Caractérisation des ataxies hérédodégénératives par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire in vivo

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation des ataxies hérédodégénératives par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire in vivo

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mutations in cardiac T-Box Factor gene TBX20 are associated with diverse cardiac pathologies, including defects of septation and valvulogenesis and cardiomyopathy

The T-box family transcription factor gene TBX20 acts in a conserved regulatory network, guiding heart formation and patterning in diverse species. Mouse Tbx20 is expressed in cardiac progenitor cells, differentiating cardiomyocytes, and developing valvular tissue, and its deletion or RNA interference-mediated knockdown is catastrophic for heart development. TBX20 interacts physically, functionally, and genetically with other cardiac transcription factors, including NKX2-5, GATA4, and TBX5, mutations of which cause congenital heart disease (CHD). Here, we report nonsense (Q195X) and missense (I152M) germline mutations within the T-box DNA-binding domain of human TBX20 that were associated with a family history of CHD and a complex spectrum of developmental anomalies, including defects in septation, chamber growth, and valvulogenesis. Biophysical characterization of wild-type and mutant proteins indicated how the missense mutation disrupts the structure and function of the TBX20 T-box. Dilated cardiomyopathy was a feature of the TBX20 mutant phenotype in humans and mice, suggesting that mutations in developmental transcription factors can provide a sensitized template for adult-onset heart disease. Our findings are the first to link TBX20 mutations to human pathology. They provide insights into how mutation of different genes in an interactive regulatory circuit lead to diverse clinical phenotypes, with implications for diagnosis, genetic screening, and patient follow-up.

Proteases and proteomics : cutting to the core of human skin pathologies

Preserving the integrity of the skin's outermost layer (the epidermis) is vital for humans to thrive in hostile surroundings. Covering the entire body, the epidermis forms a thin but impenetrable cellular cordon that repels external assaults and blocks escape of water and electrolytes from within. This structure exists in a perpetual state of regeneration where the production of new cellular subunits at the base of the epidermis is offset by the release of terminally differentiated corneocytes from the surface. It is becoming increasingly clear that proteases hold vital roles in assembling and maintaining the epidermal barrier. More than 30 proteases are expressed by keratinocytes or infiltrating immune cells and the activity of each must be maintained within narrow limits and confined to the correct time and place. Accordingly, over- or under-exertion of proteolytic activity is a common factor in a multitude of skin disorders that range in severity from relatively mild to life-threatening. This review explores the current state of knowledge on the involvement of proteases in skin diseases and the latest findings from proteomic and transcriptomic studies focused on uncovering novel (patho)physiological roles for these enzymes.

Varied Immune Response to FVIII: Presence of Proteolytic Antibodies Directed to Factor VIII in Different Human Pathologies

The versatility of antibodies is demonstrated by the various functions that they mediate such as neutralization, agglutination, fixation of the complement and its activation, and activation of effector cells. In addition to this plethora of functions, antibodies are capable of expressing enzymatic activity. Antibodies with catalytic function are a result of the productive interplay between the highly evolved machinery of the immune system and the chemical framework used to induce them (antigens). Catalytic antibodies are immunoglobulins with an ability to catalyze the reactions involving the antigen for which they are specific. Catalytic immunoglobulins of the IgM and IgG isotypes have been detected in the serum of healthy donors. In addition, catalytic immunoglobulins of the IgA isotype have been detected in the milk of healthy mothers. Conversely, antigen-specific hydrolytic antibodies have been reported in a number of inflammatory, autoimmune, and neoplastic disorders. The pathophysiological occurrence and relevance of catalytic antibodies remains a debated issue. Through the description of the hydrolysis of coagulation factor VIII as model target antigen, we propose that catalytic antibodies directed to the coagulation factor VIII may play a beneficial or a deleterious role depending on the immuno-inflammatory condition under which they occur.

Heat-stress and light-stress induce different cellular pathologies in the symbiotic dinoflagellate during coral bleaching

Coral bleaching is a significant contributor to the worldwide degradation of coral reefs and is indicative of the termination of symbiosis between the coral host and its symbiotic algae (dinoflagellate; Symbiodinium sp. complex), usually by expulsion or xenophagy (symbiophagy) of its dinoflagellates. Herein, we provide evidence that during the earliest stages of environmentally induced bleaching, heat stress and light stress generate distinctly different pathomorphological changes in the chloroplasts, while a combined heat- and light-stress exposure induces both pathomorphologies; suggesting that these stressors act on the dinoflagellate by different mechanisms. Within the first 48 hours of a heat stress (32°C) under low-light conditions, heat stress induced decomposition of thylakoid structures before observation of extensive oxidative damage; thus it is the disorganization of the thylakoids that creates the conditions allowing photo-oxidative-stress. Conversely, during the first 48 hours of a light stress (2007 µmoles m−2 s−1 PAR) at 25°C, condensation or fusion of multiple thylakoid lamellae occurred coincidently with levels of oxidative damage products, implying that photo-oxidative stress causes the structural membrane damage within the chloroplasts. Exposure to combined heat- and light-stresses induced both pathomorphologies, confirming that these stressors acted on the dinoflagellate via different mechanisms. Within 72 hours of exposure to heat and/or light stresses, homeostatic processes (e.g., heat-shock protein and anti-oxidant enzyme response) were evident in the remaining intact dinoflagellates, regardless of the initiating stressor. Understanding the sequence of events during bleaching when triggered by different environmental stressors is important for predicting both severity and consequences of coral bleaching

Avoiding pathologies in very deep networks

Choosing appropriate architectures and regularization strategies of deep networks is crucial to good predictive performance. To shed light on this problem, we analyze the analogous problem of constructing useful priors on compositions of functions. Specifically, we study the deep Gaussian process, a type of infinitely-wide, deep neural network. We show that in standard architectures, the representational capacity of the network tends to capture fewer degrees of freedom as the number of layers increases, retaining only a single degree of freedom in the limit. We propose an alternate network architecture which does not suffer from this pathology. We also examine deep covariance functions, obtained by composing infinitely many feature transforms. Lastly, we characterize the class of models obtained by performing dropout on Gaussian processes.

Development of non-viral vectors for gene therapy for pathologies of the retina

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Synthèse et caractérisation physicochimique de peptides de polyglutamines

Neuf maladies neurodégénératives sont le produit de l’expression de gènes mutés, dans lesquels le codon CAG est répété au-delà d’un seuil pathologique. Ceci produit des protéines mutantes dans lesquelles sont insérés des segments de polyglutamines (polyGln), qui perdent leur activité et acquièrent une nouvelle fonction, ce qui est toxique pour le neurone. Ces altérations sont attribuables aux propriétés particulières de la polyGln. En effet, ces dernières possèdent la capacité de s’assembler pour former des corps d’inclusion intracellulaires. Cette propension à l’agrégation de la polyGln rend difficile l’étude de ces pathologies. C’est ainsi que l’utilisation de peptides peut s’avérer une approche avantageuse. Toutefois, la synthèse de polyGln est associée à de nombreuses délétions et nécessite l’ajout de groupements chargés afin de permettre leur purification. Cependant, ce prérequis donne lieu à des interactions électrostatiques qui biaisent la structure et la cinétique d’agrégation de ces peptides, en plus d’interférer avec l’évaluation d’éventuels agents thérapeutiques. L’objectif du projet est de développer un système permettant l’étude de la polyGln en s’affranchissant des effets de charges. Pour ce faire, deux approches ont été explorées, la première utilise la polyGln non chargée et la seconde utilise une structure polyGln-morpholine ayant des charges labiles en fonction du pH. Ces peptides ont été produits en utilisant une approche linéaire de synthèse peptidique sur support solide avec protection maximale des chaînes latérales. La purification a été effectuée par chromatographie de haute performance en phase inverse en milieu acide. Ces stratégies ont permis de produire des peptides de polyGln de grande pureté avec des rendements acceptables. Une procédure de solubilisation des peptides alliant sonication et lyophilisation a été développée afin d’étudier chacun de ces peptides à l’aide de diverses techniques physicochimiques, telles que la diffusion de la lumière, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, Raman et UV-visible, le dichroïsme circulaire et la microscopie optique polarisée. La polyGln non chargée solubilisée dans le trifluoroéthanol-eau a montré que la taille des particules et la vitesse d’agrégation sont proportionnelles à la fraction volumique en eau. De plus, la structure secondaire en solution est à prédominance alpha et semble être peu sensible à la fraction d’eau jusqu’à un certain seuil (25%) après lequel la structure aléatoire prédomine. L’analyse des agrégats à l’état solide montre des structures hélicoïdales > aléatoires et ont les caractéristiques des fibrilles amyloïdes. Le peptide de polyGln-morpholines a un pKa de 7,3 en milieu aqueux. Il demeure en solution lorsque le pH < pKa et à faible force ionique, alors qu’il s’autoassemble lorsque ces conditions ne sont pas respectées. Ceci suggère que la répulsion électrostatique est responsable de la stabilisation du peptide en solution. La dimension fractale nous indique que le peptide forme des agrégats compacts dont les constituants ont une taille de 2,5 nm, compatibles avec une conformation aléatoire compacte, en coude bêta ou hélicoïdale. Ceci est en accord avec l’étude structurale des peptides en solution qui a montré des espèces aléatoires > bêta > alpha. De plus, en RMN, l’élargissement des signaux du 1Hγ en cours d’agrégation suggère une interaction via les chaînes latérales. Les analyses en phase solide ont plutôt montré une prédominance de structures bêta et alpha. L’inhibition de l’agrégation à pH 8 varie selon rouge de Congo > tréhalose, alors que le peptide liant la polyGln 1 et la thioflavine T ne semble pas avoir d’effet. Ces approches ont donc permis pour la première fois de s’affranchir des effets de charges auparavant inhérents à l’étude de la polyGln en solution et par conséquent d’obtenir des informations inédites quant à la solubilité, la structure et la cinétique d’agrégation. Enfin, le dispositif à charges labiles permet d’évaluer l’efficacité d’éventuels agents thérapeutiques à pH quasi physiologique.

Cosmopolitan citizenship and pathologies of pluralism

There are two interconnected questions obscured in the contemporary discourse of legal pluralism. The first concerns the legitimacy of the various forms of pluralism. The second concerns their pathology. If we accept that law does not issue from a unitary source, the problem becomes to characterize the kinds of pluralism in which we find ourselves and to discern their principles of legitimacy. It cannot be taken for granted that they are all legitimate, that is to say, that they can both articulate and fulfill founding principles of justification. That leads to the second question. To celebrate all legal pluralism simply by drawing attention to it as anobservable, documented fact, without considering whether that pluralism conduces to the just and the good, is like speaking of the pluralism of the body’s mechanisms without asking whether any given complex of cells is malignant or benign.

Étude de la perfusion cérébrale régionale dans le trouble comportemental en sommeil paradoxal

Le trouble comportemental en sommeil paradoxal (TCSP) se caractérise par une perte de l’atonie musculaire en sommeil paradoxal et par des manifestations motrices élaborées souvent associées au contenu onirique. Le TCSP peut apparaître sous une forme idiopathique (TCSPi), mais il est fréquemment lié à certains désordres neurodégénératifs, dont les synucléinopathies. Des marqueurs biologiques des synucléinopathies, tels que la présence d’anomalies au plan de la motricité, de la détection des odeurs ainsi que de la discrimination des couleurs, ont été retrouvés dans le TCSPi. De plus, des perturbations de l’activité cérébrale en neuroimagerie ainsi que du fonctionnement cognitif ont été observées chez ces patients. Des études ont démontré que le TCSPi pouvait précéder l’apparition d’une maladie de Parkinson (MP) ou d’une démence à corps de Lewy (DCL). Ceci suggère que le TCSPi représenterait un facteur de risque des synucléinopathies. L’objectif principal du présent projet est d’étudier les anomalies du débit sanguin cérébral régional (DSCr) de repos avec la tomographie par émission monophotonique (TEM) dans le TCSPi. Deux études ont été réalisées. La première visait à comparer le DSCr entre des patients avec un TCSPi et des sujets sains, puis d’explorer la relation entre l’activité cérébrale et la présence de marqueurs biologiques des synucléinopathies. Les résultats ont montré une diminution de la perfusion cérébrale dans les régions frontales et pariétales ainsi qu’une augmentation de la perfusion au niveau du pont, du putamen et des hippocampes chez les patients avec un TCSPi. Une relation significative entre la performance des sujets avec un TCSPi à une épreuve de discrimination des couleurs et la perfusion cérébrale au niveau des régions frontales et occipitales a été mise en évidence. Dans l’ensemble, ces résultats ont démontré des anomalies du DSCr chez les patients avec un TCSPi qui sont similaires à celles observées par d’autres études en neuroimagerie dans la MP. Ceci suggère des atteintes neuroanatomiques semblables entre ces pathologies. La seconde étude en TEM a été effectuée dans le but d’examiner les modifications du DSCr associées aux perturbations du fonctionnement cognitif dans le TCSPi. Pour ce faire, le DSCr a été comparé entre un sous-groupe de patients avec un TCSPi et un trouble cognitif léger (TCL), un sous-groupe de patients avec un TCSPi sans TCL et un groupe de sujets sains. Les résultats ont montré que seuls les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient une diminution de la perfusion cérébrale dans les aires corticales postérieures (occipitales et temporo-pariétales). Ces observations sont similaires à celles rapportées dans la MP avec démence et la DCL dans les études en neuroimagerie. En conclusion, les résultats de ces deux études ont montré des perturbations du DSCr dans le TCSPi, similaires à celles observées dans les synucléinopathies. Par ailleurs, nos résultats ont mis en évidence que les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient les mêmes anomalies de la perfusion cérébrale que les patients avec une MP avec démence et/ou une DCL. La présence de tels marqueurs des synucléinopathies dans le TCSPi suggère que ces patients pourraient être plus à risque d’évoluer vers ce type de maladie neurodégénérative.