Outer membrane vesicles from cold-adapted antarctic bacteria

Many Gram-negative, cold-adapted bacteria from the Antarctic environment produce large amounts of extracellular matter with potential biotechnological applications. Transmission electron microscopy (TEM) analysis after high-pressure freezing and freeze substitution (HPF-FS) showed that this extracellular matter is structurally complex, appearing around cells as a netlike mesh, and composed of an exopolymeric substance (EPS) containing large numbers of outer membrane vesicles (OMVs). Isolation, purification and protein profiling via 1D SDS-PAGE confirmed the outer membrane origin of these Antarctic bacteria OMVs. In an initial attempt to elucidate the role of OMVs in cold-adapted strains of Gram-negative bacteria, a proteomic analysis demonstrated that they were highly enriched in outer membrane proteins and periplasmic proteins associated with nutrient processing and transport, suggesting that the OMVs may be involved in nutrient sensing and bacterial survival. OMVs from Gram-negative bacteria are known to play a role in lateral DNA transfer, but the presence of DNA in these vesicles has remained difficult to explain. A structural study of Shewanella vesiculosa M7T using TEM and Cryo-TEM revealed that this Antarctic Gram-negative bacterium naturally releases conventional one-bilayer OMVs, together with a more complex type of OMV, previously undescribed, which on formation drags along inner membrane and cytoplasmic content and can therefore also entrap DNA.

Multidrug resistance protein 1 localization in lipid raft domains and prostasomes in prostate cancer cell lines

Background: One of the problems in prostate cancer (CaP) treatment is the appearance of the multidrug resistance phenotype, in which ATP-binding cassette transporters such as multidrug resistance protein 1 (MRP1) play a role. Different localizations of the transporter have been reported, some of them related to the chemoresistant phenotype. Aim: This study aimed to compare the localization of MRP1 in three prostate cell lines (normal, androgen-sensitive, and androgen-independent) in order to understand its possible role in CaP chemoresistance. Methods: MRP1 and caveolae protein markers were detected using confocal microscopy, performing colocalization techniques. Lipid raft isolation made it possible to detect these proteins by Western blot analysis. Caveolae and prostasomes were identified by electron microscopy. Results: We show that MRP1 is found in lipid raft fractions of tumor cells and that the number of caveolae increases with malignancy acquisition. MRP1 is found not only in the plasma membrane associated with lipid rafts but also in cytoplasmic accumulations colocalizing with the prostasome markers Caveolin-1 and CD59, suggesting that in CaP cells, MRP1 is localized in prostasomes. Conclusion: We hypothesize that the presence of MRP1 in prostasomes could serve as a reservoir of MRP1; thus, taking advantage of the release of their content, MRP1 could be translocated to the plasma membrane contributing to the chemoresistant phenotype. The presence of MRP1 in prostasomes could serve as a predictor of malignancy in CaP

Multidrug resistance protein 1 localization in lipid raft domains and prostasomes in prostate cancer cell lines

Background: One of the problems in prostate cancer (CaP) treatment is the appearance of the multidrug resistance phenotype, in which ATP-binding cassette transporters such as multidrug resistance protein 1 (MRP1) play a role. Different localizations of the transporter have been reported, some of them related to the chemoresistant phenotype. Aim: This study aimed to compare the localization of MRP1 in three prostate cell lines (normal, androgen-sensitive, and androgen-independent) in order to understand its possible role in CaP chemoresistance. Methods: MRP1 and caveolae protein markers were detected using confocal microscopy, performing colocalization techniques. Lipid raft isolation made it possible to detect these proteins by Western blot analysis. Caveolae and prostasomes were identified by electron microscopy. Results: We show that MRP1 is found in lipid raft fractions of tumor cells and that the number of caveolae increases with malignancy acquisition. MRP1 is found not only in the plasma membrane associated with lipid rafts but also in cytoplasmic accumulations colocalizing with the prostasome markers Caveolin-1 and CD59, suggesting that in CaP cells, MRP1 is localized in prostasomes. Conclusion: We hypothesize that the presence of MRP1 in prostasomes could serve as a reservoir of MRP1; thus, taking advantage of the release of their content, MRP1 could be translocated to the plasma membrane contributing to the chemoresistant phenotype. The presence of MRP1 in prostasomes could serve as a predictor of malignancy in CaP

Multidrug resistance protein 1 localization in lipid raft domains and prostasomes in prostate cancer cell lines

Background: One of the problems in prostate cancer (CaP) treatment is the appearance of the multidrug resistance phenotype, in which ATP-binding cassette transporters such as multidrug resistance protein 1 (MRP1) play a role. Different localizations of the transporter have been reported, some of them related to the chemoresistant phenotype. Aim: This study aimed to compare the localization of MRP1 in three prostate cell lines (normal, androgen-sensitive, and androgen-independent) in order to understand its possible role in CaP chemoresistance. Methods: MRP1 and caveolae protein markers were detected using confocal microscopy, performing colocalization techniques. Lipid raft isolation made it possible to detect these proteins by Western blot analysis. Caveolae and prostasomes were identified by electron microscopy. Results: We show that MRP1 is found in lipid raft fractions of tumor cells and that the number of caveolae increases with malignancy acquisition. MRP1 is found not only in the plasma membrane associated with lipid rafts but also in cytoplasmic accumulations colocalizing with the prostasome markers Caveolin-1 and CD59, suggesting that in CaP cells, MRP1 is localized in prostasomes. Conclusion: We hypothesize that the presence of MRP1 in prostasomes could serve as a reservoir of MRP1; thus, taking advantage of the release of their content, MRP1 could be translocated to the plasma membrane contributing to the chemoresistant phenotype. The presence of MRP1 in prostasomes could serve as a predictor of malignancy in CaP

Outer membrane vesicles from cold-adapted antarctic bacteria

Many Gram-negative, cold-adapted bacteria from the Antarctic environment produce large amounts of extracellular matter with potential biotechnological applications. Transmission electron microscopy (TEM) analysis after high-pressure freezing and freeze substitution (HPF-FS) showed that this extracellular matter is structurally complex, appearing around cells as a netlike mesh, and composed of an exopolymeric substance (EPS) containing large numbers of outer membrane vesicles (OMVs). Isolation, purification and protein profiling via 1D SDS-PAGE confirmed the outer membrane origin of these Antarctic bacteria OMVs. In an initial attempt to elucidate the role of OMVs in cold-adapted strains of Gram-negative bacteria, a proteomic analysis demonstrated that they were highly enriched in outer membrane proteins and periplasmic proteins associated with nutrient processing and transport, suggesting that the OMVs may be involved in nutrient sensing and bacterial survival. OMVs from Gram-negative bacteria are known to play a role in lateral DNA transfer, but the presence of DNA in these vesicles has remained difficult to explain. A structural study of Shewanella vesiculosa M7T using TEM and Cryo-TEM revealed that this Antarctic Gram-negative bacterium naturally releases conventional one-bilayer OMVs, together with a more complex type of OMV, previously undescribed, which on formation drags along inner membrane and cytoplasmic content and can therefore also entrap DNA.

Membrane emulsification in preparation of single site catalyst

In the theory part the membrane emulsification was studied. Emulsions are used in many industrial areas. Traditionally emulsions are prepared by using high shear in rotor-stator systems or in high pressure homogenizer systems. In membrane emulsification two immiscible liquids are mixed by pressuring one liquid through the membrane into the other liquid. With this technique energy could be saved, more homogeneous droplets could be formed and the amount of surfactant could be decreased. Ziegler-Natta and single-site catalysts are used in olefin polymerization processes. Nowadays, these catalysts are prepared according to traditional mixing emulsification. More homogeneous catalyst particles that have narrower particle size distribution might be prepared with membrane emulsification. The aim of the experimental part was to examine the possibility to prepare single site polypropylene catalyst using membrane emulsification technique. Different membrane materials and solidification techniques of the emulsion were examined. Also the toluene-PFC phase diagram was successfully measured during this thesis work. This phase diagram was used for process optimization. The polytetrafluoroethylene membranes had the largest contact angles with toluene and also the biggest difference between the contact angles measured with PFC and toluene. Despite of the contact angle measurement results no significant difference was noticed between particles prepared using PTFE membrane or metal sinter. The particle size distributions of catalyst prepared in these tests were quite wide. This would probably be fixed by using a membrane with a more homogeneous pore size distribution. It is also possible that the solidification rate has an effect on the particle sizes and particle morphology. When polymeric membranes are compared PTFE is probably still the best material for the process as it had the best chemical durability.

Recovery of biomass-derived valuable compounds using chromatographic and membrane separations

Utilization of biomass-based raw materials for the production of chemicals and materials is gaining an increasing interest. Due to the complex nature of biomass, a major challenge in its refining is the development of efficient fractionation and purification processes. Preparative chromatography and membrane filtration are selective, energy-efficient separation techniques which offer a great potential for biorefinery applications. Both of these techniques have been widely studied. On the other hand, only few process concepts that combine the two methods have been presented in the literature. The aim of this thesis was to find the possible synergetic effects provided by combining chromatographic and membrane separations, with a particular interest in biorefinery separation processes. Such knowledge could be used in the development of new, more efficient separation processes for isolating valuable compounds from complex feed solutions that are typical for the biorefinery environment. Separation techniques can be combined in various ways, from simple sequential coupling arrangements to fully-integrated hybrid processes. In this work, different types of combined separation processes as well as conventional chromatographic separation processes were studied for separating small molecules such as sugars and acids from biomass hydrolysates and spent pulping liquors. The combination of chromatographic and membrane separation was found capable of recovering high-purity products from complex solutions. For example, hydroxy acids of black liquor were successfully recovered using a novel multistep process based on ultrafiltration and size-exclusion chromatography. Unlike any other separation process earlier suggested for this challenging separation task, the new process concept does not require acidification pretreatment, and thus it could be more readily integrated into a pulp-mill biorefinery. In addition to the combined separation processes, steady-state recycling chromatography, which has earlier been studied for small-scale separations of high-value compounds only, was found a promising process alternative for biorefinery applications. In comparison to conventional batch chromatography, recycling chromatography provided higher product purity, increased the production rate and reduced the chemical consumption in the separation of monosaccharides from biomass hydrolysates. In addition, a significant further improvement in the process performance was obtained when a membrane filtration unit was integrated with recycling chromatography. In the light of the results of this work, separation processes based on combining membrane and chromatographic separations could be effectively applied for different biorefinery applications. The main challenge remains in the development of inexpensive separation materials which are resistant towards harsh process conditions and fouling.

Membrane properties of structurally modified ceramides : effects on lipid lateral distribution and sphingomyelin-interactions in artificial bilayer membranes

Ceramides comprise a class of sphingolipids that exist only in small amounts in cellular membranes, but which have been associated with important roles in cellular signaling processes. The influences that ceramides have on the physical properties of bilayer membranes reach from altered thermodynamical behavior to significant impacts on the molecular order and lateral distribution of membrane lipids. Along with the idea that the membrane physical state could influence the physiological state of a cell, the membrane properties of ceramides have gained increasing interest. Therefore, membrane phenomena related to ceramides have become a subject of intense study both in cellular as well as in artificial membranes. Artificial bilayers, the so called model membranes, are substantially simpler in terms of contents and spatio-temporal variation than actual cellular membranes, and can be used to give detailed information about the properties of individual lipid species in different environments. This thesis focuses on investigating how the different parts of the ceramide molecule, i.e., the N-linked acyl chain, the long-chain sphingoid base and the membrane-water interface region, govern the interactions and lateral distribution of these lipids in bilayer membranes. With the emphasis on ceramide/sphingomyelin(SM)-interactions, the relevance of the size of the SMhead group for the interaction was also studied. Ceramides with methylbranched N-linked acyl chains, varying length sphingoid bases, or methylated 2N (amide-nitrogen) and 3O (C3-hydroxyl) at the interface region, as well as SMs with decreased head group size, were synthesized and their bilayer properties studied by calorimetric and fluorescence spectroscopic techniques. In brief, the results showed that the packing of the ceramide acyl chains was more sensitive to methyl-branching in the mid part than in the distal end of the N-linked chain, and that disrupting the interfacial structure at the amide-nitrogen, as opposed to the C3-hydroxyl, had greater effect on the interlipid interactions of ceramides. Interestingly, it appeared that the bilayer properties of ceramides could be more sensitive to small alterations in the length of the long-chain base than what was previously reported for the N-linked acyl chain. Furthermore, the data indicated that the SM-head group does not strongly influence the interactions between SMs and ceramides. The results in this thesis illustrate the pivotal role of some essential parts of the ceramide molecules in determining their bilayer properties. The thesis provides increased understanding of the molecular aspects of ceramides that possibly affect their functions in biological membranes, and could relate to distinct effects on cell physiology.

Complementarity of radioautographic and immunohistochemical techniques for localizing neuroreceptors at the light and electron microscopy level

To assess relationships between neuropeptide-binding sites and receptor proteins in rat brain, the distribution of radioautographically labeled somatostatin and neurotensin-binding sites was compared to that of immunolabeled sst2A and NTRH receptor subtypes, respectively. By light microscopy, immunoreactive sst2A receptors were either confined to neuronal perikarya and dendrites or diffusely distributed in tissue. By electron microscopy, areas expressing somatodendritic sst2A receptors displayed only low proportions of membrane-associated, as compared to intracellular, receptors. Conversely, regions displaying diffuse sst2A labeling exhibited higher proportions of membrane-associated than intracellular receptors. Furthermore, the former showed only low levels of radioautographically labeled somatostatin-binding sites whereas the latter contained high densities of somatostatin-binding suggesting that membrane-associated receptors are preferentially recognized by the radioligand. In the case of NTRH receptors, there was a close correspondence between the light microscopic distribution of NTRH immunoreactivity and that of labeled neurotensin-binding sites. Within the substantia nigra, the bulk of immuno- and autoradiographically labeled receptors were associated with the cell bodies and dendrites of presumptive DA neurons. By electron microscopy, both markers were detected inside as well as on the surface of labeled neurons. At the level of the plasma membrane, their distribution was highly correlated and characterized by a lack of enrichment at the level of synaptic junctions and by a homogeneous distribution along the remaining neuronal surface, in conformity with the hypothesis of an extra-synaptic action of this neuropeptide. Inside labeled dendrites, there was a proportionally higher content of immunoreactive than radiolabeled receptors. Some of the immunolabeled receptors not recognized by the radioligand were found in endosome-like organelles suggesting that, as in the case of sst2A receptors, they may have undergone endocytosis subsequent to binding to the endogenous peptide

Characterization of the phosphorylation of thylakoid membrane proteins from cyanobacterium synechococcus sp. PCC 6301 in light state 1 and light state 2

The distribution of excitation energy between the two photosystems (PSII and PSI) of photosynthesis is regulated by the light state transition. Three models have been proposed for the mechanism of the state transition in phycobilisome (PBS) containing organisms, two involving protein phosphorylation. A procedure for the rapid isolation of thylakoid membranes and PBS fractions from the cyanobacterium Synechococcus m. PCC 6301 in light state 1 and light state 2 was developed. The phosphorylation of thylakoid and soluble proteins rapidly isolated from intact cells in state 1 and state 2 was investigated. 77 K fluorescence emission spectra revealed that rapidly isolated thylakoid membranes retained the excitation energy distribution characteristic of intact cells in state 1 and state 2. Phosphoproteins were identified by gel electrophoresis of both thylakoid membrane and phycobilisome fractions isolated from cells labelled with 32p orthophosphate. The results showed very close phosphoprotein patterns for either thylakoid membrane or PBS fractions in state 1 and state 2. These results do not support proposed models for the state transition which required phosphorylation of PBS or thylakoid membrane proteins.

Les gènes et protéines BSP chez la souris et l’humain : clonage, caractérisation, expression sous forme recombinante et étude des fonctions biologiques

L’infertilité affecte environ 15% des couples en âge de se reproduire. Dans près de la moitié des cas, des facteurs masculins sont à la base de l’infertilité, quoique les causes exactes demeurent souvent inconnues. Les spermatozoïdes de mammifères subissent une série d’étapes de maturation avant d’acquérir la capacité de féconder un ovocyte. Les premiers changements ont lieu à l’intérieur de l’épididyme, où les spermatozoïdes gagnent la capacité de se mouvoir ainsi que de reconnaître et d’interagir avec l’ovocyte. Suite à l’éjaculation, ils doivent subir une seconde série de modifications à l’intérieur du tractus génital femelle, nommée capacitation. Nous avons préalablement démontré que chez le bovin, la famille de protéines BSP (Binder of SPerm) est essentielle à la capacitation. Des homologues des BSP ont aussi été isolés du fluide séminal de porc, de bouc, de bélier, de bison et d’étalon. Malgré la détection d’antigènes apparentés aux BSP dans le fluide séminal de souris et d’humain, les homologues des BSP n’ont jamais été caractérisés chez ces espèces. Nous avons émis l’hypothèse que des homologues des BSP seraient exprimés chez la souris et l’humain et joueraient un rôle dans la maturation des spermatozoïdes. Nous avons démontré que des séquences homologues aux BSP sont présentes dans les génomes murin et humain. Le génome murin contient trois séquences; Bsph1, Bsph2a et Bsph2b, tandis qu’une seule séquence (BSPH1) a été identifée chez l’humain. Les séquences d’ADNc de Bsph1, Bsph2a et BSPH1 ont été clonées, tandis que Bsph2b serait probablement un pseudogène. Les trois gènes sont exprimés uniquement dans l’épididyme et font partie d’une sous-famille distincte à l’intérieur de la famille des BSP. Chez les ongulés, les BSP sont exprimées par les vésicules séminales, sont ajoutées aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et représentent une proportion significative des protéines du plasma séminal. Au contraire, les BSP épididymaires ne sont retrouvées qu’en faibles quantités dans le fluide séminal. L’étude de leur rôle dans les fonctions spermatiques était donc plus difficile que chez les ongulés, où l’isolement des protéines natives du plasma séminal à l’aide de techniques de chromatographie était possible. Afin d’étudier sa fonction, nous avons exprimé BSPH1 recombinante dans E. coli. Les ponts disulfure des domaines de type-II caractéristiques de ces protéines ont fait en sorte que l’expression de BSPH1 fusionnée à une étiquette hexahistidine ou glutathion-S-transférase a donné lieu à des protéines insolubles dans les corps d’inclusion. La production de BSPH1 soluble a été possible grâce à l’ajout d’une étiquette thiorédoxine et l’expression dans une souche au cytoplasme oxidatif. BSPH1 a été purifiée par affinité et sa liaison aux partenaires connus des BSP, la phosphatidylcholine, les lipoprotéines de faible densité et la membrane des spermatozoïdes, suggérait que la protéine recombinante possédait sa conformation native et pouvait être utilisée pour des essais fonctionnels. La forme native de BSPH1 a été détectée dans le plasma séminal humain suite au fractionnement par gel filtration. La liaison de BSPH1 native à une colonne d’affinité à l’héparine a indiqué qu’elle partage aussi cette propriété de liaison avec la famille des BSP, et pourrait lier les GAGs semblables à l’héparine du tractus génital féminin. Une colonne d’immunoaffinité anti-BSPH1 a été préparée à l’aide d’anticorps générés contre des protéines recombinantes, et a permis d’isoler BSPH1 native à partir d’extraits de spermatozoïdes humains. Nos résultats montrent que BSPH1 native serait localisée dans les microdomaines « rafts » de la membrane. Sa masse moléculaire apparente était de 32 kDa, ce qui est supérieur à la masse prédite selon sa séquence en acides aminés, indiquant la présence probable de modifications post-traductionnelles, ou d’une migration anormale. L’effet de BSPH1 recombinante et des anticorps anti-BSPH1 sur la motilité, la viabilité et la capacitation a aussi été étudié. Les deux dernières variables ont été mesurées par un essai de cytométrie en flux, optimisé dans cette étude. Aucun effet des protéines recombinantes ou des anticorps sur la motilité et la viabilité des spermatozoïdes n’a été noté. Quoiqu’une stimulation modeste, quoique significative, de la capacitation ait été observée à la plus faible concentration de BSPH1, les concentrations plus élevées n’ont pas montré d’effet. De la même manière, les anticorps anti-BSPH1 n’ont pas eu d’effet significatif sur la capacitation. Ces résultats suggèrent que BSPH1 produite dans E. coli n’affecte pas la capacitation de façon marquée. Cependant, puisque BSPH1 native possède probablement des modifications post-traductionnelles, une protéine recombinante produite dans des cellules de mammifères pourrait affecter les fonctions spermatiques. De manière alternative, les BSP épididymaires remplissent peut-être un rôle différent dans les fonctions spermatiques que celles sécrétées par les vésicules séminales des ongulés. Les résultats décrits dans cette thèse pourraient contribuer à améliorer le diagnostic de l’infertilité masculine, ainsi que les techniques de reproduction assistée et éventuellement, pourraient mener au développement de contraceptifs masculins.

Développement d'une méthode d'isolation des noyaux adaptée aux macrophages pour une caractérisation protéomique d'une nouvelle structure autophagique induite par le virus HSV-1

L’autophagie est un processus cellulaire catabolique qui a été conservé durant l’évolution de la levure à l’homme. Cet important mécanisme consiste en une dégradation des composants cytoplasmiques dans une structure lytique, le lysosome. Il existe trois types de l’autophagie : la microautophagie, l’autophagie médiée par les chaperones et la macroautophagie nommée « autophagie ». Il a été démontré que lors de l’autophagie, le matériel cytoplasmique (protéines cytosoliques et organites) est séquestré dans l’autophagosome qui finit par fusionner avec le lysosome, formant ainsi l’autophagolysosome. Le matériel séquestré et la membrane interne de l’autophagosome seront dégradés par les hydrolases lysosomales. Plusieurs études se sont focalisées sur la détermination de la machinerie moléculaire et les mécanismes de l’autophagie. Il a été démontré l’implication de 31 molécules Atg essentielles dans le processus de l’autophagie. L’identification de ces protéines a permis de déceler le rôle de l’autophagie non seulement dans le maintien de l’homéostasie cellulaire mais aussi dans la défense contre les agents pathogènes. En effet, l’autophagie joue un rôle important dans l’immunité innée conduisant à contrôler l’évasion des pathogènes dont les bactéries et les virus. Également, l’autophagie est impliquée dans l’immunité adaptative en favorisant la présentation des antigènes viraux par le CMH de classe II aux cellules T CD4+. De plus, une étude récente suggère que l’autophagie contribue à la présentation antigénique par le CMH de classe I aux cellules T CD8+ durant une infection virale par le virus HSV-1 (Herpes simplex type 1). Toutefois, certains virus y compris HSV-1 ont pu développer des mécanismes pour contourner et inhiber en partie le rôle protecteur de l’autophagie. Récemment, une étude dans notre laboratoire a mis en évidence, lors d’une infection virale par HSV-1 des cellules macrophages BMA, la présence d’une nouvelle structure autophagique dans une phase tardive de l’infection. Cette nouvelle structure est différente des autophagosomes classiques à double membrane et est caractérisée morphologiquement par quatre membranes dérivées de l’enveloppe nucléaire interne et externe. Peu de choses ont été rapportées sur cette nouvelle voie autophagique qui peut être un mécanisme de défense cellulaire quand l’autophagie classique dans le cytosol est inhibée par HSV-1. Il devient donc intéressant de caractériser les molécules impliquées dans la formation de ces autophagosomes issus du noyau par spectrométrie de masse. Pour ce faire, il était impératif d’établir un outil d’isolation des noyaux à partir de macrophages infectés par HSV-1 dans lesquels les autophagosomes issus des noyaux seront formés. La validation de cette méthode d’isolation a été effectuée en déterminant la pureté et l’intégrité des noyaux isolés à partir des cellules non infectées (contrôle) et infectées par HSV-1. La pureté des préparations de noyaux isolés a été caractérisée par l’absence de contaminants cellulaires et un enrichissement en noyaux. Également, il a fallu déterminer la cinétique de formation des autophagosomes issus des noyaux pour les deux lignées cellulaires de macrophages utilisées dans ce projet. Dans une perspective future, l’analyse protéomique à partir des échantillons purs des noyaux isolés (non infectés et infectés) mènera à identifier les protéines impliquées dans la formation des autophagosomes dérivés des noyaux, ce qui permettra ultérieurement d’effectuer des études sur les mécanismes moléculaires et les fonctions de cette nouvelle voie autophagique.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Le rôle de l’Oxygénation Extracorporelle par Membrane (ECMO) dans la réanimation cardio-pulmonaire

Rapport de stage présenté à la Faculté de médecine en vue de l'obtention du grade de Maître ès sciences appliquées (M.Sc.A.) en génie biomédical, option génie clinique.