Normal human serum contains high levels of anti-Gal alpha 1-4GlcNAc antibodies

BACKGROUND: Natural xenoreactive antibodies (Abs) directed against the Bdi-epitope (Gal alpha 1-3Gal beta) on the cells of non-primate mammals take part in hyperacute rejection of xenotransplanted organs. We found that some Abs, which were one-step affinity purified on Bdi-Sepharose, cross-reacted with the disaccharide Gal alpha 1-4GlcNAc beta. The epitope Gal alpha 1-4GlcNAc has not been identified on mammals or bacterial polysaccharides yet. METHODS: To isolate the antibodies of the corresponding specificity the disaccharide was immobilized on Sepharose and antibodies were affinity purified from pooled serum of blood group O individuals. RESULTS: These one-step purified Abs cross-reacted with Bdi, but after a prior absorption step on Bdi-Sepharose no cross-reactivity with Bdi was observed any longer. Surprisingly, the quantity of anti-Gal alpha 1-4GlcNAc isolated from the same serum pool, 4-7 microg/ml, was equal to that of anti-Bdi or more. Independently of ABO blood groups all the tested healthy donors had anti-Gal alpha 1-4GlcNAc Abs at a similar level. Monospecific anti-Gal alpha 1-4GlcNAc Abs were not cytotoxic towards porcine cells. CONCLUSIONS: 1. The actual concentration of monospecific, xenoreactive Gal alpha 1-3Gal beta Abs in blood may be considerably lower than the value referred to in the literature for 'anti-alpha Gal' or 'anti-Galili' antibodies. 2. Anti-Gal alpha 1-4GlcNAc Abs seem not to be important for xenotransplantation.

Endothelial cell protection and complement inhibition in xenotransplantation: a novel in vitro model using whole blood

BACKGROUND: Studying the interactions between xenoreactive antibodies, complement and coagulation factors with the endothelium in hyperacute and acute vascular rejection usually necessitates the use of in vivo models. Conventional in vitro or ex vivo systems require either serum, plasma or anti-coagulated whole blood, making analysis of coagulation-mediated effects difficult. Here a novel in vitro microcarrier-based system for the study of endothelial cell (EC) activation and damage, using non-anticoagulated whole blood is described. Once established, the model was used to study the effect of the characterized complement- and coagulation inhibitor dextran sulfate (DXS, MW 5000) for its EC protective properties in a xenotransplantation setting. METHODS: Porcine aortic endothelial cells (PAEC), grown to confluence on microcarrier beads, were incubated with non-anticoagulated whole human blood until coagulation occurred or for a maximum of 90 min. PAEC-beads were either pre- or co-incubated with DXS. Phosphate buffered saline (PBS) experiments served as controls. Fluid phase and surface activation markers for complement and coagulation were analyzed as well as binding of DXS to PAEC-beads. RESULTS: Co- as well as pre-incubation of DXS, followed by washing of the beads, significantly prolonged time to coagulation from 39 +/- 12 min (PBS control) to 74 +/- 23 and 77 +/- 20 min, respectively (P < 0.005 vs. PBS). DXS treatment attenuated surface deposition of C1q, C4b/c, C3b/c and C5b-9 without affecting IgG or IgM deposition. Endothelial integrity, expressed by positivity for von Willebrand Factor, was maintained longer with DXS treatment. Compared with PBS controls, both pre- and co-incubation with DXS significantly prolonged activated partial thromboplastin time (>300 s, P < 0.05) and reduced production of thrombin-antithrombin complexes and fibrinopeptide A. Whilst DXS co-incubation completely blocked classical pathway complement activity (CH50 test) DXS pre-incubation or PBS control experiments showed no inhibition. DXS bound to PAEC-beads as visualized using fluorescein-labeled DXS. CONCLUSIONS: This novel in vitro microcarrier model can be used to study EC damage and the complex interactions with whole blood as well as screen ''endothelial protective'' substances in a xenotransplantation setting. DXS provides EC protection in this in vitro setting, attenuating damage of ECs as seen in hyperacute xenograft rejection.

Locally targeted cytoprotection with dextran sulfate attenuates experimental porcine myocardial ischaemia/reperfusion injury

AIMS: Intravascular inflammatory events during ischaemia/reperfusion injury following coronary angioplasty alter and denudate the endothelium of its natural anticoagulant heparan sulfate proteoglycan (HSPG) layer, contributing to myocardial tissue damage. We propose that locally targeted cytoprotection of ischaemic myocardium with the glycosaminoglycan analogue dextran sulfate (DXS, MW 5000) may protect damaged tissue from reperfusion injury by functional restoration of HSPG. METHODS AND RESULTS: In a closed chest porcine model of acute myocardial ischaemia/reperfusion injury (60 min ischaemia, 120 min reperfusion), DXS was administered intracoronarily into the area at risk 5 min prior to reperfusion. Despite similar areas at risk in both groups (39+/-8% and 42+/-9% of left ventricular mass), DXS significantly decreased myocardial infarct size from 61+/-12% of the area at risk for vehicle controls to 39+/-14%. Cardioprotection correlated with reduced cardiac enzyme release creatine kinase (CK-MB, troponin-I). DXS abrogated myocardial complement deposition and substantially decreased vascular expression of pro-coagulant tissue factor in ischaemic myocardium. DXS binding, detected using fluorescein-labelled agent, localized to ischaemically damaged blood vessels/myocardium and correlated with reduced vascular staining of HSPG. CONCLUSION: The significant cardioprotection obtained through targeted cytoprotection of ischaemic tissue prior to reperfusion in this model of acute myocardial infarction suggests a possible role for the local modulation of vascular inflammation by glycosaminoglycan analogues as a novel therapy to reduce reperfusion injury.

Multimeric tyrosine sulfate acts as an endothelial cell protectant and prevents complement activation in xenotransplantation models

BACKGROUND: Activation of endothelial cells (EC) in xenotransplantation is mostly induced through binding of antibodies (Ab) and activation of the complement system. Activated EC lose their heparan sulfate proteoglycan (HSPG) layer and exhibit a procoagulant and pro-inflammatory cell surface. We have recently shown that the semi-synthetic proteoglycan analog dextran sulfate (DXS, MW 5000) blocks activation of the complement cascade and acts as an EC-protectant both in vitro and in vivo. However, DXS is a strong anticoagulant and systemic use of this substance in a clinical setting might therefore be compromised. It was the aim of this study to investigate a novel, fully synthetic EC-protectant with reduced inhibition of the coagulation system. METHOD: By screening with standard complement (CH50) and coagulation assays (activated partial thromboplastin time, aPTT), a conjugate of tyrosine sulfate to a polymer-backbone (sTyr-PAA) was identified as a candidate EC-protectant. The pathway-specificity of complement inhibition by sTyr-PAA was tested in hemolytic assays. To further characterize the substance, the effects of sTyr-PAA and DXS on complement deposition on pig cells were compared by flow cytometry and cytotoxicity assays. Using fluorescein-labeled sTyr-PAA (sTyr-PAA-Fluo), the binding of sTyr-PAA to cell surfaces was also investigated. RESULTS: Of all tested compounds, sTyr-PAA was the most effective substance in inhibiting all three pathways of complement activation. Its capacity to inhibit the coagulation cascade was significantly reduced as compared with DXS. sTyr-PAA also dose-dependently inhibited deposition of human complement on pig cells and this inhibition correlated with the binding of sTyr-PAA to the cells. Moreover, we were able to demonstrate that sTyr-PAA binds preferentially and dose-dependently to damaged EC. CONCLUSIONS: We could show that sTyr-PAA acts as an EC-protectant by binding to the cells and protecting them from complement-mediated damage. It has less effect on the coagulation system than DXS and may therefore have potential for in vivo application.

Endothelial cell protection by dextran sulfate: a novel strategy to prevent acute vascular rejection in xenotransplantation

We showed recently that low molecular weight dextran sulfate (DXS) acts as an endothelial cell (EC) protectant and prevents human complement- and NK cell-mediated cytotoxicity towards porcine cells in vitro. We therefore hypothesized that DXS, combined with cyclosporine A (CyA), could prevent acute vascular rejection (AVR) in the hamster-to-rat cardiac xenotransplantation model. Untreated, CyA-only, and DXS-only treated rats rejected their grafts within 4-5 days. Of the hearts grafted into rats receiving DXS in combination with CyA, 28% survived more than 30 days. Deposition of anti-hamster antibodies and complement was detected in long-term surviving grafts. Combined with the expression of hemoxygenase 1 (HO-1) on graft EC, these results indicate that accommodation had occurred. Complement activity was normal in rat sera after DXS injection, and while systemic inhibition of the coagulation cascade was observed 1 h after DXS injection, it was absent after 24 h. Moreover, using a fluorescein-labeled DXS (DXS-Fluo) injected 1 day after surgery, we observed a specific binding of DXS-Fluo to the xenograft endothelium. In conclusion, we show here that DXS + CyA induces long-term xenograft survival and we provide evidence that DXS might act as a local EC protectant also in vivo.

Design of the blood group AB glycotope

Although the nature of the blood groups A and B has been comprehensively studied for a long time, it is still unclear as to what exactly is the epitope that is recognized by antibodies having AB specificity, i.e. monoclonal and polyclonal antibodies which are capable of interacting equally well with the antigens GalNAcalpha 1-3(Fucalpha 1-2)Gal (A trisaccharide) and Galalpha 1-3(Fucalpha 1-2)Gal (B trisaccharide), but do not react with their common fragment Fucalpha 1-2Gal. We have supposed that besides Fucalpha 1-2Gal, A and B antigens have one more shared epitope. The trisaccharides A and B are practically identical from the conformational point of view, the only difference being situated at position 2 of Galalpha residue, i.e. trisaccharide A has a NHAc group, whereas trisaccharide B has a hydroxyl group (see formulas). We have hypothesized that the AB-epitope should be situated in the part of the molecule that is opposite to the NHAc group of GalNAc residue. In order to test this hypothesis we have synthesized a polymeric conjugate in such a way that de-N-acetylated A-trisaccharide is attached to a polymer via the nitrogen in position C-2 of the galactosamine residue. In this conjugate the supposed AB-epitope should be maximally accessible for antibodies from the solution, whereas the discrimination site of antigens A and B by the antibodies should be maximally hidden due to the close proximity of the polymer. Interaction with several anti-AB monoclonal antibodies revealed that a part of them really interacted with the synthetic AB-glycotope, thus confirming our hypothesis. Moreover, similar antibodies were revealed in the blood of healthy blood group 0 donors. Analysis of spatial models was performed in addition to identify the hydroxyl groups of Fuc, Galalpha, and Galbeta residues, which are particularly involved in the composition of the AB-glycotope.

Occupational titles and supposed gender-neutrality : A corpus-based diachronic study on gender-neutral occupational titles in American English

Traditionally, some occupational titles have been explicitly marked for the gender of the group dominating the occupation. For example, in male-dominated occupations, titles often end with -man. However, since the second-wave feminist movement, several of the previously gender-biased titles have been supplemented by new, gender-neutral titles. Previous research has shown a discrepancy between researchers regarding the implications of these new titles. Some argue that the gender-neutral titles are only used for female referents, whereas others claim that gender-neutral titles, especially for male- dominated occupations, tend to still presuppose maleness. In the present paper, a corpus-based study is conducted on a few selected occupational titles. The aim is to investigate whether the gender-neutral alternatives have increased in usage over time, and whether the gender-biased ones have decreased. In addition, the study aims at examining whether the gender-neutral forms tend to be used primarily for women or men. The present study is corpus-based, examining the particular terms in the TIME Magazine Corpus. The results of the study show that there has been an increase of the gender-neutral forms since their introduction to English, and that they are primarily used when there is no explicit gender referencing. Proposed explanations for these results are that it may depend on the type of work involved in the selected occupations, as well as them being male-dominated. Furthermore, the results indicate that the gender- neutral terms are opted for when gender is either unknown or irrelevant for the context. 

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Rôle du facteur de croissance transforming growth factor beta-1 (TGF[beta]1) dans la synthèse d'oestradiol par les follicules ovariens bovins

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

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Rôle du facteur de croissance transforming growth factor beta-1 (TGF[beta]1) dans la synthèse d'oestradiol par les follicules ovariens bovins

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

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.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Développement de stratégies et d'outils analytiques novateurs pour la détection de vaches atteintes de paratuberculose

La paratuberculose bovine est une maladie causée par la mycobactérie Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). Elle est responsable d’énormes pertes économiques dans le monde. En effet, cette maladie provoque la diminution de la production laitière chez les vaches ainsi qu’un état de fatigue général en raison d’une entérite chronique chez les sujets atteints. Des indices mettent également en évidence le potentiel zoonotique de MAP et malheureusement aucun traitement n’est connu à ce jour. Ainsi, les stratégies actuelles pour contrer la maladie dans les troupeaux reposent plutôt sur des actions préventives. Actuellement, le diagnostic de la paratuberculose reste difficile et la prévalence de la maladie est probablement sous-estimée dans les troupeaux en raison de la faible sensibilité des tests diagnostiques. Dans l’optique de développer une nouvelle méthode diagnostique pour la paratuberculose, ce projet de recherche s’est établi en deux étapes : la mise en place d’un système de diagnostic robuste des animaux par les méthodes de dépistage traditionnelles, incluant une étude comparative de l’efficacité de trousses commerciales, et finalement l’étude de la prolifération cellulaire spécifique des lymphocytes comme d’une épreuve diagnostique pour la maladie. Ainsi, la comparaison des trousses commerciales a démontré un écart d’efficacité qui a permis d’établir de nouvelles recommandations pour l’analyse des animaux ainsi que l’amélioration du diagnostic de la paratuberculose dans les troupeaux. Concernant le développement d’une méthode de diagnostique basée sur la prolifération lymphocytaire, de nombreuses difficultés techniques ont entravé le bon déroulement du projet mais ces travaux montrent la possibilité de caractériser de manière plus complète les différents types lymphocytaires par cytométrie de flux chez le bovin laitier.