Les biofilms sont des édifices macromoléculaires qui résultent de l'adhérence de microorganismes à une surface. Ils sont constitués de cellules enchâssées dans un réseau d'exopolymères d'origine biologique qui forment une matrice extracellulaire. Les biofilms posent des problèmes technologiques et sanitaires dans de nombreux domaines, aussi bien agroalimentaire, médical, ou industriel. Comprendre les mécanismes de formation de ces structures est donc un enjeu majeur. Malgré une grande diversité de la structure des biofilms, de grands principes semblent en régir la composition. Ainsi, la présence de polysaccharides comme l'alginate et la cellulose joue un rôle majeur dans leur formation et dans la définition de leurs propriétés mécaniques. Si la présence de polymères protéiques comme les fibres amyloïdes semble avoir un caractère universel au sein des biofilms, leur rôle dans la formation de la matrice et dans ses propriétés mécaniques restait à définir. Lors de cette étude, nous avons caractérisé la structure et la composition de trois biofilms monobactériens issus de trois espèces différentes P. aeruginosa NK 125502, S. enterica CIP 58.58 et S. epidermidis CIP 53.124. Nous avons décrit la formation de fibres amyloïdes par différents peptides issus de protéines bactériennes impliquées dans la formation de biofilm et montré par différentes techniques qu'ils sont capables de former des fibres amyloïdes. Nous avons notamment identifié un peptide amyloïde, suggérant la présence de ce type de fibre au sein des biofilms de Staphylococcus, mais aussi plus généralement dans les biofilms des espèces exprimant une protéine de type Bap (Biofilm associated protein). Enfin, nous avons analysé les propriétés mécaniques de différentes matrices synthétiques à base d'alginate et de méthyl-cellulose, en présence et en absence de protéines et de peptides amyloïdes afin de mieux comprendre l'apport qu'a ce type de fibre sur les propriétés de ces structures. Ainsi, les fibres amyloïdes modifient les propriétés mécaniques des gels synthétiques, permettant d'augmenter la déformation sous contrainte. En conclusion, ce travail apporte de nouveaux éléments pour la compréhension du rôle des fibres amyloïdes dans le renforcement de la matrice du biofilm. La capacité à former des fibres amyloïdes par un peptide issu de la protéine Bap de S. epidermidis suggère que cette propriété est plus largement présente au sein de cette famille de protéines. Les travaux menés au cours de cette thèse, et l'ensemble des techniques utilisées, avec notamment la mise au point de l'observation de la biréfringence du rouge Congo par microscopie confocale permettront de développer les études sur cette famille de protéines amyloïdes ainsi que sur les matrices complexes de type biofilm

L'infection au papillomavirus humain (HPV) est connue pour être le principal facteur causal d'une série de maladies aussi bien bénignes (condylomatose ano-génitale, papillomatose lyringée, et autres) que malignes (cancer du col de l'utérus, certains cancers ORL, et autres). Deux vaccins prophylactiques (Gardasil® et Cervarix®) sont sur la marché depuis à peu près quatre ans pour prévenir cette infection. Le présent travail de thèse comportait trois objectifs principaux : i) étudier in-silico l'immunogénicité du vaccin Gardasil® ; ii) étudier in-silico l'histoire naturelle d'une infection à HPV et iii) évaluer in-silico le potentiel de l'hypothèse thérapeutique suivante : l'administration intramusculaire du vaccin Gardasil® chez des patients atteints d'une papillomatose laryngée induirait un effet bénéfique car l'arrivée des immunoglobulines au tissu affecté empêcherait l'HPV de compléter son cycle de vie et, par conséquent, la maladie de se propager. Les principales conclusions sont : i) pour qu'une papillomatose laryngée ne s'étende pas il faudrait, d'après nos simulations, que le taux d'IgGs sériques soit maintenu au-dessus de 200 mMU/mL ; ii) pour rester, sur une période de 10 ans, le plus longtemps possible au-dessus de ce seuil (d'effet thérapeutique), en administrant la quantité minimale de vaccin, il faudrait, d'après nos simulations, suivre le protocole suivant : l'immunisation de base (à 0, 2 et 6 mois), suivie de trois rappels successifs tous les six mois jusqu'au 24ème mois, suivis d'un rappel 18 mois plus tard ; iii) par ailleurs, il semble inutile (voire contreproductif), d'après nos simulations, de modifier le schéma traditionnel de base (0-2-6 mois)

Les cardiopathies ischémiques sont une cause majeure de mortalité cardiovasculaire pouvantaboutir à la mort subite par fibrillation ventriculaire (FV). Un des objectifs thérapeutiqueschez les coronariens est de diminuer la demande en O2 par réduction de la fréquencecardiaque (RFC). Plusieurs médicaments dont les bêta-bloquants et inhibiteurs calciquesrépondent à cet objectif, mais peuvent être responsable d'altération de la contractilitécardiaque et d'effets secondaires limitant leur utilisation. Nous nous sommes intéressés auxeffets d'un inhibiteur sélectif du courant pacemaker If, l'ivabradine (IVA) dontl'administration induit une RFC sinusale. L'objectif de ce travail a été d'évaluer l'impact dela RFC sur la propension à la FV et de comprendre les mécanismes fonctionnels etmétaboliques impliqués. Un premier travail a été réalisé sur un modèle d'ischémiemyocardique aigue. Dans un second travail l'impact de la RFC sur la sélection des substratspour la production d'énergie a été évalué sur coeur isolé et perfusé en mode travaillant. Nosrésultats démontrent que l'IVA dans les deux modèles a induit une RFC qui était associée invivo à une amélioration de la perfusion coronaire, une préservation de la structuremitochondriale et du statut énergétique myocardique, réduisant la propension à la FV. Exvivo, la RFC n'a pas modifié la sélection des substrats et le statut énergétique. Enthérapeutique, il est important d'améliorer les conditions tissulaires et de réduire la perte desubstrats lors d'ischémie myocardique, l'IVA semble répondre à cette attente. Son effetspécifique sur l'automaticité sinusale lui confère la possibilité d'agir en préventif et en curatif

Chez l'Homme, le vieillissement de la rétine peut aboutir à des pathologies telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) ou la rétinopathie diabétique (RD). Il semble qu'une alimentation riche en acides gras polyinsaturés à longue chaîne (AGPI-LC), notamment en oméga-3 comme l'EPA et le DHA, soit potentiellement protecteur vis-à-vis du développement de la DMLA et de l'insulinorésistance (IR), principal facteur de risque de la RD. Dans ce contexte, nous avons tenter d'évalué 1- l'impact de facteurs endogènes et environnementaux générateurs de stress oxydatif, de produits terminaux de glycation (PTG) ou d'insulinorésistance sur la fonction et le vieillissement de la rétine, et 2- l'adaptation de la rétine à un régime riche en AGPI-LC oméga-3 dans modèle murin de vieillissement de la rétine humaine, la souris ApoB100,LDLR-/-.Les animaux soumis à un stress oxydatif et à des PTG présentent une altération de la fonction rétinienne associée à une accumulation de cellules microgliales et/ou macrophages dans la rétine externe. L'IR induit une modulation de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides, l'inflammation et dans la synthèse de facteurs nucléaires. Une alimentation riche en AGPI-LC oméga-3 induit une amélioration de l'incorporation d'acides gras oméga-3 dans la rétine et la modulation du gène codant le récepteur aux LDL dans la rétine neurosensorielle.En conclusion, nos travaux montrent une adaptation de la rétine d'une part à des conditions propices au vieillissement de la rétine et l'insulinorésistance, et d'autre part à un régime alimentaire riche en acides gras oméga-3 et pauvre en oméga-6, reconnu comme protecteur du vieillissement de la rétine

L'un des aspects les plus critiques dans les planifications dosimétriques des traitements par radiothérapie est la délinéation des limites de la tumeur. Cette délinéation se fait généralement sur les images anatomiques de tomodensitométrie (TDM). Mais récemment, il est recommandé de faire cette délinéation pour les cancers broncho-pulmonaires non à petites cellules (CBNPC) sur les images fonctionnelles de Tomographie par Émission de Positon (TEP) pour prendre en compte les caractéristiques biologiques de la cible. Jusqu'à ce jour, aucune technique de segmentation ne s'est révélée satisfaisante pour les images TEP en application clinique. Une solution pour ce problème est proposée dans cette étude. Méthodes : Les optimisations de notre méthode ont consisté principalement à faire l'ajustement des seuils directement à partir des corps des patients au lieu de le faire à partir du fantôme. Résultats : Pour les lésions de grands axes supérieurs à 20 mm, notre technique de segmentation a montré une bonne estimation des mesures histologiques (la moyenne de différence de diamètre entre données mesurées et déterminées avec notre technique = +1,5 ± 8,4 %) et une estimation acceptable des mesures TDM. Pour les lésions de grands axes inférieurs ou égaux à 20 mm, cette méthode a montré un écart avec les mesures dérivées des données histologiques ou bien des données TDM. Conclusion : Cette nouvelle méthode d'ajustement montre une bonne précision pour la délimitation des lésions de grands axes compris entre 2 et 4,5 cm. Néanmoins, elle n'évalue pas correctement les lésions les plus petites, cela peut être dû à l'effet du volume partiel

The large size of the datasets produced by medical imaging protocols contributes to the success of supervised discriminative methods for semantic labelling of images. Our study makes use of a general and efficient emerging framework, discriminative random forests, for the detection of brain lesions in multi-modal magnetic resonance images (MRIs). The contribution is three-fold. First, we focus on segmentation of brain lesions which is an essential task to diagnosis, prognosis and therapy planning. A context-aware random forest is designed for the automatic multi-class segmentation of MS lesions, low grade and high grade gliomas in MR images. It uses multi-channel MRIs, prior knowledge on tissue classes, symmetrical and long-range spatial context to discriminate lesions from background. Then, we investigate the promising perspective of estimating the brain tumor cell density from MRIs. A generative-discriminative framework is presented to learn the latent and clinically unavailable tumor cell density from model-based estimations associated with synthetic MRIs. The generative model is a validated and publicly available biophysiological tumor growth simulator. The discriminative model builds on multi-variate regression random forests to estimate the voxel-wise distribution of tumor cell density from input MRIs. Finally, we present the "Spatially Adaptive Random Forests" which merge the benefits of multi-scale and random forest methods and apply it to previously cited classification and regression settings. Quantitative evaluation of the proposed methods are carried out on publicly available labeled datasets and demonstrate state of the art performance.

La stimulation cérébrale profonde (DBS) du gyrus cingulaire subgénual est actuellement en coursd'évaluation comme nouvelle cible thérapeutique chez les patients souffrant de dépression majeure.Afin de caractériser les mécanismes sous-jacents l'action de la DBS, et plus particulièrement, lapossible implication du système glial, les effets de la stimulation du cortex préfrontal infralimbique surplusieurs marqueurs précliniques de la réponse antidépressive ont été évalués chez le rat. Ce travailde thèse, en utilisant des approches électrophysiologiques, immunohistochimiques etcomportementales, montre que la DBS aigue (130 Hz, 150 μA) induit des comportements pseudoantidépresseurs(évalués dans le test de nage forcée) qui sont associés à une augmentation del'activité des neurones 5-HT du raphé dorsal et de la neurogenèse du gyrus denté. De plus, la DBSaigue est capable de renverser les effets du stress sur la métaplasticité synaptique hippocampique.Par ailleurs, la DBS à plus faible intensité (20 μA, 130 Hz) induit des effets pro-cognitifs, i.e. unefacilitation de la plasticité synaptique au sein de l'hippocampe dorsal et une amélioration desperformances mnésiques des rats dans le test de reconnaissance d'objet. De façon importante, ceseffets neurobiologiques sont prévenus par une lésion pharmacologique gliale avec la gliotoxine Lalpha-aminoadipic acid. Ensemble, nos données in vitro et in vivo soulignent pour la première fois lerôle crucial des astrocytes dans les mécanismes d'action de la DBS. Cette étude propose donc quel'intégrité du système glial au niveau le site de stimulation est un pré-requis majeur afin d'optimiserl'efficacité de la DBS

Lors d'un exercice physique prolongé, les muscles produisent et libèrent de l'interleukine-6 (IL-6). Cette production est corrélée à l'intensité de l'exercice et à la baisse des réserves musculaires en glycogène. L'IL-6 agirait par voie endocrine en favorisant la production endogène de glucose par le foie.<br />Notre premier objectif était d'étudier le contrôle de l'expression du gène IL-6 dans le muscle squelettique à l'exercice chez le rat et plus particulièrement l'importance de la voie de signalisation de la calcineurine, activée par la contraction musculaire. Nous avons d'abord montré que la transcription du gène IL-6 avait lieu dans les fibres musculaires oxydatives (I et IIa) et était associée à une activité importante de la voie de la calcineurine. Nous avons ensuite montré que l'administration d'inhibiteurs pharmacologiques de la calcineurine (ciclosporine A ou FK506) diminuait significativement la transcription du gène IL-6 dans les muscles lents/oxydatifs, prévenant ainsi l'apparition de la protéine dans le plasma. Nous avons ainsi démontré l'implication de la voie de la calcineurine dans le contrôle du gène codant IL-6 dans le muscle en réponse à un exercice unique. <br />Notre deuxième objectif était d'étudier l'action d'IL-6 sur le foie à l'exercice, plus particulièrement sur le contrôle du gène codant une enzyme clé de la néoglucogenèse, la phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK). Nous apportons des arguments expérimentaux en faveur d'un effet direct d'IL-6 sur le tissu hépatique et d'un contrôle possible de la transcription du gène codant PEPCK par l'IL-6 circulante. D'autre part nous suggérons l'implication d'acteurs moléculaires nouveaux, Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator alpha (PGC-1α) et Farnesoid X receptor (FXR), dans le contrôle de la néoglucogenèse à l'exercice.

La pharmaco-résistance des épilepsies du lobe temporal serait étroitement liée à une perte de neurones dans l'hippocampe qui pourrait résulter d'une inflammation. Chez le rat soumis à une épileptogenèse expérimentale, nous avons caractérisé la réponse inflammatoire de l'hippocampe. Celle-ci précède la mise en place de la neurodégénérescence et consiste en une forte production de cytokines pro-inflammatoires par la microglie activée ainsi qu'en une infiltration de monocytes/ macrophages. La progression des monocytes dans le parenchyme cérébral serait facilitée par la dégradation des chaînes de sulfate d'héparane qu'ils portent à leur surface, sous l'action de l'héparanase, spécifiquement exprimée par les neurones. Il se pourrait que le blocage des sites de liaison de l'héparanase aux chaînes de sulfate d'héparane réduise l'infiltration cérébrale des monocytes, et permette de prévenir la dégénérescence neuronale associée aux épilepsies.

L'objectif de ce travail de thèse est de déterminer l'influence des propriétés musculaires des membres inférieurs sur l'adaptation du patron locomoteur. Les deux premières études (études n°l et n°2) analysent la relation entre le niveau de force maximale des muscles extenseurs des membres intérieurs et le choix d'un patron locomoteur lors d'un exercice de pédalage. Nos résultats indiquent que, chez le sujet sain, le patron locomoteur n'est pas affecté par les caractéristiques musculaires. En revanche, les propriétés musculaires modifient la synergie des plans de coopération musculaire ainsi que les critères d'efficience énergétique ou neuromusculaire de la locomotion. Les trois études suivantes (3, 4 et 4bis) ont pour objectif de caractériser les effets de différentes altérations musculaires sur un exercice de locomotion. Deux méthodes sont utilisées pour générer ces altérations. La première consiste à induire une fatigue musculaire à partir de deux types de contractions (concentriques vs. excentriques) répétées des membres inférieurs (étude 3). La seconde méthode est comparative, et a pour objectif d'analyser les effets d'un exercice fatigant sur la locomotion dans deux populations dont les caractéristiques musculaires diffèrent (sujets jeunes vs. sujets âgés) (étude 4 et 4bis). Les résultats de l'étude 3 montrent, d'une part, que les altérations musculaires sont directement dépendantes du type de contraction et d'autre part, que ces altérations modifient spécifiquement le patron locomoteur. Les deux dernières études apportent deux résultats originaux. Le premier indique que l'altération des propriétés musculaires après un exercice fatigant est amplifiée lorsque les sujets présentent une déficience musculaire préalable. Le second montre que, quel que soient les caractéristiques de la fonction musculaire, le patron locomoteur est modifié de façon identique à la suite d'un exercice fatigant. Cette modification s'accompagne cependant d'une réorganisation des plans de coopération musculaire spécifique à chaque population. L'ensemble de ces travaux expérimentaux suggère que les propriétés musculaires des membres inférieurs, altérées ou non, n'influencent pas la cinématique du patron locomoteur. Toutefois, celles-ci semblent déterminer une organisation des synergies musculaires particulière pour produire le mouvement.