Functional genomics of O-glucosyltransferases from Concord grape (Vitis labrusca)

Grape (Vitis spp.) is a culturally and economically important crop plant that has been cultivated for thousands of years, primarily for the production of wine. Grape berries accumulate a myriad of phenylpropanoid secondary metabolites, many of which are glucosylated in plantae More than 90 O-glucosyltransferases have been cloned and biochemically characterized from plants, only two of which have been isolated from Vitis spp. The world-wide economic importance of grapes as a crop plant, the human health benefits associated with increased consumption of grape-derived metabolites, the biological relevance of glucosylation, and the lack of information about Vitis glucosyltransferases has inspired the identification, cloning and biochemical characterization of five novel "family 1" O-glucosyltransferases from Concord grape (Vitis labrusca cv. Concord). Protein purification and associated protein sequencIng led to the molecular cloning of UDP-glucose: resveratrollhydroxycinnamic acid O-glucosyltransferase (VLRSGT) from Vitis labrusca berry mesocarp tissue. In addition to being the first glucosyltransferase which accepts trans-resveratrol as a substrate to be characterized in vitro, the recombinant VLRSGT preferentially produces the glucose esters of hydroxycinnamic acids at pH 6.0, and the glucosides of trans-resveratrol and flavonols at 'pH 9.0; the first demonstration of pH-dependent bifunctional glucosylation for this class of enzymes. Gene expression and metabolite profiling support a role for this enzyme in the bifuncitonal glucosylation ofstilbenes and hydroxycinnamic acids in plantae A homology-based approach to cloning was used to identify three enzymes from the Vitis vinifera TIGR grape gene index which had high levels of protein sequence iii identity to previously characterized UDP-glucose: anthocyanin 5-0-glucosyltransferases. Molecular cloning and biochemical characterization demonstrated that these enzymes (rVLOGTl, rVLOGT2, rVLOGT3) glucosylate the 7-0-position of flavonols and the xenobiotic 2,4,5-trichlorophenol (TCP), but not anthocyanins. Variable gene expression throughout grape berry development and enzyme assays with native grape berry protein are consistent with a role for these enzymes in the glucosylation of flavonols; while the broad substrate specificity, the ability of these enzymes to glucosylate TCP and expression of these genes in tissues which are subject to pathogen attack (berry, flower, bud) is consistent with a role for these genes in the plant defense response. Additionally, the Vitis labrusca UDP-glucose: flavonoid 3-0-glucosyltransferase (VL3GT) was identified, cloned and characterized. VL3GT has 96 % protein sequence identity to the previously characterized Vitis vinifera flavonoid 3-0-glucosyltransferase (VV3GT); and glucosylates the 3-0-position of anthocyanidins and flavonols in vitro. Despite high levels of protein sequence identity, VL3GT has distinct biochemical characteristics (as compared to VV3GT), including a preference for B-ring methylated flavonoids and the inability to use UDP-galactose as a donor substrate. RT-PCR analysis of VL3GT gene expression and enzyme assays with native grape protein is consistent with an in planta role for this enzyme in the glucosylation of anthocyanidins,but not flavonols. These studies reveal the power of combining several biochemistry- and molecular biology-based tools to identify, clone, biochemically characterize and elucidate the in planta function of several biologically relevant O-glucosyltransferases from Vitis spp.

The effects of yeast inoculation rate and acclimatization to juice on icewine fermentation /

Icewine is an intensely sweet, unique dessert wine fennented from the juice of grapes that have frozen naturally on the vine. The juice pressed from the frozen grapes is highly concentrated, ranging from a minimum of 35° Brix to approximately 42° Brix. Often Icewine fennentations are sluggish, taking months to reach the desired ethanol level, and sometimes become stuck. In 6 addition, Icewines have high levels of volatile acidity. At present, there is no routine method of yeast inoculation for fennenting Icewine. This project investigated two yeast inoculum levels, 0.2 gIL and 0.5 gIL. The fennentation kinetics of inoculating these yeast levels directly into the sterile Icewine juice or conditioning the cells to the high sugar levels using a step wise acclimatization procedure were also compared. The effect of adding GO-FERM, a yeast nutrient, was also assessed. In the sterile fennentations, yeast inoculated at 0.2 gIL stopped fennenting before the required ethanol level was achieved, producing only 7.8% (v/v) and 8.1 % (v/v) ethanol for the direct and conditioned inoculations, respectively. At 0.5 gIL, the stepwise conditioned cells fennented the most sugar, producing 12.2% (v/v) ethanol, whereas the direct inoculum produced 10.5% (v/v) ethanol. The addition of the yeast nutrient GO-FERM increased the rate of biomass accumulation, but reduced the ethanol concentration in wines fennented at 0.5 gIL. There was no significant difference in acetic acid concentration in the final wines across all treatments. Fennentations using unfiltered Icewine juice at the 0.5 gIL inoculum level were also compared to see if the effects of yeast acclimatization and micronutrient addition had the same impact on fennentation kinetics and yeast metabolite production as observed in the sterile-filtered juice fennentations. In addition, a full descriptive analysis of the finished wines was carried out to further assess the impact of yeast inoculation method on Icewine sensory quality. At 0.5 gIL, the stepwise conditioned cells fennented the most sugar, producing 11.5% (v/v) ethanol, whereas the direct inoculum produced 10.0% (v/v) ethanol. The addition of the yeast nutrient GO-FERM increased the peak viable cell numbers, but reduced the ethanol concentration in wines fennented at 0.5 gIL. There was a significant difference 7 in acetic acid concentration in the final wines across all treatments and all treatments affected the sensory profiles of the final wines. Wines produced by direct inoculation were described by grape and raisin aromas and butter flavour. The addition of GO-FERM to the direct inoculation treatment shifted the aroma/flavour profiles to more orange flavour and aroma, and a sweet taste profile. StepWise acclimatizing the cells resulted in wines described more by peach and terpene aroma. The addition of GO-FERM shifted the profile to pineapple and alcohol aromas as well as alcohol flavour. Overall, these results indicate that the addition of GO-FERM and yeast acclimatization shortened the length of fermentation and impacted the sensory profiles of the resultant wines.

Localization and functional characterization of iridoid biosynthetic genes in Catharanthus roseus /

Catharanthus roseus is the sole biological source of the medicinal compounds vinblastine and vincristine. These chemotherapeutic compounds are produced in the aerial organs of the plant, however they accumulate in small amounts constituting only about 0.0002% of the fresh weight of the leaf. Their limited biological supply and high economical value makes its biosynthesis important to study. Vinblastine and vincristine are dimeric monoterpene indole alkaloids, which consists of two monomers vindoline and catharanthine. The monoterpene indole alkaloids (MIA's) contain a monoterpene moiety which is derived from the iridoid secologanin and an indole moiety tryptamine derived from the amino acid tryptophan. The biosynthesis of the monoterpene indole alkaloids has been localized to at least three cell types namely, the epidermis, the laticifer and the internal phloem assisted parenchyma. Carborundum abrasion (CA) technique was developed to selectively harvest epidermis enriched plant material. This technique can be used to harvest metabolites, protein or RNA. Sequencing of an expressed sequence tagged (EST) library from epidermis enriched mRNA demonstrated that this cell type is active in synthesizing a variety of secondary metabolites namely, flavonoids, lipids, triterpenes and monoterpene indole alkaloids. Virtually all of the known genes involved in monterpene indole alkaloid biosynthesis were sequenced from this library.This EST library is a source for many candidate genes involved in MIA biosynthesis. A contig derived from 12 EST's had high similarity (E'^') to a salicylic acid methyltransferase. Cloning and functional characterization of this gene revealed that it was the carboxyl methyltransferase imethyltransferase (LAMT). In planta characterization of LAMT revealed that it has a 10- fold enrichment in the leaf epidermis as compared to the whole leaf specific activity. Characterization of the recombinant enzyme revealed that vLAMT has a narrow substate specificity as it only accepts loganic acid (100%) and secologanic acid (10%) as substrates. rLAMT has a high Km value for its substrate loganic acid (14.76 mM) and shows strong product inhibition for loganin (Kj 215 |iM). The strong product inhibition and low affinity for its substrate may suggest why the iridoid moiety is the limiting factor in monoterpene indole alkaloid biosynthesis. Metabolite profiling of C. roseus organs shows that secologanin accumulates within these organs and constitutues 0.07- 0.45% of the fresh weight; however loganin does not accumulate within these organs suggesting that the product inhibition of loganin with LAMT is not physiologically relevant. The limiting factor to iridoid and MIA biosynthesis seems to be related to the spatial separation of secologanin and the MIA pathway, although secologanin is synthesized in the epidermis, only 2-5% of the total secologanin is found in the epidermis while the remaining secologanin is found within the leaf body inaccessable to alkaloid biosynthesis. These studies emphasize the biochemical specialization of the epidermis for the production of secondary metabolites. The epidermal cells synthesize metabolites that are sequestered within the plant and metabolites that are secreted to the leaf surface. The secreted metabolites comprise the epidermome, a layer separating the plant from its environment.

The Structural and Functional Changes of Blood Vessels during Aging

The vascular adventitia is recognized as a dynamic mediator of vascular structure and function, yet its role in aging is not understood. The purpose of this thesis was to examine the age-related changes of the vascular adventitia and determine the underlying mediators responsible. Male Sprague-Dawley rats were aged to 15, 30, 50 and 80 weeks before being anesthetised and euthanized by exsanguination. Thoracic aortas, mesenteric and pudental arteries were isolated, formalin fixed, and embedded in paraffin then sectioned at 5μm. Vessels were examined by microscopy and protein expression was determined by indirect immunofluorescence. The thickness of the adventitia increased dramatically with age. Immunofluorescence revealed a robust expression of endothelin system proteins in the adventitia. Additionally, extracellular matrix proteins collagen and fibronectin, and the proliferation marker Ki67 showed strong adventitial origin. The changes observed in the vascular adventitia with aging clearly demonstrate an important role in the process of vascular aging.

The structural and functional changes of blood vessels during aging

The vascular adventitia is recognized as a dynamic mediator of vascular structure and function, yet its role in aging is not understood. The purpose of this thesis was to examine the age-related changes of the vascular adventitia and determine the underlying mediators responsible. Male Sprague-Dawley rats were aged to 15,30,50 and 80 weeks before being anesthetised and euthanized by exsanguination. Thoracic aortas, mesenteric and pudental arteries were isolated, formalin fixed, and embedded in paraffin then sectioned at 51lm. Vessels were examined by microscopy and protein expression was determined by indirect immunofluorescence. The thickness of the adventitia increased dramatically with age. Immunofluorescence revealed a robust expression of endothelin system proteins in the adventitia. Additionally, extracellular matrix proteins collagen and fibronectin, and the proliferation marker Ki67 showed strong adventitial origin. The changes observed in the vascular adventitia with aging clearly demonstrate an important role in the process of vascular aging.

Functional genomics of BAHD acyltransferases in different varieties of the wine grape, Vilis vinifera

The characteristic "foxy" aroma of Vilis labrusca Concord grapes is due in large part to methyl anthranilate, a volatile ester formed by the enzyme anthraniloyl- CoA:methanol anthraniloyltransferase (VIAMAT) of the superfamily of BARD acyltransferases. The publication of the genome ofthe closely related wine grape Vilis vinifera, which does not accumulate methyl anthranilate, permitted the searching for any putative VlAU4T-like genes, with the result of 5 highly homologous candidates being found, with one candidate sharing 95% identity to VlAU4T. Probing the gene expression of 18 different cultivars of V. vinifora ripe berries by RT -PCR showed that many varieties do indeed express VlAU4T-like genes. Subsequent cloning of the full-length open reading frame of one of these genes from eDNA prepared from the cultivar Sauvignon Blanc permitted preliminary biochemical characterization of the enzyme after heterologous expression in E. coli. It was determined that this alcohol acyltransferase (named VvsbAATl) catalyzes the formation of cis-3-hexenyl acetate, a "green-leaf' volatile. Although the cloned gene from Sauvignon Blanc had 95% identity at the amino acid level to VIAMAT, it displayed an altered substrate specificity and expression pattern. These results highlight the difficulty in predicting substrate specificity and function of enzymes through the basis of sequence homology, which is a common finding in the study of BARD acyltransferases. Also, the determination of function of VvsbAATl and other BARD acyltransferases in V. vinifera could be used as a genetic marker for certain aroma characteristics in grape breeding programs.

Functional Characterization of Monoterpenoid Indole Alkaloid (MIA) Biosynthetic Genes in Catharanthus roseus

The monoterpenoid indole alkaloids (MIAs) of Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) are known to be among the most important source of natural drugs used in various cancer chemotherapies. MIAs are derived by combining the iridoid secologanin with tryptamine to form the central precursor strictosidine that is then converted to most known MIAs, such as catharanthine and vindoline that dimerize to form anticancer vinblastine and vincristine. While their assembly is still poorly understood, the complex multistep pathways involved occur in several specialized cell types within leaves that are regulated by developmental and environmental cues. The organization of MIA pathways is also coupled to secretory mechanisms that allow the accumulation of catharanthine in the waxy leaf surface, separated from vindoline found within leaf cells. While the spatial separation of catharanthine and vindoline provides an explanation for the low levels of dimeric MIAs found in the plants, the secretion of catharanthine to the leaf surface is shown to be part of plant defense mechanisms against fungal infection and insect herbivores. The transcriptomic databases of Catharanthus roseus and various MIA producing plants are facilitating bioinformatic approaches to identify novel MIA biosynthetic genes. Virus-induced gene silencing (VIGS) is being used to screen these candidate genes for their involvement in iridoid biosynthesis pathway, especially in the identification of 7-deoxyloganic acid 7-hydroxylase (CrDL7H) shown by the accumulation of its substrate, 7-deoxyloganic acid and decreased level of secologanin along with catharanthine and vindoline. VIGS can also confirm the biochemical function of genes being identified, such as in the glucosylation of 7-deoxyloganetic acid by CrUGT8 shown by decreased level of secologanin and MIAs within silenced plants. Silencing of other iridoid biosynthetic genes, loganic acid O-methyltransferase (LAMT) and secologanin synthase (SLS) also confirm the metabolic route for iridoid biosynthesis in planta through 7-deoxyloganic acid, loganic acid, and loganin intermediates. This route is validated by high substrate specificity of CrUGT8 for 7-deoxyloganetic acid and CrDL7H for 7-deoxyloganic acid. Further localization studies of CrUGT8 and CrDL7H also show that these genes are preferentially expressed within Catharanthus leaves rather than in epidermal cells where the last two steps of secologanin biosynthesis occur.

Influence of functional groups of activated carbon in the anchoring of iron particles by forced hydrolysis and its use to remove hexavalent chromiun from aqueous solutions.

Tesis (Master of Science with orientation in Sustainable Processes) UANL, 2014.

Morphological and functional characterization of placenta during gestation in bovine clones derived by somatic nuclear transfer

La technique de clonage par transfert nucléaire de cellules somatiques (SCNT) présente une page importante dans les annales scientifiques, mais son application pratique demeure incertaine dû à son faible taux de succès. Les anomalies placentaires et de développement fœtal se traduisent par des pertes importantes de gestation et des mortalités néonatales. Dans un premier temps, la présente étude a caractérisé les changements morphologiques des membranes fœtales durant la gestation clonée en les comparant à des gestations contrôles obtenues à partir de l’insémination artificielle. Les différentes anomalies morphologiques des placentomes telles que l’œdème chorioallantoique, la présence de zones hyperéchoiques et irrégulières dans la membrane amniotique et la présence de cellules inflammatoires dégénérées compromettent le développement fœtal normal de la gestation clonée. L’examen ultrasonographique représente une technique diagnostique importante pour faire le suivi d’une gestation et de caractériser les changements placentaires dans le cadre d’évaluation globale du bien-être fœtal. Le profil hormonal de trois stéroïdes (progestérone (P4), estrone sulfate (E1S), et œstradiol (E2)) et de la protéine B spécifique de gestation (PSPB) dans le sérum des vaches porteuses de clones SCNT a été déterminé et associé aux anomalies de gestations clonées. Une diminution de la P4 sérique au jour 80, une élévation du niveau de la concentration de la PSPB au jour 150, et une augmentation de la concentration d’E2 sérique durant le deuxième et troisième tiers de la gestation clonée coïncident avec les anomalies de gestation déjà reportées. Ces changements du profil hormonal associés aux anomalies phénotypiques du placenta compromettent le déroulement normal de la gestation clonée et gênent le développement et le bien-être fœtal. Sur la base des observations faites sur le placenta de gestation clonée, le mécanisme moléculaire pouvant expliquer la disparition de l’épithélium du placenta (l’interface entre le tissue maternel et le placenta) a été étudié. L’étude a identifié des changements dans l’expression de deux protéines d’adhérence (E-cadhérin et β-catenin) de cellules épithéliales pouvant être associées aux anomalies du placenta chez les gestations clonées. Le tissu de cotylédons provenant de gestations clonées et contrôles a été analysé par Western blot, RT-PCR quantitatif, et par immunohistochimie. Les résultats présentaient une diminution significative (p<0.05) de l’expression des dites protéines dans les cellules trophoblastiques chez les gestations clonées. Le RT-PCR quantitatif démontrait que les gènes CCND1, CLDN1 et MSX1 ciblés par la voie de signalisation de la Wnt/β-catenin étaient significativement sous exprimés. La diminution de l’expression des protéines E-cadherin et β-catenin avec une réduction de l’activation de la protéine β-catenin durant le période d’attachement de l’embryon peut potentiellement expliquer l’absence totale ou partielle de l’attachement des membranes fœtales au tissu maternel et éventuellement, l’insuffisance placentaire caractéristique des gestations clonées chez la vache. La caractérisation morphologique et fonctionnelle du placenta durant les gestations clonées à haut risque est essentielle pour évaluer le statut de la gestation. Les résultats de la présente étude permettront de prédire le développement et le bien-être fœtal de façon critique à travers un protocole standardisé et permettre des interventions médicales pour améliorer le taux de succès des gestations clonées chez les bovins.

Functional organization of cutaneous reflex pathways during locomotion and reorganization following peripheral nerve and/or spinal cord lesions

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Quantitative functional neuroimaging of cerebral physiology in healthy aging

Les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont pour prémisse générale l’idée que le signal BOLD peut être utilisé comme un succédané direct de l’activation neurale. Les études portant sur le vieillissement cognitif souvent comparent directement l’amplitude et l’étendue du signal BOLD entre des groupes de personnes jeunes et âgés. Ces études comportent donc un a priori additionnel selon lequel la relation entre l’activité neurale et la réponse hémodynamique à laquelle cette activité donne lieu restent inchangée par le vieillissement. Cependant, le signal BOLD provient d’une combinaison ambiguë de changements de métabolisme oxydatif, de flux et de volume sanguin. De plus, certaines études ont démontré que plusieurs des facteurs influençant les propriétés du signal BOLD subissent des changements lors du vieillissement. L’acquisition d’information physiologiquement spécifique comme le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif permettrait de mieux comprendre les changements qui sous-tendent le contraste BOLD, ainsi que les altérations physiologiques et cognitives propres au vieillissement. Le travail présenté ici démontre l’application de nouvelles techniques permettant de mesurer le métabolisme oxydatif au repos, ainsi que pendant l’exécution d’une tâche. Ces techniques représentent des extensions de méthodes d’IRMf calibrée existantes. La première méthode présentée est une généralisation des modèles existants pour l’estimation du métabolisme oxydatif évoqué par une tâche, permettant de prendre en compte tant des changements arbitraires en flux sanguin que des changements en concentrations sanguine d’O2. Des améliorations en terme de robustesse et de précisions sont démontrées dans la matière grise et le cortex visuel lorsque cette méthode est combinée à une manipulation respiratoire incluant une composante d’hypercapnie et d’hyperoxie. Le seconde technique présentée ici est une extension de la première et utilise une combinaison de manipulations respiratoires incluant l’hypercapnie, l’hyperoxie et l’administration simultanée des deux afin d’obtenir des valeurs expérimentales de la fraction d’extraction d’oxygène et du métabolisme oxydatif au repos. Dans la deuxième partie de cette thèse, les changements vasculaires et métaboliques liés à l’âge sont explorés dans un groupe de jeunes et aînés, grâce au cadre conceptuel de l’IRMf calibrée, combiné à une manipulation respiratoire d’hypercapnie et une tâche modifiée de Stroop. Des changements de flux sanguin au repos, de réactivité vasculaire au CO2 et de paramètre de calibration M ont été identifiés chez les aînés. Les biais affectant les mesures de signal BOLD obtenues chez les participants âgés découlant de ces changements physiologiques sont de plus discutés. Finalement, la relation entre ces changements cérébraux et la performance dans la tâche de Stroop, la santé vasculaire centrale et la condition cardiovasculaire est explorée. Les résultats présentés ici sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle une meilleure condition cardiovasculaire est associée à une meilleure fonction vasculaire centrale, contribuant ainsi à l’amélioration de la santé vasculaire cérébrale et cognitive.

Identification et caractérisation d’une souris mutante Skam26Jus comme un nouveau modèle des anomalies du tube neural

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales très fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés sur 1000 naissances. Elles résultent d’une fermeture incomplète du tube neural lors de l’embryogenèse. L’étiologie des ATN est complexe impliquant des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. La souris représente un outil puissant afin de mieux comprendre la génétique des ATN. Particulièrement, la souris modèle a impliqué fortement la voie de la polarité cellulaire planaire (PCP) dans ces malformations. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé une nouvelle souris mutante, Skam26Jus dans le but d’identifier un nouveau gène causant les ATN. Skam26Jus a été générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera. Cette souris est caractérisée par une queue en forme de boucle ou de crochet, soit un phénotype associé aux ATN. La complémentation génétique de la souris Skam26Jus avec une souris mutante d’un gène de la voie PCP Vangl2 (Looptail) a montré une interaction génétique entre le gène muté chez Skam26Jus et Vangl2, suggérant que ces deux gènes fonctionnent dans des voies de signalisation semblables ou parallèles. Un total de 50% des embryons doubles hétérozygotes avec un phénotype de la queue présentent un spina bifida. La cartographie par homozygotie du génome entier suivie par un clonage positionnel a permis d’identifier Lrp6 comme le gène muté chez Skam26Jus. Une mutation homozygote, p.Ile681Arg, a été identifiée dans Lrp6 chez les souris ayant une queue en boucle/crochet. Cette mutation était absente dans 30 souches génétiques pures indiquant que cette mutation est spécifique au phénotype observé. Une étude de phénotype-génotype évalue la pénétrance à 53 % de la mutation Ile681Arg. Lrp6 est connu pour activer la voie canonique Wnt/β-caténine et inhiber la voie non canonique Wnt/PCP. Le séquençage de la région codante et de la jonction exon-intron de LRP6 chez 268 patients a mené à l’identification de quatre nouvelles rares mutations faux sens absentes chez 272 contrôles et de toutes les bases de données publiques. Ces mutations sont p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile; p.Tyr1541Cys et leur pathogénicité prédite in silico indiquent que p.Val1386Ile est bénigne, et que p.Tyr306Hiset p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys sont i possiblement dommageables. Les mutations p.Tyr306His, p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys ont affecté l’habilité de LRP6 d’activer la voie Wnt/β-caténine en utilisant le système rapporteur luciférase de pTOPflash. Nos résultats suggèrent que LRP6 joue un rôle dans le développement des ATN chez une petite fraction de patients ayant une ATN. Cette étude présente aussi Skam26Jus comme un nouveau modèle pour étudier les ATN chez l’humain et fournit un outil important pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine des A TN.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Biochemical and functional characterization of the tumor suppressors BRCA1 and BAP1

L’ubiquitination est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle majeur dans la régulation d’une multitude de processus cellulaires. Dans cette thèse, je discuterai de la caractérisation de deux protéines, BRCA1 et BAP1, soit deux suppresseurs de tumeurs fonctionnellement reliés. BRCA1, une ubiquitine ligase qui catalyse la liaison de l’ubiquitine à une protéine cible, est mutée dans les cancers du sein et de l'ovaire. Il est bien établi que cette protéine aide à maintenir la stabilité génomique suite à un bris double brin de l’ADN (BDB), et ce, à l’aide d’un mécanisme de réparation bien caractérisé appelé recombinaison homologue. Cependant, les mécanismes de régulation de BRCA1 suite à des stresses génotoxiques n’impliquant pas directement un BDB ne sont pas pleinement élucidés. Nous avons démontré que BRCA1 est régulée par dégradation protéasomale suite à une exposition des cellules à deux agents génotoxiques reconnus pour ne pas directement générer des BDBs, soit les rayons UV, qui provoquent la distorsion de l’hélice d’ADN, et le méthyle méthanesulfonate (MMS), qui entraîne l’alkylation de l’ADN. La dégradation de BRCA1 est réversible et indépendante des kinases associées à la voie des PI3 kinase, soit ATM, ATR et DNA-PK, protéines qui sont rapidement activées par les dommages à l’ADN. Nous proposons que la dégradation de BRCA1 prévienne son recrutement intempestif, ainsi que celui des facteurs qui lui sont associés, à des sites de dommages d’ADN qui ne sont pas des BDBs, et que cette régulation coordonne la réparation de l’ADN. L’enzyme de déubiquitination BAP1 a initialement été identifiée comme une protéine capable d’interagir avec BRCA1 et de réguler sa fonction. Elle est également connue pour sa capacité à se lier avec les protéines du groupe Polycomb, ASXL1 et ASXL2. Cependant, l’importance de ces interactions n’a toujours pas été établie. Nous avons démontré que BAP1 forme deux complexes protéiques mutuellement exclusifs avec ASXL1 et ASXL2. Ces interactions sont critiques pour la liaison de BAP1 à l’ubiquitine ainsi que pour la stimulation de son activité enzymatique envers l’histone H2A. Nous avons également identifié des mutations de BAP1 dérivées de cancers qui empêchent à la fois son interaction avec ASXL1 et AXSL2, et son activité de déubiquitinase, ce qui fournit un lien mécanistique direct entre la déubiquitination de H2A et la tumorigenèse. Élucider les mécanismes de régulation de BRCA1 et BAP1 menera à une meilleure compréhension de leurs rôles de suppresseurs de tumeurs, permettant ainsi d’établir de nouvelles stratégies de diagnostic et traitement du cancer.