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

Chez les végétaux supérieurs, la régulation des mouvements stomatiques permet de contrôler les échanges de CO2 et la montée de la sève brute tout en limitant les pertes excessives d'eau par transpiration. Ce contrôle est assuré par des variations rapides de la turgescence des deux cellules de garde formant le stomate dues à l'activité de nombreux canaux et transporteurs ioniques. Nous avons identifié un nouveau membre de la famille des CLC chez A. thaliana, AtCLC-c exprimé dans la cellule de garde. L'étude de l'expression d'AtCLC-c et du phénotype de mutants invalidés ont permis de démontrer son rôle dans l'ouverture stomatique à la lumière et la fermeture en réponse à l'ABA. Les mutants clcc accumulent moins d'ions Cl- dans leurs cellules de garde par rapport aux plantes sauvages et sont hypersensibles à un stress salin. Enfin, nous avons confirmé par des études d'électrophysiologie la sélectivité d'AtCLC-c aux ions Cl-. L'ensemble de ce travail montre l'importance du transporteur vacuolaire d'ions Cl- AtCLC-c dans les mouvements stomatiques et la tolérance au stress salin. / In plants, the high turgor is assured by ion transport and involves the creation and maintenance of a large vacuolar volume. In recent years, various chloride channels and transporters have been identified to be involved in specific functions such as plant nutrition, stomatal movements or metal tolerance. We have characterized a new member of the CLC family in A. thaliana, AtCLC-c, highly expressed in guard cell and up-regulated by ABA and salt treatment in the whole plant. Knock-out mutants in AtCLC-c are impaired in light-induced stomatal opening and ABA-induced stomatal closing correlated to a large decrease in guard cell Cl- content. Furthermore, clcc mutants are hypersensitive to salt stress compared to wild-type. Finally, using electrophysiological studies, we demonstrated that AtCLC-c is selective to Cl-. Altogether, this work shows that AtCLC-c is a tonoplastic Cl- transporter involved in stomatal movements and salt tolerance.

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

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines. / Anthracyclines such as doxorubicin and daunorubicin are hydrophilic anticancer agents that must be transported into cells. These drugs accumulate in the nucleus where they intercalate with DNA, thereby interfering with DNA replication in turn leading to cell death. Anthracyclines are used for treating a variety of cancers including leukemia, lymphomas, breast, lung, and ovarian. Despite evidence for active uptake of anthracyclines, the specific transporter has not been identified. Using the ovarian cancer cell line TOV2223G, we show that substrates reported for the organic cation transporter OCT1, such as ergothioneine, thiamine and phenformin, partially compete with uptake of daunorubicin, but not of L-carnitine, i.e., a high affinity substrate transported by hCT2 and OCTN2. These findings exclude the involvement of the L-carnitine organic cation family of transporters in anthracycline uptake. Moreover, we show that OCT1 actively mediates high affinity (Km ~ 5 μM) transport of daunorubicin into TOV2223G cells, whereas micromolar amounts of choline completely abolish drug uptake. shRNA-mediated downregulation of OCT1 causes defective uptake of daunorubicin, as well as significant resistance to the drug, as compared to the vector control. Transfection of HEK293T cells with a plasmid expressing OCT1 as a GFP fusion protein revealed that OCT1-EYFP was predominantly localized to the plasma membrane. These transfected cells manifested nearly 5-fold increased uptake of daunorubicin compared to the empty vector control. In summary, we show for the first time that human OCT1 is a high affinity transporter for anthracyclines. As such, we postulate that OCT1 status represents a critical determinant in the response of cancer cells to chemotherapy with anthracyclines

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

Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du noyau du tractus solitaire (NTS), une structure sensorielle qui reçoit des informations provenant des viscères. Nous avons utilisé l'immunocytochimie et la microscopie électronique pour étudier les systèmes de recapture du glutamate dans le NTS. Nous montrons que le transporteur exprimé par les astrocytes est de type GLT-1 et que la couverture des synapses glutamatergiques par les processus astrocytaires n'est pas complète ce qui autorise des phénomènes de transmission à distance par diffusion du glutamate. Nous montrons aussi que les dendrites des neurones du NTS expriment le transporteur de type EAAC1. Ce transporteur est essentiellement présent sous forme d'un pool intracellulaire. Son expression membranaire pourrait donc être régulée par l'activité. Enfin, dans une dernière partie, nous montrons qu'une inflammation des viscères induit une augmentation de la couverture gliale des synapses glutamatergiques du NTS. / Glutamate is the main excitatory transmitter in the nucleus tractus solitarii (NTS), a sensory nucleus involved in visceral information processing. Using electron microscope immunocytochemistry, we have investigated neuron to glia relationships and localization of glutamate transporters in the NTS. We show that NTS astrocytes express GLT-1 and that astrocytic wrapping of NTS glutamatergic synapses is incomplete, allowing glutamate to diffuse out of the synaptic cleft. In addition, we demonstrate that NTS neurons express the EAAC1 transporter. EAAC1 is exclusively present in dendrites and mostly located intracellularly. Finally, we show that visceral inflammation increases the glial wrapping of NTS glutamatergic synapses.

L'addiction est un comportement compulsif de recherche et de prise de drogues alternant des phases d'abstinence et de rechute malgré les conséquences négatives sur la vie de l'individu. Les êtres humains ne sont pas égaux devant l'addiction et les mécanismes moléculaires sous jacents sont encore mal compris. De nombreuses structures cérébrales, telles que l'aire tegmentale ventrale (VTA), le cortex préfrontal ou l'amygdale convergent sur le noyaux accumbens (NAc) pour réguler les circuits de la " récompense ". Les neurones GABAergiques épineux de taille moyenne (MSN) sont à la fois la voie d'entrée et de sortie majeure du NAc. Les MSNs sont régulés de façon dynamique par les fibres dopaminergiques provenant de la VTA ainsi que par les interneurones cholinergiques locaux (TANs). La destruction sélective des TANs entraine une importante modification des propriétés renforçantes des psychostimulants tel que la cocaïne. En 2002 nous avons découvert que, de façon surprenante, ces neurones expriment à la fois le transporteur vésiculaire de l'acétylcholine (VAChT) et le transporteur vésiculaire du glutamate de type 3 (VGLUT3). Plus récemment nous avons établi que VGLUT3 augmentait le stockage vésiculaire ainsi que la libération d'acétylcholine (ACh) par un mécanisme que nous avons appelé " synergie vésiculaire ". De plus, il a été observé que VGLUT3 confère aux TANs la capacité d'utiliser le glutamate aussi bien qu'avec l'ACh pour communiquer. De façon surprenante, des souris ayant perdu la capacité de libérer l'ACh dans le NAc ne présente que très peu d'altération de leurs réponses comportementales à la cocaïne. Ce résultat suggère que l'ACh n'est pas indispensable à la régulation des comportements de « récompense ». 1.2 Afin de déterminer le rôle de la signalisation VGLUT3-dépendante par les TANs nous avons utilisé une souris n’exprimant plus VGLUT3. Au cours de cette thèse j’ai pu établir que l’absence de VGLUT3 exacerbe les effets comportementaux induit par la cocaïne. Il semble donc que les TANs utilisent l’ACh ou le glutamate pour réguler différentiellement la libération de DA. Nous avons des résultats préliminaires suggérant que le glutamate libéré par les TANs va activer des mGluR qui exercent un contrôle inhibiteur sur la libération de DA. De plus j’ai observé que l’augmentation de libération de DA chez les souris VGLUT3-KO entraine une activation des cascade de signalisation DR1-dépendantes. De plus les MSNs du NAc des souris VGLUT3-KO présentent des augmentations morphologiques et synaptiques de l’activité glutamatergique du NAc. Finalement une augmentation de la fréquence des mutations du gène codant pour VGLUT3 a été trouvée dans une cohorte de sujets souffrants de formes sévères d’addictions. L’ensemble de ces résultats suggère que la régulation concomitante de la signalisation DAergique et glutamatergique dans le NAc agit comme un filtre protecteur contre les effets renforçant de la cocaïne. / Drug addiction is a compulsive pattern of drug-taking/drug-seeking behavior with alternate phases of abstinence and relapse despite adverse consequences. Human beings are not equally susceptible to addictions and molecular mechanisms underlying addiction are still poorly understood. Numerous brain structures such as the ventral tegmental area (VTA), the prefrontal cortex, the amygdala or the hippocampus converge onto the nucleus accumbens (NAc) to regulate reward. GABAergic medium spiny neurons (MSN) are the major input target as well as output pathway of the NAc. MSNs are dynamically regulated by dopaminergic fibers originating from the VTA and by local tonically active cholinergic interneurons (TANs). The selective destruction of TANs modulates rewarding properties of psychostimulant such as cocaine. Twelve years ago we made the surprising discovery that these neurons express both the vesicular acetylcholine transporter (VAChT) and the vesicular glutamate transporter type 3 (VGLUT3). We recently established that VGLUT3 increases the acetylcholine (ACh) vesicular accumulation (and release) by a mechanism named vesicular synergy. Furthermore, the presence of VGLUT3 confers to TANs the ability to release glutamate in addition to ACh. Unexpectedly, mice that have lost the ability to secrete ACh in the NAc show minimal alteration of their behavioral response to cocaine. This result suggests that ACh is not sufficient to modulate reward.To investigate the role of VGLUT3-mediated signaling by TANs we used a mouse line that no longer expressed VGLUT3. During this PhD I established that silencing VGLUT3 in mice dramatically exacerbated cocaine-induced behaviors. Furthermore, we found that VAChT-KO and VGLUT3-KO mice showed a decreased and increased DA release (respectively) in the NAc. Therefore, TANs use ACh and glutamate to differentially regulate DA release. We have preliminary data suggesting the glutamate released by TANs activate mGluR that negatively control DA release. I further observed that in VGLUT3-KO mice the increased DA release enhanced DR1-signaling cascades. In addition, MSNs from the NAc of VGLUT3-KO mice had increased morphologic and synaptic glutamatergic activity in the NAc. Finally, we report non-synonymous mutations in the gene encoding VGLUT3 in patients with severe addictions. Our results suggested that the concomitant regulation of the dopaminergic and glutamatergic tone by VGLUT3 in the NAc acted as a protective filter against reinforcing properties of cocaine.

Depuis quelques décennies, de nombreuses données suggèrent que l’effet protecteur cardiovasculaire des anthocyanes implique vraisemblablement une amélioration de la fonction endothéliale par une augmentation de la formation de monoxyde d’azote (NO). Cependant, les mécanismes protecteurs du transport intracellulaire des anthocyanes dans la cellule endothéliale demeurent mal compris. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la contribution de SGLT1 et SGLT2, les co-transporteurs majeurs du sodium et du glucose, dans l’entrée des anthocyanes issues du cassis et de ses dérivés glucoside et rutinoside dans les cellules endothéliales. Cette entrée promeut l’activation de la voie de la monoxyde d’azote synthase endothéliale (eNOS) qui est ici étudiée par l’utilisation de vaisseaux isolés et de cellules endothéliales en culture. Un extrait de cassis riche en anthocyanes (BCE) induit la relaxation dépendante de l’endothélium par la voie du NO sur des anneaux d’artère coronaire de porc et active la voie de signalisation Akt-eNOS au sein des cellules endothéliales en culture. De plus, des expériences additionnelles suggèrent que l’effet protecteur des anthocyanes dépend à la fois du type de glucoside présent dans la structure des anthocyanes mais aussi de la contribution des transporteurs SGLTs dans l’influx cellulaire des anthocyanes. La capacité des anthocyanes à lutter contre la dysfonction endothéliale est hautement potentialisée dans un modèle cellulaire de sénescence réplicative par l’augmentation de l’influx des anthocyanes due à une forte expression des SGLTs. L’ensemble de ces données indique que les anthocyanes extraits du cassis sont de puissants activateurs de la voie du NO endothélial dans les cellules natives et en culture. Parmi les anthocyanes contenus dans le cassis, les dérivés glycosidiques comme la cyanidine et la delphinidine-3-O-glucoside, sont les anthocyanes les plus puissantes afin d’activer la voie du NO. En conclusion, les anthocyanes peuvent être particulièrement intéressantes afin de cibler précocement les sites à risque d’athérosclérose par leur effet de stimulation de l’expression des transporteurs SGLT1 et 2. / Since last few decades, considerable data have been suggested that the protective effect of anthocyanin on cardiovascular system is likely to involve an improvement of endothelial function by increase nitric oxide (NO) formation. However, comprehensive studies on the subsequent mechanisms of protective effect by anthocyanin intracellular transportation in vascular endothelial cell is poorly understood. The aim of this thesis is to evaluate the possibility that SGLT1 and 2, the two major sodium-glucose cotransporters (SGLT), contribute to blackcurrant anthocyanins and its major glucoside- and rutinoside-conjugated anthocyanins uptake into endothelial cells that promoting the subsequent activation of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) pathway using isolated blood vessels and cultured endothelial cells. An anthocyanin rich blackcurrant extract (BCE) induced NO-mediated endothelium dependent relaxation in porcine coronary artery rings and activated Akt-eNOS signaling pathway in cultured endothelial cell. Furthermore, additional experiments suggested that such a protective effect of anthocyanin is based on the type of glucoside in anthocyanin structure and contribution of SGLTs for the intracellular transportation of anthocyanins. An ability of anthocyanin against endothelial dysfunction is highly potentiated in the endothelial cell replicative senescence model by the increase anthocyanin efflux according to the high expression of SGLTs. Altogether, the present findings indicate that blackcurrant anthocyanins are potent activator of the endothelial NO pathway in native and cultured endothelial cells. Among blackcurrant anthocyanins, glucose derivatives such as cyanidin and delphinidin -3-O-glucoside are the most potent anthocyanins for activation of NO pathway. In conclusion, anthocyanin can be more prominent by preferentially targeting an early stage of atherosclerotic site by their increase expression of SGLT1 and 2.

Lors d’une infection microbienne, la défense de l’hôte comprend deux facettes complémentaires. Premièrement, le système immunitaire cible les pathogènes dans le but de les éliminer, une attaque correspondant à la résistance. Dans un second temps, l’organisme doit réparer les dégâts causés par le pathogène ou par la réponse immunitaire de l’hôte, un mécanisme appelé résilience. J’ai étudié les effets d’une infection intestinale par la bactérie Serratia marcescens chez la drosophile. Nous avons mis en évidence un processus de purge dans l’intestin, lors duquel les enterocytes -les cellules principales de l’intestin- se vident partiellement de leur contenu. L’épithélium intestinal devient alors très fin mais se régénère rapidement, protégeant ainsi la mouche des effets délétères de l’infection. J’ai identifié un transporteur d’acides aminés, CG1139, qui est nécessaire à la régénération de l’intestin. CG1139 est requis pour la mobilisation de certaines réserves métaboliques de la drosophile et pour le transport rétrograde de ces dernières vers l’intestin. / Upon microbial infections, host defenses comprise two complementary facets. First, immune effectors target and kill the invading pathogen, an attack referred to as resistance. Second, the infected host must repair the damages inflicted by microbes or by the immune response itself, a mechanism called resilience. I have studied the effects of an intestinal infection with the bacterium Serratia marcescens in Drosophila. We have discovered a purge mechanism in the intestine, where enterocytes -the main cell type in the gut- extrude some of their internal contents. The intestinal epithelium thus becomes very thin but rapidly recovers its shape, thereby protecting the fly against the deleterious effects of infection. I have identified an amino acid transporter, CG1139, which is required for the intestinal recovery. CG1139 is necessary to mobilize the fly’s internal metabolic reserves and to transport some these metabolic stores back to the gut, in a retrograde manner.

Les astrocytes sont des cellules gliales jouant un rôle primordial dans le fonctionnement cérébral. Ils remplissent de nombreuses fonctions allant de la régulation de l'homéostasie ionique, à la modulation de la transmission synaptique en passant par la régulation du métabolisme énergétique. Les transporteurs astrocytaires au glutamate GLAST et GLT-1 tiennent un rôle particulièrement important dans ces fonctions astrocytaires. La recapture du glutamate libéré dans la synapse module la neurotransmission et évite la stimulation excessive des récepteurs glutamatergiques qui peut induire des phénomènes d'excitotoxicité provoquant la mort des neurones. Le couplage neurométabolique entre astrocytes et neurones repose également sur l'activité de ces transporteurs. De nombreuses données indiquent que des déficits des transporteurs au glutamate sont impliqués dans la plupart des maladies neurodégénératives. Les astrocytes et les transporteurs au glutamate représentent ainsi de potentielles cibles thérapeutiques dans le cadre des maladies neurodégénératives. L'étude de ces interactions neurones-astrocytes, en particulier sur des modèles in vivo, nécessite des outils particuliers permettant de disséquer le rôle de chaque type cellulaire. Cependant, il existe peu d'outils spécifiques et efficaces pour cibler les astrocytes in vivo. Notre objectif a été de développer un nouveau vecteur viral permettant une transduction spécifique des astrocytes in vivo, avec une efficacité importante et pouvant être utilisé dans l'ensemble du cerveau avec de nombreux transgènes. Au cours de ce travail nous avons développé trois voies de recherche. Ainsi, nous avons modifié l'enveloppe du vecteur et tester trois glycoprotéines d'enveloppe, VSV, Mokola et Rabies. Nous avons également utilisé trois promoteurs différents, PGK, CMV et EAAT1 afin de moduler l'expression du transgène dans les astrocytes. Et enfin, nous avons développé une nouvelle méthode de régulation post-transcriptionnelle utilisant les microARN. Nos résultats permettent de conclure qu'un vecteur lentiviral avec l'enveloppe Mokola, contenant le promoteur PGK et des cibles de microARN spécifiques des neurones est un outil efficace pour cibler les astrocytes in vivo. Nous avons utilisé ce nouvel outil pour surexprimer les transporteurs astrocytaires au glutamate (GLAST et GLT-1) et pour inhiber leur expression grâce aux techniques de « RNA silencing ». La surexpression du transporteur GLAST permet une neuroprotection significative en condition excitotoxique tandis que l'inhibition de GLT-1 induit une diminution du métabolisme cérébral. Ces résultats préliminaires apportent la preuve de principe de l'efficacité de notre outil in vivo et confirment le rôle central des transporteurs astrocytaires. Il est ainsi possible d'anticiper que ce nouvel outil permettra à la fois une meilleure compréhension du fonctionnement des astrocytes in vivo et qu'il peut représenter un vecteur de choix dans la perspective d'une thérapie génique ciblant ces cellules.