Le cancer de l’ovaire (COv) est le cancer gynécologique le plus létal chez la femme et les traitements existants, chirurgie et chimiothérapie, ont peu évolué au cours des dernières décennies. Nous proposons que la compréhension des différents destins cellulaires tels que la sénescence que peuvent choisir les cellules du cancer de l’ovaire en réponse à la chimiothérapie pourrait conduire à de nouvelles opportunités thérapeutiques. La sénescence cellulaire a été largement associée à l’activité de la protéine TP53, qui est mutée dans plus de 90% des cas de cancer de l’ovaire séreux de haut grade (COv-SHG), la forme la plus commune de la maladie. Dans nos travaux, à partir d’échantillons dérivés de patientes, nous montrons que les cultures primaires du cancer de l’ovaire séreux de haut grade exposées au stress ou à des drogues utilisées en chimiothérapie entrent en senescence grâce à l’activité d’un isoforme du gène CDKN2A (p16INK4A). Dans ces cellules, nous avons évalué les caractéristiques fondamentales de la sénescence cellulaire tels que les altérations morphologiques, l’activité béta galactosidase associée à la sénescence, les dommages à l’ADN, l’arrêt du cycle cellulaire et le phénotype sécrétoire associé à la sénescence. En utilisant des micromatrices tissulaires construites à partir d’échantillons humains de COv-SHG pré- et post-chimiothérapie, accompagnées de leurs données cliniques, nous avons quantifié des marqueurs de sénescence incluant une diminution de la prolifération cellulaire quelques semaines après chimiothérapie. De façon intéressante, l’expression de p16INK4A dans les échantillons de COv-SHG prétraitement corrèle avec une survie prolongée des patientes suite au traitement. Ceci suggère ainsi pour la première fois un impact biologique bénéfique pour la présence de cellules cancéreuses qui sont capable d’activer la sénescence, particulièrement pour le traitement du cancer de l’ovaire. Dans le but de complémenter les thérapies actuelles avec des approches de manipulation pharmacologique de la sénescence, nos résultats suggèrent qu’il serait important de déterminer l’impact positif ou négatif de la sénescence induite par la thérapie sur la progression de la maladie et la survie, pour chaque type de cancer de façon indépendante. / Human ovarian cancer (OvCa) is the deadliest gynecologic malignancy and existing surgical/chemotherapeutic treatment options have been relatively static for decades. We propose that understanding OvCa cell fate decisions taken in response to chemotherapy could guide new therapeutic opportunities. Damage-induced cellular senescence is often associated with TP53 activity, which is heavily mutated in high grade serous (HGS) OvCa (>90%), the most common form of this disease. Here, using patient derived tissues, we show that primary HGS-OvCa cultures predominantly trigger CDKN2A- associated (p16INK4A isoform) senescence following exposure to stress or chemotherapy. Key senescence hallmarks including altered morphology, senescence-associated-Betagalactosidase, DNA damage, cell cycle arrest and the senescence-associated secretory phenotype were evaluated and detected in damaged cells. Using tissue microarrays built from pre- and post-treatment human HGS-OvC tissue samples with accompanying clinical data, we quantified post-treatment hallmarks of senescence including reduced cell proliferation weeks after chemotherapy. Importantly, p16INK4A expression in pretreatment HGS-OvC samples correlated with increased patients survival, suggesting for the first time that senescence-competence in human cancer cells may have a beneficial impact on treatment outcomes for patients. In order to guide the potential improvement of existing human therapies via pharmacological senescence manipulation, our results suggests that it is important to determine for many types of human cancer whether treatment-induced senescence positively or negatively impacts disease progression and patient survival.

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale. / Angiogenesis and increased vascular permeability are key component of tumor growth and progression. Consequently, numberous efforts are currently deployed to illucidate the molecular mecanisms contributing to the formation and remodelling of blood vessels in oder to identify new potential therapeutic targets. In that thought, the work of this thesis was focused on the protein tyrosine phosphatase DEP-1, initially identified as a negative regulator of proliferation and VEGFR2 phosphorylation when highly expressed in endothelial cells. However, using RNAi, it was shown that through its capacity to dephosphorylate the inhibitory tyrosine of Src (Y529), DEP-1 could also positively regulate Src activation in endothelial cells in response to VEGF. As Src is a central promoter of angiogenesis and vascular permeability, we showed that DEP-1 was a promoter of these vascular functions in vitro and that the tyrosine phosphorylation of its C-terminal tail, allowing interaction and activation of Src, was required. Interestingly, the catalytic inactivation of DEP-1 in mice resulted in increased proliferation in endothelial cells, but also in desorganization of vascular structures which contrast the absence of phenotype in DEP-1 complete knock-out mice (KO). The work of this thesis demonstrates for the first time that DEP-1 deletion causes inhibition of Src and one of its substrate, VE-Cadherin, activation in response to VEGF in Dep-1 KO mice, which develop normally. Our results show the crucial role of DEP-1 in VEGF-induced vascular permeability and capillary formation in vivo. Consequently, tumor growth and lung metastases formation were inhibited due to reduced tumor vascularisation causing reduced proliferation and increased apoptosis of tumor cells. Accordingly, high expression of DEP-1 in tumor-associated blood vessels of breast cancer patients correlates with greater tumor vascularisation. In addition to DEP-1 role in post-natal angiogenic response, our work also demonstrates the important role of DEP-1 during retinal vascularisation, an in vivo developmental angiogenesis model. In this context, DEP-1 inhibits proliferation of endothelial cells and limits their sprouting by allowing adequate β-catenin-dependant expression of Dll4, a Notch ligand regulating developmental vascularisation organisation. DEP-1 allows β-catenin stabilisation via inactivation of GSK3β, an important regulator of β-catenin degradation, in response to VEGF through VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β signaling pathway. Thus, this work identifies DEP-1 as an important regulator of retinal vascular sprouting. The positive roles of DEP-1 in endothelial cells depend on it ability to bind and activate the kinase Src. In addition to its contribution to angiogenic response, Src is also a well-characterized oncogene notably for its contribution to invasive program of mammary cancer cells. This work illustrates that DEP-1 is preferentially expressed in invasive mammary cancer cells and that it regulates Src activation, pro-invasive signaling pathways and, consenquetly, cell invasiveness in vitro and in vivo. All these activities are dependant on DEP-1 catalytic activity and ability to bind Src. Interestingly, these results correlate with clinical data where moderate expression of DEP-1 is associated with poor pornostic of survival and relapse. Collectively, the results presented here demonstrate, for the first time, the crucial role of DEP-1 in Src activation in endothelial and breast cancer cells, leading to endothelial sprouting, vascular permeability, normal or pathological angiogenesis, and breast cancer invasiveness and metastases formation.

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs. / Epileptic encephalopathies are early-onset diseases characterized by refractory epilepsy with developmental delay. To identify the underlying genetic cause of these disorders, Dr Rossignol’s laboratory has performed whole-exome sequencing in children with sporadic epileptic encephalopathies. They have identified a novel de novo mutation in the MYO9B gene in one patient. Myo9b is known to regulate cell migration in the immune system and in cancer cells. It is expressed in the developing rodent brain, but its roles during brain development are largely unknown. Recent evidence suggests that epilepsy can be caused by an imbalance between inhibition and excitation in cortical circuits. Indeed, defects in the development or the functions of cortical GABAergic interneurons (INs) have been associated with epilepsy in human and in mouse models. Therefore, we postulated that Myo9b might play a role in the development of INs. In this thesis, I show that Myo9b is expressed in INs from early embryonic ages to post-natal ages. Furthermore, I demonstrate that the ex vivo downregulation of Myo9b in INs in cortical embryonic organotypic cultures causes morphological defects in migrating INs, including aberrant polarization of these cells. These morphological changes might result in aberrant IN migration, which would be expected to perturb the cortical inhibitory-excitatory ratio.

Les patients atteints de maladies inflammatoires de l'intestin (MII) ont un risque accru de développer un cancer colorectal dû aux lésions épithéliales secondaires à l’inflammation chronique. La vitamine D (vD) régule NOD2, gène impliqué dans la réponse inflammatoire et dans la susceptibilité aux MII, et induit son expression dans les monocytes et dans l’épithélium intestinal. Dans ce projet, nous avons d’abord induit le cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse (CAC) en administrant un traitement combiné d’azoxyméthane (AOM) et de dextran de sulfate de sodium (DSS) aux souris C57BL/6J. Par la suite, nous avons étudié l'effet d’une carence en vD3 sur le développement du CAC et évalué la capacité préventive d’une supplémentation en vD3 sur la tumorigenèse, et vérifié si cet effet est médié par NOD2, en utilisant les souris Nod2-/-. Les C57BL/6J et les Nod2-/-, ayant reçu une diète déficiente en vD3, étaient moins résistantes au CAC par rapport aux souris supplémentées. Le pourcentage de perte de poids, l’indice d’activation de la maladie (DAI), le taux de mortalité et le poids relatif du côlon (mg/cm) chez les souris déficientes en vD3 étaient plus élevés en comparaison avec celles supplémentées en vD3. Une augmentation du score d'inflammation et de la multiplicité tumorale corrélait avec une expression accentuée de l’Il6 dans les colonocytes des souris déficientes en vD3. La vD3 régulait l’expression génétique de Cyp24, Vdr et de gènes pro-inflammatoires chez les C57BL/6, comme chez les Nod2-/-. En conclusion, la supplémentation en vD3 peut prévenir le développement du CAC indépendamment de NOD2. / Patients with inflammatory bowel disease (IBD) have an increased risk of developing colorectal cancer due to continuing epithelial cell injury from the chronic inflammatory process. Vitamin D (vD) regulates NOD2, a gene involved in the inflammatory response and in IBD susceptibility, and induces its expression in monocytes and intestinal epithelial cells. In this project, we first established an azoxymethane (AOM)/dextran sodium sulfate (DSS) murine model of colitis-associated colorectal cancer (CAC) using C57Bl/6J. We then investigated the effect of vD3 deficiency on CAC development, and evaluated the ability of vD3 supplementation to prevent tumorigenesis. Lastly, we assessed whether the preventive benefits of vD3 on colon carcinogenesis are mediated via NOD2 using Nod2 knockout mice (Nod2-/-). vD3 deficient C57Bl/6J and Nod2-/- mice displayed increased severity of AOM/DSS-induced CAC compared to mice given vD3 supplemented diets. In vD3 deficient mice, body weight loss, Disease Activity Index (DAI), mortality rate and the colon weight/length ratio were higher compared to vD3-supplemented mice. An increased inflammation score was observed in the mucosa of vD3 deficient mice along with augmentation in the expression level of IL-6. Higher tumour multiplicity was also observed in vD3 deficient groups compared to vD3-supplemented groups. In both C57Bl/6J and Nod2-/- mice, vD3 regulated Cyp24, Vdr and pro-inflammatory genes. In conclusion, vD3 supplementation can prevent CAC independently of NOD2.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) se définit par un défaut de filtration glomérulaire et est associée à plusieurs désordres. La perturbation de l’homéostasie glucidique en fait partie. L’homéostasie glucidique est contrôlée principalement par l’insuline, soit l’hormone sécrétée en réponse au glucose par les cellules bêta-pancréatiques contenues dans les îlots de Langerhans. La préservation de la fonction de la cellule bêta est essentielle au maintien de l’homéostasie glucidique. Il a été démontré que la sécrétion de l'insuline est altérée au cours l'IRC, cependant les mécanismes demeurent peu connus. Au cours de l’IRC, l’accumulation chronique de toxines urémiques pourrait contribuer à la défaillance de la cellule bêta. L’urée est une toxine urémique majeure et sa toxicité a été récemment rapportée dans plusieurs tissus. Le but de ce mémoire était donc de vérifier le rôle de l’urée dans la dysfonction de la cellule bêta-pancréatique au cours de l’IRC. Nous avons démontré que l’exposition des îlots de souris à des concentrations pathologiques d’urée entraîne une diminution de la sécrétion d’insuline via l’augmentation du stress oxydant et des O-glycosylations. Ce défaut est dû à une perturbation du métabolisme intracellulaire du glucose. Entre autres, nous avons observé une baisse de la glycolyse associée à la réduction de l’activité enzymatique de la phosphofructokinase-1. Ces résultats démontrent un effet toxique direct de l’urée sur la sécrétion d’insuline et permettent de mieux comprendre le mécanisme de dysfonction de la cellule bêta-pancréatique au cours de l’IRC. / Chronic kidney disease (CKD) is defined as a glomerular filtration defect and is associated with many disorders. Impaired glucose homeostasis is one of them. Glucose homeostasis is maintained in part by insulin, which is the hormone secreted by the pancreatic beta cells from the islets of Langerhans in response to glucose. The preservation of beta cell function is essential to maintain glucose homeostasis. It has been demonstrated that insulin secretion is altered during CKD; however, the underlying mechanisms remain unknown. In CKD, chronic accumulation of uremic toxins could contribute to beta cell dysfunction. Urea is a major uremic toxin and its toxicity has been recently reported in many tissues. The purpose of this master project was to ascertain the role of urea in pancreatic beta cell dysfunction during CKD. We have demonstrated that exposure of mouse islets to pathological concentrations of urea leads to diminution of insulin secretion via an increase in oxidative stress and O-glycosylation. This defect is due to disturbed intracellular glucose metabolism. Among others, we have observed a reduction in glycolysis associated with a decrease in the activity of phosphofructokinase-1. These results demonstrate a direct toxic effect of urea on insulin secretion and contribute to a better understanding of mechanisms of pancreatic beta cell dysfunction during CKD.

Les gènes des doigts WIP-zinc provenaient de l'établissement de l'évolution rapide du clade Viridiplantae de bryophytes et ptéridophytes. Depuis les bryophytes ancestrales des premières plantes terrestres deux clades principaux ont evolveld, basé sur notre analyse cladistique de la partie C-terminale des WIP. Le thème commun et le caractère démontré par les protéines à doigts de zinc AtWIP sont mis en évidence par leurs découvertes dans des rôles régulateurs de croissance et de développement orgue. Cependant, la protéine moléculaire interagissant partenaires et les mécanismes par lesquels les fonctions de WIP sont orchestrés restent encore inconnues. Ici, nous montrons les interactions entre protéines moléculaires et des modes de localisation sub-cellulaire de CmWIP1 et ses interacteurs pour élucider son rôle de régulateur dans le sexe détermination Cucumis melo fleurs. Sur la base des interactions levures deux écran hybride de protéine-protéine de la banque d'ADNc de melon généré, nous déclarons que la protéine interagit physiquement CmWIP1 très fortement avec CmbZIP et CmLHP1. Aussi interaction n'a été observée avec le complexe CKII en C. melo qui se compose de CmCKIIα, CmCKIIβ1 et CmCKIIβ2 sous-unités. Approches de génétique inverse ont été utilisées pour tenter de valider fonctionnellement les interacteurs clés in planta. Le passage d'homme à fleurs femelles en traits gynoïques résultats de répression épigénétique de l'expression d'un facteur de doigt de zinc de type de transcription, CmWIP1 situé au niveau des loci g dans Cucumis melo. Lorsqu'elle est exprimée, CmWIP1 est responsable de l'avortement carpien entraînant simples fleurs mâles sexués d'une origine bisexuel initial. La surexpression de CmWIP1 (sous promoteur 35SCaMV) chez Arabidopsis thaliana a donné lieu à des plantes présentant un retard de croissance global du-et-dessus des parties sous-sol plantes, feuilles dentelées vrais, des anomalies de croissance floraux et sillique ainsi que médiocre rendement des semences. 35S: CmWIP1 lignées d'insertion développés ont été surveillés en permanence et phénotypées sur T1 à T4 générations pour la stabilité de la dentelure phénotype feuilles. Fait intéressant, deux autres lignes sur-expression portant AtWIP1 et AtWIP2 causés dentelures des feuilles semblables à celles de CmWIP1 surexpression tout sous promoteurs 35SCaMV. Deux lignées stables homozygote pour 35S: CmWIP1 insertion ont été sélectionnés à la génération T4 et muté à 0,3% EMS. Un millier de vracs lignées familiales m2 (5 plants par vrac) ont été examinés pour les personnes réversion avec des feuilles non dentelée et taux de croissance restaurés. Écrans stade végétatif révélé deux révertants putatifs et 7% albinos. Les écrans suivants pour révertants ont été réalisées à des stades de reproduction et également pour les essais de la longueur des racines primaires ont été réalisées afin de valider révertants putatifs. Révertants putatifs familles ont encore été validés en tant que candidats pour la cartographie suppresseur par séquençage Sanger de la 35S :: CmWIP1 insertion par le dépistage de la séquence des mutations qui pourraient être la mutation causale. / The WIP-zinc finger genes originated from the early evolutionary establishment of the Viridiplantae clade from bryophytes and pteridophytes. From the ancestral bryophytes the first terrestrial plants two main clades have evolveld, based on our cladistic analysis of the C-terminal part of the WIPs. From the in silico analysis, CmWIP1 encodes are largely bi-partite protein in nature with the N-terminal acquired for protein-protein interactions whilst the C-terminal part is possibly mainly for DNA binding and some unknown processes involved in chromatin modulation/regulation (the presence of POST-SET domains). The common theme and character demonstrated by the AtWIP-Zinc finger proteins are highlighted by their discoveries in regulatory roles of organ growth and development. However, the molecular protein interacting partners and mechanisms by which the WIP functions are orchestrated still remain unknown. Here we show molecular protein interactions and sub-cellular localization patterns of CmWIP1 and its interactors to elucidate its regulatory role in the sex determination Cucumis melo flowers. Based on the protein-protein interactions yeast two hybrid screen of the melon cDNA library generated, we report that CmWIP1 protein physically interacts very strongly with CmbZIP and CmLHP1. Also interactions were observed with the CKII complex in C. melo which is made up of CmCKIIα, CmCKIIβ1 and CmCKIIβ2 subunits. CmWIP1 also interacts with CmTHF1 and CmPTR. Reverse genetic approaches were utilized in attempts to functionally validate the key interactors in planta. The transition from male to female flowers in gynoecious lines results from epigenetic repression of the expression of a zinc finger type transcription factor, CmWIP1 located at the g loci in Cucumis melo. When expressed, CmWIP1 is responsible for carpel abortion resulting in single sexed male flowers from an initial bisexual origin. Over-expression of CmWIP1 (under 35SCaMV promoter) in Arabidopsis thaliana resulted in plants with overall growth retardation of above- and under-ground plant parts, serrated true leaves, floral and sillique growth abnormalities as well as poor seed yield. 35S:CmWIP1 insertion lines developed were continuously monitored and phenotyped over T1 to T4 generations for stability of the leaf serration phenotype. Interestingly, two other over-expression lines carrying AtWIP1 and AtWIP2 caused leaf serrations similar to that of CmWIP1 overexpression all under 35SCaMV promoters. Two stable lines homozygote for 35S:CmWIP1 insertion were selected at the T4 generation and mutagenized with 0.3 % EMS. A thousand bulks of M2 family lines (5 plants per bulk) were screened for revertant individuals with unserrated leaves and restored growth rates. Vegetative stage screens revealed both putative revertants and 7 % albinos. Subsequent screens for revertants were carried out at the reproductive stages and also for primary root length assays were carried out to validate putative revertants. Putative revertants families were further validated as candidates for suppressor mapping via Sanger sequencing of the 35S::CmWIP1 insert by screening of the sequence for mutations which could be the causative mutation.

Le système de sécrétion de type II (T2SS) est largement répandu chez les bactéries à Gram négatif et est, entre autre, exploité par de nombreux pathogènes pour sécréter des facteurs de virulence dans le milieu extérieur. Le T2SS est constitué de 12 à 15 protéines différentes s’associant en une machinerie complexe qui traverse la totalité de l’enveloppe bactérienne. Ce système assure la sécrétion de protéines repliées du périplasme au milieu extracellulaire. Le mode de fonctionnement de cette machinerie n’est toujours pas connu. Pour comprendre les mécanismes moléculaires régissant la sécrétion des protéines par le T2SS, nous avons utilisé comme modèle le T2SS de la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii, nommé Out, qui assure la sécrétion de pectinases entrainant la pourriture molle chez de nombreux végétaux. Nous avons employé des approches de pontage disulfure, double hybride bactérien et GST-pull down afin d’étudier l’arrangement et l’organisation des composants au sein du système de sécrétion. Nous avons ainsi montré que les composants de la membrane interne et la sécrétine de la membrane externe se coordonnent entre eux grâce à un réseau d’interactions complexe et dynamique qui peut être modifié par la présence d’une protéine à sécréter. En combinant des approches génétiques, biochimiques, structurales et bioinformatiques, nous avons étudié le mécanisme de reconnaissance de la pectinase PelI, par deux composants majeurs du système, la protéine de membrane interne OutC et la sécrétine OutD qui forme le pore du T2SS dans la membrane externe. Nous avons montré que PelI interagit avec les domaines périplasmiques HR et PDZ d’OutC et N0 et N1 d’OutD. La présence de N1 renforce l’interaction PDZ/PelI suggérant que le processus de sécrétion pourrait être régi par une succession de contacts synergiques. PDZOutC reconnait une boucle de 9 résidus au sein de l’exoprotéine PelI. Cette boucle constitue un motif d’adressage spécifique contrôlant le recrutement de PelI par la machinerie de sécrétion Out. Des études in silico et in vivo ont montré l’existence de régions similaires à cette boucle au sein d’autres pectinases sécrétées par D. dadantii. Par ailleurs, l’interaction N1OutD/PelI impliquerait un contact de brins β ainsi que la région non structurée située en amont de N1. Ces travaux constituent la première démonstration expérimentale du rôle de signal de sécrétion d’un élément structural précis d’une exoprotéine sécrétée par un T2SS. Ils ont également permis pour la première fois de caractériser des sites précis d’interactions entre une protéine sécrétée et des composants du T2SS. Cette étude constitue une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires qui gouvernent le recrutement et la sécrétion des protéines par le système de type II. / The type II secretion system (T2SS) is widespread in Gram-negative bacteria. It is notably exploited by various pathogenic bacteria to secrete virulence factors into the extracellular milieu and host tissues. The T2SS is composed of 12 to 15 proteins that assemble together into a complex machine that spans the bacterial envelope. It allows the translocation of fully folded proteins from the periplasm across the outer membrane. The exact mode of action of this sophisticated machine is still unknown. The phytopathogenic bacterium Dickeya dadantii uses a T2SS, named Out, to secrete several plant cell-wall degrading enzymes that cause the soft rot disease of many plants. We used the Out system of this bacterium as a model to study the molecular mechanism of protein secretion by T2SS. In order to study the mutual arrangement of the different components of this machinery, we used disulfide bonding, bacterial two hybrid and GST-pull down. We showed that the components of the inner membrane platform interact together and we characterized several interfaces between the inner membrane component OutC and the outer membrane secretin OutD. These various contacts create a complex and dynamic network within the secretion machine that can be modulated by the presence of a protein to be secreted. Subsequently, we combined genetic, biochemical, structural and bioinformatics approaches to study how the pectinase PelI is recognized by the inner membrane component OutC and the pore-forming secretin OutD. We showed that PelI interacts with the periplasmic domains HR and PDZ of OutC and N0 and N1 of OutD. The presence of N1OutD positively modulates the PDZ/PelI interaction, suggesting that protein progression through the T2SS could involve a succession of synergistic contacts. The OutC PDZ domain recognizes a short loop of PelI. This loop acts as a specific secretion signal that controls exoprotein recruitment by the T2SS. Concerted in silico and in vivo approaches suggest the occurrence of equivalent secretion motifs in other exoproteins. The interaction between PelI and OutD could involve a β-strand contact and an intrinsically disordered region located upstream of N1. This work provides the first experimental evidence of molecular mechanisms that govern exoprotein recruitment by the T2SS. Notably, we identified a short structural element acting as a secretion signal and characterized for the first time the interfaces between the T2SS components and a protein to be secreted. This study provides important new mechanistic insights to understand the functioning of this secretion machine.

Les peptides Albumines 1 b sont des membres de la famille structurale des knottines et présentent un potentiel intéressant en tant que composés insecticides. À ce jour, leur diversité parmi les Fabacées a été essentiellement étudiée en utilisant des approches biochimiques et moléculaires. Les ressources bioinformatiques (le séquençage complet du génome, les bases de données transcriptomiques (EST…), les atlas d’expression...) de l’espèce modèle des légumineuses, Medicago truncatula Gaertn. (Mtr), nous a permis de développer une approche génomique de cette biodiversité. Deux objectifs principaux nous ont guidé à : 1) déchiffrer l'histoire évolutive de la famille A1 dans cette espèce et 2) explorer la biodiversité naturelle afin de découvrir de nouvelles molécules bioactives. L'exploration du génome de Mtr a révélé une remarquable expansion, à travers des duplications en tandem, des loci A1 qui retiennent presque toutes la même structure génique canonique (2 exons et 1 intron). L'analyse phylogénétique nous a permis de comprendre l’évolution des gènes A1 intraspécifique et l’analyse de leur expression (EST, puces à ADN) a révélé la distribution de la famille des gènes A1 dans les organes de la plante (tissus) : Cette dernière s’est révélée bien plus diverse que celle connue chez les autres espèces examinées de légumineuses, où la famille était jusque-là principalement graine-spécifique. Selon plusieurs critères, certains peptides ont été sélectionnés puis chimiquement synthétisés et repliés in vitro et testés pour leur activité biologique. Parmi eux, un peptide, nommé AG41, isoforme MtrA1013 et issu de l’EST orpheline TA24778_3880, a révélé un pouvoir insecticide élevé et inattendu. L’analyse à grande échelle en présence d’homologues d’A1 des légumineuses a montré l’ancestralité de la fonction insecticide et l’âge de la famille est estimé à plus de 58 million d’années. Notre étude s’est aussi orientée vers l’analyse de cette famille peptidique chez des légumineuses originaires du Liban. Cette approche par biologie moléculaire nous a permis de caractériser 9 nouveaux gènes chez 6 espèces de Papilionoideae. L’étude plus approfondie de ces gènes au niveau structural et fonctionnel est envisagée. Afin de relier les variations de structure et d'activité, un système d'expression hétérologue (baculovirus/cellules d’insectes Sf9) a été mis au point. Le peptide recombinant de référence PA1b (Pea Albumin 1 sub-unit b), même exprimé en faible quantité, présente une activité biologique et une masse bien conforme ainsi qu’une structure bien repliée. Ce système a permis, de même, de produire la proprotéine PA1, forme intermédiaire entre la préproprotéine et le peptide PA1b mature. Cette proprotéine, identifiée pour la première fois, ne présente aucune toxicité envers les cellules Sf9. / Albumin 1 b peptides are members of the knottin structural family and display an interesting potential as insecticidal compounds. To date their diversity among Fabaceae was essentially investigated using biochemical and molecular approaches. The bioinformatic resources (full-genome sequencing, EST database, gene expression atlas…) of the Legume model, Medicago truncatula Gaertn. (Mtr), prompted us to develop a large-scale approach in two ways: 1) to decipher the evolutionary history of A1 family in this species and 2) to explore the natural biodiversity to uncover new bioactive molecules. Exploring Mtr genome revealed a remarkable expansion, through tandem duplications, of A1 loci that retain nearly all the primary structure (2 exons and 1 intron) . Phylogenetic analysis has allowed us to understand the evolution of intraspecific A1 genes and the analysis of their expression (EST, microarrays), and revealed the distribution of the A1 gene family in plant organs (tissue): the latter proved to be much more diverse than that seen in other examined legumes species, where the family until then was mainly seed-specific. Selected upon several criteria some peptides were chemically synthezised, folded in vitro and assayed for their biological activity. Among them one peptide, named AG41: isoform MtrA1013 (orphan EST : TA24778_3880), revealed a high and unexpected insecticidal power. The large-scale analysis in the presence of legumes A1 homologous showed the ancestry of the isecticidal function and the age of this family is estimated to be more than 58 million years. Our study is also directed towards the analysis of this family of peptide in legumes from Lebanon. This approach based on molecular biology has allowed us to characterize nine new genes in six species of Papilionoideae. The further study of these genes at the structural and functional level is considered. To link changes in structure and activity, a heterologous expression system (baculovirus / insect Sf9 cells) was developed. The reference recombinant peptide PA1b (Pea Albumin 1 sub-unit b), even expressed in small quantities, was biologicaly active and harbouring the expected mass as well as a well-folded structure. This system has enabled also to produce the proprotein PA1, intermediate form between the preproprotein and the mature peptide PA1b. This proprotein, identified for the first time, has no toxicity towards Sf9 cells.

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Staphylococcus aureus is a major opportunistic pathogen causing a wide range of infections in humans and animals. Methicillin-resistant S. aureus (MRSA) has traditionally been regarded as a strictly human problem, initially confined to the healthcare settings and later a matter of concern in the general community too. All this changed in 2005 with the isolation of a specific MRSA clone, assigned to Clonal Complex (CC)398, from pigs and pig farmers in the Netherlands. These findings triggered worldwide investigation, showing the presence of this livestock-associated (LA)-MRSA clone in a variety of farm animals and in persons in contact with affected animals. Furthermore, the capacity of LA-MRSA CC398 to cause infections in humans and animals has been well documented. Recently, MRSA with a divergent mecA-homologue gene variant has been discovered in bovines and humans. Together, these emerging MRSA strains from animal sources have raised new questions as to their origin and inter-host transmission, as well as raised global concern in both veterinary and human medicine about health risks posed by MRSA prevailing in livestock.<p>In the present work, we aimed to investigate the extent and molecular epidemiology of the LA-MRSA reservoir in animal and human populations, including on livestock farms and in acute-care hospitals in Belgium. As a secondary objective, the presence of methicillin susceptible S. aureus (MSSA) CC398, from which MRSA CC398 could locally emerge by acquisition of the Staphylococal Cassette Chromosome mec (SCCmec) element, was assessed. To this end, we undertook an extensive and systematic cross-sectional survey of S.aureus and MRSA carriage among humans and animals on pig, veal calf, dairy cattle, beef cattle, broiler and horticulture farms. A questionnaire, completed by all farm residents, was used to assess occupational risk factors for human MRSA CC398 carriage. Bacterial genetic characterisation was done by spa typing, SCCmec typing and multi-locus sequence typing (MLST). Antimicrobial susceptibility profiles were determined; the presence of resistance genes and toxin genes were determined by PCR. A second set of S. aureus clinical isolates from two national surveys organised in 2005 and 2008 were characterised using the same methods.<p>Carriage of MRSA CC398 was highly prevalent in animals and humans on pig and veal calf farms and to a significantly lesser extent on beef, dairy, broiler and horticulture farms (Chapter 5.1). Persons who work with pigs or veal calves on a daily basis are at significantly higher risk for MRSA CC398 carriage compared to farm-exposed persons who work with them less regularly or never. In accordance with the results from the present work as well as those from others, it appears important to assess the impact of interventions at farm-level that aim to reduce the MRSA carriage rate in animals, as this would also reduce the risk for MRSA carriage in farmers and relatives.<p> MRSA CC398 isolates, especially those from veal calf farms, were frequently multi-resistant and thereby represent a reservoir of antimicrobial resistance determinants that could be transferred to other, more human-adapted staphylococci or other micro-organisms (Chapter 5.1). Additionally, this multi-resistance phenotype should be considered when applying empiric treatment of human staphylococcal infections in livestock-exposed persons. Only very few major “human-associated” virulence factors were detected, indicating a limited virulence capacity of LA-MRSA CC398 isolates. MRSA strains with the mecA homologue mecC, which is difficult to detect using conventional diagnostic methods, were found in beef and dairy cattle, but not in humans. <p>MSSA CC398 strains from which MRSA CC398 might locally emerge were frequently detected in humans and animals on pig, veal and broiler farms, all of which are commonly known to be affected by MRSA CC398 (Chapter 5.2). Three porcine MSSA CC398-t011 isolates harbored remnant DNA of a composite SCCmec V(5C2&5)c element, from which the mec gene complex was lacking. These findings indicate that the strains were previously involved in SCCmec recombination events. Processes similar to the one described here likely contribute to the enormous diversity of SCCmec elements observed in staphylococci. <p>Although LA-MRSA CC398 strains were frequently detected in livestock and livestock-exposed persons, they only represented a minority (~1%) of the MRSA strains from hospitalised patients. This suggests that this specific MRSA clone has not yet spread among Belgian patients without livestock contact (Chapter 5.3). However, similar to what has been seen in other countries, we observed a recent emergence of severe infections, caused by a human-adapted subclone of MSSA CC398, in hospitalised patients without livestock contact (Chapter 5.4). <p>Once more has S. aureus proven its versatility: it has optimally adapted to the selective pressure exerted by intensive animal farming by acquisition of mobile genetic elements, such as resistance determinants. Clearly MRSA is no longer a strictly human problem. Working across the human and veterinary health sectors will be essential to tackle the dissemination and pathogenic evolution of MRSA in livestock. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished