étude de l`effet de la sous-expression de l`enzyme triosephosphate

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉTUDE DE L'EFFET DE LA SOUS-EXPRESSION DE L'ENZYME
TRIOSEPHOSPHATE ISOMÉRASE CYTOSOLIQUE SUR LE MÉTABOLISME
DE CELLULES DE POMME DE TERRE À L'AIDE D’UN MODÈLE
MÉTABOLIQUE CINÉTIQUE
ALEXANDRE VALANCIN
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE CHIMIQUE)
JUIN 2012
© Alexandre Valancin, 2012.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
ÉTUDE DE L'EFFET DE LA SOUS-EXPRESSION DE L'ENZYME
TRIOSEPHOSPHATE ISOMÉRASE CYTOSOLIQUE SUR LE MÉTABOLISME
DE CELLULES DE POMME DE TERRE À L'AIDE D’UN MODÈLE
MÉTABOLIQUE CINÉTIQUE
présenté par : VALANCIN Alexandre
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. FRADETTE Louis, Ph. D., président
M. JOLICOEUR Mario, Ph. D., membre et directeur de recherche
M. SRINIVASAN Bala, Ph. D., membre et codirecteur de recherche
M. RIVOAL Jean, Ph. D., membre et codirecteur de recherche
M. PERRIER Michel, Ph. D., membre

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REMERCIEMENTS
J’aimerais remercier avant tout mon directeur, le Pr. Mario Jolicoeur de m’avoir transmis
le goût de la culture cellulaire et des procédés biotechnologiques. Merci à lui également de
m’avoir fourni les moyens de faire un pas en recherche dans le domaine. Merci à mon
codirecteur, le Pr. Jean Rivoal pour ses conseils attentifs sur les cultures végétales. Merci aussi à
mon autre codirecteur le Pr. Bala Srinivasan pour ses conseils et son talent à présenter les
mathématiques avec simplicité.
Merci à Jingkui Chen pour les analyses chimiques. J’aimerais saluer également mes
collègues de l’Institut en Recherche en Biologie Végétale. Un grand merci à Sonia Dorion de
l’IRBV, pour sa bonne humeur quotidienne, et pour m’avoir si bien encadré et apporté les
réponses à mes nombreuses questions pendant mon passage à l’institut.
À mes collègues également de Polytechnique, Cyril, Cédric, Nesrine, Loïc, Ines, Atefeh,
Zahra, July pour nos échanges scientifiques, nos fous rires, nos sorties et nos « craquages » au
bureau. Un merci tout particulier à Claudia que j’ai découverte grâce à la maitrise, pour son
oreille attentive et sa bonne humeur communicative.
Merci à mes amis Alicia, Jean-Yves, Arno, Mathilde, François, Viêt, Amélie, David,
Ezster, les « phénoménaux », et les autres de l’ECM pour ces bons moments passés avec vous. Je
vous dis à bientôt au Québec ou ailleurs. Un merci particulier à Nicolas pour son hospitalité, et
m’avoir supporté en cette fin de mémoire ! Merci à Déborah pour ses encouragements par lettre.
Un merci particulier à Damien et sa famille pour les encouragements et le soutien infaillible
même dans les moments plus difficiles. Merci aux amis belges, je reviens dans pas longtemps,
une fois ! Merci à Gaëlle pour ses encouragements même loin, on se supporte mutuellement.
Je remercie ma mère Patricia pour m’avoir toujours répété combien elle croyait en moi.
Merci à mon frère, Rémi pour m’avoir rappelé combien la famille était importante.
Merci à l’École Centrale Marseille de m’avoir offert l’opportunité de découvrir une
nouvelle culture et poursuivre mes études dans un nouvel environnement stimulant. Un merci
particulier aux personnes là-bas, qui ont pu m’aider à réaliser ce projet en particulier les Relations
Internationales à travers Emmy Arts et Marianne Gonssard. J’aimerais aussi exprimer ma

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reconnaissance envers l’État Français et le Canada pour les aides financières que j’ai pu recevoir
sans lesquelles, cette aventure aurait été beaucoup plus difficile.
Enfin, merci aux professeurs Louis Fradette et Michel Perrier et mes directeurs, d’avoir
accepté de juger ce travail de maîtrise.

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RÉSUMÉ
Le métabolisme végétal est complexe et démontre une grande flexibilité face à des changements
environnementaux tels que des variations de température, ou encore un manque de nutriments ou
même d'eau. Aussi, même si les grandes voies et acteurs du réseau métabolique sont désormais
bien décrits, il est encore très difficile de prédire les effets que peuvent avoir des changements
dans une voie métabolique précise sur l’ensemble du système biologique. La régulation
métabolique n'étant que partiellement décrite à ce jour. En particulier, le rôle de la
triosephosphate isomérase (cTPI) cytosolique, une enzyme responsable d’une réaction située au
milieu de la glycolyse, à la jonction avec la synthèse des triglycérides et la voie des pentoses
phosphate, demande à être éclairci. Pour cette raison, deux clones de racines chevelues de
Solanum tuberosum ont été étudiés dans ce projet, l’un servant de contrôle, l’autre, transgénique,
présentant un niveau d’expression en TPI cytosolique diminué de 90% via de l’ARN antisens.
Deux cultures de 7 jours en flacons agités ont été réalisées avec les clones “contrôle” et “cTPI
antisens”. Des mesures quotidiennes des concentrations extracellulaires en nutriments, ainsi
qu'intracellulaires en sucres phosphatés et acides organiques ont été réalisées. Un modèle
métabolique cinétique, calibré sur les données recueillies et basé sur des travaux antérieurs de
l’équipe de recherche, a été développé. Le modèle comprend 31 réactions décrivant les voies
métaboliques importantes telles que la glycolyse, la voie des pentoses phosphates, le cycle de
Krebs, et certaines réactions anaboliques pour un total de 40 métabolites considérés.
Il a été observé que certaines concentrations métaboliques (nutriments, partie basse de la
glycolyse et à l'intérieur du cycle TCA) étaient significativement modifiées dans le clone à faible
expression en cTPI, et donc que le métabolisme avait bien été affecté. Les simulations effectuées
par utilisation du modèle ont également révélé que certains flux métaboliques différaient entre le
contrôle et l'antisens cTPI. En particulier, les échanges entre la glycolyse et la voie des pentoses
phosphates sont intensifiés alors que certains taux de réactions dans la partie basse de la
glycolyse et dans le cycle TCA sont diminués. Finalement, ces travaux de maîtrise apportent un
nouvel éclairage sur le rôle de la cTPI dans le métabolisme végétal, et sur l'intérêt d'utiliser un
modèle mathématique dans des travaux de compréhension dudit métabolisme.