La mammite bovine (inflammation des glandes mammaires), est la maladie la plus fréquente chez les vaches laitières et la plus coûteuse pour les producteurs laitiers. Plusieurs microorganismes peuvent causer la mammite mais Staphylococcus aureus en est le plus souvent responsable. En exprimant une panoplie de gènes de virulence, la bactérie est capable d’éviter l’action du système immunitaire. Sa capacité à résister au traitement antibiotique, soit en exprimant des gènes de résistance ou en se localisant à l’intérieur des cellules hôtes, est également documentée. Toutes ses raisons font que S. aureus peut causer des mammites chroniques et que le besoin de trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques est bien réel. Beaucoup d’études ont été menées pour trouver de nouvelles molécules ou des vaccins pour traiter cette pathologie. La plupart d’entre elles ont été réalisées in vitro ou dans des modèles murins, lesquels ne représentent pas exactement la réalité d’une infection de glande mammaire de vache laitière. Le présent projet de doctorat a proposé une approche davantage reliée à la réalité de cette infection. Nous avons donc voulu identifier les gènes exprimés par S. aureus durant la mammite bovine afin de mieux orienter la recherche de cibles thérapeutiques. Pour y parvenir, nous avons effectué des infections expérimentales de vaches laitières, développé une méthode d’isolement des bactéries du lait, procédé aux analyses transcriptomiques et identifié des gènes exprimés par la bactérie lors de l’infection. Cette approche n’avait encore jamais été tentée dans le contexte de la mammite bovine à cause des nombreux défis techniques que nous avons relevés. Les gènes de S. aureus identifiés lors du présent projet ont mené à différentes découvertes. D’abord, nous avons pu vérifier l’importance de deux de ces gènes pour la virulence de la bactérie lors de l’infection. Ensuite, c’est cette analyse transcriptomique qui est à la base du développement d’un vaccin dont l’efficacité est en cours d’analyse, et du développement d'une nouvelle classe d’antibiotique qui vise un gène exprimé lors de la mammite. Ces deux dernières percées font chacune l’objet d’un brevet d’invention. Nous sommes donc partis de l’hypoThèse que les gènes exprimés par S. aureus lors de la mammite bovine sont essentiels ou importants pour sa virulence ou sa survie et que ceux-ci représentent de bons candidats au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Cette Thèse rapporte précisément un tel constat.

La radiothérapie par microfaisceaux (MRT) synchrotron est une méthode de radiothérapie alternative pour les tumeurs cérébrales, qui présente l'avantage unique de pouvoir déposer de très hautes doses d'irradiation (plusieurs 100aines de Gy) au niveau de la masse tumorale. En effet, le fractionnement spatial des rayons X en microfaisceaux parallèles de quelques dizaines de micromètres s'est montré efficace dans le traitement des tumeurs cérébrales du rongeur tout en préservant le tissu cérébral péritumoral. Pour autant, son mode d'action sur le plan biologique n'est qu'en partie connu. Si l'effet différentiel de cette irradiation sur les vaisseaux sains et tumoraux a pu être démontré ces dernières années, il ne peut expliquer à lui seul l'efficacité de la MRT. Dans ce travail, nous avons établi une description de la réponse transcriptomique précoce des tissus sains et tumoraux (gliosarcome 9L) à la MRT et les fonctions biologiques et voies de signalisation associées. Ces résultats constituent une base de données interrogeable à partir d'hypothèses précises. Cette base a ainsi permis d'identifier des transcrits impliqués dans la réponse de la tumeur à la MRT et dont l'inhibition n'interfèrerait pas avec la réparation des tissus sains : nous avons proposé 3 cibles potentielles qui permettraient d'augmenter l'index thérapeutique de la MRT. (i) L'inhibition radio-induite d'un groupe de 13 gènes (Plk1, Cdc20, Ccnb1, Pttg1, Bub1, Dlgap5, Cenpf, Kif20a, Traf4af1, Depdc1b, Mxd3, Cenpe et Cenpf), participerait au contrôle tumoral précoce après MRT par la perturbation de la division cellulaire et pourrait être amplifié pour prolonger l'inhibition de la croissance tumorale. (ii) La mise à profit de l'activation du promoteur de Clecsf6 au sein des tumeurs irradiées permettrait la surexpression locale, via les monocytes modifiés et infiltrés, de protéine d'intérêt thérapeutique. (iii) Areg (codant pour l'Amphiréguline) est surexprimé au sein du tissu tumoral après MRT et son implication connue dans la chimio/radiorésistance nous conduit à considérer que son inhibition pourrait être une stratégie de renforcement des effets de la MRT. Par ailleurs, nous avons montré que la MRT engendrait de meilleurs résultats sur le contrôle tumoral et la survie animale qu'une irradiation synchrotron en champ plein (avec une dose équivalente à la vallée MRT). Cependant, aucune différence transcriptomique ne pouvant soutenir cet effet n'a pu être mis en évidence. / Synchrotron Microbeam Radiation Therapy (MRT) is a novel form of radiosurgery of brain tumors which allows high dose deposition (few hundreds of Gy) in pathologic tissues. The spatial fractionation of the incident beam into arrays of near-parallel microbeams has shown efficiency on brain tumors implanted in rodents while sparing normal tissues. The preferential effects observed on tumor vessels could not entirely explain the efficiency of MRT and other biological mechanisms might be involved in tumor control. In this work, we described the early whole transcriptomic responses of normal and tumoral (9L gliosarcoma) tissues to MRT and the associated biofunctions and pathways. This provides a questionable data base which can be used by the whole MRT community. This base allows to identify transcripts involved in tumor response to MRT and which inhibition would have no consequence in healthy tissue repair. We identified 3 relevant targets which might increase the therapeutic index of MRT. (i) The radio-induced inhibition of a cluster of 13 genes (Plk1, Cdc20, Ccnb1, Pttg1, Bub1, Dlgap5, Cenpf, Kif20a, Traf4af1, Depdc1b, Mxd3, Cenpe and Cenpf) may be involved in tumor control after MRT through the deregulation of cell division and could be amplified to continue the tumor growth inhibition. (ii) We might benefit from the activation of the Clecsf6 promoter in irradiated tumors by delivering, via modified and injected monocytes, some therapeutic proteins. (iii) Finally, Areg (encoding for Amphiregulin) is overexpressed in tumors after MRT and its involvement described in chimio/radioresistance enable to consider that its inhibition might help in tumor control after irradiation. We also showed that MRT induces a greater tumor control and survival rates compared with similar broad beam irradiations but no differences in transcriptomic responses have been highlighted.

La radiothérapie par microfaisceaux (MRT) synchrotron est une méthode de radiothérapie alternative pour les tumeurs cérébrales, qui présente l'avantage unique de pouvoir déposer de très hautes doses d'irradiation (plusieurs 100aines de Gy) au niveau de la masse tumorale. En effet, le fractionnement spatial des rayons X en microfaisceaux parallèles de quelques dizaines de micromètres s'est montré efficace dans le traitement des tumeurs cérébrales du rongeur tout en préservant le tissu cérébral péritumoral. Pour autant, son mode d'action sur le plan biologique n'est qu'en partie connu. Si l'effet différentiel de cette irradiation sur les vaisseaux sains et tumoraux a pu être démontré ces dernières années, il ne peut expliquer à lui seul l'efficacité de la MRT. Dans ce travail, nous avons établi une description de la réponse transcriptomique précoce des tissus sains et tumoraux (gliosarcome 9L) à la MRT et les fonctions biologiques et voies de signalisation associées. Ces résultats constituent une base de données interrogeable à partir d'hypothèses précises. Cette base a ainsi permis d'identifier des transcrits impliqués dans la réponse de la tumeur à la MRT et dont l'inhibition n'interfèrerait pas avec la réparation des tissus sains : nous avons proposé 3 cibles potentielles qui permettraient d'augmenter l'index thérapeutique de la MRT. (i) L'inhibition radio-induite d'un groupe de 13 gènes (Plk1, Cdc20, Ccnb1, Pttg1, Bub1, Dlgap5, Cenpf, Kif20a, Traf4af1, Depdc1b, Mxd3, Cenpe et Cenpf), participerait au contrôle tumoral précoce après MRT par la perturbation de la division cellulaire et pourrait être amplifié pour prolonger l'inhibition de la croissance tumorale. (ii) La mise à profit de l'activation du promoteur de Clecsf6 au sein des tumeurs irradiées permettrait la surexpression locale, via les monocytes modifiés et infiltrés, de protéine d'intérêt thérapeutique. (iii) Areg (codant pour l'Amphiréguline) est surexprimé au sein du tissu tumoral après MRT et son implication connue dans la chimio/radiorésistance nous conduit à considérer que son inhibition pourrait être une stratégie de renforcement des effets de la MRT. Par ailleurs, nous avons montré que la MRT engendrait de meilleurs résultats sur le contrôle tumoral et la survie animale qu'une irradiation synchrotron en champ plein (avec une dose équivalente à la vallée MRT). Cependant, aucune différence transcriptomique ne pouvant soutenir cet effet n'a pu être mis en évidence.

Avec plus de 39 millions de personnes infectées à travers le monde, le virus de l’immunodéficience humaine de type-1 (VIH-1) est un problème majeur de santé publique. Bien que la thérapie antirétrovirale contrôle la réplication virale, améliore la santé et prolongent la vie des personnes vivant avec le VIH-1, elle ne permet pas d’éradiquer complètement le virus. En effet, celui-ci établit des phases de latence en intégrant son génome dans l’ADN cellulaire des cellules cibles, entrainant la formation de ce que l’on appelle le réservoir latent du virus. Ce réservoir se situe principalement dans les lymphocytes T CD4+, bien qu’on le retrouve également dans les cellules myéloïdes, et il constitue le principal obstacle à l’éradication du virus. Il est donc impératif de mieux comprendre les facteurs de l’hôte qui régissent non seulement la susceptibilité de ces cellules à l’infection et qui contribuent également à la persistance du VIH-1. Nous postulons que les micro-ARN (miARN), des petits ARN produits par la cellule et qui régulent l’expression génique, jouent un rôle au cours de l’infection par le VIH-1. Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur le rôle des miARN dans l’entrée virale. À l’aide d’un séquençage de nouvelle génération des miARN dans les macrophages, nous avons déterminé que le miARN-103, ainsi que son paralogue le miARN-107, ciblent l’ARNm du corécepteur CCR5 utilisé par le VIH-1. Nous montrons que l’induction de l’expression des miARN-103/107 est régulée par le facteur de transcription p53 et rend les macrophages réfractaires à l’entrée du VIH-1. Nous observons que le niveau d’expression des miARN-103/107 est enrichi dans les macrophages résidant dans les tissus intestinaux de donneurs sains et les macrophages alvéolaires des personnes sous thérapie antirétrovirale, ce qui contribue vraisemblablement à leur résistance à l’infection par le VIH-1. Étant donné que les lymphocytes T CD4+ constituent le principal réservoir du VIH-1, nous avons ensuite étendu l’étude du miARN-103 dans ces cellules. Récemment, il a été montré que la latence virale serait la conséquence de l’infection de lymphocytes T CD4+ dans une fenêtre très étroite suite à leur activation. Ces cellules qui 3 transitionnent vers un phénotype mémoire posséderaient des propriétés uniques, comme une augmentation temporaire de l’expression du corécepteur viral CCR5, ainsi qu’une capacité réduite de transcrire l’ADN proviral intégré. Nos résultats montrent que le miARN-103, qui cible également le CCR5 dans les lymphocytes T CD4+, participe à la modulation du CCR5 selon l’état d’activation de la cellule et contribue indirectement à l’établissement de la latence virale dans ces cellules. De plus, nos résultats montrent que les lymphocytes T CD4+ issus d’individus qui contrôlent l’infection par le VIH-1 expriment des niveaux réduits d’ARNm de CCR5 (lorsque comparés à ceux d’individus non-contrôleurs). Cet état étant associé à une tendance à la hausse du miARN-103, suggère que le miARN-103 pourrait participer au contrôle de l’expression de CCR5 in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé un séquençage de nouvelle génération de l’ARN des lymphocytes T CD4+ infectés. À la suite de cette analyse, nous avons déterminé que le miARN-26a participe à la régulation de CD59, une protéine cellulaire incorporée dans les virions jouant un rôle clé dans l’activation du complément en inhibant la formation du complexe d’attaque membranaire. Au cours de l’infection, ce miARN est diminué dans les cellules productivement infectées. Cette diminution est associée à une augmentation de CD59 dans les cellules infectées et à la surface des virions produits par ces cellules, favorisant leur échappement à la lyse médiée par le complément. Nous montrons que l’introduction d’un analogue du miARN-26a dans les cellules rend les virions produits par ces dites cellules plus sensibles à la lyse médiée par le complément. En conclusion, les observations et analyses réalisées dans le cadre de cette thèse nous aident à mieux comprendre le rôle des miARN dans l’infection et la persistance du VIH-1. Ces résultats aident à notre compréhension des facteurs de l’hôte qui régissent la susceptibilité de ces cellules à l’infection ainsi que la persistance virale, et pourraient aider au développement de stratégies thérapeutiques. / With more than 39 million people infected in the world, human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a major public health problem. Although antiretroviral therapy controls viral replication, improves the health, and prolongs the lives of people living with HIV-1, it does not completely eradicate the virus. Indeed, the virus has established latency phases by integrating its genome into the cellular DNA of target cells, leading to the formation of what is called the latent reservoir of the virus. This reservoir is located mainly in CD4+ T cells, although it is also found in myeloid cells, and it has become the main obstacle to eradication of the virus. It is therefore imperative to better understand the host factors that not only govern the susceptibility of these cells to infection but also contribute to HIV-1 persistence. We postulate that microRNAs (miRNAs), which are small RNAs produced by the cell involved in regulation of gene expression, have a role during HIV-1 infection. First, we focused on the role of miRNAs in viral entry. Using next generation miRNA sequencing in macrophages, we determined that miRNA-103, as well as its paralogue miRNA-107, target the mRNA of CCR5, the HIV-1 coreceptor. We show that the induction of miRNA-103/107 expression is regulated by the transcription factor p53 and makes macrophages more resistant to HIV-1 entry. We observe that the expression level of miRNAs-103/107 is enriched in resident macrophages in intestinal tissues of healthy donors and alveolar macrophages of people on antiretroviral therapy, which likely contributes to their resistance to infection by HIV-1. Given that CD4+ T cells constitute the main reservoir of HIV-1, we then extended the study of miRNA-103 in these cells. Recently, it has been shown that viral latency is the consequence of the infection of CD4+ T cells within a very narrow window following their activation. These transitioning to memory T cells are thought to possess unique properties, such as a temporary increase in the expression of the viral coreceptor CCR5, as well as a reduced capacity to transcribe integrated proviral DNA. Our results show that miRNA-103, which also targets CCR5 in CD4+ T cells, participates in the modulation of CCR5 depending on the activation state of the cell 5 and indirectly contributes to the establishment of viral latency in these cells. Furthermore, our results show that CD4+ T cells from individuals who control HIV-1 infection express reduced levels of CCR5 mRNA (when compared to those from non- controller individuals), this being associated to a upward trend in miRNA-103 expression, suggesting that miRNA-103 may participate in the control of CCR5 expression in vivo. Secondly, we carried out next generation RNA sequencing of HIV-1 infected CD4+ T cells. Their resulting analyses determined that miRNA-26a participates in the regulation of CD59, a cellular protein that is incorporated into virions and has a key role in complement activation by inhibiting the formation of the membrane attack complex. During infection, this miRNA is decreased in productively infected cells. This decrease is associated with an increase in CD59 in infected cells, as well as on the surface of virions produced by these cells, favoring their escape from complement- mediated lysis. We show that introduction of miRNA-26a mimics in cells makes the virions produced by these cells more sensitive to complement-mediated lysis. In conclusion, the observations and analyses developed in this thesis will help us better understand the role of miRNAs in HIV-1 infection and persistence. These results help in the understanding of host factors that govern the susceptibility of these cells to infection as well as viral persistence and could help in the development of therapeutic strategies.

La dysautonomie familiale (FD) est une neuropathie héréditaire provoquée par des mutations au sein du gène IKBKAP, la plus commune d'entre elles induisant un épissage alternatif de l'exon 20 au sein de du pré-ARNm de façon tissu-spécifique. L'épissage aberrant est particulièrement prononcé dans les tissus nerveux, conduisant à la dégénerescence progressive des neurones sensoriels et autonomes. La spécificité de la perte des cellules nerveuses dans la FD est mal comprise, par manque d'un modèle approprié. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de l'épissage des ARNm d'IKBKAP, nous avons utilisé un modèle original : les cellules souches olfactives ecto-mesenchymateuses (hOE-MSC) de patients FD. Les hOE-MSC sont pluripotentes et ont la capacité de se différencier en diverses lignées cellulaires, y compris les neurones et les cellules gliales.Nous avons confirmé la présence du transcrit exempt de l'exon 20 d'IKBKAP dans les hOE-MSC de FD et nous avons observé une expression significativement inférieure de la somme des transcrits IKBKAP chez ces patients, du fait de la dégradation d'une partie des isoforme aberrants. Cette réduction est correlée avec une réduction d'expression de la protéine traduite à partir du transcrit d’IKBKAP possèdant l’exon 20, IKAP/hELP1. Nous avons localisé IKAP/hELP1 dans différents compartiments cellulaires, y compris le noyau, ce qui soutient des rôles multiples de cette protéine. Nous avons confirmé que la kinétine, une cytokinine, améliorait le taux de transcrit incluant l'exon 20 et rétablissait des niveaux normaux d'IKAP/hELP1 dans les hOE-MSC de FD. Par ailleurs, nous avons pu modifier le rapport d'épissage d'IKBKAP en augmentant ou en réduisant le ratio WT (inclusion de l'exon 20) : MU (saut de l'exon 20) respectivement, en produisant des sphères flottantes, ou en engageant les cellules vers une différentiation neurale. Les sphères et les cellules différenciées ont été étudiées au niveau pan-génomique, ce qui a permis d'identifier le développement du système nerveux comme étant le processus le plus affecté chez les FD. De plus, nous soulignons le rôle de la kinétine comme un probable régulateur de facteurs d'épissage contribuant à la restauration d'un épissage correct d'IKBKAP.Les hOE-MSC isolées de patients FD représentent une nouvelle approche pour modéliser la pathologie et mieux comprendre l'expression génétique et les approches thérapeutiques possibles de la FD. En outre, elles offrent une application originale à la compréhension d'autres maladies génétiques neurologiques. / Familial dysautonomia (FD) is a hereditary neuropathy caused by mutations in the IKBKAP gene, the most common of which results in variable tissue-specific mRNA splicing with skipping of exon 20. Defective splicing is especially severe in nervous tissue, leading to incomplete development and progressive degeneration of sensory and autonomic neurons. The specificity of neuron loss in FD is poorly understood due to the lack of an appropriate model system. To better understand and modelize the molecular mechanisms of IKBKAP mRNA splicing, we collected human olfactory ecto-mesenchymal stem cells (hOE-MSCs) from FD patients. hOE-MSCs have a pluripotent ability to differentiate into various cell lineages, including neurons and glial cells.We confirmed IKBKAP mRNA alternative splicing in FD hOE-MSCs and observed a significant lower expression of both IKBKAP transcripts and IKAP/hELP1 protein in FD cells resulting from the degradation of the transcript isoform skipping exon 20. We localized IKAP/hELP1 in different cell compartments, including the nucleus, which supports multiple roles for that protein. Moreover, we showed that kinetin improved exon 20 inclusion and restores a normal level of IKAP/hELP1 in FD hOE-MSCs. Furthermore, we were able to modify the IKBKAP splicing ratio in FD hOE-MSCs, increasing or reducing the WT (exon 20 inclusion):MU (exon 20 skipping) ratio respectively, either by producing free-floating spheres, or by inducing cells into neural differentiation. Spheres forming cells and lineage neuroglial progenitors were investigated at the genome-wide level, and we confirmed that nervous system development was the most altered process in FD. More, we highlight kinetin role as a putative regulator of splicing factors which contribute to restore a correct splicing of IKBKAP.hOE-MSCs isolated from FD patients represent a new approach for modeling FD to better understand genetic expression and possible therapeutic approaches. This model could also be applied to other neurological genetic diseases.

Les formes sévères de l’infection par les virus de la fièvre jaune (YFV) et de la dengue (DENV) sont caractérisées par une atteinte du foie, plus sévère lors d’une infection YFV. L’objectif de cette thèse est de comparer les infections de YFV et DENV dans un modèle d’hépatocytes humains dérivés de cellules souches (iHeps) afin d’identifier des facteurs à l’origine de cette différence de pathogenèse. Dans un premier temps, nous avons comparé le tropisme de YFV aux 4 sérotypes de DENV dans notre modèle hépatique établi en monocouche cellulaire. Nous avons observé une faible propagation de DENV dans les iHeps par rapport YFV. Les mêmes observations ont été faites dans des hépatocytes primaires. L’utilisation de souches chimériques 17D/DENV a permis de mettre en évidence que cette faible propagation serait liée à une faible efficacité d’entrée de DENV dans les hépatocytes. Nous avons également étudié l’infection dans des sphéroïdes iHeps, métaboliquement plus actifs que les iHeps 2D. Une infection productive a été observée uniquement avec YFV. Ce résultat pourrait s’expliquer par la faible accessibilité des cellules à l’intérieur des sphéroïdes. Dans un 2ème temps, nous avons étudié les réponses cellulaires induites dans les iHeps 2D après infection par les différents virus en utilisant une approche RNAseq. Les résultats préliminaires suggèrent un lien entre le taux de réplication et le nombre de gènes activés. La réponse interféron est plus précocement détectée dans le cas de YFV, mais l’infection par DENV induit un plus grand nombre de gènes. De plus, DENV-1 et DENV-4 induisent une augmentation d’expression de certains gènes impliqués dans la présentation d’antigène comme HLA-E et TAP-2, alors que YFV diminue l’expression de certains gènes de chimiokines et molécules d’adhésion. L’analyse préliminaire des voies liées au métabolisme hépatique révèle une inhibition de la voie de la coagulation dans le cas de l’infection par YFV, qui n’est pas observée lors de l’infection par DENV. Des observations similaires ont été décrites in vivo, au niveau protéique, confirmant la pertinence du modèle iHeps / Severe forms of infection with yellow fever virus (YFV) and dengue virus (DENV) are characterized by liver damage, with more severe symptoms observed during YFV infection. The aim of this thesis is to compare YFV and DENV infections in a model of human hepatocytes derived from stem cells (iHeps) in order to identify factors that could explain their difference in pathogenesis.First, we compared YFV tropism to the four DENV serotypes in 2D iHeps. We observed a low spread of DENV compared to YFV in both iHeps and primary hepatocytes. By using chimeric 17D/DENV strains, we demonstrate that this low propagation is linked to a low DENV entry efficiency in hepatocytes. We also studied infection in iHeps spheroids, metabolically closer to primary cells than 2D iHeps. A productive infection was observed with YFV only. The low accessibility of cells inside the spheroids could explained this result. Second, we studied cellular responses induced following infection by different viruses in 2D iHeps using an RNAseq approach. Preliminary results suggest a link between replication rate and the number of activated genes. The interferon response is detected earlier following YFV infection, but DENV induces a greater number of genes implicated in this pathway. Moreover, DENV-1 and DENV-4 up-regulate some genes involved in antigen presentation such as HLA-E and TAP-2, while YFV down-regulates genes encoding chemokines and adhesion molecules. Preliminary analysis of hepatic metabolism pathways reveals inhibition of the coagulation pathway induced by YFV infection, which is not observed during DENV infection. Similar observations have been described in vivo, at the protein level, confirming the relevance of the iHeps model

Les maladies cardiovasculaires représentent un important problème de santé publique à travers le monde. Parmi ces pathologies, l’infarctus du myocarde (IM) a fait l’objet de nombreux essais visant à diminuer sa sévérité. Néanmoins peu ont remporté leur pari. Cet échec peut avoir plusieurs composantes parmi lesquelles la méconnaissance de la complexité des mécanismes moléculaires impliqués. Notre compréhension de l’IM a cependant été nettement améliorée grâce à des méthodes utilisées pendant les dernières décennies et qui consistaient à étudier séparément un nombre limité d’acteurs moléculaires impliqués dans un mécanisme simple et linéaire. Cependant, l’échec des essais cliniques basés sur ces approches réductionnistes ont montré leurs limites. L’émergence de la biologie des systèmes, ces dernières années, a stimulé les recherches visant à mieux intégrer et comprendre la nature complexe et stochastique des réseaux moléculaires et leur dynamique dans la progression des pathologies. L’objectif général de cette thèse a consisté en le développement et l’amélioration de méthode d’analyses et de combinaison des données spatio-temporelles issus d’expériences réalisées sur un modèle d’infarctus du myocarde chez la souris. L’objectif scientifique visait à caractériser les principaux signaux dynamiques au cours de la séquence d’ischémie-reperfusion. A cet effet, nous avons tout d’abord développé une chaîne de méthode utilisant la clarification d’organe et la microscopie de fluorescence permettant de quantifier, en 3 dimensions, la zone du myocarde soumise au choc oxydant lors de la reperfusion. Dans une seconde partie, nous avons développé une nouvelle chaîne analytique pour caractériser la dynamique d’expression des transcrits. Appliquée aux animaux contrôles (soumis à la chirurgie et l’anesthésie), nous mettrons, grâce à cette chaîne de méthode, le rôle majeur de la voie de l’interleukine 6 dans le développement de la réponse immunitaire et nous concluons ainsi sur la nécessité de réaliser une analyse dynamique du modèle expérimental pour caractériser sa réponse à l’échelle moléculaire et éviter toute surinterprétation de la réponse à l’IM / Cardiovascular diseases represent a major health burden worldwide. According to the World Health Organization, 17 million people are dying each year by heart diseases which account to 31% of total deaths globally. Among these diseases is myocardial infarction (MI). Several efforts have been made to decrease the associated mortality rates but unfortunately, only few has succeeded to date. This failure is contributed to several factors, among them is the misunderstanding of the mechanism responsible for the progression of the disease.Our understanding of the MI pathology has been greatly improved by the approaches that have been widely used in the previous decades, relying mainly on studying molecules/pathways separately. However, this knowledge was not enough to make a difference clinically. Therefore, deciphering the interconnections between molecules has become an urge for better understanding of the diseases’ progression. In this regard, the work in this doctoral thesis involves different aspects of the MI pathology. The general aim of this work is to improve the dynamic analytical approach using systems biology tools, where new mechanistic information is decoded. Firstly, in a 3D heart model, we propose a chain of methods using clarified mouse heart and fluorescence microscopy to molecularly characterize the area at risk in the myocardium of IR and cardioprotected mice based on its redox state. In addition, we aim to develop a new analytical approach using dynamical large-scale transcriptomic data for characterizing the dynamic transcripts expression. Applying this approach on a control mouse model (mice subjected to anesthesia and surgical interventions), we show that Il-6 is a major mediator of the activated inflammatory reaction. In conclusion, this analytical approach highlights the necessity of the sapatio-temporal analysis to characterize the molecular events occurring in response to MI

Chez Bacillus subtilis, la transcription de l'opéron gapA, comprenant les gènes de la partie centrale de la glycolyse, est stimulée en présence de sources de carbone glycolytiques. Nos études in vivo et in vitro de CggR, le répresseur qui contrôle cette stimulation, ont démontré d'une part que celui-ci a la capacité de se lier à une séquence d'ADN inhabituellement longue, consistant en une répétition directe de deux motifs (CGGGACN6TGTCN4CGGGACN6TGTC) et située entre le promoteur et le codon d'initiation de l'opéron cggR-gapA, et d'autre part que son activité est inhibée par le fructose-1,6-biphosphate. Des analyses de séquence et des expériences de transcriptome ont indiqué que CggR, qui est très conservé chez les bactéries à Gram positif et qui définit une sous-famille de la famille de régulateurs transcriptionnels SorC/DeoR, est spécialisé dans le contrôle des gènes de la glycolyse. Ainsi, une collaboration a été engagée avec des structuralistes (CBS, Montpellier) pour aller plus loin dans la connaissance de ce prototype d'une famille encore peu connue de régulateurs. Deux paires de gènes paralogues ont été détectés dans le génome (ywkA et malS, ytsJ et mleA) dont les produits sont homologues à des enzymes maliques. L'analyse transcriptomique globale d'une souche sauvage cultivée en présence de glucose ou de malate comme seule source de carbone montre que l'expression d'ywkA est induite en présence de malate. En collaboration avec l'équipe de Y. Fujita, nous avons montré qu'ywkA codait bien une enzyme malique NADdépendante dont l'expression est spécifiquement induite par le malate extracellulaire et insensible à la répression catabolique. De plus, nous avons montré que le système à deux composants YufL-YufM active directement la transcription d'ywkA en présence de malate. Cependant, YwkA n'est pas requis pour la croissance en présence de malate comme seule source de carbone. La technique d'analyse du transcriptome au moyen de membranes à haute densité est maintenant acquise au laboratoire. Nous avons commencé à mettre à profit cet outil pour une étude globale de l'expression génique en fonction de différentes sources de carbone.

Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu'à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d'identifier des facteurs clé de l'association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l'approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l'identification de gènes cibles à l'intérieur des voies révélées par l'approche métabolique. A l'aide d'une puce à ADN dédiée au génome du d'A. pisum, les profils d'expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L'analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d'expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L'ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l'enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d'ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l'expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois.

La fièvre jaune est une pathologie virale humaine causée par un flavivirus, le virus de la fièvre jaune et transmise par des vecteurs arthropodes. Les formes sévères, parfois mortelles, sont caractérisées par une atteinte systémique aigüe qui affecte le foie. Bien que la vaccination existe depuis près de 80 ans, des recensements réguliers d'épidémies sont encore faits. Les vaccins à base d'une souche vivante atténuée YF 17D présentent d'excellents taux de séroconversion et sont notamment caractérisés par une forte diminution de l'hépatotropisme. Néanmoins les mécanismes associés à la pathogénèse hépatique sont encore mal compris et pourraient être une aide aux développements vaccinaux contre d'autres flavivirus ou virus hépatiques. L'étude développée ici s'est inscrite dans la problématique de la représentativité des modèles cellulaires hépatiques utilisés. Afin de répondre aux pertes métaboliques et immunitaires reportées dans plusieurs modèles, nous nous sommes orientés vers des modèles organotypiques associant plusieurs populations cellulaires hépatiques et un microenvironnement caractéristique. Les modulations induites par les souches vaccinales ou sauvages du virus de la fièvre jaune ont été évaluées par une approche transcriptomique globale utilisant la technologie RNASeq et des méthodes d'analyse définies. Nos résultats montrent une plus forte permissivité des modèles cellulaires à la souche atténuée YF 17D par rapport à la souche sauvage YF Asibi. Cette observation est associée pour la souche atténuée à l'établissement précoce d'une réponse antivirale complète impliquant une détection rapide des formes réplicatives du virus, la mise en place des réponses aux IFNs de type I et de type III, la clairance virale et un contrôle des métabolismes cellulaires et hépatiques. De son côté la souche sauvage présente un délai important dans l'établissement de ces réponses amenant à de potentiels mécanismes alternatifs de la clairance virale et de dérégulations métaboliques. Ces données mettent en exergue les interactions étroites qui existent entre les systèmes immunitaires et métaboliques au niveau du foie. Nous suggérons que la forte réponse antivirale induite par la souche atténuée pourrait contribuer à la rupture de la tolérance hépatique et à l'efficacité in vivo de la souche vaccinale. En outre, la cinétique des réponses immunitaires, en combinaison avec la charge virale, peuvent déterminer l'équilibre entre la récupération et l'immunopathologie après l'infection par le virus sauvage / Yellow fever is a human disease caused by a flavivirus, the yellow fever virus, transmitted by arthropod vectors. Severe forms, sometimes fatal, are characterized by acute systemic disease that affects the liver. Despite an effective vaccine being available for nearly 80 years, epizootic circulation occurs and results in periodic outbreaks in endemic regions and among travelers. Vaccines based on a live attenuated strain YF 17D exhibit excellent seroconversion rate and are characterized by a strong decrease in hepatotropism. However the mechanisms involved in liver pathogenesis are poorly understood and could be helpful for future vaccine development against other flaviviruses or hepatitis viruses.There is a need to develop liver cellular model better reflecting the in vivo liver microenvironment. In this work, we used new 3D models combining several liver cell populations to evaluate immune and metabolic responses induced by yellow fever viruses. Modulations induced by both vaccine and wild-type strains were evaluated by a global transcriptomic approach using RNA-Seq technology and well-defined analysis methods. Our results show a greater permissivity of cellular models to YF 17D strain compared to the wild type YF Asibi. In addition, YF 17D infection leads to an early establishment of a complete antiviral response involving rapid detection of replicating forms of the virus, development of a strong type I and type III IFN responses, initiation of viral clearance and modulation of cellular and liver metabolism. Wild-type strain presents a significant delay in the establishment of these responses leading to potential alternative mechanisms for viral clearance and metabolic dysregulation. These data highlight the close interactions between the immune and metabolic systems in the liver.We suggest that the strong antiviral response induced by attenuated strain could contribute to the breakdown of liver tolerance and in vivo efficacy of the vaccine strain. In addition, the kinetics of immune responses, in combination with viral load, can determine the balance between the recovery and immunopathology after infection with wild type virus