General biology

"This second edition is not merely a selective revision. It is in large measure a rewritten book."--Pref.

La souffrance et les vieux

L’expérience de souffrance des vieux, en perte d’autonomie physique, vivant dans un CHSLD comprend deux dimensions : la souffrance et les vieux. Les deux sont liées. L’hypothèse sur le sens de la souffrance tient compte de celui que les vieux ont donné et donnent à leur vie. Le sens de la souffrance dépend de celui de la vie. Selon qu’on est plutôt individualiste, humaniste agnostique ou humaniste religieux, le sens de la souffrance prend une couleur particulière. Tour à tour, le mémoire examine les deux parties du problème de recherche, dresse un portrait des vieux de l’an 2008, propose un fondement théorique au projet de recherche, établit un arrimage de sens entre la souffrance des vieux et le sens de leur vie. La vie des vieux en CHSLD est en discontinuité avec leur existence antérieure : leurs valeurs et leur rythme de vie sont remis en question. Leur présence dans une résidencesubstitut invite à une réflexion sur la place des vieux dans la société individualiste contemporaine et sur l’humanisation des services. Comment concilier individualisme et humanisation ? Comment vivre avec la perte de son autonomie, une souffrance globale, un certain isolement, ... ? Autant de sujets et d’enjeux qui interrogent l’ensemble de la société. Les personnes âgées réclament un entourage empathique, des intervenants dynamiques, des politiques de santé qui font de ces centres de vrais milieux de vie et de soins. Il s’agit d’une responsabilité collective face au mouvement d’exclusion sociale.

Caractérisation d’un nouveau récepteur à octopamine exprimé chez la palourde Spisula solidissima

À partir des ovocytes de la palourde Spisula solidissima, un ADNc codant un récepteur nommé Spi-OAR a été cloné et séquencé. Une analyse de la séquence en acides aminés a indiqué que ce nouveau récepteur possède une forte similarité avec les récepteurs β-adrénergiques et les récepteurs à octopamine. En effet, il est étroitement lié à la classe des récepteurs à octopamine « β-adrénergique-like » couplés à une protéine Gs. L’ADNc de Spi-OAR a été introduit dans un vecteur d'expression (pCEP4) et un épitope reconnaissable par un anticorps commercial a été ajouté au segment N-terminal. Cette construction a été transfectée dans des cellules hôtes (HEK 293) et des études d’immunofluorescence ont montré une expression efficace du récepteur au niveau membranaire. Également, des mesures d'AMPc pour les cellules exprimant Spi-OAR ont révélé une augmentation de ce messager secondaire lors de l'ajout de l'octopamine, et dans une moindre mesure, la tyramine, tandis que la dopamine, la sérotonine et l'histamine n’ont engendré aucun effet. Une légère activité constitutive de ce récepteur dans les cellules hôtes a été observée. De plus, une analyse RT-PCR avec des oligonucléotides spécifiques a révélé l'ARNm de Spi-OAR non seulement dans les ovocytes, mais aussi dans les gonades, le cœur, les muscles adducteurs, les branchies et les ganglions suggérant que ce récepteur soit exprimé de façon ubiquitaire dans divers tissus et dans différents stades embryonnaires chez la palourde. En outre, des études avec des ovocytes isolés n'ont montré aucun effet de l’octopamine sur la réactivation méiotique. Des études éventuelles pourront finalement confirmer le rôle fonctionnel de Spi-OAR.

Impact de HOXB4 sur les cellules B

La greffe de cellules souches hématopoïétiques autologue est une thérapie de plus en plus utilisée. Cependant, les traitements de chimiothérapie ou de radiothérapie intensifs peuvent affecter les cellules souches et diminuer le nombre de ces cellules pouvant être mobilisées à des fins de transplantation. Il serait donc très utile de pouvoir expandre ces cellules souches afin de s’assurer qu’elles soient en quantité suffisante pour procéder à la greffe. Or, il a été démontré que la protéine HOXB4 a la capacité d’expandre les cellules souches hématopoïétiques humaines et murines. Lors d’une greffe autologue, la moelle osseuse est cependant colonisée par des cellules malignes. Notre objectif était donc de s’assurer que la protéine HOXB4 expand les cellules souches hématopoïétiques normales mais n’expand pas les cellules « souches » leucémiques. De plus, comme des expériences précédentes ont démontré que chez des souris transplantées avec des cellules souches surexprimant HOXB4, la reconstitution du système hématopoïétique pouvait favoriser les cellules myéloïdes aux dépends des cellules lymphoïdes, nous avons aussi voulu déterminer l’impact de HOXB4 sur la différenciation des cellules progénitrices lymphoïdes normales. Pour ce faire, nous avons exposé des cellules humaines et murines à la protéine HOXB4 afin de comparer la prolifération des cellules B malignes à celle des cellules B normales. De plus, nous avons évalué l’impact de HOXB4 sur les cellules B à leurs différents stades de différenciation. Nos résultats démontrent que HOXB4 ne favorise pas l’expansion des cellules leucémiques. De plus, nous avons observé que les cellules lymphoïdes surexprimant la protéine HOXB4 ont un ralentissement dans leur processus de différenciation. Aussi, la surexpression de HOXB4 entraîne une diminution de la fréquence et du nombre de progéniteurs lymphoïdes normaux. Ces résultats démontrent donc que la protéine HOXB4 ne produit pas d’expansion des cellules malignes. De plus, elle confère un désavantage prolifératif aux cellules lymphoïdes.

Étude d’un modèle murin de vieillissement sur la sténose valvulaire aortique

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux.

Évaluation du potentiel de séquestration de carbone dans le sol de cultures intensives sur courtes rotations de saules dans le sud du Québec

Dans la dernière décennie, plusieurs hectares de terre agricole ont été convertis à la culture intensive sur courtes rotations (CICR) de saules dans le sud du Québec (Canada). Peu d’études ont été réalisées afin de déterminer comment se comporte la dynamique du carbone organique (Corg) dans le sol suivant cette conversion. Nous avons donc comparé la quantité du Corg et de deux pools labiles de carbone (carbone extractible à l’eau chaude et les sucres aminés) entre des CICR en phase initiale d’établissement (1-2 ans) et des parcelles appariées représentant le système de culture qui prévalait avant la transformation en culture de saules (culture fourragère) et d’autres cultures d’intérêt. La même chose a été faite pour une CICR en exploitation (depuis 9 ans) à un autre site. La quantité de Corg du sol n’était pas différente entre les CICR et les parcelles sous culture fourragère. Une plus haute concentration de sucres aminés dans le Corg total des CICR en établissement, par rapport aux autres parcelles sur le même site, permet de soupçonner que les perturbations liées à l’établissement ne mènent pas à une minéralisation accrue du Corg à court terme. La proportion de sucres aminés fongiques, qui diminue théoriquement lors de perturbations, était aussi plus élevée sous la plus jeune culture. Sous la CICR de neuf ans, le Corg était redistribué dans le profil vertical et les pools labiles étaient de plus petite taille (à une profondeur de 20-40 cm) comparativement à une parcelle témoin. La conversion d’une culture fourragère en plantation de saules en CICR n’a pas mené à la formation d’un puits de carbone. L’étude laisse entrevoir qu’un tel puits pourrait être créé si la conversion se faisait à partir d’un aménagement impliquant la culture en rotation de plantes annuelles et des labours.

Profil et déterminants comportemental et physiologique de l’ascension à la dominance en milieu naturel chez les femelles d’une espèce de poisson hautement sociale

Malgré le fait que le statut social soit reconnu comme ayant une forte influence sur l’aptitude, les facteurs affectant le statut social et les changements de ce statut demeurent peu connus. De plus, les études sur la dominance ayant un lien avec l’agressivité portent rarement sur des femelles. Nous étudierons ces aspects en utilisant Neolamprologus pulcher, un poisson à reproduction coopérative du lac Tanganyika. La probabilité d’ascension sociale était manipulée sur le terrain et les changements physiologiques et comportementaux, ainsi que le niveau plasmatique de testostérone, associé avec l’ascension à la dominance de femelles subordonnées étaient caractérisés. Le degré de coopération et la masse étaient supérieurs chez les femelles ascendantes par rapport aux femelles non-ascendantes d’un même groupe social. Après une semaine d’ascension sociale, les femelles ascendantes ne différaient pas comportementalement, mais différaient physiologiquement des femelles dominantes. Les femelles dominantes, ascendantes et subordonnées ne différaient pas quant au niveau de testostérone plasmatique. Comprendre les bénéfices des comportements coopératifs pour les subordonnés a longtemps posé un problème évolutif. Nos résultats impliquent que les comportements coûteux métaboliquement peuvent avoir été sélectionnés en améliorant l’aptitude future via l’héritage du territoire et du statut social. De plus, le degré de coopération pourrait être un signal de qualité détecté par les compétiteurs et les collaborateurs.

The role of PPARgamma in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARgamma knockout mice

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement.

Inuit ethnobotany and ethnoecology in Nunavik and Nunatsiavut, northeastern Canada

Les habitats uniques de l'écotone forêt boréale-subarctique dans le nord du Canada subissent les contrecoups du changement climatique. Combinés aux effets de la mondialisation, les changements environnementaux touchent les Inuits de cette région et imposent des contraintes importantes sur leur mode de vie traditionnel, ce qui a des répercussions sur leur langue et les savoirs qui l'accompagnent. Cette étude compare deux aspects de l’ethnobiologie inuite : a) les noms et les utilisations des plantes par les Inuits de Nain, Nunatsiavut, suivis par une comparaison des utilisations avec la communauté inuite de Kangiqsualujjuaq, Nunavik, et b) une analyse des types de lieux ou d’habitats que les Inuits reconnaissent et nomment. Des interviews semi-dirigés ont été menés à Nain, Nunatsiavut et à Kangiqsualujjuaq, au Nunavik. Les plantes mentionnées sont utilisées comme aliment, thé, médecine, combustible, construction, nettoyage, et autres utilisations. Les deux communautés ont utilisé un nombre égal de plantes, avec des proportions équivalentes de taxons vasculaires/invasculaires, de formes de croissance (habitus), et d’espèces par catégorie d'utilisation. Les éléments du paysage les plus fréquemment rapportés sont d’ordre topographique, hydrologique ou écologique. L’intégration des concepts inuits, quant aux plantes et au paysage, à ceux de la science occidentale peut améliorer notre compréhension de l'écologie subarctique, aider à impliquer les acteurs locaux dans les décisions sur le développement de leur territoire et, conséquemment, modifier l'aménagement du territoire ainsi que les initiatives de conservation de la biodiversité. Ces concepts ont également des répercussions sur les stratégies d'adaptation face aux changements climatiques.

Modulation de l'expression de Sirt-1 induite par l'endothéline-1 dans les cellules musculaires lisses vasculaires

Au cours des maladies cardiovasculaires (MCV), il peut se produire divers problèmes de santé, telle que l’insuffisance cardiaque ou encore l’HTA. Ces phénomènes se caractérisent, entre autres, par une augmentation de synthèse d’endotheline-1 (ET-1), un neuropeptide synthétisé par les cellules endothéliales ayant un effet vasoconstricteur sur les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Ainsi, la surexpression de ce vasopeptide, mène à terme, au maintien de l’HTA aggravée des sujets, précédée ou concomitante à l’athérosclérose ou à la resténose, cliniquement illustrées par une prolifération et une migration anormale des CMLV de la media vers l’intima des vaisseaux sanguins. Parallèlement, il a été observé que la protéine sirtuine-1 (Sirt-1), membre de la famille des protéines histones déacétylases (HDAC), présente des propriétés anti-athérosclérotiques par sa capacité d’atténuer la prolifération et la migration des CMLV. Des travaux récents ont aussi montré qu’au cours de l’HTA la protéine Sirt-1 est faiblement exprimée dans les CMLV. Son implication dans le développement des pathologies vasculaires semble apparente, mais des études demeurent nécessaires pour décrire son rôle exact dans la pathogenèse des MCV. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’observer la variation d’expression de Sirt-1 dans les CMLV, isolées de l’aorte ascendante de rat, en réponse à l’ET-1. On a remarqué qu’une heure de stimulation des CMLV avec l’ET-1 induit une diminution de l’expression de Sirt-1 via l’activation des récepteurs ETA. Ces résultats suggèrent que la capacité d’ET-1 à atténuer l’expression de Sirt-1 serait un éventuel mécanisme d’action avec des effets favorisant les MCV.

Inflammation intestinale associée à la fibrose kystique : rôle du CFTR et propriétés anti-inflammatoires de la vitamine D

Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé.

Effects of gossypol on DNA replication in mammalian cells

Gossypol, a binaphthalene compound, possesses male infertility effects. However, its mechanism of action and effects on somatic cells are not yet understood. The purpose of this study was to examine the effects of gossypol on mammalian cell growth and DNA replication, using tissue culture cells (HeLa) as an in vivo model.^ Gossypol inhibited DNA synthesis in HeLa cells at low doses, without affecting RNA or protein synthesis. This caused cells to accumulate in S phase without affecting cells in other phases of the cell cycle. The inhibition of DNA synthesis was both dose- and time-dependent. This irreversible block was associated with a decrease in HeLa plating efficiency. Gossypol did bind to DNA but did not measurably affect its ability to serve as a template for DNA polymerase $\alpha$, the major replicative enzyme. Only in the absence of serum could gossypol induce single-strand DNA breaks in HeLa cells; no DNA-DNA or DNA-protein crosslinks were formed.^ Gossypol exhibited dose-dependent inhibition of a number of eukaryotic and prokaryotic replicative DNA polymerases both in vitro and in vivo. This inhibition was kinetically non-competitive with respect to the DNA template and dNTP substrates. Both a filter binding assay and polyacrylamide gel electrophoresis were used to study gossypol binding to DNA polymerase. Inhibition resulted from drug binding to two adjacent amino acid residues on the enzyme. Binding was found to be irreversible and mediated through either non-covalent interactions or by Schiff's base formation between the aldehyde groups of gossypol and the $\varepsilon$-NH$\sb2$ groups of amino acid residues on the polymerase. Structure-function studies using eleven gossypol derivatives revealed that both aldehyde and hydroxyl groups function independently to effect inhibition of DNA polymerase and DNA replication. The activities of DNA polymerase $\beta$ and ribonucleotide reductase were also inhibited by increasing gossypol concentrations.^ These studies demonstrate that the gossypol-mediated inhibition of DNA replication is due in part to inhibition of key replicative enzymes, such as DNA polymerase $\alpha$. The study of DNA polymerase may serve as a model for the interaction of enzymes with gossypol, a drug which may prove useful as a chemotherapeutic agent. ^

Intracellular chemical messengers and neuronal function: Two examples

Two distinct classes of neurons have been examined in the nervous system of Aplysia. The membrane properties of these neurons are regulated by intracellular signalling molecules in both a short-term and a long-term fashion.^ The role of the phosphatidylinositol cycle in the control of neuronal properties was studied in a class of bursting pacemaker cells, the left upper-quadrant bursting neurons (cells L2, L3, L4, and L6) of the abdominal ganglion of Aplysia. These cells display a regular burst-firing pattern that is controlled by cyclic changes of intracellular Ca$\sp{2+}$ that occur during the bursting rhythm. The characteristic bursting pattern of these neurons occurs within a range of membrane potentials ($-35$ to $-50$ mV) called the pacemaker range. Intracellular pressure injection of inositol 1,4,5-trisphosphate (IP$\sb3$) altered the bursting rhythm of the bursting cells. Injection of IP$\sb3$ induced a brief depolarization that was followed by a long-lasting (2-15 min) hyperpolarization. When cells were voltage-clamped at potentials within the pacemaker range, injection of IP$\sb3$ generally induced a biphasic response that had a total duration of 2-15 min. An initial inward shift in holding current (I$\sb{\rm in}$), which lasted 5-120 sec, was followed by a slow outward shift in holding current (I$\sb{\rm out}$). At membrane potentials more negative than $-40$ mV, I$\sb{\rm in}$ was associated with a small and relatively voltage-independent increase in membrane conductance. I$\sb{\rm in}$ was not blocked by bath application of TTX or Co$\sp{2+}$. Although I$\sb{\rm in}$ was activated by injection of IP$\sb3$, it was not blocked by iontophoretic injection of ethyleneglycol-bis-(beta-aminoethyl ether), N, N$\sp\prime$-tetraacetic acid (EGTA) sufficient to block the Ca$\sp{2+}$-activated inward tail current (I$\sb{\rm B}$).^ Long-term (lasting at least 24 hours) effects of adenylate cyclase activation were examined in a well characterized class of mechanosensory neurons in Aplysia. The injected cells were analyzed 24 hours later by two-electrode voltage-clamp techniques. We found that K$\sp+$ currents of these cells were reduced 24 hours after injection of cAMP. The currents that were reduced by cAMP were very similar to those found to be reduced 24 hours after behavioral sensitization. These results suggest that cAMP is part of the intracellular signal that induces long-term sensitization in Aplysia. (Abstract shortened with permission of author.) ^