Hyperosmotic Stress and the Impact on Metabolite Formation and Redox Balance in Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces bayanus strains

Wine produced using an appassimento-type process represents a new and exciting innovation for the Ontario wine industry. This process involves drying grapes that have already been picked from the vine, which increases the sugar content due to dehydration and induces a variety of changes both within and on the surface of the grapes. Increasing sugar contents in musts subject wine yeast to conditions of high osmolarity during alcoholic fermentations. Under these conditions, yeast growth can be inhibited, target alcohol levels may not be attained and metabolic by-products of the hyperosmotic stress response, including glycerol and acetic acid, may impact wine composition. The further metabolism of acetic acid to acetylCoA by yeast facilitates the synthesis of ethyl acetate, a volatile compound that can also impact wine quality if present in sufficiently high concentrations. The first objective of this project was to understand the effect of yeast strain and sugar concentration on fermentation kinetics and metabolite formation, notably acetic acid and ethyl acetate, during fermentation in appassimento-type must. Our working hypotheses were that (1) the natural isolate Saccharomyces bayanus would produce less acetic acid and ethyl acetate compared to Saccharomyces cerevisiae strain EC-1118 fermenting the high and low sugar juices; (2) the wine produced using the appassimento process would contain higher levels of acetic acid and lower levels of ethyl acetate compared to table wine; (3) and the strains would be similar in the kinetic behavior of their fermentation performances in the high sugar must. This study determined that the S. bayanus strain produced significantly less acetic acid and ethyl acetate in the appassimento wine and table wine fermentations. Differences in acetic acid and ethyl acetate production were also observed within strains fermenting the two sugar conditions. Acetic acid production was higher in table wine fermented by S. bayanus as no acetic acid was produced in appassimento-style wine, and 1.4-times higher in appassimento wine fermented by EC-1118 over that found in table wine. Ethyl acetate production was 27.6-times higher in table wine fermented by S. bayanus, and 5.2-times higher by EC-1118, compared to that in appassimento wine. Sugar utilization and ethanol production were comparable between strains as no significant differences were determined. The second objective of this project was to bring a method in-house for measuring the concentration of pyridine nucleotides, NAD+, NADP+, NADH and NADPH, in yeast cytosolic extract. Development of this method is of applicative interest for our lab group as it will enable the redox balance of the NAD+/ NADH and NADP+/ NADPH systems to be assessed during high sugar fermentations to determine their respective roles as metabolic triggers for acetic acid production. Two methods were evaluated in this study including a UV-endpoint method using a set of enzymatic assay protocols outlined in Bergmeyer (1974) and a colorimetric enzyme cycling method developed by Sigma-Aldrich® using commercial kits. The former was determined to be limited by its low sensitivity following application to yeast extract and subsequent coenzyme analyses, while the latter was shown to exhibit greater sensitivity. The results obtained from the kits indicated high linearity, accuracy and precision of the analytical method for measuring NADH and NADPH, and that it was sensitive enough to measure the low coenzyme concentrations present in yeast extract samples. NADtotal and NADPtotal concentrations were determined to be above the lower limit of quantification and within the range of the respective calibration curves, making this method suitable for our research purposes.

Impact du stress oxydant et de l’athérosclérose sur la fonction vasculaire cérébrale au cours du vieillissement

Dans les neurones et les cellules vasculaires cérébrales, les dérivés réactifs de l’oxygène jouent un double rôle puisqu’ils peuvent avoir à la fois des effets bénéfiques, à faibles concentrations, et des effets délétères, à des concentrations élevées. Chez la souris, la circulation cérébrale se distingue des autres lits vasculaires puisque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est le principal médiateur endothélial relaxant endogène. L’objectif de notre première étude a été de caractériser l’implication physiologique du H2O2 dérivé de la eNOS dans la fonction endothéliale cérébrale de la souris. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués dans la dilatation induite par l’augmentation de débit intra-luminal (flow-mediated dilation, FMD). La FMD est la réponse à un stimulus physiologique endothélial la plus représentative de la situation in vivo. Nous avons démontré que le H2O2, et non le monoxyde d’azote (NO), dérivant de l’activation de la eNOS cérébrale, est le principal médiateur de la FMD. Cependant, nous connaissons très peu de données sur l’évolution de la voie du H2O2 au cours du vieillissement qu’il soit associé ou non aux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires. Au cours du vieillissement, au niveau périphérique, les facteurs endothéliaux constricteurs ou dilatateurs évoluent en fonction de l’augmentation de stress oxydant. La présence de facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires, telle que l’hypercholestérolémie, pourrait accentuer l’augmentation du stress oxydant et ainsi accélérer la dysfonction endothéliale. Au niveau cérébral, très peu de données sont disponibles. Dans le cadre de notre deuxième étude, nous avons émis l’hypothèse qu’un débalancement des facteurs endothéliaux pourrait être à l’origine (1) de la dysfonction endothéliale cérébrale observée au cours du vieillissement et (2) de la dysfonction endothéliale précoce qui apparaît en présence d’athérosclérose. Nos résultats ont montré que l’augmentation de stress oxydant associée au vieillissement conduit à une libération endogène accrue de TXA2 qui diminue la voie du H2O2 au niveau cérébral et, par conséquent, réduit la dilatation dépendante de l’endothélium. De plus, la présence d’athérosclérose accélère l’apparition de la dysfonction endothéliale cérébrale. Le rôle clé joué par le stress oxydant a été confirmé par un traitement préventif avec l’antioxydant catéchine qui a permis de renverser tous les effets délétères de l’athérosclérose sur les fonctions endothéliales cérébrales. Finalement, la dysfonction endothéliale cérébrale précoce, associée avec l’athérosclérose, pourrait non seulement augmenter l’incidence de développer des accidents vasculaires cérébraux (AVC) mais aussi induire une diminution du débit sanguin cérébral et, ultimement, affecter les fonctions neuronales. Dans le cadre de notre troisième étude, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation de stress oxydant est associée avec une diminution du débit sanguin cérébral et un déclin subséquent des fonctions cognitives. Nous avons utilisé des souris athérosclérotiques âgées de 3 mois que nous avons soumises, ou pas, à un traitement chronique à la catéchine. Nos travaux montrent qu’un traitement préventif avec la catéchine peut prévenir les effets néfastes de l’athérosclérose sur la FMD, le débit sanguin et le déclin des fonctions cognitives qui est normalement associé au vieillissement. Nos résultats ont permis de distinguer l’effet du vieillissement des effets de l’athérosclérose sur les fonctions vasculaires cérébrales. Le traitement préventif avec la catéchine a eu des effets bénéfiques marqués sur la fonction endothéliale cérébrale, le débit sanguin cérébral et les fonctions cognitives, démontrant le rôle clé de l’environnement redox dans la régulation des fonctions cérébrales.

Impact du stress oxydant sur les mécanismes de clairance alvéolaire et de réparation épithéliale pulmonaires

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

Impact du stress hyperoxique en période néonatale sur la structure vasculaire : implication des phénomènes de sénescence et rôle possible dans la programmation développementale de l'hypertension artérielle

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Lorraine (France)

Impact du stress sur la survie des lymphocytes T CD8+ mémoires dans le contexte des missions spatiales.

La mémoire immunitaire permet à l’organisme de se souvenir de tous les agents pathogènes rencontrés afin de pouvoir monter une réponse immunitaire plus rapide et plus efficace en cas de réinfection. Après la phase de contraction de la réponse primaire, les lymphocytes T CD8 mémoires survivent grâce à la présence de cytokines telle que l’interleukine 15 (IL-15). Ces cellules permettent aussi au système immunitaire de contrôler les virus latents n’ayant pas été totalement éliminés de l’hôte. Les situations de stress chronique affectent le système immunitaire provoquant la réactivation des virus latents. Des titres viraux élevés de virus de la famille Herspeviridea ont été observés chez les astronautes à leur retour de mission, suggérant que les hormones libérées en situation de stress auraient un impact négatif sur les lymphocytes T CD8+ mémoires. Un modèle de stress chronique in vitro chez la souris a été élaboré en ajoutant de la corticostérone à des lymphocytes T CD8+ mémoires. Il a ainsi été démontré que l’hormone de stress avait un effet pro-apoptotique sur ces cellules et que cet effet était partiellement inhibé par l’IL-15. Des cibles moléculaires ont aussi été identifiées afin de suivre la fonction immunitaire mémoire lors des vols spatiaux à l’aide du cytomètre en flux Microflow1, une nouvelle plateforme portative de diagnostic biomédical. Les résultats des tests en laboratoire puis dans la Station Spatiale Internationale (SSI) démontrent qu’il sera possible de suivre la fonction immunitaire mémoire et les marqueurs de stress en temps réel lors des vols spatiaux.

Stress parental et lien mère-enfant: impact sur le développement de l’enfant âgé d’un an.

Au cours de la grossesse et dans les premières années de vie de l’enfant, plusieurs facteurs externes, tels que le stress maternel ou le lien maternel, peuvent interférer avec son développement et avoir des conséquences à court et à long terme. Bien que le stress maternel périnatal ait souvent été étudié, plusieurs facteurs pré et postnataux potentiellement confondants (comme le stress paternel, la dépression, la prise d’antidépresseurs, etc.) n’ont pas systématiquement été pris en compte. Comparativement à l’attachement de l’enfant (à sa mère), moins de recherches se sont intéressées au lien maternel, en particulier chez des femmes ayant un diagnostic de dépression et/ou d’anxiété et exposées à des antidépresseurs. Notre thèse visait donc à étudier ces deux facteurs et leur association avec le développement du jeune enfant âgé d’un an, dans un contexte où la santé mentale maternelle (présence ou non de troubles psychologiques) et de traitements pharmacologiques associés étaient aussi considérés. Afin d’améliorer le dépistage de retards développementaux, nous avons également évalué l’administration au téléphone de deux instruments de pré-dépistage et dépistage actuellement utilisés. Notre thèse était constituée de quatre phases dont les objectifs étaient: la détermination des propriétés psychométriques de l’échelle de stress perçu de quatre items (en français et en anglais) au sein de la population de femmes enceintes (première étude); évaluer l’effet du stress maternel prénatal et parental postnatal sur le développement de l’enfant âgé d’un an (deuxième étude); estimer l’association entre le lien maternel et le développement de l’enfant âgé d’un an, en stratifiant sur la prise maternelle d’antidépresseurs (troisième étude); et évaluer l’administration au téléphone du ″Ages and Stages Questionnaire″ (ASQ, version de 12 mois) et du ″Revised Pre-screening Denver Questionnaire″(R-PDQ, version de 9-24 mois),deux questionnaires utilisés pour le pré-dépistage et le dépistage du développement infantile (quatrième étude). Ce projet faisait partie d’une plus grande étude, nommée le projet OTIS (The″Organization of Teratology Information Specialists″ Antidepressant in Pregnancy cohort study), qui visait à évaluer l’impact de l’arrêt versus la continuation de la prise d’antidépresseurs au cours de la grossesse sur les comportements maternels et sur le développement de l’enfant âgé de un à trois ans. Ainsi, entre 2006 et 2010, la cohorte prospective OTIS de femmes enceintes a été construite et suivie jusqu’à trois ans postpartum. À partir de 2008, l’évaluation du stress et du lien maternel (thématiques de ce projet de thèse) a été incorporée au projet initial. Aussi, à partir de là, toute femme nouvellement recrutée pour la cohorte OTIS pouvait faire partie des études de cette thèse. Notre population source était composée des femmes enceintes ayant eu recours à un service nord-américain d’information sur les tératogènes ou ayant été suivies à la clinique d'obstétrique et de gynécologie du CHU Ste Justine. Pour être admissibles, les femmes devaient 1) être âgées d’au moins 18 ans, 2) être enceinte d’au maximum 14 semaines (le début de la grossesse étant défini comme étant le premier jour des dernières règles); 3) être exposées à un antidépresseur depuis au moins le premier jour de grossesse (pour le groupe exposé à un antidépresseur), 4) savoir lire et comprendre l’anglais ou le français. Pour les études deux, trois et quatre, les femmes devaient habiter dans un rayon de 250 km autour de Montréal pour recevoir notre visite à domicile, nécessaire à l’évaluation psychométrique du développement infantile. Les pères des enfants ont été recrutés à deux mois postpartum pour évaluer leur stress. Les données ont été collectées par entrevue téléphonique, auto-administration de questionnaires, et évaluation psychométrique du développement infantile. Dans le cadre de cette thèse, les femmes étaient suivies depuis le premier trimestre de grossesse jusqu’à un an postpartum. Les résultats de nos travaux démontrent que le recours à l’échelle de stress perçu de quatre items est une mesure fiable et valide pour mesurer le stress au cours de la grossesse (en recherche ou en clinique). Ensuite, le stress postnatal maternel et paternel serait défavorable au développement moteur et socio-émotionnel de l’enfant d’un an, respectivement. Par contre le stress maternel prénatal favoriserait le développement moteur. Un lien maternel optimal est associé à un meilleur développement socio-émotionnel à un an chez l’enfant, en particulier pour les femmes exposées à des antidépresseurs. Enfin, l’administration au téléphone de l’ASQ et des sous-échelles de langage, de motricité fine et motricité globale du R-PDQ serait une alternative possible au mode auto-administré pour dépister et pré-dépister les retards de développement chez les enfants.

Dissection moléculaire de la sénescence cellulaire induite par le stress et la thérapie dans le cancer de l’ovaire et son impact sur la réponse des patientes

Le cancer de l’ovaire (COv) est le cancer gynécologique le plus létal chez la femme et les traitements existants, chirurgie et chimiothérapie, ont peu évolué au cours des dernières décennies. Nous proposons que la compréhension des différents destins cellulaires tels que la sénescence que peuvent choisir les cellules du cancer de l’ovaire en réponse à la chimiothérapie pourrait conduire à de nouvelles opportunités thérapeutiques. La sénescence cellulaire a été largement associée à l’activité de la protéine TP53, qui est mutée dans plus de 90% des cas de cancer de l’ovaire séreux de haut grade (COv-SHG), la forme la plus commune de la maladie. Dans nos travaux, à partir d’échantillons dérivés de patientes, nous montrons que les cultures primaires du cancer de l’ovaire séreux de haut grade exposées au stress ou à des drogues utilisées en chimiothérapie entrent en senescence grâce à l’activité d’un isoforme du gène CDKN2A (p16INK4A). Dans ces cellules, nous avons évalué les caractéristiques fondamentales de la sénescence cellulaire tels que les altérations morphologiques, l’activité béta galactosidase associée à la sénescence, les dommages à l’ADN, l’arrêt du cycle cellulaire et le phénotype sécrétoire associé à la sénescence. En utilisant des micromatrices tissulaires construites à partir d’échantillons humains de COv-SHG pré- et post-chimiothérapie, accompagnées de leurs données cliniques, nous avons quantifié des marqueurs de sénescence incluant une diminution de la prolifération cellulaire quelques semaines après chimiothérapie. De façon intéressante, l’expression de p16INK4A dans les échantillons de COv-SHG prétraitement corrèle avec une survie prolongée des patientes suite au traitement. Ceci suggère ainsi pour la première fois un impact biologique bénéfique pour la présence de cellules cancéreuses qui sont capable d’activer la sénescence, particulièrement pour le traitement du cancer de l’ovaire. Dans le but de complémenter les thérapies actuelles avec des approches de manipulation pharmacologique de la sénescence, nos résultats suggèrent qu’il serait important de déterminer l’impact positif ou négatif de la sénescence induite par la thérapie sur la progression de la maladie et la survie, pour chaque type de cancer de façon indépendante.

Simulation of the impact of high temperature stress on annual crop yields

Brief periods of high temperature which occur near flowering can severely reduce the yield of annual crops such as wheat and groundnut. A parameterisation of this well-documented effect is presented for groundnut (i.e. peanut; Arachis hypogaeaL.). This parameterisation was combined with an existing crop model, allowing the impact of season-mean temperature, and of brief high-temperature episodes at various times near flowering, to be both independently and jointly examined. The extended crop model was tested with independent data from controlled environment experiments and field experiments. The impact of total crop duration was captured, with simulated duration being within 5% of observations for the range of season-mean temperatures used (20-28 degrees C). In simulations across nine differently timed high temperature events, eight of the absolute differences between observed and simulated yield were less than 10% of the control (no-stress) yield. The parameterisation of high temperature stress also allows the simulation of heat tolerance across different genotypes. Three parameter sets, representing tolerant, moderately sensitive and sensitive genotypes were developed and assessed. The new parameterisation can be used in climate change studies to estimate the impact of heat stress on yield. It can also be used to assess the potential for adaptation of cropping systems to increased temperature threshold exceedance via the choice of genotype characteristics. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Impact of apoE genotype on oxidative stress, inflammation and disease risk

Although in developing countries an apolipoprotein E4 (apoE4) genotype may offer an evolutionary advantage, as it has been shown to offer protection against certain infectious disease, in Westernised societies it is associated with increased morbidity and mortality, and represents a significant risk factor for cardiovascular disease, late-onset Alzheimer's disease and other chronic disorders. ApoE is an important modulator of many stages of lipoprotein metabolism and traditionally the increased risk was attributed to higher lipid levels in E4 carriers. However, more recent evidence demonstrates the multifunctional nature of the apoE protein and the fact that the impact of genotype on disease risk may be in large part due to an impact on oxidative status or the immunomodulatory/anti-inflammatory properties of apoE. An increasing number of studies in cell lines, targeted replacement rodents and human volunteers indicate higher oxidative stress and a more pro-inflammatory state associated with the F,4 allele. The impact of genotype on the antioxidant and immunomodulatory/anti-inflammatory properties of apoE is the focus of the current review. Furthermore, current information on the impact of environment (diet, exercise, smoking status, alcohol) on apoE genotype-phenotype associations are discussed with a view to identifying particular lifestyle strategies that could be adapted to counteract the 'at-risk' E4 genotype.