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

Le loup ou bar européen effectue une partie de son cycle de vie dans les lagunes et estuaires, des eaux de transitions caractérisées par des fluctuations environnementales plus marquées qu’en milieu marin. Les mécanismes d’acclimatation à la salinité à des températures plus élevées qu’en milieu marin sont encore relativement inexplorés. Dans cette étude, des juvéniles de loup ont été préacclimatés pendant deux semaines à l’eau de mer (EM) à 18 °C (eau tempérée) ou à 24 °C (eau chaude) puis transférés soit dans l’eau douce (ED) soit dans l’EM aux deux températures testées. À 24 °C, les loups parviennent à maintenir leur pression osmotique sanguine relativement constante, quelle que soit la salinité testée. En revanche, la hausse de température affecte significativement différents traits physiologiques liés à l’osmorégulation, la régulation acido- basique, l’excrétion azotée et la production de mucus. Cette étude a notamment montré qu’une acclimatation thermique à 24 °C modifie la structure morphologique de la branchie et induit un déséquilibre de la balance ionique sanguine. Ce déséquilibre concerne particulièrement les ions Na+ et a pour conséquence une diminution du ratio Na+/Cl- plasmatique, pouvant être symptomatique d’une acidose sanguine. Après transfert en douce, une augmentation moins importante de la densité des ionocytes branchiaux et de l’activité de la pompe Na+/K+ ATPase a été observée à 24 °C comparé à 18 °C. De plus, certains transporteurs ioniques jouant un rôle clé dans l’absorption ionique en eau douce n’ont pas été induits au niveau transcriptionnel à 24 °C. Cela suggère une capacité réduite des poissons de passer d’un épithélium branchial hypo-osmorégulateur vers un épithélium hyper-osmorégulateur lors d’un transfert en eau douce à 24 °C vs 18 °C. Au niveau moléculaire, la hausse de température a affecté l’expression de plusieurs transporteurs ioniques branchiaux, notamment en EM. À 24 °C, la surexpression de transporteurs liés au transport de proton H+ pourrait être le signe d’un déséquilibre acido- basique. De plus, l’induction de transporteurs d’ammonium pourrait indiquer un besoin accru d’excréter de l’azote par voie branchiale, potentiellement lié à un métabolisme plus élevé en eau chaude. L’expression des gènes codant pour la protéine chaperonne HSP90 a été fortement affectée par la hausse de température et dans une moindre mesure par la dessalure. Pour finir, l’analyse des mucocytes suggère que la production de mucus pourrait être induite en réponse au stress thermique. Ce type d’étude fonctionnelle sur l’acclimatation à différents régimes de température permet d’apporter des éléments de compréhension pour pouvoir prédire les réponses des téléostéens face aux conséquences du changement global. / The European sea bass Dicentrarchus labrax undertakes seasonal migrations to estuaries and lagoons that are characterized by fluctuations in environmental conditions. It is unclear to what extent salinity acclimation mechanisms are affected at temperatures higher than in the sea, as usually encountered in transitional waters in spring and summer. In this study, juvenile sea bass were pre-acclimated to seawater (SW) at 18 °C (temperate) or 24 °C (warm) for two weeks and then transferred to either fresh water (FW) or SW at the considered temperatures. We have shown that sea bass are able to efficiently maintain blood osmolality at 24 °C at both salinities. However, temperature increase induced significant changes regarding several physiological traits related to osmoregulation, acid-base regulation, ammonia excretion and mucus production. This study showed that thermal acclimation at 24 °C affects gill morphology through gill remodeling and whole-organism ion balance. Plasma Na+ levels seemed to be particularly affected leading to decreased plasma Na+/Cl- ratio in warm conditions, suggesting a blood acidosis. Following FW transfer, the major effects observed were a lower increase in the density of branchial ionocytes and in Na+/K+-ATPase activity at 24 °C compared to 18 °C. Moreover, several key ion transporters involved in ion uptake were not transcriptionally induced following FW transfer at 24 °C. These data suggest a less effective capacity to switch from hypo-to hyper-osmoregulation after FW transfer when fish are exposed to higher temperature. At the molecular level, the temperature increase affected the expression of several branchial transporters, notably in SW. At 24 °C, higher expression of transporters linked to H+ transport might be linked to an acid-base imbalance. Moreover, the induction of ammonia-transporting channels might also indicate increased need for nitrogen excretion, potentially due to enhanced metabolism in warm conditions. Molecular chaperones HSP90 expression was strongly affected by temperature increase and to a lesser extent by salinity decrease. Finally, gill goblet cells analysis suggested that mucus production is increased in response to thermal stress. This study and additional functional studies investigating different temperature regimes provide insights on the effect of increased temperatures on fish responses and may help to predict how teleost will face the consequences of global change.

Thèse de Doctorat sur l'étude du transport ionique à travers une membrane échangeuse d'ions par cartographie par spectroscopie Raman confocale. Le but de ce travail était de déterminer expérimentalement par spectroscopie Raman les profils de concentration dans la membrane et ceci pour les expériences de dialyse et d'électrodialyse. Une cellule de transport et de mesures a été spécialement conçue pour nos besoins. Dans les cas les plus simples, nous avons pu tracer les profils de concentration en fonction des points sondés par le faisceau laser dans la membrane et aussi en fonction du temps. L'établissement d'un état stationnaire a aussi pu être observé. L'autre grande partie de ce travail reposait sur le traitement des données spectrales obtenues. Expérimentalement, on obtient un nombre très important de spectres. Afin de les traiter, nous avons utilisé la technique d'analyse en composantes principales qui un outil statistique puissant de traitement de données. Cet outil permet de savoir comment varient les différents paramètres, au cours des expériences, en analysant un grand nombre de spectres Raman. On peut alors déterminer l'évolution des concentrations des différentes espèces en fonction des paramètres expérimentaux. Plusieurs communications découlent de ce travail dont un article publié dans Desalination « Confocal Raman micro-spectroscopy and electrochemical investigation of anion transport through ion-exchange membrane ».

De nombreux dispositifs pour l’électronique organique et la bioélectronique reposent sur le transport mixte (électronique et ionique).Le transport électronique dans les matériaux organique est relativement bien compris, mais une compréhension fondamentale du transport des ions est manquante. J'ai développé un modèle analytique qui décrit le transport d'ions dans une jonction planaire entre un électrolyte et un film de polymère conducteur.Le modèle permet des prédictions de l'évolution temporelle du courant et du drift length des ions.Ces prédictions sont validées par des simulations numériques et en utilisant des paramètres réalistes, je montre que le modèle analytique peut être utilisé pour obtenir la mobilité des ions dans le film. De plus, j'ai développé une méthode expérimentale qui permet l'application du modèle analytique et conduit à une estimation de la mobilité des ions dans les polymères conducteurs. Le PEDOT:PSS offre un transport efficace pour les ions, qui peut être mis en relation avec le gonflement important du film dans l'eau. Je montre que la réticulation du film diminue son gonflement ainsi que la mobilité des ions. Comprendre la forte corrélation entre l'hydratation et la conductivité ionique nous permet de développer des matériaux à mobilité ionique définie et importante. A titre d'exemple, le réglage de la mobilité ionique du PEDOT:TOS est présenté en ajustant le rapport relatif de la phase hygroscopique. Pour finir, j'ai effectué des mesures de spectroscopie d'impédance électrochimique au cours d'une expérience de moving front, afin de proposer une interprétation physique des spectres d'impédance mesurés à une jonction polymère conducteur/électrolyte / Many organic electronic and bioelectronics devices rely on mixed (electronic and ionic) transport within a single organic layer. Although electronic transport in these materials is relatively well understood, a fundamental understanding of ion transport is missing. I developed a simple analytical model that describes ion transport in a planar junction between an electrolyte and a conducting polymer film. The model leads to predictions of the temporal evolution of drift length of ions and current. These predictions are validated by numerical simulations and by using realistic parameters, I show that the analytical model can be used to obtain the ion mobility in the film. Furthermore, I developed an experimental method which allows the application of the analytical model and leads to a straightforward estimation of the ion drift mobilities in conducting polymers. PEDOT:PSS was found to support efficient transport of common ions, consistent with extensive swelling of the film in water. Crosslinking the film decreased its swelling and the ion mobility. Understanding the high correlation of hydration and ionic conductivity enables us to engineer materials with high and defined ion mobilities. As an example tuning of ion mobility by adjusting the relative ratio of the hydroscopic phase to PEDOT:TOS is presented. Finally I performed electrochemical impedance spectroscopy during a moving front experiment, in order to give a physical interpretation of the impedance spectra at a conducting polymer/electrolyte junction.

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

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

Introduction : La mucoviscidose est une maladie génétique autosomale récessive causée par des mutations dans le gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Ce dernier code un canal chlorure AMPc-dépendant localisé dans la membrane apicale des cellules épithéliales, dont l’activité est régulée par de nombreuses interactions protéine-protéine. Dans le cadre de la recherche de nouveaux partenaires du CFTR, une interaction directe entre le canal (sauvage et muté F508del) etl’annexine A5 (AnxA5) a été mise en évidence dans notre laboratoire. Des stratégies de sur et de sousexpression nous ont également permis d’établir un lien fonctionnel entre les deux protéines. En effet, nos travaux montrent que les sécrétions ioniques dépendantes du CFTR sont corrélées au niveau d’expression intracellulaire de l’AnxA5. Par ailleurs, une élévation des courants médiés par le CFTR ainsi qu’une augmentation de la quantité de canaux dans la membrane plasmique sont observées suite à la surexpression de l’AnxA5 dans des cellules exprimant le CFTR muté F508del.But de l’étude : Au vu de ces observations, l’AnxA5 apparaît comme une cible potentielle pour la correction de certains défauts engendrés par la mutation F508del. Une piste thérapeutique pourrait être l’identification de composés capables d’augmenter son expression dans des cellules épithéliales exprimant le mutant F508del de la protéine CFTR. Considérant les informations fournies par la littérature, notre choix s’est porté sur la GnRH (gonadotropin-releasing hormone), molécule utilisée en thérapeutique humaine depuis plus de 25 ans. Ainsi, nous avons évalué l’effet de la GnRH sur la modulation de l’expression de l’AnxA5 et sur le transport ionique dépendant du CFTR dans nos différents modèles d’étude Résultats : Outre la présence du récepteur de la GnRH dans nos modèles cellulaires, nous montrons également que l’expression de l’AnxA5 y est augmentée dès 60 minutes de traitement avec l’hormone (1 nM). De plus, comparativement à des cellules non stimulées, des cellules prétraitées avec la GnRH présentent une hausse significative des sorties actives d’iodure, corrélant avec une augmentation de la quantité de CFTR à la surface cellulaire. Ces observations ont été faites dans les modèles exprimant le CFTR muté F508del ainsi que dans ceux exprimant le CFTR sauvage. Conclusion : Dans nos modèles et selon nos conditions de stimulation, un traitement avec la GnRH augmente l’expression intracellulaire de l’AnxA5 et conduit à une élévation des sécrétions ioniques médiées par le canal CFTR. Néanmoins, au vu de la multitude de voies de signalisation susceptibles d’être activées et de gènes pouvant être régulés suite à la liaison de la GnRH sur son récepteur, l’effet observé sur l’AnxA5 ne représente probablement pas le seul évènement cellulaire à l’origine de l’impact positif enregistré sur l’activité du canal CFTR. / Background: Cystic fibrosis (CF) is an autosomal recessive disorder caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene, which encodes a cAMP-stimulated chloride channel. CFTR is primarily located at the apical surface of epithelial cells, where its activity is regulated by some protein-protein interactions. As part of new CFTR’s partners research, we previously showed that annexin A5 (AnxA5) binds directly to both normal and F508del-CFTR. Moreover, under and overexpression strategies led us to establish a functionnal link between these two proteins. In fact, CFTR-dependent ion secretions are correlated to the intracellular level of AnxA5. Otherwise, in transfected epithelial cells, AnxA5 overexpression increases CFTR’s level in plasma membranes and raises CFTR-mediated currents in F508del-CFTR expressing cells. Aim of the study: In the light of these findings, AnxA5 appears as a potential target in order to correct some defects caused by the F508del mutation. A therapeutic approach would be to find some compounds capable of increasing AnxA5 expression in F508del-CFTR expressing epithelial cells. Reviewing the literature, our choice fell on GnRH (gonadotropin-releasing hormone), a commonly used molecule for diverse clinical applications for 25 years. So, the effects of GnRH on the modulation of AnxA5 expression and on CFTR-dependent ion transport were assessed in our different cellular models. Results: Beside the GnRH receptor expression, we show that AnxA5 expression is augmented in all cell lines after one hour incubation with the hormone (1 nM). Moreover, compared to untreated cells, a significant iodide efflux peak is measured in GnRH pretreated, which is correlated with an increased cell surface expression of CFTR. It is of interest to note that these observations have been made in CF and non-CF cells. Conclusion: In our models and according to our stimulation conditions, GnRH treatment enhances AnxA5 intracellular expression and leads to a rise of CFTR-dependent ion secretions. Nevertheless, given the multitude of activated signaling pathways and regulated genes in response to GnRH binding to its receptor, the positive impact on CFTR activity is probably not solely explained by the effect on AnxA5 expression.

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'un vaste projet qui vise à construire des membranes hybrides constituée d'un support solide nanoporeux et de protéines canal-ionique biologiques. Nous nous intéressons ici à un film polymère nanoporeux en polycarbonate et à la Gramicidine-A. La membrane ainsi réalisée est étudiée par des mesures expérimentales. Ce travail peut être divisé en deux parties. Dans la première, nous rapportons l'étude du confinement de la protéine canal ionique, au sein des nanopores du film « track-etched » en polycarbonate. Après imprégnation de gA, la membrane est étudiée par Spectroscopie de Fluorescence Confocale. Les premiers résultats expérimentaux particulièrement encourageants montrent que la gA est localisée dans les nanopores et non pas à la surface de la membrane. Dans la deuxième, les propriétés de transport ionique de la membrane hybride sont caractérisées par le biais de deux grandeurs : d'une part les coefficients de diffusion mesurés à partir d'une cellule et d'autre part les conductivités via la Spectroscopie d'Impédance Complexe (S.I.C). Les électrolytes aqueux étudiées sont : XCl(2) où X=Na, K, Mg et Ca à des concentrations comprises entre 5.10-3 à 1M. Une étude statistique approfondie des données obtenues par la méthode de la variance permet de déterminer les effets relatifs des différentes variables : nature et concentration du sel, présence de la Gramicidine A et traitement à l'éthanol de la membrane. Cette analyse révèle clairement que la présence de Gramicidine A au sein des nanopores de 15nm modifie de façon positive le transport ionique. Il est, par contre, difficile de conclure sur la nature sélective du transport ionique en présence de cette protéine. Ce travail de thèse ouvre un champ de recherche très prometteur dans le domaine de la nanofiltration. / This project of thesis is to build of a bio-inspired hybrid membrane made of a thin nanoporous polymer film in which a biological ionic channel is confined. Thus, this work may be divided in two parts. First, we report the confinement of the biological ionic channel, i.e. Gramicidin A, inside the nanopore of nanoporous thin film, i.e. a track etched polycarbonate film (Whatman NucleoporeTM). After impregnation with Gramicidine-A, the membrane is studied by means of confocal fluorescence spectroscopy. The results show the ionic channel is well located into the nanopores and not at the surface of the membrane. Secondly, ionic transport properties are measured by means of two experiments: on the one hand, ionic diffusion coefficients are measured using a cell and on the other hand, ionic dc conductivity is measured via Complex Impedance Spectroscopy (SIC). Various aqueous electrolytes (XCl(2) where X=Na,K, Mg et Ca) at different concentrations ranging from 5.10-3 à 1M are carried out. A statistical analysis of the data so-obtained allows to determine the relative effects of the different parameters: the nature and concentration of the electrolytes, the presence of Gramicidine A and the membrane pre-treatment with ethanol treatment. It is thus clearly pointed out that the presence of Gramicidine A inside the 15nm nanopores improves ion permeability. However, it is difficult to conclude about ionic selectivity of the hybrid membrane. Nevertheless, this work which is the first attempt ever to build such a bio-inspired system opens an extremely promising field of research in the domain of nanofiltration.

Face au phénomène de multi-résistance aux antibiotiques des souches de Pseudomonas aeruginosa chez les patients atteints de mucoviscidose, de nouvelles approches doivent être envisagées. L'utilisation des bactériophages pour cibler les bactéries semble être l'une des plus prometteuses. L'efficacité de la phagothérapie semble démontrée par son utilisation en Europe de l'Est depuis des décennies et par les récents résultats obtenus sur des modèles expérimentaux. Cependant, la possibilité de son utilisation chez des patients atteints de mucoviscidose n'a pas encore fait l'objet d'études approfondies. Nous avons démontré l'efficacité des bactériophages in vivo, lors d'une infection pulmonaire létale provoquée par une souche clinique de P. aeruginosa, mais aussi in vitro, pour réduire un biofilm formé par P. aeruginosa. Nous avons aussi étudié la réponse inflammatoire induite par les bactériophages, dans différents modèles in vitro et in vivo, qui s'est révélée quasiment négligeable. Nous avons également mis au point la technique de mesure de différence de potentiel nasale chez la souris pour étudier le transport ionique transépithélial, paramètre fondamental de la mucoviscidose. Les mesures obtenues en présence de bactériophages ne diffèrent pas significativement par rapport aux normes préalablement définies. Enfin, nous avons mis au point une méthode permettant d'évaluer la capacité des bactériophages à infecter des bactéries au sein d'expectorations de patients atteints de mucoviscidose. Nous apportons ainsi des résultats scientifiques concrets qui permettront de mieux appréhender les conditions nécessaires au développement de futurs essais cliniques chez ces patients.

Introduction : La mucoviscidose est une maladie génétique autosomale récessive causée par des mutations dans le gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Ce dernier code un canal chlorure AMPc-dépendant localisé dans la membrane apicale des cellules épithéliales, dont l'activité est régulée par de nombreuses interactions protéine-protéine. Dans le cadre de la recherche de nouveaux partenaires du CFTR, une interaction directe entre le canal (sauvage et muté F508del) etl'annexine A5 (AnxA5) a été mise en évidence dans notre laboratoire. Des stratégies de sur et de sousexpression nous ont également permis d'établir un lien fonctionnel entre les deux protéines. En effet, nos travaux montrent que les sécrétions ioniques dépendantes du CFTR sont corrélées au niveau d'expression intracellulaire de l'AnxA5. Par ailleurs, une élévation des courants médiés par le CFTR ainsi qu'une augmentation de la quantité de canaux dans la membrane plasmique sont observées suite à la surexpression de l'AnxA5 dans des cellules exprimant le CFTR muté F508del.But de l'étude : Au vu de ces observations, l'AnxA5 apparaît comme une cible potentielle pour la correction de certains défauts engendrés par la mutation F508del. Une piste thérapeutique pourrait être l'identification de composés capables d'augmenter son expression dans des cellules épithéliales exprimant le mutant F508del de la protéine CFTR. Considérant les informations fournies par la littérature, notre choix s'est porté sur la GnRH (gonadotropin-releasing hormone), molécule utilisée en thérapeutique humaine depuis plus de 25 ans. Ainsi, nous avons évalué l'effet de la GnRH sur la modulation de l'expression de l'AnxA5 et sur le transport ionique dépendant du CFTR dans nos différents modèles d'étude Résultats : Outre la présence du récepteur de la GnRH dans nos modèles cellulaires, nous montrons également que l'expression de l'AnxA5 y est augmentée dès 60 minutes de traitement avec l'hormone (1 nM). De plus, comparativement à des cellules non stimulées, des cellules prétraitées avec la GnRH présentent une hausse significative des sorties actives d'iodure, corrélant avec une augmentation de la quantité de CFTR à la surface cellulaire. Ces observations ont été faites dans les modèles exprimant le CFTR muté F508del ainsi que dans ceux exprimant le CFTR sauvage. Conclusion : Dans nos modèles et selon nos conditions de stimulation, un traitement avec la GnRH augmente l'expression intracellulaire de l'AnxA5 et conduit à une élévation des sécrétions ioniques médiées par le canal CFTR. Néanmoins, au vu de la multitude de voies de signalisation susceptibles d'être activées et de gènes pouvant être régulés suite à la liaison de la GnRH sur son récepteur, l'effet observé sur l'AnxA5 ne représente probablement pas le seul évènement cellulaire à l'origine de l'impact positif enregistré sur l'activité du canal CFTR.