes spéciales (difficultés langagières), tous de premier cycle du primaire, ont passé un test à trois reprises (octobre, février et avril). Les résultats démontrent entre autres que les élèves qui sont plus avancés dans leur conceptualisation du SEA le sont également dans celle du SEM en début d'année scolaire.

Cette thèse traite de l'analyse et de la synthèse de multimodèles pour la simplification de modèles, l'estimation d'état et le diagnostic des systèmes non linéaires caractérisés par une ou plusieurs échelles de temps. Ces travaux visent, dans un premier temps, à développer une procédure systématique de transformation d'un système non-linéaire en le récrivant sous une forme multimodèle, en évitant quelques inconvénients majeurs : la transformation est réalisée sans perte d'information, le choix de différents points de fonctionnement n'est plus nécessaire, le choix de variables de prémisse est réalisé d'une façon systématique. De plus, la méthode offre le choix entre différents multimodèles. Ce degré de liberté sera utilisé pour faciliter les études de contrôlabilité, d'observabilité et d'analyse de stabilité. Dans un deuxième temps, l'obtention de la forme à perturbations singulières d'un système non linéaire est proposée, en éliminant quelques contraintes structurelles et en rendant l'identification et la séparation des échelles de temps indépendante de la structure du modèle. Dans un troisième temps, la synthèse de plusieurs observateurs robustes vis-à-vis des perturbations, des erreurs de modélisation et des entrées inconnues a été réalisée afin de reconstruire l'état et l'entrée inconnue du système. La difficulté de cette étude provient du fait que le multimodèle utilisé dépend de variables de prémisse non mesurables, situation qui n'est pas intensivement étudiée, alors qu'elle est naturellement issue de l'approche par transformation système non linéaire - multimodèle. Ensuite, le diagnostic de défauts de systèmes est réalisé au moyen de bancs d'observateur à entrées inconnues permettant la génération et la structuration de résidus indicateurs de défauts. Finalement, tous les travaux proposés sont appliqués au modèle d'une station d'épuration, Activated Sludge Model No.1, qui est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées.

.

.

.