identifier: Corriveau, Anne-Sophie  (2019). Caractérisation pétrologique et géochimique des roches mantelliques du terrane de Cache Creek Nord, Cordillère nord-américaine.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 211 p.

subject:
Cordillère nord-américain
terrane
Cache Creek
ophiolite
roche mantellique
pétrogenèse
géochimie en éléments majeurs
harzburgite à spinelle chromifère
North-American Cordillera
mantle rocks
petrogenesis
major elements geochemistry
Cr-spinel harzburgite

abstract:
Le terrane de Cache Creek Nord (TCCN) s’étend sur plus de 500 km du nord de la Colombie-Britannique au sud du Yukon. Sa nature océanique lui confère un rôle clé dans les modèles tectoniques d’accrétion de la Cordillère nord-américaine. Le TCCN comprend des complexes mafiques et ultramafiques et des assemblages de chert et de carbonates qui ont été interprétés antérieurement comme des composantes de monts sous-marins, d’ophiolites issus de rides océaniques, de complexe d’accrétion et d’arcs océaniques associés à des monts sous-marins. Des massifs souvent plurikilométriques de roches mantelliques variablement serpentinisées sont exposés du nord au sud du TCCN. Le faciès dominant est la tectonite d’harzburgite à spinelle chromifère, pauvre en diopside et présentant souvent un rubannement compositionnel marqué par la variation de la proportion modale des porphyroclastes d’enstatite. Les lentilles de dunite sont communes, alors que les dykes d’orthopyroxénite et de dunite sont moins abondants. Les éléments majeurs des péridotites du TCCN indiquent qu'elles sont appauvries en comparaison avec les estimés du manteau primitif, avec un contenu en MgO élevé (moyenne de 45 %), des concentrations en Al₂O₃ et CaO inférieures à 2,0 % et un très faible contenu en TiO₂ (moyenne de 0,014 %). L’olivine est réfractaire (Fo 89,6 à Fo 92,2 dans l’harzburgite), le spinelle a un Cr # moyen à élevé (moyenne de 47 pour l’harzburgite) et un contenu en TiO₂ très bas (moyenne de 0,028 %). L’orthopyroxène (En 88 à En 91) a un faible contenu en Al₂O₃ (moyenne de 2,4 %) et un Mg # assez élevé (entre 90,7 et 92,7) et le clinopyroxène a un contenu en Al₂O₃ bas (moyenne de 2,6 %) et un contenu en TiO₂ bas (moyenne de 0,055 %). Les températures d'équilibre calculées avec divers géothermomètres varient entre 473 et 1242 °C. L’olivine et le spinelle se rééquilibrent à plus basses températures (660 °C pour le Fe-Mg et 895 °C pour le Cr-Al) que les pyroxènes (1027 °C pour le Fe-Mg entre l’enstatite et le diopside et 1099 °C pour le Ca dans l’orthopyroxène), qui suggèrent un taux de refroidissement plus rapide. La fugacité d'oxygène calculée avec le baromètre olivine-spinelle est en moyenne de ΔQFM -1,0, ce qui suggère un environnement réducteur. Ces caractéristiques géochimiques du manteau impliquent des degrés de fusion partielle moyens à élevés (10 à > 40 %) et les faibles teneurs en TiO₂ des phases et roches totales impliquent la formation du TCCN dans un environnement de zone de subduction. La géochimie des masses lenticulaires de dunite suggère qu’elles sont encore plus appauvries, avec un contenu en TiO₂ très bas (moyenne de 0,006 %), une olivine très réfractaire (Fo 90,7 à 93,8) et un Cr # élevé dans les spinelles (moyenne de 70), ce qui suggère qu’elles sont de nature résiduelle, avec des degrés de fusion partielle plus élevés que les harzburgites. Au mont Barham (Atlin), une harzburgite à dendrites plurimillimétriques d’amphibole (anthophyllite) a une signature géochimique distincte avec des spinelles ayant de faibles valeurs de Mg # et Cr #, en retrait de la tendance générale. L’orthopyroxène a un très faible contenu en Cr₂O₃ (< 0,2 %) et les résultats thermométriques du Ca dans l’orthopyroxène donnent des températures de 471 à 566 °C, suggérant que l’orthopyroxène de l’harzburgite du mont Barham n’est pas résiduel, mais plutôt recristallisé ou formé à moyenne température dans le faciès amphibolitique. La proximité du batholite de Surprise Lake est vraisemblablement à l’origine d’un événement de métamorphisme de contact tardif. Enfin, les données pétrographiques et géochimiques de la roche totale et des phases minérales ne révèlent pas de contacts internes évidents entre les différents secteurs où le manteau a été échantillonné; les roches mantelliques du TCCN pourraient donc provenir d’une seule plaque lithosphérique.

The northern Cache Creek Terrane (TCCN) extends for more than 500 km in northern British Columbia and southern Yukon. As an oceanic terrane, it plays a key role in Cordilleran tectonic accretion models. The TCCN comprises mafic and ultramafic complexes and carbonate and chert assemblages that have been interpreted by previous workers as components of accreted seamounts, spreading centers and rifted arc complexes. All along its length, the TCCN exposes multi-kilometer outcrops of variably serpentinized mantle rocks. Foliated Cr-spinel harzburgite tectonite dominates and commonly shows compositional layering marked by the varying proportions of enstatite porphyroclasts. Dunite pods are common whereas orthopyroxenite and dunite dykes are less abundant. The major element geochemistry of TCCN peridotites shows that they are depleted in comparison to the primitive mantle, with high MgO (average of 45 %), low Al₂O₃ and CaO (average lower than 2.0 %) and very low TiO₂ (average of 0.014 %) contents. Olivine is refractory (Fo 89.6 to Fo 92.2 in harzburgite), spinel Cr # is medium to high (average of 47 for harzburgite) and its TiO₂ content is very low (average of 0.028 %). Orthopyroxene (En 88 to En 91) has a low Al₂O₃ content (average of 2.4 %) and a high Mg # (between 90.7 and 92.7) and clinopyroxene Al₂O₃ and TiO₂ contents are low (average of respectively 2.6 and 0.055 %). The equilibrium temperature calculated with four different geothermometers varies between 473 and 1242 °C. Olivine and spinel reequilibrated to lower temperatures (averages of 660 °C for Fe-Mg and 895 °C for Cr-Al exchange reactions) than pyroxenes (averages of 1027 °C for Fe-Mg exchange between enstatite and diopside and 1099 °C for orthopyroxene Ca content); which suggests a fairly rapid cooling rate. The oxygen fugacity calculated with the olivine-spinel barometer averages ΔQFM -1.0, suggesting a reduced environment. The geochemical characteristics of TCCN harzburgites suggest medium to high degrees of partial melting (10 to > 40 %) and the low TiO₂  content in phases and bulk compositions imply the TCCN formed in a subduction zone environment. The chemistry of dunite pods shows that they are even more depleted, with a very low TiO₂ content (average of 0.006 %), refractory olivine (Fo 90.7 to 93.8) and higher spinel Cr # (average of 70), suggesting that the dunite pods are residues from higher degrees of partial melting compared to harzburgites. At mont Barham (Atlin), a harzburgite with large (≤ 1 cm) anthophyllite dendrites has a distinct mineral-chemical signature, with low spinel Mg # and Cr # that plots apart from the general trend of TCCN mantle rocks. Mont Barham orthopyroxene has a very low Cr₂O₃ content (< 0.2 %) and the Ca in orthopyroxene geothermometer gives temperature from 471 to 566 °C, suggesting that orthopyroxene is not residual but was recristallised or formed at the amphibolite facies. The proximity of the Surprise Lake batholith is the probable cause of this late contact metamorphic event. Finally, the petrographic, geochemical and mineral chemical data show that there are no obvious contacts between the different areas sampled in the TCCN mantle rocks; hence the mantle rocks could belong to a single plate.


identifier: Tadlaoui, Sofia  (2019). Nouvelle approche pour la biodégradation des BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylène) dans l’eau.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 60 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
eaux contaminées
sites pétroliers
BTEX laccase
immobilisation
contaminated water
oil sites
laccase
immobilization

abstract:
Les composés BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylène) sont les contaminants les plus fréquemment rencontrés dans les eaux souterraines adjacentes aux sites pétroliers. Dans cette étude, une nouvelle approche a été mise en place afin de dégrader les BTEX en exploitant la capacité des laccases (laccases libres et immobilisés) à dégrader les composés phénoliques. Le traitement biocatalytique ( en présence d’enzymes oxydoréductases) offre une solution verte et efficace pour la bioremédiation environnementale.
L’étude a été divisée en deux parties. Pour ce faire, une production des laccases à l’état solide a été employé tout au long de cette expérience.
Dans la première partie, les laccases libres avec une activité de 0.5 U/ml ont été testées. La biodégradation des BTEX a été étudiée à température ambiante pour une durée de 30 jours. Les résultats ont montré une biodégradation qui varie entre 69 et 94% pour les différents composés de BTEX .
La deuxième partie a porté sur l’immobilisation des laccases sur du microbiocharbon activé chimiquement par un traitement acide H₂SO₄/HNO₃ (1:1, v/v) et ce, pendant une période de 20 jours. Les essais ont été ont été réalisé à la température ambiante (autour de 20°C) et en imposant une concentration intiale de BTEX se situant entre 331 et 3994 ppm. Une dégradation presque totale a été observée pour tous les composés BTEX, spécifiquement elle était de 99% pour le Benzène, 97% pour le Toluène, 88% pour l’Ethylbenzène, 89% pour le m-p xylènes et finalement 92% pour l’o-xylène dans l’eau.

 BTEX compounds (benzene, toluene, ethylbenzene and xylene) are the most common contaminants found in groundwater adjacent to petroleum sites. In this study, a new approach was implemented to degrade BTEX by exploiting the ability of laccases (free and immobilized laccases) to degrade phenolic compounds, thus biocatalytic treatment with these oxidoreductase enzymes provides a green and efficient solution for environmental bioremediation.
The study was divided into two parts. To make a production of laccases in the solid state was used throughout this experiment.
In the first part, free laccases with an activity of 0.5 U / ml were tested. The biodegradation of BTEX was studied at room temperature for a period of 30 days, the results showed a biodegradation which varies between 69 and 94% for the different compounds of BTEX.
The second part focused on the immobilization of laccases on chemically activated microbiochar by acid treatment H₂SO₄/HNO₃ (1: 1, v / v), for a period of 20 days and an initial laccase activity, a concentration of btex between 331 and 3994 ppm and at room temperature. almost total degradation was observed for all btex compounds, specifically it was 99% for benzene, 97% for toluene, 88% for ethylbenzene, 89% for xylenes and finally 92% for benzene. -xylene in water.


identifier: Vanpeene, Victor  (2018). Etude par tomographie RX d’anodes à base de silicium pour batteries Li-ion.  Thèse.  Lyon - Québec, Université de Lyon - Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 256 p.

subject: matériaux

abstract:
De par sa capacité spécifique théorique dix fois plus élevée que celle du graphite actuellement
utilisé comme matériau actif d‟anode pour les batteries Li-ion, le silicium peut jouer un rôle
important dans l‟augmentation de la densité d‟énergie de ces systèmes. La réaction d‟alliage
mise en place lors de sa lithiation se traduit cependant par une forte expansion volumique du
silicium (~300 % contre seulement ~10 % pour le graphite), conduisant à la dégradation
structurale de l‟électrode, affectant notablement sa tenue au cyclage. Comprendre en détail ces
phénomènes de dégradation et développer des stratégies pour limiter leur impact sur le
fonctionnement de l‟électrode présentent un intérêt indéniable pour la communauté scientifique
du domaine.
L‟objectif de ces travaux de thèse était en premier lieu de développer une technique de
caractérisation adaptée à l‟observation de ces phénomènes de dégradation et d‟en tirer les
informations nécessaires pour optimiser la formulation des anodes à base de silicium. Dans ce
contexte, nous avons utilisé la tomographie aux rayons X qui présente l‟avantage d‟être une
technique analytique non-destructive permettant le suivi in situ et en 3D des variations
morphologiques s‟opérant au sein de l‟électrode lors de son fonctionnement. Cette technique a
pu être adaptée à l‟étude de cas du silicium en ajustant les volumes d‟électrodes analysés, la
résolution spatiale et la résolution temporelle aux phénomènes à observer. Des procédures de
traitement d‟images adéquates ont été appliquées afin d‟extraire de ces analyses tomographiques
un maximum d‟informations qualitatives et quantitatives pertinentes sur leur variation
morphologique. De plus, cette technique a pu être couplée à la diffraction des rayons X afin de
compléter la compréhension de ces phénomènes. Nous avons ainsi montré que l‟utilisation d‟un
collecteur de courant 3D structurant en papier carbone permet d‟atténuer les déformations
morphologiques d‟une anode de Si et d‟augmenter leur réversibilité en comparaison avec un
collecteur de courant conventionnel de géométrie plane en cuivre. Nous avons aussi montré que
l‟utilisation de nanoplaquettes de graphène comme additif conducteur en remplacement du noir
de carbone permet de former un réseau conducteur plus à même de supporter les variations
volumiques importantes du silicium. Enfin, la tomographie RX a permis d‟étudier de façon
dynamique et quantitative la fissuration et la délamination d‟une électrode de Si déposée sur un
collecteur de cuivre. Nous avons ainsi mis en évidence l‟impact notable d‟un procédé de
« maturation » de l‟électrode pour minimiser ces phénomènes délétères de fissurationdélamination
de l‟électrode.

Because of its theoretical specific capacity ten times higher than that of graphite currently used
as active anode material for Li-ion batteries, silicon can play an important role in increasing the
energy density of these systems. However, the alloying reaction set up during its lithiation results
in a high volume expansion of silicon (~300% compared with only ~10% for graphite) leading to
the structural degradation of the electrode, which is significantly affecting its cycling behavior.
Understanding in detail these phenomena of degradation and developing strategies to limit their
impact on the functioning of the electrode are of undeniable interest for the scientific community
of the field.
The objective of this thesis work was first to develop a characterization technique adapted to the
observation of these degradation phenomena and to draw the necessary information to optimize
the formulation of silicon-based anodes. In this context, we have used X-ray tomography which
has the advantage of being a non-destructive analytical technique allowing in situ and 3D
monitoring of the morphological variations occurring within the electrode during its operation.
This technique has been adapted to the case study of silicon by adjusting the analyzed electrode
volumes, the spatial resolution and the temporal resolution to the phenomena to be observed.
Appropriate image processing procedures were applied to extract from these tomographic
analyzes as much qualitative and quantitative information as possible on their morphological
variation. In addition, this technique could be coupled to X-ray diffraction to complete the
understanding of these phenomena. We have shown that the use of a carbon paper structuring 3D
current collector makes it possible to attenuate the morphological deformations of a Si anode and
to increase their reversibility in comparison with a conventional copper current collector of plane
geometry. We have also shown that the use of graphene nanoplatelets as a conductive additive to
replace carbon black can form a conductive network more able to withstand the large volume
variations of silicon. Finally, the X-ray tomography allowed studying dynamically and
quantitatively the cracking and delamination of a Si electrode deposited on a copper collector.
We have thus demonstrated the significant impact of a process of "maturation" of the electrode to
minimize these deleterious phenomena of cracking-delamination of the electrode.


identifier: Piché-Choquette, Sarah  (2019). L'hydrogène moléculaire en tant que modulateur des communautés microbiennes de sol.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 217 p.

subject:
hydrogène
communautés microbiennes
biogéochimie
sol
gaz traces

abstract:
L’hydrogène moléculaire (H2) est une source d’énergie ubiquitaire, retrouvée à l’état de trace dans l’atmosphère global, mais en plus fortes concentrations dans de nombreux
écosystèmes tels que les terres humides et la rhizosphère des légumineuses fixatrices d’azote. Une grande majorité des bactéries fixatrices d’azote recrutées par les
légumineuses utilisées en agriculture sont dépourvues d’hydrogénase, ce qui implique que l’H2 produit par l’enzyme nitrogénase diffuse dans le sol. Compte tenu du fort
potentiel énergique de l’H2, celui-ci est rapidement oxydé par les microorganismes oxydant l’H2 (HOM) et ce, dans un rayon de 3 à 4,5 cm de la source. Ces microorganismes ont des capacités physiologiques variées, se retrouvent dans des
niches écologiques oxiques et anoxiques et sont distribués parmi plus de 40 embranchements taxonomiques. Bien que des études ont montré que certaines HOM promeuvent la croissance des plantes in vitro, l’impact de l’H2 sur les communautés
microbiennes du sol est inconnu. Le but de cette thèse est donc d’élucider ce mystère en explorant le  potentiel de l’H2 à structurer les processus biogéochimiques du sol. Les
hypothèses de recherche sont ainsi que de fortes concentrations d’H2, représentatives d’écosystèmes riches en H2, altéreront directement et indirectement la structure et la fonction des communautés microbiennes du sol et ce, en fonction de la dose d’exposition à l’H2. Un effet direct implique un changement associé à la distribution et l’activité métabolique des HOM, alors que les effets indirects incluent des processus autres que
l’oxydation de l’H2. Afin de pouvoir valider ces hypothèses, un système de microcosmes à flux dynamique a été conçu au laboratoire et a permis d’incuber des microcosmes de
sols à des rapports stoechiométriques d’H2 précis, s’échelonnant de 0,5 à 10 000 ppmv d’H2. Trois sols prélevés dans une plantation de peupliers, une plantation de mélèzes et une terre agricole ont été utilisés en raison de leurs propriétés biotiques et abiotiques contrastantes. À la suite des incubations, les profils de diversité des communautés
microbiennes—bactériennes, fongiques et bactériennes à haute affinité pour l’H2 (HAHOB)— ainsi que divers processus qui leur sont propres, ont été analysés. D’abord, de
nombreux effets directs ont été recensés. Les mesures de potentiel d’oxydation de l’H2 en cours d’incubation ont montré qu’une exposition des HOM à de fortes concentrations
d’H2 menait à une activation rapide du métabolisme des HOM à faible affinité, tout en inhibant celui des HA-HOB. Globalement, le Km et le Vmax du métabolisme d’oxydation de
l’H2 ont augmentés significativement post-incubation. En ce qui a trait à la structure des communautés de HA-HOB, l’abondance relative de centaines de génotypes a été altérée. De manière surprenante, aucun de ces génotypes ne correspondait à ceux actuellement répertoriés dans les bases de données génomiques publiques. Ensuite, plusieurs effets
indirects ont aussi été documentés post-incubation. Trois fonctions autres que l’oxydation d’H2 ont été altérées, dont une réduction de l’oxydation du méthane (CH4) et du
monoxyde de carbone (CO) et une stimulation de l’utilisation de nombreux substrats carbonés. La réponse globale de ces fonctions fut universelle, bien que l’intensité de
l’altération se soit avérée dépendante des conditions biotiques et abiotiques des trois sols étudiés. De plus, l’abondance relative de microorganismes n’oxydant pas l’H2—des Champignons et des assemblages de génomes partiels bactériens exempts de gènes codant pour des hydrogénases—a aussi été affectée et ce, de manière idiosyncratique entre les trois sols analysés. Les relations de dose-réponse entre la dose d’exposition à l’H2 et la réponse observée furent mineures au niveau de la structure des communautés,
mais majeures au niveau de ses fonctions. En effet, bien que l’abondance relative de nombreux phylotypes soit proportionnelle à la concentration d’H2, la contribution de ceux-ci sur l’ensemble de la diversité β fut négligeable. En revanche, les fonctions mesurées, soient la vitesse d’oxydation d’H2 à faible affinité ainsi que celle d’oxydation de l’H2, du CH4 et du CO à haute affinité, étaient proportionnelles à la dose d’exposition. L’altération de processus d’oxydation de gaz traces en fonction de la distance d’une source ponctuelle productrice d’H2 a donc pu être modélisée, permettant ainsi de représenter spatialement ce continuum métabolique. Cette thèse a apporté de nombreuses nouvelles connaissances aux domaines de la biogéochimie et de l’écologie microbienne en
démontrant l’interaction de l’H2 avec des processus biogéochimiques variés, en plus de soulever de nombreuses questions. Les diverses interactions entre les cycles
biogéochimiques de l’H2 et du carbone impliqueraient entre autres que les HOM, dont l’activité est généralement considérée comme une fonction spécialiste, pourraient en fait être davantage des groupes fonctionnels inhéremment mixotrophes ou même généralistes.


identifier: Perrotte, Morgane  (2019). Identification d'un profil de marqueurs périphériques lié aux scores cognitifs dans le plasma et les vésicules extracellulaires durant le développement de la maladie d'Alzheimer: évolution de marqueurs liés au stress oxydatif et aux mécanismes physiopathologiques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie.

abstract:
La maladie d’Alzheimer (MA) représente la première cause de démence qui affectent
actuellement 47,5 millions de personnes dans le monde et qui devrait tripler d’ici 2050
en absence de moyens de prévention et de traitements. Malgré plus de 100 ans de
recherches et de grandes découvertes, la MA représente un véritable problème de
santé mondial. Chaque année ce sont plus de 9,9 millions de nouveaux cas de
démence qui sont diagnostiqués dans le monde, soit un nou veau cas tous les 3
secondes. De nombreux défis sont à relever pour prévenir, ralentir ou traiter la maladie. Les deux
principales caractéristiques neuropathologiques de la MA sont les plaques séniles
extracellulaires composées du peptide Amyloïde beta (Aβ) et les dégénérescences
neurofibrillaires (DNF) liées à2 l’hyperphosphorylation de la protéine Tau au niveau
intracellulaire. Celles-ci vont se propager aux différentes régions cérébrales de façon
organisée. Des études récentes ont indiqué qu’une des hypothèses pouvant expliquer
ce phénomène de propagation neuronale serait l’implication des vésicules
extracellulaires (EVs). Dans le cerveau, les EVs libérées par les différents types
cellulaires sont importantes dans le maintien neuronal et la communication. Elles
permettent également aux cellules d’éliminer et de transmettre leur contenu comme l’Aβ
et Tau aux cellules avoisinantes propageant ainsi les lésions toxiques et la mort
neuronale. Les plaques Aβ et les DNF représentent les critères du diagnostic dit certain
de la MA par une analyse du cerveau en post-mortem. Pourtant, le bilan du
développement thérapeutique de ces dernières années, ciblant ces deux voies
importantes, affiche un taux d’échec frôlant les 100% et souligne la complexité et
l’hétérogénéité de la MA. L’augmentation du taux de réussite des traitements de la MA dépend d’un meilleur
développement thérapeutique et de l’identification de biomarqueurs fiables et certains
pour diagnostiquer les patients aux stades pré-démentiels et intervenir avant l’apparition
altérations irréversibles. Comme toutes les maladies chroniques, la MA se développe
insidieusement et engendre des dommages irréversibles au système nerveux central
(SNC) entrainant une altération neuronale, une perte synaptique et un déclin des fonctions cognitives globales. La démence est précédée d’un stade asymptomatique
(préclinique) et d’une phase de transition avec des troubles cognitifs légers, appelée
MCI. Ces stades représentent un espoir pour le diagnostic précoce de la maladie et
pour le développement de moyens de prévention et de nouveaux traitements efficaces. Malgré la mise à jour des critères de diagnostic, la redéfinition de la MA comme un
« continuum » débutant par des phases pré démentielles et l’introduction des
biomarqueurs, les moyens actuels pour sa détection présentent de nombreuses limites.
Le diagnostic probabiliste du vivant des patients de la MA est basé sur une
combinaison de tests cliniques incluant des tests cognitifs, l’imagerie cérébrale
structurelle et fonctionnelle ainsi que le dosage dans le liquide céphalorachidien des
deux protéines responsables des lésions caractéristiques de la MA (Aβ et Tau).
Cependant, l’utilisation des biomarqueurs est restreinte en routine car les techniques
sont invasives, couteuses et leur accès est limité. Ils n’ont leur place que dans certaines
situations pour conforter ou infirmer le diagnostic. Par conséquent, il est urgent
d’identifier des biomarqueurs périphériques précoces (au stade pré démentiel), peu
coûteux, non-invasifs et adaptés à des mesures répétées tout au long de l'évolution de
la maladie. À l’heure actuelle, aucun biomarqueur sanguin n’a dépassé le stade de «
candidat » dans le diagnostic de la MA. De plus, au vu des nombreux échecs
thérapeutiques et de l’hétérogénéité clinique des patients atteints de la MA, il est
également essentiel d'élargir notre vision de la pathogenèse au-delà de l’hypothèse de
la protéine Tau et de l’Aβ pour l’identification de nouveaux biomarqueurs potentiels. Dans ce contexte d’urgence, le projet ci-contre s’est intéressé à l’identification de
nouveaux biomarqueurs périphériques potentiels pour la détection du stade MCI et
l’évaluation de la progression de la maladie à différents stades. Ce projet est basé sur
les échantillons plasmatiques de patients recrutés par l’Institut Universitaire de Gériatrie
de Sherbrooke. Dans un premier temps, l’importance du stress oxydatif dans les différents mécanismes
pathogéniques de la MA et son implication précoce, nous a amené à nous intéresser à
l’identification d’un profil de biomarqueurs reliés au stress oxydatif dans le plasma de
sujets MCI et de patients atteints de la MA à différents stades. Nous avons testé la relation entre les marqueurs périphériques étudiés et la performance cognitive globale
pour mettre en évidence une relation possible entre le stress oxydatif systémique et les
altérations cérébrales. Dans un deuxième temps, en se basant sur les études indiquant
l’implication des EVs dans le développement de la MA et leur passage à travers la
barrière hémato encéphalique, nous avons mis au point une technique pour isoler les
vésicules extracellulaires plasmatiques totales (pEVs). Ainsi nous avons pu tester le
potentiel du contenu protéique des pEVs comme un nouvel outil dans le diagnostic du
continuum de la MA. Nous avons évalué la performance de l’Aβ, de Tau et d’autres
protéines d’origine cérébrale renfermés dans les pEVs pour différencier les stades de la
MA et leur relation avec les données cliniques comme la performance cognitive globale. Nos résultats montrent que le profil plasmatique des altérations de l’homéostasie redox
diffère en fonction des stades de la MA. Au stade pré démentiel, le plasma révèle une
faiblesse dans sa capacité antioxydante qui engendre l’accumulation de protéines
oxydées, de protéines chaperonnes et de protéines réponse au stress au stade de
démence. Cette étude démontre pour la première fois qu’en parallèle de l’augmentation
des protéines oxydées plasmatiques, l’activité du système de dégradation de celles-ci
est affaiblie. En effet, l’activité du protéasome 20S circulant a pour la première fois été
investiguée dans le domaine de la MA. Nous avons également pu mettre en évidence
une corrélation entre ces phénomènes périphériques et la performance cognitive
globale analysée par les tests complémentaires MMSE (mini mental state examination)
et MoCA (Montreal cognitive assessment). Ces résultats confirment l’implication
précoce du stress oxydatif dans la MA et souligne l’importance des désordres
systémiques dans la MA et la nécessité d’élargir la vision de la maladie au-delà du
compartiment du SNC. Dans un deuxième temps, nos résultats mettent en évidence pour la premières fois la
pertinence du dosage du contenu protéique des pEVs totales dans le cas du diagnostic
de la MA. Nous montrons que l’utilisation de différents profils de protéines renfermées
dans les pEVs permet de distinguer les sujets MCI des participants témoins, les sujets
MCI des patients atteints de la MA et de séparer les sujets témoins des patients atteints
de la MA. La concentration de l’APP (précurseur de l’Aβ), le ratio de Tau totale/Tau
phosphorylée (T181) ou encore le niveau de la NSE (Neuron-Specific Enolase), de la Progranulin et du S100B dans les pEVs représentent des biomarqueurs potentiels pour
le diagnostic du stade MCI. À l’inverse, le niveau de l’Aβ40 et de l’Aβ42 dans le pEVs
ne sont pas utiles en termes de diagnostic. In fine, la standardisation des techniques
d’isolation et de normalisation révèlera tout le potentiel des pEVs dans le domaine du
diagnostic des maladies neurodégénératives.  Pris ensemble, ces travaux montrent la pertinence de l’utilisation des biomarqueurs
périphériques associés aux données cliniques pour pallier aux difficultés techniques
que représentent les marqueurs centraux dans les maladies du SNC comme la MA. Les
biomarqueurs périphériques sont le reflet d’un processus pathologique systémique
présent au cours de la maladie. Ces résultats confirment également la nécessité
d’utiliser plusieurs combinaisons de biomarqueurs pour différencier les stades de la
maladie. À terme différents profils de biomarqueurs pourront distinguer les personnes à
risque de développer la MA et les sous-populations de patients atteints de la MA afin de
prévenir efficacement le développement de la maladie et de proposer des traitements
adaptés à l’hétérogénéité des patients.

Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia affecting more than
47.5 million people worldwide and this number is projected to triple by 2050 in the
absence of new effective treatment or early diagnosis. Despite more than 100 years of
research and several discoveries in the field, AD represents a serious public health
problem. Every year, more than 9.9 million new cases of dementia are diagnosed in the
world, a new case every 3 seconds. AD is a complex progressive neurodegenerative disorder leading to memory loss and
cognitive decline with high clinicopathologic heterogeneity. AD is characterized
neuropathologically by synaptic loss and the brain propagation of extracellular amyloid
Beta (Aβ) aggregates and neurofibrillary tangles. Recent studies reveal that the spread
of these pathogenic proteins can occur via extracellular vesicles (EVs).  During the progression of the disease, some alterations occur in the brain like oxidative
stress, a deficiency of cellular survival factors, inflammation and a metabolic disorder.
Like most chronic diseases, AD begins insidiously and no clear event defines onset of
the disease. AD starts as a preclinical stage followed by a prodromal phase called mild
cognitive impairment (MCI). This transition offers an important opportunity for possible
diagnosis, prevention and therapeutic interventions. However, the current standardized
criteria for the diagnosis of MCI and AD including cognitive changes, abnormal
cerebrospinal fluid (CSF) levels of pathogenic proteins (Aβ, tTau and pTau-T181), and
MRI scan and PET bioimaging data, have some limits. Clinicopathologic heterogeneity,
high costs of imaging and the invasive nature of CSF collection limit their usefulness for
routine clinical testing. Thus, there is a strong necessity to identify non-invasive blood
biomarkers easily measurable that could facilitate early and accurate diagnosis, as well
as to evaluate the therapeutic efficacy of new treatments. Consequently, all efforts focus
on the identification and development of specific biomarkers to detect the disease as
early as possible. It is now recognized that only a combination of biomarkers will define
a patient-specific signature to diagnose AD in the future. Despite intense research in the
field, there is no peripheral biomarker that has got beyond the discovery stage. Although the brain accumulation of Aβ and Tau proteins is considered the core
pathologic hallmarks for AD, other factors such as oxidative stress, inflammation, and
lifestyle also contribute to its complex pathophysiology. It is now well established that
oxidative stress plays a pivotal role in the pathophysiology and the progression of AD.
In the brain, oxidative damages to biomolecules are largely reported in AD, MCI patients
and in different transgenic mouse models for AD. In addition, there is convincing
evidence that oxidative alterations in AD and in MCI patients are not limited to the brain
but is extended to the blood compartment. Some common genes are dysregulated in
entorhinal cortex, hippocampus and in blood. In addition, markers of oxidative stress
were consistently identified as elements of blood-based signatures in AD. Interestingly,
oxidative stress can precede the development of the neuropathological hallmarks of AD.
However, defining the right pattern of oxidative markers remain a challenge and is still
an ongoing process for peripheral markers in AD. Therefore, the following work focus on the identification of some redox biomarkers in
plasma from MCI and their evolution in AD from the early to the severe stages of the
disease. We found an early peripheral reduction of hydrogen peroxide (H2O2)
scavenging activity, a subsequent elevation of stress response proteins including ApoJ
and Klotho in plasma from MCI subjects. Additionally, our findings highlight, for the first
time, that the elevation of the plasma oxidized proteins reflects the impairment of
circulating proteasome activity in mild AD stage. Finally, the present study provides
evidence that some markers related to oxidative stress are associated with two
cognitive scores, MoCA and the MMSE assays. Our data highlight the importance and
the impact of peripheral antioxidant status and homeostasis systems during the early
cognitive decline leading to dementia. Overall, our results strengthen the notion that
oxidative markers could be considered as drivers behind the AD-related metabolic
deregulation. Moreover, our study strengthens the notion that different strategies to
improve the plasma antioxidant capacity could be effective intervention to prevent or to
delay cognitive decline. In the diagnostic field, some studies brought to light the potential for the protein cargo of
extracellular vesicles (EVs) in blood to serve as a readily accessible source of central
nervous system (CNS) biomarkers. A growing number of researches indicate that EVs could contribute to the brain function and the pathogenesis of AD. EVs can be secreted
by most cell types, including neurons, oligodendrocytes and astrocytes, and are
detectable in different body fluids such plasma due to their transportation throught the
blood-brain barrier between the brain and bloodstream. Hence, the second part of this work was devoted to study the potential of proteins cargo
of total circulating EVs for the detection of MCI or the evaluation of the disease
progression and their relationship with cognitive performance. First, we have isolated
and characterized total plasma-based EVs (pEVs), established a specific pattern of ADrelated
protein content in MCI to early through severe stages of AD. We found an early
reduction of tTau and APP and an increase of the ratio pTau-T181/tTau in pEVs from
MCI as compared to controls. The decrease of APP concentration in pEVs remained
until the mild stage of AD while the severe AD stage was associated with an increase of
APP levels in comparison to controls. pTau-T181 concentration in pEVs was negatively
correlated to both cognitive scores while APP levels were negatively correlated with the
MMSE scores. On the other hand, we have identified some proteins related to AD disorders in pEVs
and revealed their association with cognitive scores. In pEVs from MCI and mild AD
patients, we found an important reduction of the Progranulin/BDNF ratio and the levels
of BDNF, NSE and S100B, compared to control participants. Levels of Progranulin in
pEVs were reduced in MCI phase only, in comparison with control group. With our
diagnostic accuracy analysis, we found that the ratio of Progranulin/BDNF could be
used to classify samples from MCI patients and control subjects with a sensitivity of
90.9% and a specificity of 83.3%. Overall, our results strengthen the notion that this
protein pattern in total pEVs could be considered as non-invasive blood-based
biomarkers for an early MCI and AD diagnosis but not for monitoring the disease
evolution. Taken together, this work demonstrated the utility of peripheral biomarkers associated
with clinical data to avoid invasive collection techniques. These systemic variations also
suggested that pathological processes may co-exist in both brain and periphery and
reflect a systemic pathological process during the course of the disease. Our results also confirm the need to use several combinations of biomarkers to classify different
stages of the disease. In the future, different biomarker profiles will be able to
distinguish people at risk of developing AD and the sub-population of AD patients in
order to prevent the development of the disease and to propose treatments adapted to
the heterogeneity of patients.


identifier: Ouellet Lavallée, Gabriel  (2018). Inhibition du virus de l'herpès simplex par la protéine cellulaire upstream binding factor  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, doctorat en immunologie et virologie, 183 p.

abstract:
La protéine cellulaire Upstream Binding Factor (UBF) est un facteur de transcription critique pour la production de transcrits ribosomaux par l’ARN polymérase I. UBF est normalement localisée au nucléole où elle accomplit ses fonctions cellulaires. Suite à l’infection de la cellule hôte par le virus de l’Herpès Simplex 1 (VHS-1), la localisation d’UBF change et devient distribuée sous forme de multiples points dans le noyau.  Des résultats publiés du laboratoire ont montré que la relocalisation d’UBF est détectée initialement ailleurs qu’aux compartiments de réplication virale (CRV). Cependant, le rôle d’UBF dans l’infection par le VHS-1 demeurait inconnu.  La méthode choisie pour déterminer la fonction d’UBF durant l’infection a été de diminuer son expression par interférence à ARN. Cela a permis de découvrir qu’UBF restreint la réplication virale. En effet, la diminution de son expression a résulté en une plus grande production de particules virales infectieuses ainsi qu’une accumulation plus importante d’ADN, de transcrits, et de protéines virales. De plus, une inhibition de la réplication de l’ADN viral a permis de démontrer qu’UBF interfère avec la réplication virale à partir du génome entrant. > Des analyses de colocalisation entre les points d’UBF et divers facteurs viraux par microscopie confocale ont ensuite été faites. Les résultats de ces expériences ont pu démontrer que les points d’UBF ne colocalisent pas initialement avec les CRV, ni leurs précurseurs, les pré-CRV. Par contre, les points d’UBF sont colocalisés avec les génomes entrants dans une certaine proportion. La proportion avec laquelle les points d’UBF et les génomes viraux colocalisent varie selon la multiplicité d’infection (MOI) utilisée. À plus forte MOI, une plus grande proportion des génomes viraux est dépourvue d’UBF, alors que l’inverse est observé à plus faible MOI. Parallèlement à ce phénomène, une infection virale à plus forte MOI est moins affectée par la présence d’UBF qu’une infection à plus faible MOI. Une MOI plus élevée semble donc réduire la susceptibilité à UBF en réduisant sa colocalisation avec les génomes viraux.  Des expériences avec un virus mutant ont pu ensuite identifier une protéine virale responsable de cet effet dépendant de la MOI. Un virus dont le domaine d’activation du facteur de transcription viral VP16 est absent ne produit pas ce phénomène dépendant de la MOI. La proportion de génomes viraux et d’UBF colocalisés reste élevée peu importe la MOI. Le domaine d’activation de VP16 semble donc requis pour prévenir la colocalisation entre le génome viral et UBF et possiblement pour contrecarrer son effet antiviral.  Deux isoformes d’UBF existent, soit UBF1 et UBF2, et des fonctions uniques à celles-ci ont été répertoriées. Il était donc pertinent de déterminer si une isoforme en particulier était responsable de l’effet antiviral. Une expression ectopique d’UBF1 ou d’UBF2 dans des cellules où l’expression d’UBF endogène est diminuée a permis de déterminer que les deux isoformes peuvent restreindre la réplication virale. L’ensemble des résultats obtenus décrit pour la première fois une fonction antivirale menée par UBF. Le modèle proposé est qu’UBF est relocalisée aux génomes viraux après leur entrée dans le noyau de la cellule hôte. À ce moment, UBF interfère avec la production de transcrits et limite ainsi la réplication virale. Une fonction qui dépend de la protéine virale VP16 peut cependant contrecarrer cette inhibition en prévenant la colocalisation entre UBF et les génomes viraux.

The cellular protein Upstream Binding Factor (UBF) is an essential factor in rRNA transcription and is localised in the nucleolus. After infection by Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1), UBF is relocalised in the nucleus in distinct foci. Published results from our laboratory showed that UBF relocalisation is initially detected outside of viral replication compartments (VRC). However, the precise role of UBF in HSV-1 infection remains undetermined. A siRNA knock-down approach was chosen to identify UBF’s role in HSV-1 infection. This allowed the discovery that UBF has an antiviral effect. Indeed, UBF knock-down results in an increase in infectious viral particles as well as in viral products such as viral transcripts, proteins, and DNA. Moreover, inhibition of viral DNA replication showed that the inhibitory effect of UBF on viral transcription is mediated on the input genomes. Colocalisation analysis between UBF foci and viral components was subsequently performed by confocal microscopy. Results showed that UBF does not initially colocalise with VRC, or with pre-VRC. They do however colocalise with input viral genomes at a certain ratio. The ratio of colocalisation between UBF foci and input viral genomes varies depending on the multiplicity of infection (MOI) used. At a higher MOI, the ratio of colocalisation decreases whereas this ratio is higher at a lower MOI. The use of a higher MOI also diminishes the UBF-mediated inhibition of replication. A higher MOI therefore seems to render infection less susceptible to UBF by preventing colocalisation between UBF foci and viral genomes. Subsequent experiments with a viral mutant allowed the identification of a viral protein responsible for the MOI-dependant effect. A mutant in which the activation domain of the transcription factor VP16 is absent does not produce this MOI-dependent effect. The ratio of colocalisation remains high at all MOI tested. The VP16 activation domain therefore seems required to block colocalisation between UBF foci and viral genomes, and possibly counter the UBF-mediated inhibition of replication. two isoforms of the UBF protein exist, UBF1 and UBF2, and functions unique to each have been published. It was therefore important to determine if an isoform in particular is responsible for the inhibition of HSV replication. Ectopic overexpression of UBF1 or UBF2 in cells knocked-down for endogenous UBF was performed. Results showed that either UBF isoform can inhibit viral replication.  Taken together, these results describe for the first time an antiviral function carried out by UBF. The proposed model is that relocalisation of UBF to input viral genome happens after entry in the host nucleus. UBF then interferes with the production of viral transcripts which results in a limited viral replication. A function dependent on the viral protein VP16 can counteract this inhibition by preventing the colocalisation of UBF foci with viral genomes.


identifier: Omouri, Zohra  (2018). Biodisponibilité et effets du bismuth sur les organismes du sol  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 138 p.

subject:
Bismuth
sols contaminés
biodisponibilité
plante
germination
croissance
vers de terre
létalité
reproduction
phagocytose
Bismuth
contaminated soil
bioavailability
plant
germination
growth
earthworms
lethality
reproduction
phagocytosis

abstract:
Les composés à base de bismuth sont largement utilisés dans plusieurs industries telles que : les médicaments, les cosmétiques, les munitions et les additifs métallurgiques.Par conséquent, les concentrations de bismuth (Bi) pourraient augmenter considérablement dans les écosystèmes terrestres. En effet, des récentes études ont rapporté des concentrations de Bi très élevées dans des sols contaminés par diverses activités industrielles. Actuellement, la toxicité du Bi et les risques qu’il présente pour les organismes terrestres sont peu connus, très peu investigués et non réglementés. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer la biodisponibilité du Bi dans les sols ainsi que ses effets aigus et chroniques chez le ver de terre Eisenia andrei et la plante Lolium perenne L. Dans un premier temps, les effets du nitrate de Bi et du citrate de Bi sur la croissance et la germination de Lolium perenne ont été évalués sur papier filtre et en sols naturel et artificiel contaminés expérimentalement au laboratoire. Le nitrate de Bi inhibe plus sévèrement la germination et la croissance radiculaire de la plante comparé au citrate de Bi, de plus il cause une plus forte diminution du pH des solutions aqueuses et du sol. Ainsi pour éviter l’effet inhibiteur des pHs trop acides sur la croissance des organismes étudiés, le citrate de Bi a été choisi pour la suite de l’étude. Les effets aigus du Bi (forme citrate) sur la létalité et la croissance du ver Eisenia andrei ont été investigués en sol naturel contaminé au laboratoire. Le Bi est létal pour les vers avec une CL50 = 416 mg/kg et une CSEO = 298 mg/kg. Ensuite, l’étude a été portée sur l’évaluation des effets chroniques du Bi. Pour ce faire, les vers adultes ont été exposés en sol naturel contaminé. Les effets du Bi sur la reproduction et la croissance du ver Eisenia andrei, ainsi que sur la viabilité et l’activité phagocytaire des coelomocytes du ver ont été investigués. Les résultats révèlent que le Bi diminue la reproduction chez Eisenia andrei. Le paramètre de reproduction le plus sensible est le nombre de juvéniles, suivi du nombre de cocons éclos et du nombre total de cocons (CI50 = 123.14, 182.43 et > 289 mg/kg, respectivement). Les résultats relatifs à la viabilité et à l’activité phagocytaire des coelomocytes, montrent que des concentrations ≤ 289 mg Bi/kg sol n’affectent pas la viabilité des coelomocytes et présentent un faible effet immunotoxique. Pour finir, l’évaluation de la biodisponibilité du Bi a été effectuée. Pour cela, nous avons eu recours à des méthodes d’extraction et d’analyses chimiques, pour mesurer les teneurs en Bi dans les échantillons de sol et les tissus d’Eisenia andrei. Les résultats obtenus montrent qu’après 14 jours et 28 jours d’exposition, la bioaccessibilité du Bi dans le sol en présence des vers est significativement plus élevée que celle obtenue dans le sol en absence des vers. De plus, des concentrations relativement élevées de Bi, soit jusqu’à 21.37 mg/kg tissu sec ont été accumulées dans les tissus des vers. Des biomolécules et des agents chélateurs produits par les vers de terre et/ou par les microorganismes vivants dans les intestins des vers ou dans le sol pourraient expliquer en partie cette augmentation.

Bismuth-based compounds are widely used in several industries such as: drugs, cosmetics, ammunition and metallurgical additives. Consequently, bismuth (Bi) concentrations could increase significantly in terrestrial ecosystems. Indeed, recent studies have reported very high concentrations of Bi in soils contaminated by various industrial activities. Currently, the toxicity of Bi and the risks it presents for terrestrial organisms are little known, very little investigated and unregulated. The main objective of this thesis is to evaluate the bioavailability of Bi in soils as well as its acute and chronic effects on the earthworm Eisenia andrei and the plant Lolium perenne L. Firstly, the effects of Bi nitrate and Bi citrate on the growth and germination of Lolium perenne were evaluated on filter paper and in artificial and natural soil artificially contaminated in the laboratory. Bi nitrate inhibits plant germination and root growth more than Bi citrate, and causes a severe decrease in the pH of aqueous solutions and soil. Thus, to avoid the inhibitory effect of acidic pHs on the growth of studied organisms, Bi citrate is chosen for the rest of the study. The acute effects of Bi (citrate form) on the lethality and growth of the earthworm Eisenia andrei were investigated in contaminated natural soil. Bi is lethal for earthworm with an LC50 = 416 mg/kg and a NOEC = 298 mg/kg. Then, the study focused on the evaluation of chronic effects of Bi. For that purpose, adult earthworms were exposed in contaminated natural soil. The effects of Bi on the reproduction and growth of the earthworm Eisenia andrei, as well as on the viability and phagocytic activity of earthworm coelomocytes were investigated. The results reveal that Bi reduces reproduction in Eisenia andrei. The most sensitive reproduction parameter is the number of juveniles, followed by the number of hatched cocoons and the total number of cocoons (IC50 = 123.14, 182.43 an > 289 mg/kg, respectively). The results from the viability and phagocytic activity of coelomocytes show that concentrations ≤ 289 mg Bi/kg sol do not affect the viability of the coelomocytes and have a low immunotoxic effect. Finally, the evaluation of the bioavailability of Bi was performed. For that end, we used chemical methods to extract and to measure Bi contents in soil samples and Eisenia andrei tissues. The results obtained showed that after 14 days and 28 days of exposure, bioaccessibility of Bi in the soil in the presence of earthworms is significantly higher than that obtained in the soil in the absence of earthworms. In addition, relatively high concentrations of Bi, up to 21.37 mg/kg dry tissue were accumulated in earthworm tissues. Biomolecules and chelating agents produced by earthworms and/or by microorganisms living in earthworm gut or soil may explain in part this increase.


identifier: Nazari, Timan  (2019). Sélections d’aptamères d’ADN par SELEX pour la détection de la cyanobactérie Microcystis aeruginosa  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 82 p.

abstract:
Chaque année, de nombreux lacs au Québec ont une surcroissance de la cyanobactérie Microcystis aeruginosa, appelée couramment l’algue bleu-vert. Lorsqu’elle est surabondante, M. aeruginosa représente un danger pour l’homme et l’environnement en produisant des toxines, comme la microcystine, qui résistent à la plupart des méthodes de traitement des eaux. Certaines méthodes, comme la PCR ou ELISA, permettent de détecter les cyanobactéries ou ses toxines, mais demandent une expertise professionnelle et du matériel coûteux. Dans cette recherche, nous visons à optimiser la méthode SELEX. Cette méthode permet de sélectionner des oligonucléotides spécifiques, nommé des aptamères, qui ont une haute affinité envers un ligand précis. Nous espérons que des aptamères spécifiques à M. aeruginosa pourront éventuellement servir à la création de biosenseurs en réseaux de fibre à longue période (LPFG), une fibre optique dont les propriétés varient périodiquement le long de la fibre, et qu’ils nous permettront ainsi le suivi et la prévention de M. aeruginosa. Le SELEX commence par un grand nombre d’oligonucléotides d’ADN, différents et aléatoires, où seulement ceux avec une affinité spécifique pour M. aeruginosa sont gardés puis répliqués par PCR. Le processus est répété, créant des générations d’oligonucléotides de plus en plus spécifiques et de grande affinité. À la fin d’un SELEX réussit, il est possible d’identifier des aptamères parmi ces oligonucléotides. Dans ce projet, nous avons optimisé le SELEX en testant différentes approches de quantification d’oligonucléotides, par fluorescéine et par l’isotope radioactif 32P, ainsi que la PCR asymétrique (aPCR) pour amplifier les nouvelles générations d’oligonucléotides du SELEX. Ensuite nous avons analysé neuf générations d’oligonucléotides d’un SELEX amplifié avec la PCR asymétrique optimisée. Nous concluons que la PCR asymétrique devrait être jumelée avec des méthodes de purification efficace puisque celle-ci crée de nombreux artéfacts plus que les générations du SELEX augmentent.

Each year, many Canadian lakes show overgrowth of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa, known as a blue-green algae. When overgrowing, M. aeruginosa strains can produce toxins, like the microcystin, that can affect animals and the environment. Those toxins are resistant to most water treatment methods and can thus be dangerous for us. Currently, detection techniques or sensors against the bacteria or the toxin, PCR or ELISA for example, require time, expertise or need high-cost material. In this project, we want to create ''ready to use'' biosensors against all M. aeruginosa strains to prevent possible contamination. The sensor is made of long-period fiber gratings (LPFGs), an optical fiber with the properties periodically varying along the fiber, and biosensing material, aptamers. Aptamers are oligonucleotides with a specific affinity to a molecule, and are found by using SELEX (Systematic evolution of ligands by exponential enrichment). This method consists in selecting and then amplifying the best oligonucleotides that bind M. aeruginosa, among synthetic random sequences of DNA. The process is repeated many times, making new generations of oligonucleotides more specific to M. aeruginosa. In this research, we did the optimization of SELEX by testing quantification methods and by using asymmetric PCR to amplify each new generation of oligonucleotides. Then, we analyzed nine generations of oligonucleotides from an optimised aPCR SELEX. We conclude that asymmetric PCR amplifies many artefacts, which increased with each generation, and that we should look for a better way to amplify, purify and quantify our SELEX.


identifier: Kirady, Christine  (2019). Comprendre les différences sexuelles en ce qui a trait à la réponse hépatique face aux composés toxiques de l'environnement  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 112 p.

subject:
Liver
gap junctions
connexins
organoids
hexachlorobenzene
cytochrome
oestrogens
androgens
Foie
jonctions lacunaires
connexines
organoïdes
hexachlorobenzène
cytochrome
oestrogènes
androgènes

abstract:
Des études ont rapporté des différences entre les sexes dans le développement et la fonctionnalité des systèmes de détoxification dans des tissus non-reproductifs, tels que le foie. L’objectif principal de mon projet était de mieux comprendre ce dimorphisme sexuel impliqué dans le métabolisme et la communication cellulaire par les jonctions lacunaires dans le foie. Nos données ont indiqué que les rats mâles et femelles démontrent une réponse différente suite à une exposition à l’hexachlorobenzène. Les femelles exprimaient des niveaux plus élevés de cytochrome p450 1A1 et des niveaux plus faibles de l’uroporphyrinogène décarboxylase, comparé aux mâles. De plus, nos résultats ont démontré un dimorphisme sexuel dans l’expression de la Cx32 et la Cx43, dans le foie, au cours du développement. Des cellules souches hépatiques purifiées ont été utilisées afin de développer un modèle in vitro de culture tridimensionnelle afin d’étudier les jonctions lacunaires. Les protéines des jonctions lacunaires (Cx26, Cx32 et Cx43) et la protéine des jonctions adhérentes (E-cadhérine) ont été détectées par immunofluorescence dans les organoïdes en prolifération et les organoïdes différenciés. Des niveaux plus élevés de la Cx26, Cx32 et d’E-cadhérine ont été observés dans les organoïdes différenciés comparés aux non différenciés. Les niveaux d’ARNm de la Cx43 étaient plus élevés dans les organoïdes non différenciés que les organoïdes différenciés. À une dose de 100 nM d’estradiol, les niveaux d’ARNm de la Cx26 étaient significativement augmentés. En conclusion, nos données indiquent que les jonctions lacunaires sont partiellement régulées par les hormones stéroïdiennes dans le foie.

Studies have reported sex differences in the development and functionality of detoxification systems in non-reproductive tissues, such as the liver. The principal objective of my project was to understand the sexual dimorphism that occurs at the metabolism and the gap junctional communication level in the liver. Our data indicate that male and female rats display different responses to hexachlorobenzene exposure. Females express higher levels of cytochrome P450 1A1, and lower levels of uroporphyrinogen decarboxylase, as compared to males. Furthermore, our results show sex differences in levels of Cx32 and Cx43 in the liver of male and female rats during postnatal development. We used purified hepatic stem cells to develop an in vitro model and establish 3-dimensional cultures. We were able to detect gap junctional protein Cx26, Cx32, and Cx43 and adherent junction protein E-cadherin by immunofluorescence in proliferating and differentiated organoids. Higher levels of Cx26, Cx32 and E-cadherin were observed in differentiated organoids as compared to proliferating organoids. In contrast, higher levels of Cx43 were observed in proliferating organoids. At 100 nm E2, mRNA levels of Cx26 were significantly increased. In conclusion, our data indicate that gap junctions are in part regulated by steroid hormones in the liver.


identifier: Jaba, Asma  (2019). Rôle des traits physiologiques de l'abondance relative et de la taxonomie des espèces dans la covariation des bactéries  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 68 p.

subject:
Covariation
taxonomie
abondance relative
traits physiologiques
régression linéaire
Microbial ecology
microbiome
microbial communities

abstract:
Une meilleure connaissance des règles impliquées dans le processus de covariation des communautés microbiennes pourrait mener vers de nouvelles solutions pour le secteur agroalimentaire en identifiant les facteurs de prédisposition à la contamination microbiologique. Dans cette optique, nous avons testé un modèle théorique qui prétend que la covariation des microorganismes est sous le contrôle de la taxonomie, l’abondance relative et les traits physiologiques de chaque espèce. Pour répondre à cette hypothèse, un séquençage de marqueurs taxonomiques fut appliqué à une série d’échantillons de chia pour répertorier les espèces de bactéries et de champignons présentes, ainsi que leur profil de covariation. Ces efforts de caractérisation ont été complémenté par l’isolement de 71 bactéries, dont cinq souches appartenant aux alpha- et aux gamma-Proteobacteria correspondaient à des espèces représentées dans le portrait moléculaire des communautés microbiennes. Le profil de tolérance à différents stress physiologiques et inhibiteurs de croissance fut obtenu pour établir un portrait des traits physiologiques propre à chacun de ces derniers isolats. L’application d’une série de régression linéaires a permis de démontrer que la divergence des traits physiologiques et l’abondance de chacune des paires d’espèces expliquaient 69 % de leur covariation observée dans les échantillons de chia. En validant ainsi l’hypothèse avancée, cette étude constitue une première initiative démontrant un potentiel à exploiter pour élaborer des nouveaux outils de diagnostic précoces de contamination microbiologique des aliments. L’application de l’approche utilisée dans le cadre de ce projet à d’autres aliments sera cependant nécessaire pour en démontrer la fiabilité et l’applicabilité.

Deciphering the rules defining microbial community assemblage is envisioned as a promising strategy to improve predictions of pathogens colonization and proliferation in food. Despite the increasing number of studies reporting microbial co-occurrence patterns, only a few attempts were made to challenge them in experimental or theoretical frameworks. Here, we tested the hypothesis that observed co-occurrence patterns could be explained by taxonomy, relative abundance and physiological traits of microbial species. PCR amplicon sequencing of taxonomic markers was first conducted to assess distribution and co-occurrence patterns of bacterial and fungal species found in 25 chia samples originating from eight different sources. The use of nutrient-rich and oligotrophic media enabled isolation of 71 strains encompassing 16 bacterial species, of which five corresponded to phylotypes represented in the molecular survey. Tolerance to different growth inhibitors and antibiotics was tested to assess physiological traits of these isolates. Multiple linear regression analyses demonstrated that divergence of physiological traits and relative abundance of each pair of species explained 69% of the co-occurrence profile displayed by cultivable bacterial phylotypes in chia. Despite the significance of this result for the conceptualization of microbial networks, application of the approach to more food products will be necessary to demonstrate reliability of the proposed theoretical framework to explain co-occurrence patterns in food.


identifier: Hossain, Farah  (2018). Development of Biopolymer Based Diffusion System by Encapsulating Plant Derived Essential Oils (EOs) -Application in a Stored Food Product  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 290 p.

abstract:
Les organismes ravageurs retrouvés dans les aliments stockés constituent une problématique mondiale majeure. Les systèmes d‘emballages actifs permettant d‘encapsuler des émulsions d‘huiles essentielles (HEs) se présentent comme une approche innovante, et se sont avérés très efficaces pour contrôler la croissance et la prolifération des ravageurs et des moisissures dans les produits alimentaires stockés. L'utilisation de traitements combinés suscite également l'intérêt des consommateurs car elle permet une synergie entre les traitements et peut réduire la dose nécessaire de chaque traitement. Dans ce contexte, le but de cette recherche était de développer des systèmes de diffusion à base de biopolymères contenant une formulation antimicrobienne avec des HEs. La formulation d'HEs développée a été encapsulée dans des matrices polymériques telles que le chitosane (CH), la méthylcellulose (MC) et l'acide polylactique (PLA) afin de développer un large milieu qui favorise et contrôle la diffusion des composants actifs. En outre, l‘effet synergique entre le film bioactif synthétisé et un traitement de pasteurisation à froid (irradiation gamma) a été étudié pour améliorer l‘efficacité du traitement combiné qui aura une application et une faisabilité commerciale pour garantir l‘innocuité et la qualité des céréales pendant le stockage. es activités antifongiques de huit (8) HEs, à savoir le basilic, la cannelle, l'eucalyptus, la mandarine, l'origan, la menthe poivrée, l‘arbre à thé et leurs combinaisons, ont été évaluées pour leur capacité à inhiber la croissance d'Aspergillus niger, Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus et Penicillium chrysogenum. De plus, les toxicités par fumigation de ces HEs et une combinaison binaires de thym et d'origan ont été étudiées contre le charançon du riz, Sitophilus oryzae. À partir des résultats obtenus, des formulations d‘HEs à base d‘origan et de thym ont été développées pour les tests antifongiques et insecticides. Tous les films développés dans le cadre de ce projet ont montré des propriétés fongicides et insecticides. Cependant, les films composés de CH et de MC étaient plus efficaces que le film constitué de PLA. Les résultats ont montré un effet antifongique et insecticide amélioré en combinant un traitement de films bioactifs avec l‘irradiation gamma contre toutes les espèces de moisissures testées. L'ajout de nanocristaux de cellulose (CNC) en tant qu‘agent de renforcement dans la composition des films a amélioré la résistance à la traction et a réduit la perméabilité à la vapeur d'eau des films nanocomposites. De plus, l'ajout de CNC dans les films nanocomposites à base de CH et de MC a permis de maintenir une libération contrôlée des composants volatiles des HEs pendant 12 semaines de stockage. Des tests de provocation in situ avec des films bioactifs à base de MC/CNC contenant une émulsion d‘HEs ont montré une réduction de 2 log de la croissance fongique dans du riz contaminé pendant 8 semaines de stockage à 28°C. De plus, le traitement combiné de films bioactifs avec irradiation gamma à 750 Gy a montré des propriétés antifongiques plus élevées que le traitement avec le film bioactif ou l'irradiation seuls. Le film nanocomposite à base de CH s'est révélé plus efficace. En effet, des tests in situ avec des films bioactifs à base de CH/CNC ont généré une réduction de 1 à 2 log de la croissance fongique dans le riz infecté pendant 8 semaines de stockage à 28°C. D‘autre part, la combinaison des films de CH chargés en HEs de thym et d'origan et d'une faible dose d'irradiation (750 Gy) a significativement augmenté les effets inhibiteurs des films dans le riz inoculé avec les champignons en provoquant une réduction d'environ 4 log UFC/g de la croissance fongique. Ainsi, l'efficacité insecticide (pourcentage de mortalité à 95%) des films à base de CH a augmenté de manière significative (p ≤ 0.05) par l'irradiation combinée de 300 kGy à 10 jours d'incubation. Les films nanocomposites de CH contenant une nanoémulsion d'HEs ont montré une libération lente des composants volatils sur une période de stockage de 12 semaines. L'évaluation sensorielle d'échantillons de riz emballés avec les films bioactifs de CH contenant la nanoémulsion de thym et d'origan n'a montré aucun changement significatif (p > 0.05) de l'odeur, du goût, de la couleur et de l'appréciation générale par rapport au riz non traité. Cette thèse est présentée dans un format manuscrit conforme aux directives de préparation des thèses à l‘INRS.

Stored food pest is an enormous global concern. Active packaging system with the encapsulation of EOs emulsion is an innovative approach that have proven to be very effective in controlling the growth and proliferation of stored product pests and molds. The use of combined treatments is also gaining consumer interest as it permits a synergy between the treatments and can reduce the dose needed for each treatment. In this context, the aim of this research was to develop an EO-loaded biopolymeric diffusion systems containg an antimicrobial formulation. EOs formulation developed was encapsulated into polymer matrices such as chitosan (CH), methyl cellulose (MC) and Poly Lactic acid (PLA) to develop a broad cast medium in order to facilitate and control the diffusion of active components. Furthermore, the synergistic effect between synthesized active biofilm and a cold treatment (γ-irradiation rradiation) was investigated to improve the efficiency of the treatment that will have commercial application and acceptability to ensure the safety and quality of cereals during storage. The antifungal activities of eight EOs namely basil, cinnamon, eucalyptus, mandarin, oregano, peppermint, tea tree and thyme and their combinations were evaluated for their ability to inhibit the growthof Aspergillus niger, A. flavus, A. parasiticus and Penicillium chrysogenum. In addition, the fumigant toxicities of these EOs and one binary combinations thyme and oregano were investigated against the rice weevil, Sitophilus oryzae. Based on the results obtained, EOs formulation based on oregano and thyme were developed for the antifungal and insecticidal tests. All the biopolymerc films developed in this project showed fungicidal and insecticidal properties. However, biopolymeric films composed of chitosan and methyl cellulose were more efficient as compared to the film made of poly (lactic acid) PLA. The results showed an enhanced antifungal and insecticidal effect achieved by combining a treatment of bioactive films and gamma radiation against all tested fungal species. The addition of CNC as a reinforcing filler improved the tensile strength and deceased the water vapor permeability of nanocomposite films. Moreover addition of CNC into MC and CH based nanocomposite based films, maintained a sustained release of volatile EO components during 12 weeks os storage. In situ tests with MC/CNC based bioactive films containing EO emulsion produced a 2 log reduction in fungal growth in infected rice during 8 weeks of storage at 28°C. In addition, combined treatment of bioactive films with an irradiation treatment at 750 Gy showed more pronounced antifungal properties than treatment with the bioactive film or irradiation alone. Chitosan based nanocomposite film found to be more efficient. In situ tests with CH/CNC based bioactive films containing EO emulsion produced a 1-2 log reduction in fungal growth in infected rice during 8 weeks of storage at 28°C. Combining the bioactive chitosan films loaded with thyme and oregano essential oils and low dose of irradiation (750 Gy) significantly enhanced the inhibitory effects of the films in rice inoculated with fungi by causing an approximately 4 log CFU/g reduction in fungal growth. The insecticidal efficiency (percent mortality 95%) of chitosan based films increased significantly (p ≤ 0.05) by the combined application of 300 Gy gamma radiation and bioactive chitosan films at 10 days of incubation period. Chitosan nanocomposite films containing EOs nanoemulsion showed a slow release of volatile component over 12 weeks of storage period. Sensorial evaluation of rice samples packed with the chitosan bioactive films loaded with thyme and oregano nanoemulsions showed no significant (p > 0.05) change in odor, taste, color and general appreciation compared with untreated rice. This thesis is presented in a manuscript based format in accordance with the Guidelines for Thesis preparation.


identifier: Poujol de Molliens, Mathilde  (2019). Démonstration du rôle particulier du segment C-Terminal 28-38 du pituitary adenylate cyclase-activacting polypeptide (PACAP) et caractérisation de modulateurs allostériques intracellulaires du recepteur PAC1.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 278 p.

subject:
PACAP
PAC1
Parkinson
pepducines
RCPG
modulateur allostérique
agonistes biaisés
PACAP
PAC1
Parkinson
pepducin
intracellular modulator
biased agonist

abstract:
En accroissement du nombre de maladies neurodégénératives est observé depuis plusieurs années. On estime aujourd'hui que 55 000 Canadiens ont reçu un diagnostic de la
maladie de Parkinson (MP). À ce jour, malgré les nombreux efforts investis dans la recherche, seuls des traitements palliatifs existent pour cette neuropathologie. Au cours de la dernière décennie, le pituitary adenylate cyc/ase-activating polypeptide (PACAP) est apparu comme un
agent thérapeutique potentiel puisqu'il possède des actions neuroprotectrices dans divers modèles cellulaires et animaux de maladies neurodégénératives telles que la MP. Ce peptide,
qui est capable de traverser la barrière hématoencéphalique, existe sous deux isoformes de 27 et 38 acides aminés et se lie à trois récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), i.e. PAC1, VPAC1 et VPAC2. Les effets neuroprotecteurs du PACAP sont principalement associés à l'activation du
récepteur PAC1. Cependant, son utilisation thérapeutique ne peut être envisagée, en partie, en
raison des effets secondaires liés à l'activation des récepteurs VPAC1 et VPAC2. Le
couple PACAP/PAC1 apparaît alors comme une cible prometteuse pour le traitement de la MP.
Afin de développer un traitement basé sur l'utilisation du PACAP ou un de ses dérivés, il sera
important de prendre en considération les risques possibles associés à leur administration
prolongée. En effet, dans le cadre du traitement chronique d'une maladie neurodégénérative, la
désensibilisation du système PACAPergique pourrait être observée. Ce phénomène est
généralement associé à la phosphorylation du récepteur et à un recrutement des 13-arrestines. Notre premier objectif a été d'évaluer la capacité d'une librairie d'analogues du PACAP à
activer certaines voies de signalisation associées à l'activation de PAC1 incluant Gaq et Gas
ainsi qu'à mobiliser les p-arrestines 1 et 2. Nous avons entre autres démontré que le segment
C-terminal 28-38 et que les résidus Ser2, Phe6, Thr7 et Tyr22 sont des éléments importants de la
liaison aux récepteurs et de l'effet neuroprotecteur du peptide. En particulier, les analogues du
PACAP38 sont de meilleurs ligands neuroprotecteurs et ils activent mieux les 13-arrestines que
leurs pairs de 27 acides aminés. Ces données aideront à la conception de composés biaisés
sélectifs pour PAC1, incapables d'activer les ß-arrestines. Devant la difficulté à développer des analogues sélectifs pour PAC1, nous avons
cherché une manière innovante de résoudre ce problème. La transmission du signal au niveau
intracellulaire est directement associée à des changements structuraux opérés au niveau des
boucles intracellulaires d'un RCPG. De plus, il a récemment été montré que des peptides
dérivés de ces boucles, appelés pepducines, pouvaient à eux seuls initier diverses cascades de
signalisation suite à une reconnaissance spécifique de ce RCPG au niveau intracellulaire. Dans
un deuxième volet de ce projet de doctorat, nous avons démontré la capacité de pepducines
dérivées de PAC1 à activer spécifiquement ce récepteur et à induire une neuroprotection
significative dans des modèles in vitro et in vivo de la MP.

The number of medical cases of neurodegenerative diseases has increased dramatically
during the last decades. Nowadays, it is estimated that 55 000 Canadians have received a
Parkinson's disease diagnosis (PD). Despite many research efforts, only palliative treatments
exist for this neuropathology. Nevertheless, over the last decade, the pituitary adenylate cyclaseactivating
polypeptide (PACAP) appeared as a potential therapeutic agent because it induces
anti-apoptotic actions in severa! cellular and animal models of neurodegenerative diseases like
PD. This peptide, which is capable to cross the blood-brain barrier, exists in two isoforms of 27
and 38 amino acids that bind three G protein-coupled receptors (GPCRs), i.fJ. PAC1, VPAC1
and VPAC2. PACAP's neuroprotective effects are mostly associated with the activation of the PAC1
receptor. However, its clinical use cannot be considered because of its side effects produced by
VPAC receptors activation. Nonetheless, the PACAP/PAC1 pair represents a promising avenue
for the development of therapeutic strategies to cure neurodegenerative disorders, or at least
slow down their evolution. Another major problem that might be encountered with chronic
treatments of neurodegenerative diseases is the desensitization of the related receptor system
following prolonged administration of a drug. This phenomenon is generally associated with
receptor phosphorylation and recruitment of ß-arrestins. Our first objective was therefore to evaluate the ability of PACAP analogues to activate
signaling pathways associated with PAC1 activation, such as Gaq, Gas, and 13-arrestins. ln
particular, we demonstrated that the PACAP C-terminal segment 28-38 and its Ser2 , Phé, Thr7
and Tyr22 residues are key components of PACAP receptors binding and neuroprotective action.
lndeed, PACAP38 analogues are better neuroprotective ligands and they appear more potent to
activate 13-arrestins than their 27-amino acid counterparts. These data will help us to design
biased and selective compounds for PAC1 that are not able to activate ß-arrestins. ln order to overcome the difficulty to discover PAC1-selective compounds, we looked for
an innovative way to solve this problem. lntracellular signaling is directly associated with
structural modifications in the intracellular loops of a given GPCR. Furthermore, it has been
recently shown that peptides derived from intracellular loops, called pepducins, can initiate by
themselves various signaling pathways following the intracellular recognition of its parent GPCR.
Thus, in a second part of this PhD project, we demonstrated the ability of PAC1-derived peptides
to specifically target PAC1 and induce significant neuroprotection in in vitro and in vivo PD
models.


identifier: Giard-Laliberté, Charlotte  (2019). Microbial Recruitment as a Way to Improve Drought Resistance in Wheat Plants  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maitrise en microbiologie appliquée, 80 p.

subject:
Sècheresse
blé
holobionte
inoculation
séquençage d’amplicon
drought
wheat
holobiont
inoculation
amplicon sequencing

abstract:
Une augmentation de la fréquence des événements de sècheresse est à prévoir en raison des changements climatiques et il serait bénéfique pour le secteur agricole de trouver des méthodes novatrices afin de rapidement venir en aide aux plants en manque d’eau. Une solution possible serait, par exemple, l’inoculation de communauté microbienne complexe dans la rhizosphère de la plante. Le but du projet était de tester, au moyen d’une expérience multifactorielle menée en serre, si des plants de blé en situation de stress hydrique s’associeraient avec de nouveaux microorganismes extraits d’un sol avec un historique d’exposition à la sècheresse. L’amplification et le séquençage du gène bactérien ARNr 16S et de la région fongique ITS1 de l’ADN environnemental extrait du sol de la rhizosphère des plants a permis d’observer les changements rapides dans la communauté microbienne causés par le stress hydrique. Quelques UTO fongiques furent recrutés par la plante, indépendamment du type de sol ou de la présence d’un stress hydrique. Règle générale, les changements dans la communauté microbienne de la rhizosphère étaient plus au niveau de l’amplification et ou la réduction d’espèces déjà présentes plutôt que le recrutement de nouvelles espèces. En ce sens, les plants ont fortement réagi au type de sol initial et au stress hydrique mais de façon plutôt faible et inconsistante à l’inoculation. Ces résultats illustrent que des plants de blé en condition de sècheresse peuvent former de nouvelles associations avec quelques bactéries et champignons, mais que cette réponse ne représente pas la réponse principale de l’holobiont au stress.

In the context of climate change, finding ways to rapidly adapt crops to abiotic stress would be a great asset for the agricultural sector. One potential solution is to modify the plant associated microorganisms through, for instance, the inoculation of complex pre-adapted microbial communities. Here, using a multifactorial greenhouse experiment, we tested if wheat plants under water stress would associate with the microorganisms extracted from a soil that had a long-term history of exposure to water stress. Through bacterial 16S rRNA gene and fungal ITS region amplicon sequencing we observed that the rhizosphere microbiota responded rapidly to the water stress. A few fungal OTUs were recruited, independently of the soil type or the water stress. Generally, changes in the microbial community structure across inoculum treatments were more due amplification/reduction of already present microorganisms rather than recruitment of novel species. Similarly, the plant responded strongly to water stress and to initial soil diversity, but only weakly and inconsistently to the inoculations. Our results highlight that wheat plants under water stress do form new associations with fungi and bacteria, and that these new associations do not constitute the bulk of the response of the wheat holobiont.


identifier: Dulcey Jordan, Carlos Eduardo  (2019). Étude des mécanismes d’approvisionnement des précurseurs lipidiques des rhamnolipides et caractérisation mutationnelle de l’enzyme RhlA de Pseudomonas aeruginosa.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 218 p.

abstract:
Les composés surfactants présentent un intérêt industriel élevé dans la société moderne
étant donné les nombreuses applications qui en découlent. En effet, considérant les applications
variées des surfactants dans les domaines pharmaceutiques, alimentaires, cosmétiques,
textiles, agricoles, de la papeterie, pétroliers et des produits ménagers, entre autres, il est facile
d’imaginer la panoplie d’utilisations possibles de ces composés dans une myriade de produits
de consommation quotidienne. Sans équivoque, vu les multiples utilisations possibles des
surfactants et grâce à leur versatilité, l’industrie pour ces composés bénéficie d’un marché
mondial de plusieurs milliards de dollars. Ce marché est bien consolidé et en croissance en
raison de l’augmentation de l’industrialisation dans les pays du tiers monde, de la diversification
des produits, de l’amélioration générale du niveau de vie dans plusieurs pays et de la
croissance continue de la population mondiale. À la demande mondiale des surfactants, s’ajoute
le fait que la production de ces composés consomme également de très grandes quantités de
matières premières pétrochimiques et de graisses naturelles. Par ailleurs, l’utilisation massive
de surfactants dans les produits domestiques comme les détergents et les cosmétiques, et leur
dispersion subséquente dans les systèmes aquatiques, sont des raisons qui plaident fortement
en faveur du remplacement des surfactants synthétiques conventionnels par des composés plus
écologiques. Cette transition implique, notamment, le développement de molécules plus
facilement biodégradables et moins toxiques. D’autre part, les raisons qui justifient la recherche
de surfactants de remplacement ne sont pas seulement environnementales. En effet, les
prévisions de consommation soulèvent aussi des préoccupations d’ordre économique étant
donné que la concurrence entre les différents secteurs d’utilisation des hydrocarbures
s’intensifie et que l’approvisionnement en ressources pétrolières brutes devient de plus en plus
difficile. De nouvelles recherches s’orientent donc peu à peu vers l’étude de molécules d’origine
microbienne de faible toxicité; ces molécules présenteraient des propriétés surfactives
comparables tout en permettant d’obtenir des produits plus respectueux de l‘environnement
d’une qualité égale ou supérieure aux surfactants conventionnels. Il s‘agit somme toute de
recherches complexes qui sont encore dans leurs premiers balbutiements et donc dans des
stades de développement préliminaires. La production industrielle de surfactants microbiens constitue donc une alternative pour favoriser le développement durable au sein d’une société globalisée qui fait face aux défis des changements climatiques et de la diminution de la biodiversité, ainsi qu’aux défis reliés à l’insécurité alimentaire et énergétique au niveau mondial. Depuis la découverte des rhamnolipides en 1946, ces composés d’origine bactérienne sont devenus un sujet de recherche et de nombreuses études leurs sont consacrées. Ces recherches visent notamment la caractérisation de leur structure, leur diversité, leur biosynthèse, leurs propriétés physicochimiques, leur production industrielle et leurs applications potentielles. Toutefois, en dépit de leurs excellentes propriétés comme agents surfactants et leur innocuité pour l’homme et l’environnement, les rhamnolipides ne représentent à l’heure actuelle qu’une faible part du marché global de surfactants. En effet, la convergence de plusieurs facteurs est déterminante dans le coût de production élevé de ces glycolipides, ce qui demeure le principal élément limitant leur utilisation à grande échelle. Ces facteurs incluent aussi les coûts des matières premières et la faible productivité cellulaire. L’optimisation de ces facteurs est d’une grande importance pour diminuer les coûts globaux et accroitre la disponibilité de ces biosurfactants à des coûts compétitifs. En tant que biologiste, je m’intéresse au potentiel du génie métabolique et du génie des protéines pour augmenter le rendement de production des rhamnolipides est attrayant. Cependant, les mécanismes métaboliques impliqués dans leur production chez les bactéries restent encore mal compris, limitant ainsi la mise en place de stratégies d’optimisation efficaces. Par ailleurs, le manque de caractérisation structurale des enzymes impliquées limite l’emploi d’approches par génie des protéines, telle l’optimisation rationnelle de ces enzymes.  L’objectif principal de cette thèse est d’accroître les connaissances pour atteindre une meilleure compréhension du mécanisme de biosynthèse du précurseur lipidique des rhamnolipides, ce qui pourrait faciliter la conception de nouvelles approches permettant de diriger le flux de carbone vers la synthèse de ces glycolipides. Le sujet est abordé du point de vue métabolique (le mécanisme d’approvisionnement des acides gras) et du point de vue protéomique (identification de motifs nécessaires à la reconnaissance du substrat par RhlA, une enzyme clé dans la synthèse du précurseur lipidique des rhamnolipides chez les bactéries Pseudomonas et Burkholderia). Le premier chapitre présente une brève introduction au sujet des rhamnolipides. Cette revue de littérature inclut différents aspects généraux comme leur découverte, leur diversité structurale, les microorganismes producteurs, leurs fonctions biologiques, leurs propriétés surfactives et les applications potentielles dans les procédés industriels et dans les produits de consommation quotidienne. Le deuxième chapitre aborde la problématique des mécanismes distincts proposés pour la canalisation des acides gras vers la biosynthèse de rhamnolipides. Dans ce chapitre, deux modèles, qui sont sujets à controverse, sur l’implication de la β- oxydation dans la biosynthèse des rhamnolipides ont été étudiés, soient les modèles proposés par Zhang et al. (2012) et Abdel-Mawgoud et al. (2014). Les résultats présentés dans ce chapitre apportent des évidences supportant le modèle postulé par Abdel-Mawgoud et al. (2014) selon lequel un intermédiaire de la β- oxydation ayant une chaîne aliphatique de dix carbones est dirigé vers la synthèse de rhamnolipides. Cependant, le mécanisme connectant les deux voies métaboliques n’a pu être élucidé. Fait intéressant, un nouveau mécanisme qui peut être éventuellement impliqué dans l’initiation de la synthèse de novo des acides gras chez Pseudomonas aeruginosa a été découvert. Ce mécanisme conférerait un avantage métabolique qui faciliterait le développement cellulaire dans un milieu contenant des acides gras à chaîne de longueur moyenne. Le troisième chapitre aborde la caractérisation de l’enzyme RhlA de P. aeruginosa par une approche mutationnelle. Cette étude apporte des précisions importantes sur un motif qui est impliqué dans l’interaction protéine-substrat, ce qui permet de moduler la sélectivité de l’enzyme. Ces résultats constituent une base pour des études ultérieures visant l’amélioration de l’efficacité catalytique de l’enzyme et la production de congénères de rhamnolipides aux propriétés distinctes.

Surface-active compounds have a high industrial interest in modern society due to their numerous associated applications. Indeed, considering the many applications of surfactants in different fields (pharmaceutical, food, cosmetics, textile, paints, agricultural, paper, oil recovery and cleaning, among others), it is possible to imagine the great extent of the use of these compounds in a variety of everyday consumer products. Unsurprisingly, with the substantial and versatile use of surfactants, this industry benefits from a multi-billion dollar global market. This market is well-consolidated and is increasing due to the growth of industrialization in third world countries, product diversification, general improvement of living standards and continued population growth. In addition to the global demand for surfactants, production of these compounds also consumes very large quantities of petrochemical raw materials and natural fats. Furthermore, the massive use of surfactants in household products such as detergents and cosmetics, and their subsequent disposal in aquatic systems, are a strong motivation to replace conventional synthetic surfactants with environmentally friendly compounds. This transition notably involves the development of molecules that are more easily biodegradable and less toxic. On the other hand, the reasons justifying the search for replacement surfactants are therefore not only environmental, but also include consumption forecasts that raise economic concerns as competition between the various hydrocarbon exploitation sectors intensifies and the supply of crude oil resources becomes more difficult to access. New research is gradually moving towards the study of molecules of biological origin exhibiting lower toxicity, provided that these molecules have comparable surfactant properties, in order to obtain products more respectful of the environment with comparable or higher quality than conventional surfactants. This is a complex task that is still in its early stages of development. Microbial biosurfactant industrial production is an attractive technology, encouraging and supporting sustainable development within a globalized society, particularly in the face of global challenges such as climate changes, loss of biodiversity, and food and energy security concerns. The discovery of rhamnolipids in 1946 launched a line of research that has since become particularly active, notably aimed at characterization of structural diversity, biosynthesis pathways, and physicochemical properties, along with industrial production optimization and application development. However, in spite of their excellent surfactant properties and their safety for humans and the environment, rhamnolipids still account for only a discrete proportion of the surfactants global market. Higher production costs of rhamnolipids with respect to synthetic surfactants hamper their large-scale exploitation; this is influenced by several factors, especially the costs and availability of raw material and the ability of strains to reach high production yields. Thus, investigation of such factors is important to minimize production costs. As a biologist, the potential of metabolic and protein engineering to achieve higher rhamnolipid production yields is very attractive. Nevertheless, understanding metabolic mechanisms by which rhamnolipids are synthesized is the key to design effective metabolic strategies. Moreover, the lack of structural characterization of proteins involved in the rhamnolipid biosynthesis pathway, limits the use of protein evolution approaches. The aim of this research work was to expand our knowledge of the rhamnolipid precursor biosynthesis mechanism, in order to provide new insights for the design of strategies allowing to increase the carbon flux toward the glycolipid pathway. This issue was addressed through two different perspectives; a metabolic study of the fatty acid supply pathway for the biosynthesis of rhamnolipids and a mutational characterization of RhlA, a key enzyme involved in the biosynthesis of the lipid precursor of rhamnolipids. Chapter one is a short overview of rhamnolipids. This literature review includes various aspects related to rhamnolipid discovery, structural diversity, producing bacteria, biological roles, surfactant properties and potential applications in the industrial field as well as in daily consumer products. Chapter two investigates the challenges of two different models, wherein fatty acids are used within the rhamnolipid biosynthesis pathway. These models were proposed by Zhang et al. (2012) and Abdel-Mawgoud et al. (2014) and remain a controversial discussion topic today. The results presented provide more evidence for the implication of a β-oxidation intermediate metabolite having an aliphatic chain length of ten carbons. Nevertheless, the shunt mechanism of this intermediate toward rhamnolipid synthesis still remains unidentified. Interestingly, an unknown mechanism potentially playing a role in de novo fatty acid synthesis in Pseudomonas aeruginosa was brought to light, a further evidence of the metabolic versatility of this bacterium which could allow its development in a medium size fatty acid chain environment. Chapter three concentrates on RhlA characterization from P. aeruginosa using a mutational approach. This study provides important details concerning a putative motif involved n protein-substrate interactions allowing modulation of substrate selectivity. These results provide a basis for further thoughts to improve catalytic efficacy and design specific surfactant glycolipids.


identifier: Dubé Delarosbil, Cherylane  (2019). Détermination du profil d'expression des isoformes de la galectine-8 dans des lignées cellulaires de cancer du sein  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 91 p.

subject:
galectine
galectine-8
isoformes
galectinome
cancer du sein
triple-négatif
expression
culture cellulaire
transcriptomique
immunobuvardage
Galectin
galectin-8
isoforms
galectinome
breast cancer
triple-negative
expression
cell culture
transcriptomics
western blot.

abstract:
En utilisant des biopsies provenant de femmes atteintes de cancer du sein de sous-type triplenégatif,
une étude menée par notre laboratoire a permis de constater que la localisation
nucléaire de la galectine-8 est associée à un taux de survie sur 5 ans de 100% alors que
l’absence de cette galectine dans le noyau corrèle avec un taux de survie de 70%. Étant donné
que la galectine-8 est exprimée sous deux isoformes, nous avons soulevé l'hypothèse que
l’expression intranucléaire de la galectine-8 pourrait être spécifique à un isoforme. Afin de tester
cette hypothèse, nous avons étudié le profil d’expression des deux isoformes de la galectine-8
dans des lignées cellulaires de cancer du sein présentant des sous-types moléculaires variables
: MCF7, MDA-MB-468, MDA-MB-231, SKBR3, Hs578t et T47D. Nous avons porté une attention
particulière à la distribution de ces isoformes dans le cytosol et le noyau. Les résultats
d’expressions transcriptomiques (par RT-PCR) et protéiques (par immunobuvardage de type
western et imagerie confocale) ont révélé que les cellules du cancer du sein présentent un profil
d’expression hétérogène, tant au niveau de l’ARNm qu’au niveau de la protéine. Les profils
d’expression au niveau des ARNm et de la protéine diffèrent également pour une même lignée
cellulaire. Les deux isoformes se retrouvent autant dans le noyau que dans le cytosol. De plus,
la densité cellulaire ainsi que la présence de galectine-7 dans le milieu de culture exercent une
modulation de l’expression des isoformes de lgals8 qui favorise une augmentation de l’isoforme
moyen. Dans l’ensemble, ces résultats démontrent que la localisation intranucléaire de la
galectine-8 ne semble pas être causée par des facteurs intrinsèques de la protéine. Des études
sur les mécanismes de transport intranucléaire de la galectine-8 seront nécessaires pour mieux
comprendre sa distribution intracellulaire et pour déterminer un lien de cause à effet avec le
phénotype observé chez les patientes atteintes du cancer du sein.

Using biopsies from women suffering from the triple-negative subtype of breast cancer, our team
has recently found that nuclear localization of galectin-8 is associated with a 5-year survival rate
of 100% while the absence of this galectin in the nucleus correlates with a survival rate of 70%.
Since galectin-8 is expressed in two isoforms, it has been hypothesized that intranuclear
expression of galectin-8 may be isoform-specific. In order to test this hypothesis, we studied the
expression profile of galectin-8 isoforms in human breast cancer cell lines with variable
molecular subtypes: MCF7, MDA-MB468, MDA-MB-231, SKBR3, Hs578t and T47D. A particular
attention was paid to the distribution of these isoforms in the cytosol and the nucleus. Analysis of
the transcriptomic (by RT-PCR) and protein expression (by western-type immunoblotting and
confocal imaging) revealed that breast cancer cells exhibit a heterogeneous expression profile,
both at the mRNA and protein levels. Moreover, the level of a given galectin-8 isoform did not
always correlate with its mRNA level. We also found that both galectin-8 isoforms are found in
the nucleus and the cytosol. In addition, the cell density as well as the presence of galectin-7 in
the culture medium increased the expression of the smallest isoforms of lgals8. Overall, these
results revealed that the nuclear/cytosolic ratio of galectin-8 in breast cancer cells is not
dependent on the reportoire of isoforms. Further studies on the mechanisms regulating
intranuclear transport of galectin-8 will be needed to better understand its preferential
distribution in the nucleus in certain group of patients with breast cancer.