This thesis presents the determination of susceptibility and resistance of HIV integrases (INs) to IN strand transfer inhibitors (INSTIs) and the development of single domain antibody (sdAb) targeting HIV IN. Firstly, the susceptibility of HIV-1 subtype CRF02_AG INs to the latest INSTIs was determined, since previous studies suggested that the significant variations of CRF02_AG IN may have consequential effects on the interaction between the inhibitor and IN. Consistent with in silico study, we found that 3'-processing and strand transfer activity of both HIV-1 subtype B IN and subtype CRF02_AG IN are comparable. The susceptibility of recombinant CRF02_AG INs to employed INSTIs (Raltegravir-RAL, Elevitegravir-EVG and L-731, 988) is similar to that of HIV-1 B IN. Hence, the polymorphism of CRF02_AG IN cannot significantly effect on the susceptibility to INSTIs. Secondly, the resistance of HIV-2 IN to RAL, the unique approved INSTI, has been confirmed in vitro with mutated enzymes harboring resistance mutations. Mutations at positions 155 and 148 played a similar role in HIV-1 and HIV-2, rendering the IN resistant to RAL. The G140S mutation conferred little resistance, but compensated for the catalytic defect due to the Q148R mutation. Conversely, Y143C alone did not confer resistance to RAL unless E92Q is also present. Furthermore, the introduction of the Y143C mutation into the N155H resistant background decreased the resistance level of enzyme containing the N155H mutation, possibly accounting for the lack of detection of these two mutations together in a single genome. Finally, anti-HIV IN sdAb that is endowed with many attractive properties was selected for developing antiretroviral agents. After the selections, we have obtained some sdAbs that specifically recognize a broad range of INs in vitro, including INSTI-resistance mutant G140S/Q148R. However, the inhibition activity of anti-HIV IN sdAbs has not been observed yet. Anti-HIV IN sdAbs can be applied for other application, such as targeting reagents for nanosensor. In future, development of anti-HIV IN sdAbs which are able to block HIV replication remains attractive for obtaining efficient inhibitor of IN.

L'environnement est une variable essentielle de la traduction des génotypes en phénotypes: ainsi, un génotype donné peut donner naissance à des phénotypes distincts en réponse aux variations environnementales. Ce phénomène, appelé plasticité phénotypique, est universel. Mon projet avait pour objectif d'analyser de façon quantitative et intégrée la plasticité de la reproduction et son évolution chez les nématodes Caenorhabditis, en étudiant les caractéristiques de la lignée germinale. Ce travail a également mis en lumière la sensibilité à l'environnement des traits d'histoire de vie en rapport avec la fitness, et leur évolution. J'ai d'abord analysé la plasticité et les interactions génotype/environnement des traits phénotypiques d'histoire de vie et de la lignée germinale de C. elegans en réponse à des variations environnementales pertinentes sur le plan écologique. J'ai mis en évidence des effets hautement variables de l'environnement et du génotype, et des interactions génotype/environnement pour chacun de ces traits. J'ai ensuite examiné l'évolution intra- et inter-espèces de la lignée germinale et de la reproduction dans le genre Caenorhabditis, et plus particulièrement les variations évolutives dans la sensibilité thermique de la reproduction. J'ai montré que la réduction de la fertilité lors de l'exposition à des températures élevées ne s'expliquait pas seulement par des défauts de spermatogenèse mais également par un large spectre d'erreurs de l'oogenèse. Enfin, j'ai participé à des expériences d'évolution expérimentale visant à quantifier les changements de la lignée germinale qui accompagnent l'adaptation de populations C. elegans à un nouvel environnement.

Le système Tat (pour Twin Arginine Translocation) exporte des protéines repliées depuis le cytoplasme vers le périplasme des bactéries. L'adressage des protéines à exporter au système Tat repose sur une séquence signal spécifique amino terminale clivée après exportation. Chez le phytopathogène Dickeya dadantii, l'homologue de pectine lyase PnlH possède une séquence signal Tat qui assure son adressage au système Tat mais qui n'est pas clivée après exportation et ancre la protéine dans la membrane externe. Chez les protéobactéries, la majorité des protéines de membrane externe sont soit des lipoprotéines soit des protéines intégrales de membrane en tonneau β. L'adressage de ces protéines à la membrane externe repose sur des voies spécifiques du type de protéine : la voie Lol pour les lipoprotéines et la combinaison des chaperons périplasmiques SurA, Skp et DegP et du complexe de membrane externe Bam (β barrel assembly machinery) pour les protéines en tonneau β. Au cours de ce travail, l'étude de l'adressage de PnlH à la membrane externe a montré que SurA se liait à la séquence signal hydrophobe de PnlH pour la protéger de l'environnement hydrophile au cours de son transit dans le périplasme. La séquence signal de PnlH (41 acides aminés) porte l'intégralité de l'information nécessaire à son adressage à la membrane externe. La nature de l'information adressant les protéines au système Tat est bien connue et dans ce travail nous nous sommes efforcés d'identifier les informations requises pour les deux dernières étapes de l'adressage de PnlH à la membrane externe : la traversée du périplasme et l'insertion dans la membrane externe. La délétion d'une région conservée comprise entre les résidus 28 et 41 de la séquence signal de PnlH affecte l'adressage de cette dernière à la membrane externe. Des substitutions des acides aminés conservés de cette région ne semblent pas affecter l'adressage de PnlH, indiquant que l'information nécessaire à l'adressage de PnlH à la membrane externe après exportation ne réside pas dans la séquence en acides aminés de la séquence signal de PnlH. En revanche, nos données suggèrent que la présence d'une hélice α hydrophobe dans la séquence signal de PnlH est importante pour son adressage à la membrane externe. Cette observation est particulièrement intéressante puisqu'une telle structure est généralement considérée comme une caractéristique des protéines de membrane interne.

Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l'activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L'atrophie musculaire est aussi une composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l'efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l'équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFα, qui affectent l'homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l'origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFα a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L'objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l'atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l'augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFα aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF. Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d'un adénocarcinome C26. L'analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l'augmentation des taux de céramides concomitante à l'atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l'atrophie a été démontré par l'effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l'inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l'homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies.

Le système de sécrétion de type II (T2SS) est largement exploité par les bactéries à Gram négatif pour sécréter divers facteurs de virulence depuis le périplasme vers le milieu extra-cellulaire. La bactérie phytopathogène Dickeya dadanti (ex. Erwinia chrysanthemi) utilise ce système, appelé Out, pour la sécrétion de pectinases responsable de la maladie de la pourriture molle chez de nombreuses plantes. Les deux composants essentiels du système Out, la protéine de membrane interne OutC et la sécrétine OutD, formant un pore dans la membrane externe, sont impliqués dans la spécificité de sécrétion. L'interaction entre OutC et OutD pourrait assurer l'intégrité structurelle et fonctionnelle du système de sécrétion en reliant les deux membranes. Nous avons entrepris une étude structure-fonction de ces deux composants afin d'identifier et caractériser leurs sites d'interaction et de mieux comprendre leurs rôles. Nous avons appliqué une approche intégrative impliquant une analyse in vivo par cystéine-scanning et pontage disulfure, une analyse in vitro par GST pull down et une analyse structurale d'OutC et OutD et de leurs interactions par RMN. Nos résultats indiquent la présence d'au moins trois sites d'interaction entre les régions périplasmiques d'OutC et d'OutD et suggèrent que ces interactions s'établissent par un mécanisme d'addition des brins β. Nous avons démontré qu'un site situé sur le domaine HR d'OutC pouvait interagir avec deux sites distincts d'OutD suggérant un mode d'interaction alternatif. La présence d'exoprotéines et/ou des composants de membrane interne du système OutE-L-M, modifie différemment l'affinité de ces trois sites d'interaction entre OutC et OutD. Nous proposons que ces interactions alternatives entre divers sites d'OutC et OutD pourraient refléter une succession d'étapes fonctionnelles lors du processus de sécrétion. Pour étudier le mécanisme d'adressage et d'assemblage de la sécrétine OutD dans la membrane externe, nous avons exploité les interactions entre OutD et deux composants auxiliaires du T2SS, la protéine de la membrane interne OutB et la lipoprotéine de la membrane externe OutS. Nous avons montré une interaction directe entre le domaine périplasmique d'OutB et le domaine N0 d'OutD. Une analyse structure-fonction du complexe OutS-OutD a révélé que la pilotine OutS interagit fortement avec 18 résidus à l'extrémité C-terminale de la sécrétine, entraînant la structuration sous forme hélicoïdale de cette région initialement non structurée. Ce travail nous permet de mieux comprendre le mécanisme d'assemblage et de fonctionnement du système de sécrétion de type II.

The sphingolipids are a family of membrane lipids with only a structural role, influencing lipid bilayer properties, but they also act as effector molecules with essential roles in many aspects of cell biology. The sphingolipids ceramide, sphingosine and S1P have shown opposite effects: whereas ceramide and sphingosine usually inhibit proliferation and promote apoptotic responses to different stress stimuli, S1P is known to stimulate cell growth, and promote cell survival. Ceramide can be produced through the de novo synthesis pathway, and by membrane sphingomyelin hydrolysis catalyzed by sphingomyelinases. Both pathways can be activated by the pro-inflammatory cytokine TNFa. Because this cytokine has been shown to promote muscle loss and seems to be crucial in the development of cachexia, we hypothesized that the formation of ceramide, or a metabolite, can be involved in tumor-induced muscle wasting. We investigated the role of ceramide in the in vitro atrophic effects of TNFa on differentiated C2C12 myotubes, by using cell permeant ceramides and inhibitors of sphingolipid metabolism. We observed that TNFa atrophic effects, as evaluated by the reduction in myotube area, are mimicked by exogenous ceramides, supporting the idea that ceramide can participate in muscle atrophy. To verify if ceramide is a mediator of TNFa-induced atrophy, and to identify the metabolites potentially involved, we analyzed the effects of drugs able to block sphingolipid metabolism at different steps: the inhibition of de novo synthesis pathway was unable to restore myotube size in the presence of TNFa whereas the inhibitors of neutral sphingomyelinases reversed TNFa-induced atrophy. Moreover, an accumulation of ceramide and sphingosine induced pro-atrophic effects, whereas sphingosine-1-phosphate had a protective effect. These observations establish that in C2C12 myotubes, ceramide or other downstream metabolites such as sphingosine, produced by the neutral sphingomyelinase pathway in response to TNFa stimulation, participate in cell atrophy. To evaluate the in vivo role of sphingolipids, we treated BalbC mice carrying C26 adenocarcinoma woth Myriocin, an inhibitor of the de novo pathway of ceramide synthesis, that is able to deplete muscle tissue in all sphingolipids, was administered daily to the animals. This treatment partially protected animals against tumor-induced loss of body weight and muscle weight, without affecting the size of tumors. Moreover, myriocin treatment significantly reversed the decrease in myofiber size associated with tumor development, and reduced the expression of atrogenes Foxo3 and Atrogin-1, showing that it was able to protect against muscle atrophy. These results strongly suggest that ceramide, or a downstream sphingolipid metabolite, is involved in tumor-induced muscle atrophy. The sphingolipid pathway thus appears as a new potential target of pharmacological interventions aiming at protecting muscle tissue against atrophy.

La phospholipase D (PLD) hydrolyse la phosphatidylcholine des membranes cellulaires, libérant le messager acide phosphatidique. La capacité de la PLD à influer sur la voie de signalisation de mTOR, acteur central dans le contrôle du tissu musculaire, nous a incités à étudier son rôle dans ce tissu. Mes travaux de thèse ont pour but d'étudier les mécanismes par lesquels la PLD intervient dans la différenciation myogénique et dans la régulation de la masse musculaire. Dans un premier temps, nous avons montré que le contrôle de la différenciation des myoblastes L6 par la PLD met en jeu l'activation des deux complexes de mTOR (mTORC1 et mTORC2). mTORC2 active la différenciation, probablement via son effecteur PKCalpha, alors que mTORC1 la réprime via son effecteur S6K1, en induisant la phosphorylation de rictor, un composant de mTORC2, et l'inhibition de ce complexe. Nous avons par ailleurs montré que l'extinction de PLD par interférence de I'ARN induit l'atrophie de myotubes L6 en culture, ainsi qu'une baisse de la phosphorylation de S6K1 et 4E-BP1, effecteurs de mTORC1. Inversement, la surexpression de PLD à l'aide de vecteurs adénoviraux induit une hypertrophie des myotubes, associée à une activation de la voie mTORC1, et de Akt, effecteur de mTORC2. De plus, la surexpression de PLD atténue l'atrophie induite par la dexaméthasone. Ces résultats mettent en évidence un rôle hypertrophique et anti-atrophique de la PLD, qui pourrait s'exercer par stimulation de la voie mTOR. Nos résultats suggèrent que la PLD est susceptible de jouer un rôle clé dans le muscle squelettique, en agissant tant au niveau de la régénération du tissu qu'au niveau de la régulation de sa masse.

Approche expérimentale de deux systèmes de production porcine différenciés par le mode de logement : Contribution à la recherche d'un développement durable.Les éleveurs de porcs, confrontés à de nouvelles problématiques en relation avec le développement durable, formulent des demandes de recherche de références de plus en plus complexes et diversifiées. Pour y répondre, les Chambres d'agriculture de Bretagne ont mis en place une expérimentation système. Cette thèse questionne l'intérêt de la démarche et des premiers résultats obtenus. La configuration des systèmes d'élevage mis en comparaison a été définie dans le cadre d'une approche participative et les systèmes on été comparés en s'appuyant sur une méthodologie d'approche expérimentale systémique.La définition et la hiérarchisation des objectifs ont constitué l'étape préalable. C'est principalement la demande sociale qui a conduit au choix de deux systèmes différenciés par le mode de logement des animaux, sur litière ou sur caillebotis, et le mode de gestion des effluents, sous la forme de lisier ou de fumier, avec des effets attendus sur le bien-être animal et l'environnement. Au sein de chaque système plusieurs itinéraires techniques ont été mis en comparaison, correspondant à différentes options techniques possibles. Des règles de conduite ont ensuite été définies pour chacun de ces itinéraires techniques. Intra-système, les truies en gestation sont logées en groupes soit dans des petites cases (4 à 8 truies) équipées de réfectoires et d'une aire d'exercice, soit dans une grande case (24 truies) équipée d'un automate de distribution d'aliment. Chaque loge de post-sevrage et d'engraissement des salles sur caillebotis accueillent 11 animaux selon deux modalités de surface (normes actuelles ou surface accrue de 1/3). Sur litière, les animaux sont élevés en post-sevrage et en engraissement dans des loges de 42 porcs, sur paille ou sur sciure. En post-sevrage, les porcelets sont alimentés à volonté au nourrisseur. En engraissement, ils sont alimentés soit à volonté au nourrisseur, soit rationné en soupe. Les performances et la durabilité des différents itinéraires techniques sont évaluées à partir des données collectées entre janvier 2006 - peuplement du dispositif - et mai 2008. Les performances zootechniques moyennes sont élevées et diffèrent peu entre les deux systèmes d'élevage. Elles sont également voisines pour les différents itinéraires techniques : 10,9 porcelets sevrés par portée, 159 jours d'âge à l'abattage, 2,50 points d'indice de consommation en engraissement, 2,1% de perte d'animaux entre le sevrage et la vente. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

Bacteria in nature mostly exist in biofilms, which are structured adherent communities encased in polymeric matrices. In the human body, most biofilms are composed of commensal microorganisms with the gastrointestinal tract being the most heavily colonized site. Bacterial attachment to the overlying mucus gel layer of the intestinal epithelium is fundamental to the establishment of a stable commensal microflora. However the interaction of bacteria with the complex mucus gel is poorly described. Moreover, the complexity and diversity of the gut microbiota is itself an obstacle to studying its biology. Microbiota functions are the product of communities of bacteria and interactions between multiple species. New approaches are needed to study this aspect of even the most well-studied member of the human gut microbiota, Escherichia coli. This thesis was devoted to the exploration of the transcriptional response of E. coli facing different elements of human gut following 3 main objectives. First, the initial part of my work was related to the conception and optimization of appropriate genetic tools to both track E. coli within the multispecies context that constitute human gut commensals, and survey the expression of genes of interest. Use of the Green Fluorescent Protein (GFP) genes allowing enhanced fluorescence and shortened half-life has permitted significant progress both in whole cell tagging as well as transcriptional reporting, while the red fluorescent counterparts were disappointing. Second, using the subset of tools that has been validated to be reliable, influence of mucin on the biofilm formation ability of E. coli has subsequently been studied. I have shown that mucin promotes E. coli biofilm formation through transcriptional modulation of surface adhesion structures such as curli and type 1 pili. Third, concurrently, E. coli's population relationship to commensal bacteria (K. pneumoniae and E. faecalis) was investigated and demonstrated, with the possible influence of surface adhesion structures such as curli as the biological focus. The results suggest that curli production in biofilm increases the fitness of E. coli when co-cultured with K. pneumoniae while promoting synergistic interaction between E. coli and E. faecalis. The implication based on the data is discussed. This work improves the understanding of E. coli response to the gut environment, and provides foundations to build more powerful tools for further investigations.

Le système de sécrétion de type II (T2SS) est largement répandu chez les bactéries à Gram négatif. Il permet la sécrétion d'enzymes lytiques et de toxines. Chez la bactérie phytopathogène Erwinia chrysanthemi, les pectinases, sécrétées par ce système appelé Out, dégradent la pectine, provoquant les symptômes de pourriture molle. La sécrétion par le T2SS se passe en 2 étapes : les protéines traversent la membrane interne par le système Sec ou le système Tat. Une fois dans le périplasme, elles sont repliées et transloquées par le T2SS à travers la membrane externe. Le système Out est composé de 14 protéines intégrées ou associées à l'une des deux membranes. Son assemblage et son fonctionnement restent obscurs. Une plateforme serait formée dans la membrane interne par OutE, -F, -L, -M et -C. Ces trois derniers composants sont des protéines bitopiques dont la stœchiométrie et le rôle sont inconnus. Pour identifier des interactions entre ses composants, nous avons utilisé le double-hybride bactérien, basé sur la reconstitution de l'activité d'adénylate cyclase. Nous avons démontré que le domaine de type ferrédoxine, situé en C-terminus d'OutL et d'OutM, est directement impliqué dans l'homo- et l'hétérodimérisation de ces protéines. Une interaction entre les régions périplasmiques d'OutC et d'OutD a été aussi détectée (Login et al., 2010). Pour mieux analyser les multiples interactions au sein du T2SS, des expériences de triple-hybride ont été réalisées en co-exprimant différentes combinaisons des régions solubles de trois composants. Nos résultats suggèrent qu'OutL empêche l'interaction entre OutC et OutD. Par ailleurs, OutL est impliquée dans l'activation de l'ATPase OutE, le moteur du système (Camberg et al., 2007). OutL serait donc impliquée dans la transmission du signal entre le périplasme et le cytoplasme et pourrait intervenir dans la dissociation du complexe OutD/OutC. Afin d'analyser le rôle des segments transmembranaires (TMS) de composants du T2SS, nous avons adapté la technique du double-hybride. Le domaine de la protéine rapporteur Cya a été fusionné au N-terminus du TMS et BlaM au C-terminus. BlaM sert à contrôler la topologie correcte des fusions dans la membrane. Plusieurs interactions bi-partenaires entre les TMS d'OutC, OutL et OutM ont été ainsi détectées. Ce travail a été complété par une étude in vitro (pull-down) et par mutagenèse dirigée. Ces interactions TMS-TMS pourraient intervenir dans la transmission du signal du périplasme vers le cytoplasme à travers la membrane interne.