Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.

Analyse du métabolisme du soufre de la bactérie autotrophique acidophile Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière.

Le nombre d’Avogadro en prend pour son rhume : l’homéopathie en question.

Même si de plus en plus de psychoéducateurs utilisent des approches appuyées sur des données probantes, ils sont également confrontés dans leur pratique quotidienne à des approches dites alternatives dont la validité, dans la majorité des cas, reste à démontrer. Parmi celles-ci, l’homéopathie prétend traiter un ensemble de problèmes psychosociaux dont le TDAH, les troubles d’apprentissage, l’anxiété, la peur, etc. L’objectif de cet article est de considérer la pertinence de cette approche non seulement pour traiter les problèmes psychosociaux mais également l’ensemble des troubles qu’elle prétend soigner. Cet article comprend cinq parties. Dans la première, nous situons l’histoire de l’homéopathie dans le cadre de la chimie et de la pharmacologie modernes. La deuxième est consacrée à ce qu’il est convenu maintenant d’appeler « l’affaire de la mémoire de l’eau » que des homéopathes ont tenté de récupérer à leur profit pour justifier l’activité de leurs produits même lorsque la dilution de ceux-ci est telle qu’ils ne contiennent plus de molécule active. Au cours de la troisième partie, nous faisons état de la recherche concernant l’efficacité des traitements homéopathiques. Dans la quatrième partie, nous montrons brièvement que l’homéopathie vétérinaire n’est pas plus efficace que l’homéopathie appliquée aux humains. Dans la cinquième partie, nous soulevons quelques aspects éthiques en soulignant entre autres éléments que la prescription des produits homéopathiques et l’utilisation des « vaccins » de même nature ne sont pas sans conséquences.

Une Innovation didactique basée sur les nanotechnologies au lycée: quels effets sur la dynamique professionnelle des enseignants?

Une nouvelle stratégie éducative a associé durant trois ans (2006-2009), au sein d’un lycée toulousain, enseignants du secondaire et chercheurs en sciences (CNRS-LAAS) et sciences humaines (ERT 64-GRIDIFE). Dans une classe de Terminale Scientifique, elle permet de combiner enseignement scientifique (mathématiques, physique-chimie, Sciences de la Vie et de la Terre) et enseignement aux « humanités » (philosophie, histoire-géographie-Éducation Civique, Juridique et Sociale (ECJS), anglais). Cette ingénierie d’éducation citoyenne des sciences repose sur l’enseignement des nanotechnologies. Ces dernières touchent de nombreux secteurs d’application et sont appelées à connaître un fort développement dans la société, engendrant de ce fait, de nombreux bouleversements en matière de développements économiques et industriels mais aussi de questionnements sur les relations entre sciences, technologies et société1. L’ingénierie d’éducation citoyenne aux sciences met l’accent sur la complémentarité entre formation scientifique et éthique pour éduquer les futurs citoyens à faire face à l’incertitude liée aux technosciences et leur impact sur la société (Désautels, 2002 ; Bensaude-Vincent, 2009)

Le Chercheur dans l'institution scolaire: l'analyse de l'enseignement des nanobiotechnologies dans une classe de terminale scientifique

Nous présentons dans cette communication une expérimentation innovante basée sur l'enseignement des nanotechnologies. Débutée en 2006, elle s’inscrit sur une durée de 3 ans. Les élèves participant à ce projet pourront observer et mener des expériences à l’échelle moléculaire, comprendre les propriétés nouvelles de la matière liées à cette dimension de réduction dans le but d’application spécifiques, impliquant les outils mathématiques, physiques et chimie ainsi que la biologie. L’interdisciplinarité est un des fondements de ce projet qui a mobilisé la collaboration d'enseignants de diverses disciplines

Synthesis of unusual alpha-amino acids and study of the effect of their incorporation into antimicrobial peptides. Total synthesis of biactive marine natural products and analogues thereof

The principle theme of this thesis was the synthesis of bioactive compounds. To this end, this work was focus on two main projects. The first one, which was carried out in the Department of Chemistry of the University of Girona under the supervision of Dr Montserrat Heras, concerned the synthesis of new unnatural amino acids bearing a pyrimidine ring within their side chain for incorporation into the antimicrobial peptide BP100 following a rational design in order to improve its biological profile. On the other hand, the second chapter of this thesis was developed in collaboration with the Laboratoire de Chimie Organique (ESPCI-ParisTech, Paris, France) under the guidance of Pr Janine Cossy and Dr Arseniyadis. This chapter was centered on the total synthesis of three marine natural products with complex structures and interesting biological activities: acremolide B, (–) bitungolide F and lyngbouilloside.

Synthesis and crystal structure of a 3-D zinc phosphate, [C5N2H14][Zn-2(PO3(OH))(3)], containing (4.8) net sheets

A new 3-D zinc phosphate, [C5N2H14][Zn-2(PO3(OH))(3)], has been synthesised under solvothermal conditions in the presence of 1-methylpiperazine. The structure, determined by single-crystal X-ray diffraction at 293 K (RMM = 520.9, orthorhombic, space group P2(1)2(1)2(1); a = 10.0517(2) &ANGS;, b = 10.4293(2) &ANGS; and c = 14.9050(5) &ANGS;; V = 1562.52 &ANGS;(3); Z = 4; R(F) = 2.60%, wR(F) = 2.93%), consists of vertex linked ZnO4 and PO3(OH) tetrahedra assembled into (4.8) net sheets which in turn are linked through further PO3(OH) units to generate a 3-D framework. 1-Methylpiperazinium cations reside within the 3-D channel system, held in place by a strong network of hydrogen bonds. The (4.8) net sheets occur in a number of zeolite structures e.g. ABW and GIS and related zinc phosphate phases. © 2004 Academie des sciences. Published by Elsevier SAS. All rights reserved.

Preparation of enantiopure long chain threo-2-amino-3-hydroxyesters via chiral morpholinone-derived azomethine ylids

The synthetic approach to threo-2-amino-3-hydroxyesters possessing long alkyl chains outlined herein centres on the generation of chiral azomethine ylids by reaction of (5R)-5-phenyl-morpholin-2-one, (R)-(1), with long chain aldehydes. In the presence of a second equivalent of aldehyde, the azomethine ylid can be trapped to afford a cycloadduct with three new stereodefined centres. Degradation of the cycloadduct allows entry to beta-substituted-alpha-amino acid derivatives, which have potential as building blocks for sphingosine synthesis.

Synthesis and crystal structure of a 3-D zinc phosphate, [C5N2H14][Zn2(PO3(OH))3], containing (4.8) net sheets

A new 3-D zinc phosphate, [C5N2H14][Zn-2(PO3(OH))(3)], has been synthesised under solvothermal conditions in the presence of 1-methylpiperazine. The structure, determined by single-crystal X-ray diffraction at 293 K (RMM = 520.9, orthorhombic, space group P2(1)2(1)2(1); a = 10.0517(2) &ANGS;, b = 10.4293(2) &ANGS; and c = 14.9050(5) &ANGS;; V = 1562.52 &ANGS;(3); Z = 4; R(F) = 2.60%, wR(F) = 2.93%), consists of vertex linked ZnO4 and PO3(OH) tetrahedra assembled into (4.8) net sheets which in turn are linked through further PO3(OH) units to generate a 3-D framework. 1-Methylpiperazinium cations reside within the 3-D channel system, held in place by a strong network of hydrogen bonds. The (4.8) net sheets occur in a number of zeolite structures e.g. ABW and GIS and related zinc phosphate phases. © 2004 Academie des sciences. Published by Elsevier SAS. All rights reserved.

A new interpretation of the bonding properties and UV–vis spectra of [M3(CO)12] clusters (M = Ru, Os): a TD-DFT study

DFT and TD-DFT calculations (ADF program) were performed in order to analyze the electronic structure of the [M-3(CO)(12)] clusters (M = Ru, Os) and interpret their electronic spectra. The highest occupied molecular orbitals are M-M bonding (sigma) involving different M-M bonds, both for Ru and Os. They participate in low-energy excitation processes and their depopulation should weaken M-M bonds in general. While the LUMO is M-NI and M-CO anti-bonding (sigma*), the next, higher-lying empty orbitals have a main contribution from CO (pi*) and either a small (Ru) or an almost negligible one (Os) from the metal atoms. The main difference between the two clusters comes from the different nature of these low-energy unoccupied orbitals that have a larger metal contribution in the case of ruthenium. The photochemical reactivity of the two clusters is reexamined and compared to earlier interpretations.

Reactions of toluquinone - cyclopentadiene Diels -Alder epoxide adducts with nucleophiles under heterogeneous conditions

Toluquinone-cyclopentadiene Diels-Alder epoxide adducts react with sulfur and oxygen nucleophiles under heterogeneous conditions, leading to products resulting from the epoxide ring opening and from skeletal rearrangement, respectively. Pyrolysis of the sulfanyl adducts gave the new 3-sulfanyltoluquinones (1).

Sensing hazardous metal ions using a fluoroionophore calix[4]arene species containing two 8-oxyquinoline groups

The interaction of a calix[4]arene-based species containing two 8-oxyquinoline chromophore pendants with hazardous metal ions has been investigated using optical absorption and fluorimetric techniques. In the presence of Hg(2+), Cd(2+), and Pb(2+) ions, there is only a small decrease of the calixarene absorption band at 283 nm. The main changes are associated with the absorption band of the 8-oxyquinoline group at 315 nm, undergoing a systematic bathochromic shift to above 350 nm. In addition, a systematic decrease of the oxyquinoline emission at lambda(em) = 392 nm (lambda(exc) = 315 nm) has been observed. These observations are consistent with the coordination of the metal ions to the quinoline groups attached to the calixarene ligand, providing a useful fluoroinophore species for analytical purposes.

Studies on chemo- and diastereo-selectivity of the Diels-Alder reactions of sulfinyltoluquinones with cyclopentadiene

Sulfinyltoluquinones (2a-2c) were submitted to thermal or catalyzed [4+2] cycloaddition reactions with cyclopentadiene. For p-tolylsulfinyltoluquinones (2b) and (2c), almost complete C2-C3-chemo- and unlike-diastereoselectivity was achieved by catalysis with ZnBr(2), yielding adducts 6. Under thermal conditions, Diels-Alder reaction took place at the C5-C6 double bonds of quinones 2a-2c, generating mixtures of diastereoisomeric like- and unlike-adducts 4.

Ensino: o elo mais fraco da cadeia científica

Nesta Dissertações discutimos - com base na epistemologia de Bachelard - os problemas mais gerais que cercam atualmente o ensino das ciências físicas (química e física) no segundo grau. Tivemos por meta examinar o papel cumprido pelas diversas correntes filosóficas que, a partir da modernidade, influenciaram amplamente a cultura científica, destacando as consequências mais significativas para o ensino da Química e da física. Para melhor compreender esses reflexos, fizemos também uma pesquisa de campo junto aos professores de química e física Que lecionam no município do Rio de Janeiro. A partir daí foi possível evidenciar a situação de fragilidade do ensino secundário de tais ciências e propor alternativas para a modificação desse Quadro tão negativo.