Polymeric microspheres as protein transduction reagents

Discovering the function of an unknown protein, particularly one with neither structural nor functional correlates, is a daunting task. Interaction analyses determine binding partners, whereas DNA transfection, either transient or stable, leads to intracellular expression, though not necessarily at physiologically relevant levels. In theory, direct intracellular protein delivery (protein transduction) provides a conceptually simpler alternative, but in practice the approach is problematic. Domains such as HIV TAT protein are valuable, but their effectiveness is protein specific. Similarly, the delivery of intact proteins via endocytic pathways (e.g. using liposomes) is problematic for functional analysis because of the potential for protein degradation in the endosomes/lysosomes. Consequently, recent reports that microspheres can deliver bio-cargoes into cells via a non-endocytic, energy-independent pathway offer an exciting and promising alternative for in vitro delivery of functional protein. In order for such promise to be fully exploited, microspheres are required that (i) are stably linked to proteins, (ii) can deliver those proteins with good efficiency, (iii) release functional protein once inside the cells, and (iv) permit concomitant tracking. Herein, we report the application of microspheres to successfully address all of these criteria simultaneously, for the first time. After cellular uptake, protein release was autocatalyzed by the reducing cytoplasmic environment. Outside of cells, the covalent microsphere-protein linkage was stable for ≥90 h at 37°C. Using conservative methods of estimation, 74.3% ± 5.6% of cells were shown to take up these microspheres after 24 h of incubation, with the whole process of delivery and intracellular protein release occurring within 36 h. Intended for in vitro functional protein research, this approach will enable study of the consequences of protein delivery at physiologically relevant levels, without recourse to nucleic acids, and offers a useful alternative to commercial protein transfection reagents such as Chariot™. We also provide clear immunostaining evidence to resolve residual controversy surrounding FACS-based assessment of microsphere uptake. © 2014 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology Inc.

Septin6 and Septin7 GTP binding proteins regulate AP-3- and ESCRT-dependent multivesicular body biogenesis

Septins (SEPTs) form a family of GTP-binding proteins implicated in cytoskeleton and membrane organization, cell division and host/pathogen interactions. The precise function of many family members remains elusive. We show that SEPT6 and SEPT7 complexes bound to F-actin regulate protein sorting during multivesicular body (MVB) biogenesis. These complexes bind AP-3, an adapter complex sorting cargos destined to remain in outer membranes of maturing endosomes, modulate AP-3 membrane interactions and the motility of AP-3-positive endosomes. These SEPT-AP interactions also influence the membrane interaction of ESCRT (endosomal-sorting complex required for transport)-I, which selects ubiquitinated cargos for degradation inside MVBs. Whereas our findings demonstrate that SEPT6 and SEPT7 function in the spatial, temporal organization of AP-3- and ESCRT-coated membrane domains, they uncover an unsuspected coordination of these sorting machineries during MVB biogenesis. This requires the E3 ubiquitin ligase LRSAM1, an AP-3 interactor regulating ESCRT-I sorting activity and whose mutations are linked with Charcot-Marie-Tooth neuropathies.

Histidine hydrogen bonding in MHC at pH 5 and pH 7 modeled by molecular docking and molecular dynamics simulations

Hydrogen bonds play important roles in maintaining the structure of proteins and in the formation of most biomolecular protein-ligand complexes. All amino acids can act as hydrogen bond donors and acceptors. Among amino acids, Histidine is unique, as it can exist in neutral or positively charged forms within the physiological pH range of 5.0 to 7.0. Histidine can thus interact with other aromatic residues as well as forming hydrogen bonds with polar and charged residues. The ability of His to exchange a proton lies at the heart of many important functional biomolecular interactions, including immunological ones. By using molecular docking and molecular dynamics simulation, we examine the influence of His protonation/deprotonation on peptide binding affinity to MHC class II proteins from locus HLA-DP. Peptide-MHC interaction underlies the adaptive cellular immune response, upon which the next generation of commercially-important vaccines will depend. Consistent with experiment, we find that peptides containing protonated His residues bind better to HLA-DP proteins than those with unprotonated His. Enhanced binding at pH 5.0 is due, in part, to additional hydrogen bonds formed between peptide His+ and DP proteins. In acidic endosomes, protein His79β is predominantly protonated. As a result, the peptide binding cleft narrows in the vicinity of His79β, which stabilizes the peptide - HLA-DP protein complex. © 2014 Bentham Science Publishers.

Peptide binding to HLA-DP proteins at pH 5.0 and pH 7.0:a quantitative molecular docking study

Background: HLA-DPs are class II MHC proteins mediating immune responses to many diseases. Peptides bind MHC class II proteins in the acidic environment within endosomes. Acidic pH markedly elevates association rate constants but dissociation rates are almost unchanged in the pH range 5.0 - 7.0. This pH-driven effect can be explained by the protonation/deprotonation states of Histidine, whose imidazole has a pKa of 6.0. At pH 5.0, imidazole ring is protonated, making Histidine positively charged and very hydrophilic, while at pH 7.0 imidazole is unprotonated, making Histidine less hydrophilic. We develop here a method to predict peptide binding to the four most frequent HLA-DP proteins: DP1, DP41, DP42 and DP5, using a molecular docking protocol. Dockings to virtual combinatorial peptide libraries were performed at pH 5.0 and pH 7.0. Results: The X-ray structure of the peptide - HLA-DP2 protein complex was used as a starting template to model by homology the structure of the four DP proteins. The resulting models were used to produce virtual combinatorial peptide libraries constructed using the single amino acid substitution (SAAS) principle. Peptides were docked into the DP binding site using AutoDock at pH 5.0 and pH 7.0. The resulting scores were normalized and used to generate Docking Score-based Quantitative Matrices (DS-QMs). The predictive ability of these QMs was tested using an external test set of 484 known DP binders. They were also compared to existing servers for DP binding prediction. The models derived at pH 5.0 predict better than those derived at pH 7.0 and showed significantly improved predictions for three of the four DP proteins, when compared to the existing servers. They are able to recognize 50% of the known binders in the top 5% of predicted peptides. Conclusions: The higher predictive ability of DS-QMs derived at pH 5.0 may be rationalised by the additional hydrogen bond formed between the backbone carbonyl oxygen belonging to the peptide position before p1 (p-1) and the protonated ε-nitrogen of His 79β. Additionally, protonated His residues are well accepted at most of the peptide binding core positions which is in a good agreement with the overall negatively charged peptide binding site of most MHC proteins. © 2012 Patronov et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Relevance of CD40/CD40L downstream pathways to Alzheimer's disease

The amyloid cascade hypothesis places amyloid-β at the origin of Alzheimer's disease (AD). Amyloid-β (Aβ) is the product of the sequential cleavage of the amyloid precursor protein (APP) by the enzymes β- and γ-secretases. An inflammatory component to AD has been suggested in association with CD40 (a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRS) and its cognate ligand CD40L. In this study, I hypothesized that the neutralization of pro-inflammatory cytokines produced downstream of CD40/CD40L interaction would reduce APP processing. I also hypothesized that blocking the binding of different adaptor proteins to CD40 by mutating its cytoplasmic tail would result in significant reduction of the APP metabolites: Aβ, sAPPβ, sAPPα, CTFβ and CTFα. ^ Treatment with CD40L of human embryonic kidney cells over-expressing both APP and CD40 (HEK/APPsw/CD40) significantly increased levels of the cytokine granulocyte macrophage colony stimulating factor (GM-CSF). Neutralizing antibodies against GM-CSF mitigated the CD40L-induced production of Aβ in these cells. Treatment of the HEK/APPsw/CD40 cells with recombinant GM-CSF significantly increased Aβ levels. GM-CSF receptor gene silencing with shRNA significantly reduced Aβ levels to below base line in non-stimulated HEK/APPsw/CD40 cells. Silencing of the GM-CSF receptor also decreased APP endocytosis (therefore reducing the availability of APP to be cleaved in the endosomes). ^ Using CD40 mutants, I show that CD40L can increase levels of Aβ(1-40), Aβ(1-42), sAPPβ, sAPPα and CTFβ independently of TRAF signaling. TRAFs had been shown to be necessary for most CD40/CD40L-dependent signaling. An increase in mature/immature APP ratio after CD40L treatment of CD40wt and CD40-mutant cells was observed, reflecting alterations in APP trafficking. CD4OL treatment of a neuroblastoma cell line over-expressing CTFβ suggested that CD40L affected γ-secretase activity. Inhibition of γ-secretase activity significantly reduced sAPPβ levels in the CD40L treated HEK/APPsw CD40wt and the CD40-mutant cells. The latter suggests CD40/CD40L interaction primarily acts on γ-secretase and affects β-secretase via a positive feedback mechanism. ^ Taken together, the results of this dissertation suggest that GM-CSF operates downstream of CD40/CD40L interaction and that GM-CSF modulates Aβ production by influencing APP trafficking. Moreover, the data presented suggest that CD40/CD40L interaction can modulate APP processing via a mechanism independent of TRAF signaling. ^

The Effect of Natural Products and Small Gtpases in Adipogenesis

Insulin signaling is one of the main initiators of adipogenesis, the conversion from pre-adipocyte to adipocyte or lipid droplet. Rab proteins are the master regulator of intracellular trafficking and endosome fusion in endocytosis, making them potential regulators of insulin signaling in adipogenesis. Pre-adipocytes 3T3-Ll cells expressing several Rab5 constructs were used to examine the effect of dehydroleucodine (DhL ), a sesquiterpene lactone isolated from aerial parts of Artemisia douglasiana Besser. The results obtained identify Rab5 deactivation as a key step for adipogenesis by forming signaling endosomes. The addition of DhL significantly inhibited the lipid droplet accumulation in a dose-dependent manner and dramatically attenuated the synthesis of adipogenic transcriptional factors, C/EBPa and PPARy. Activation of AMPKa, Erk and Akt during adipocytic differentiation was not inhibited by treatment with DhL. This data suggest that DhL has an important role in Rab5 dependent adipogenesis by regulating several transcriptional factors including PP ARy expression, which is known to play an essential role during fat formation.

Les mécanismes sous-jacents aux effets pathologiques cardiaques de l’angiotensine II dans le remodelage électrique et contractile entre les sexes

L’insuffisance cardiaque (IC) est associée à un taux de mortalité et d’hospitalisations élevé causant un fardeau économique important. Les deux causes majeures de décès de l’IC sont les arythmies ventriculaires létales et les sidérations myocardiques. Il est maintenant reconnu que l’angiotensine II (ANGII) est l'un des principaux médiateurs de l’IC. Ses effets délétères découlent de l’activation du récepteur de type 1 de l’ANGII (AT1) et entraînent le développement d’hypertrophie. Toutefois, son rôle dans la genèse d’arythmies demeure incompris. De ce fait, l'étude des mécanismes électriques et contractiles sous-jacents aux effets pathologiques de l’ANGII s’avère essentielle afin de mieux comprendre et soigner cette pathologie. Il est souvent perçu que les femmes sont protégées envers les maladies cardiovasculaires. Cependant, le nombre total de femmes décédant d’IC est plus grand que le nombre d’hommes. Également, l’impact des facteurs de risque diffère entre chaque sexe. Ces différences existent, mais les mécanismes sous-jacents sont encore peu connus. De plus, les femmes reçoivent fréquemment un diagnostic ou un traitement inapproprié en raison d’un manque d’information sur les différences entre les sexes dans la manifestation d’une pathologie. Ce manque de données peut découler du fait que les sujets de sexe féminin sont souvent sous-représentés dans les essais cliniques ou la recherche fondamentale ce qui a grandement limité l’avancement de nos connaissances sur ~50 % de la population. Ainsi, il semble plus que nécessaire d’approfondir notre compréhension des différences entre les sexes, notamment dans la progression de l’IC. L’utilisation d’un modèle de souris transgénique surexprimant le récepteur AT1 (souris AT1R) a permis d’étudier les changements électriques, structurels et contractiles avant et après le développement d’hypertrophie. Premièrement, chez les souris AT1R mâles, un ralentissement de la conduction ventriculaire a été observé indépendamment de l’hypertrophie. Ce résultat était expliqué par une réduction de la densité du courant Na+, mais pas de l’expression du canal. Ensuite, le rôle des protéines kinases C (PKC) dans la régulation du canal Na+ par l’ANGII a été exploré. Les évidences ont suggéré que la PKCα était responsable de la modulation de la diminution du courant Na+ chez les souris AT1R mâles et dans les cardiomyocytes humains dérivés de cellules souches induites pluripotentes (hiPSC-CM) en réponse à un traitement chronique à l’ANGII. Ensuite, les différences entre les sexes ont été comparées chez la souris AT1R. Une plus grande mortalité a été constatée chez les femelles AT1R suggérant qu’elles sont plus sensibles à la surexpression de AT1R. Le remodelage électrique ventriculaire a donc été comparé entre les souris AT1R des deux sexes. Les courants ioniques étaient altérés de façon similaire entre les sexes excluant ainsi leur implication dans la mortalité plus élevée chez les femelles. Ensuite, l’homéostasie calcique et la fonction cardiaque ont été étudiées. Il a été démontré que les femelles développaient une hypertrophie et une dilatation ventriculaire plus sévère que les mâles. De plus, les femelles AT1R avaient de petits transitoires calciques, une extrusion du Ca2+ plus lente ainsi qu’une augmentation de la fréquence des étincelles Ca2+ pouvant participer à des troubles contractiles et à la venue de post-dépolarisations précoces. En conclusion, l’ANGII est impliquée dans le remodelage électrique, structurel et calcique associé à l'émergence de l’IC. De surcroît, ces altérations affectent plus sévèrement les femelles soulignant la présence de différences entre les sexes dans le développement de l’IC.

Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

Traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un traumatisme craniocérébral

Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC.

The Diet of Preschool Children in the Mediterranean Countries of the European Union: A Systematic Review

This systematic review discusses data on the dietary intake of preschool children living in the Mediterranean countries of the European Union, including the comparison with a Mediterranean-like diet and the association with nutritional status. Specifically, data from the multinational European Identification and Prevention on Dietary and life style induced health effects in children and infants (IDEFICS) study and national studies, such as the Estudo do Padrão Alimentar e de Crescimento Infantil (EPACI) study and Geração XXI cohort in Portugal, ALimentando la SAlud del MAñana (ALSALMA) study in Spain, Étude des Déterminants pré-et postnatals précoces du développement et de la santé de l'ENfant (EDEN) cohort in France, Nutrintake 636 study in Italy, and Growth, Exercise and Nutrition Epidemiological Study in preSchoolers (GENESIS) cohort in Greece, were analyzed. In the majority of countries, young children consumed fruit and vegetables quite frequently, but also consumed sugared beverages and snacks. High energy and high protein intakes mainly from dairy products were found in the majority of countries. The majority of children also consumed excessive sodium intake. Early high prevalence of overweight and obesity was found, and both early consumption of energy-dense foods and overweight seemed to track across toddler and preschool ages. Most children living in the analyzed countries showed low adherence to a Mediterranean-like diet, which in turn was associated with being overweight/obese. Unhealthier diets were associated with lower maternal educational level and parental unemployment. Programs promoting adherence of young children to the traditional Mediterranean diet should be part of a multi-intervention strategy for the prevention and treatment of pediatric overweight and obesity.

Implication du domaine intracellulaire du précurseur de la protéine amyloïde dans la modulation de la plasticité synaptique

Alzheimer's disease is the most common type of dementia in the elderly; it is characterized by early deficits in learning and memory formation and ultimately leads to a generalised loss of higher cognitive functions. While amyloid beta (Aβ) and tau are traditionally associated with the development of Alzheimer disease, recent studies suggest that other factors, like the intracellular domain (APP-ICD) of the amyloid precursor protein (APP), could play a role. In this study, we investigated whether APP-ICD could affect synaptic transmission and synaptic plasticity in the hippocampus, which is involved in learning and memory processes. Our results indicated that overexpression of APP-ICD in hippocampal CA1 neurons leads to a decrease in evoked AMPA-receptor and NMDA-receptor dependent synaptic transmission. Our study demonstrated that this effect is specific for APP-ICD since its closest homologue APLP2-ICD did not reproduce this effect. In addition, APP-ICD blocks the induction of long term potentiation (LTP) and leads to increased of expression and facilitated induction of long term depression (LTD), while APLP2-ICD shows neither of these effects. Our study showed that this difference observed in synaptic transmission and plasticity between the two intracellular domains resides in the difference of one alanine in the APP-ICD versus a proline in the APLP2-ICD. Exchanging this critical amino-acid through point-mutation, we observed that APP(PAV)-ICD had no longer an effect on synaptic plasticity. We also demonstrated that APLP2(AAV)-ICD mimic the effect of APP-ICD in regards of facilitated LTD. Next we showed that the full length APP-APLP2-APP (APP with a substitution of the Aβ component for its homologous APLP2 part) had no effect on synaptic transmission or synaptic plasticity when compared to the APP-ICD. However, by activating caspase cleavage prior to induction of LTD or LTP, we observed an LTD facilitation and a block of LTP with APP-APLP2-APP, effects that were not seen with the full length APLP2 protein. APP is phosphorylated at threonine 668 (Thr668), which is localized directly after the aforementioned critical alanine and the caspase cleavage site in APP-APLP2-APP. Mutating this Thr668 for an alanine abolishes the effects on LTD and restores LTP induction. Finally, we showed that the facilitation of LTD with APP-APLP2-APP involves ryanodine receptor dependent calcium release from intracellular stores. Taken together, we propose the emergence of a new APP intracellular domain, which plays a critical role in the regulation of synaptic plasticity and by extension, could play a role in the development of memory loss in Alzheimer’s disease.

Liens entre les pratiques parentales préscolaires en littéracie et la lecture à 8 ans : Médiation par le vocabulaire et la connaissance des lettres

Ce mémoire doctoral s’intéresse aux pratiques parentales en littéracie comme prédicteurs des différences précoces en lecture. Les études antérieures ont rapporté des liens préférentiels entre deux types de pratiques parentales en littéracie, deux habiletés préalables à la lecture et le développement de la lecture au primaire. D’une part, l’enseignement des lettres par le parent, une pratique formelle, contribuait à la connaissance des lettres, laquelle était un prédicteur des habiletés de lecture de l’enfant. D’autre part, la lecture parent-enfant ainsi que l’exposition aux livres, des pratiques informelles, prédisaient le développement langagier de l’enfant, lequel contribuerait plus spécifiquement à la compréhension en lecture. L’hypothèse selon laquelle des processus de médiation sont impliqués a été proposé par plusieurs chercheurs mais, aucun n’avait testé formellement cette hypothèse. De plus, la contribution des pratiques parentales en littéracie était évaluée une seule fois, en maternelle ou au début de la première année du primaire, ce qui ne permettait pas d’identifier l’âge vers lequel il devient pertinent d’introduire l’enfant au monde littéraire. L’objectif du mémoire était donc d’évaluer formellement un modèle de double médiation à l’aide d’analyses acheminatoires tout en considérant l’exposition à la littéracie tout au long de la petite enfance. En accord avec les liens préférentiels suggérés dans la littérature, on a constaté que l’enseignement des lettres par les parents à 4 et 5 ans prédisent indirectement les habiletés en lecture (8 ans; décodage et compréhension en lecture) via leur contribution à la connaissance des lettres (5 ans). Également, le vocabulaire réceptif de l’enfant (5 ans) était un médiateur des contributions de la lecture parent-enfant à 2.5, 4 et 5 ans, à la compréhension en lecture (8 ans). Ce mémoire souligne l’importance d’initier les enfants à la littéracie en bas âge afin de supporter leur acquisition subséquente de la lecture.

Mémoire de source, propension à halluciner et psychose : identification de marqueurs cognitifs et cliniques chez une population à haut risque génétique

Les déficits cognitifs sont centraux à la psychose et sont observables plusieurs années avant le premier épisode psychotique. L’atteinte de la mémoire épisodique est fréquemment identifiée comme une des plus sévères, tant chez les patients qu’avant l’apparition de la pathologie chez des populations à risque. Chez les patients psychotiques, l’étude neuropsychologique des processus mnésiques a permis de mieux comprendre l’origine de cette atteinte. Une altération des processus de mémoire de source qui permettent d’associer un souvenir à son origine a ainsi été identifiée et a été associée aux symptômes positifs de psychose, principalement aux hallucinations. La mémoire de source de même que la présence de symptômes sous-cliniques n’ont pourtant jamais été investiguées avant l’apparition de la maladie chez une population à haut risque génétique de psychose (HRG). Or, leur étude permettrait de voir si les déficits en mémoire de source de même que le vécu d’expériences hallucinatoires sont associés à l’apparition de la psychose ou s’ils en précèdent l’émergence, constituant alors des indicateurs précoces de pathologie. Afin d’étudier cette question, trois principaux objectifs ont été poursuivis par la présente thèse : 1) caractériser le fonctionnement de la mémoire de source chez une population HRG afin d’observer si une atteinte de ce processus précède l’apparition de la maladie, 2) évaluer si des manifestations sous-cliniques de symptômes psychotiques, soit les expériences hallucinatoires, sont identifiables chez une population à risque et 3) investiguer si un lien est présent entre le fonctionnement en mémoire de source et la symptomatologie sous-clinique chez une population à risque, à l’instar de ce qui est documenté chez les patients. Les résultats de la thèse ont permis de démontrer que les HRG présentent une atteinte de la mémoire de source ciblée à l’attribution du contexte temporel des souvenirs, ainsi que des distorsions mnésiques qui se manifestent par une fragmentation des souvenirs et par une défaillance de la métacognition en mémoire. Il a également été observé que les expériences hallucinatoires sous-cliniques étaient plus fréquentes chez les HRG. Des associations ont été documentées entre certaines distorsions en mémoire et la propension à halluciner. Ces résultats permettent d’identifier de nouveaux indicateurs cliniques et cognitifs du risque de développer une psychose et permettent de soulever des hypothèses liant l’attribution de la source interne-externe de l’information et le développement de la maladie. Les implications empiriques, théoriques, méthodologiques et cliniques de la thèse sont discutées.

Role and modulation of maternal transcripts during the first cleavage divisions in bovine embryos

Ce travail porte sur l’identification, la fonction et la régulation des molécules maternelles d’ARNm qui dirigent la compétence développementale juste après la fécondation chez les bovins. Tout d’abord, en utilisant le modèle du temps écoulé jusqu’au premier clivage zygotique et à travers l’évaluation du transcriptome des embryons à 2-cellules, il fut possible de déterminer la signature moléculaire des niveaux extrêmes de compétence au développement et sélectionner des molécules candidates pour des études postérieures. Les résultats ont montré que les embryons de capacité développementale variable diffèrent dans certaines fonctions comme la réparation de l’ADN, le traitement de l’ARN, la synthèse de protéines et l’expression génique définies par des ARNm synthétisés par l’ovocyte. Pour obtenir une confirmation fonctionnelle, une paire de transcrits maternels (l’un détecté dans notre sondage précédent et l’autre étant une molécule reliée) ont été inhibés par « knock-down » dans des ovocytes. Les effets du knock-down de ces facteurs de transcription sont apparus avant la formation des blastocystes dû à une diminution de la capacité au clivage et celle à progresser après le stage de 8-cellules. L’analyse moléculaire des embryons knock-down survivants suggère qu’un de ces facteurs de transcription est un contrôleur crucial de l’activation du génome embryonnaire, qui représente une fenêtre développementale dans l’embryogenèse précoce. Dans la dernièr étude, nous avons testé si les facteurs de transcription d’intérêt sont modulés au niveau traductionnel. Des ARNm rapporteurs couplés à la GFP (Protéine fluorescente) contenant soit la version courte ou la version longue de la séquence 3’-UTR des deux molécules furent injectées dans des zygotes pour évaluer leur dynamique traductionnelle. Les résultats ont montré que les éléments cis-régulateurs localisés dans les 3’-UTRs contrôlent leur synchronisation traductionnelle et suggèrent une association entre la compétence développementale et la capacité de synthèse de ces protéines. Ceci conduit à l’idée que ces facteurs de transcription cruciaux sont aussi contrôlés au niveau traductionnel chez les embryons précoces. Les connaissances acquises ont joué un rôle essentiel pour définir le contrôle potentiel des molécules maternelles sur les embryons au début de leur développement. Cette étude nous montre aussi une utilisation potentielle de cette information ainsi que les nouveaux défis présents dans le secteur des technologies reproductives.

Development and application of sensitive genome-wide platforms to study the genetic and epigenetic (DNA methylation) makeup of gametes and early bovine embryos

Pour ce projet, nous avons développé une plateforme pour l’analyse pangénomique de la méthylation de l’ADN chez le bovin qui est compatible avec des échantillons de petites tailles. Cet outil est utilisé pour étudier les caractéristiques génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN) des gamètes soumis aux procédures de procréation médicalement assisitée et des embryons précoces. Dans un premier temps, une plateforme d’analyse de biopuces spécifiques pour l’étude de la méthylation de l’ADN chez l’espèce bovine a été développée. Cette plateforme a ensuite été optimisée pour produire des analyses pangénomiques de méthylation de l’ADN fiables et reproductibles à partir d’échantillons de très petites tailles telle que les embryons précoces (≥ 10 ng d’ADN a été utilisé, ce qui correspond à 10 blastocystes en expansion). En outre, cet outil a permis d’évaluer de façon simultanée la méthylation de l’ADN et le transcriptome dans le même échantillon, fournissant ainsi une image complète des profils génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN). Comme preuve de concept, les profils comparatifs de méthylation de l’ADN spermatique et de blastocystes bovins ont été analysés au niveau de l’ensemble du génome. Dans un deuxième temps, grâce à cette plateforme, les profils globaux de méthylation de l’ADN de taureaux jumeaux monozygotes (MZ) ont été analysés. Malgré qu’ils sont génétiquement identiques, les taureaux jumeaux MZ ont des descendants avec des performances différentes. Par conséquent, l’hypothèse que le profil de méthylation de l’ADN spermatique de taureaux jumeaux MZ est différent a été émise. Dans notre étude, des différences significatives entre les jumeaux MZ au niveau des caractéristiques de la semence ainsi que de la méthylation de l’ADN ont été trouvées, chacune pouvant contribuer à l’obtention de performances divergentes incongrues des filles engendrées par ces jumeaux MZ. Dans la troisième partie de ce projet, la même plateforme a été utilisée pour découvrir les impacts d’une supplémentation à forte concentration en donneur de méthyle universel sur les embryons précoces bovins. La supplémentation avec de grandes quantités d’acide folique (AF) a été largement utilisée et recommandée chez les femmes enceintes pour sa capacité bien établie à prévenir les malformations du tube neural chez les enfants. Cependant, plus récemment, plusieurs études ont rapporté des effets indésirables de l’AF utilisé à des concentrations élevées, non seulement sur le développement de l’embryon, mais aussi chez les adultes. Au niveau cellulaire, l’AF entre dans le métabolisme monocarboné, la seule voie de production de S-adénosyl méthionine (SAM), un donneur universel de groupements méthyles pour une grande variété de biomolécules, y compris l’ADN. Par conséquent, pour résoudre cette controverse, une forte dose de SAM a été utilisée pour traiter des embryons produits in vitro chez le bovin. Ceci a non seulement permis d’influencer le phénotype des embryons précoces, mais aussi d’avoir un impact sur le transcriptome et le méthylome de l’ADN. En somme, le projet en cours a permis le développement d’une plateforme d’analyse de la méthylation de l’ADN à l’échelle du génome entier chez le bovin à coût raisonnable et facile à utiliser qui est compatible avec les embryons précoces. De plus, puisque c’est l’une des premières études de ce genre en biologie de la reproduction bovine, ce projet avait trois objectifs qui a donné plusieurs nouveaux résultats, incluant les profils comparatifs de méthylation de l’ADN au niveau : i) blastocystes versus spermatozoïdes ; ii) semence de taureaux jumeaux MZ et iii) embryons précoces traités à de fortes doses de SAM versus des embryons précoces non traités.