No description available.

Les bactéries ont réussi à coloniser toutes les niches écologiques de la planète. Le passage d’un environnement à un autre s’accompagne de la fluctuation de nombreux paramètres environnementaux aboutissant à un stress cellulaire. Directement en contact avec le milieu environnant, l’enveloppe bactérienne est la première barrière contre ces stress extracellulaires. Toute rupture de son intégrité aura des conséquences délétères pour la cellule. Parmi les mécanismes permettant aux bactéries de détecter les changements de conditions environnementales, il existe des systèmes spécifiques appelés ESR (Envelope Stress Response). Ces systèmes maintiennent l’intégrité membranaire en réparant les dommages de l’enveloppe. Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude des mécanismes intrinsèques de résistance chez les bactéries, par la caractérisation d’un nouvel ESR d’E. coli : le système ZraPSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator). ZraPSR est un système à deux composants, composé d’un senseur ZraS, d’un régulateur transcriptionnel ZraR et d’une protéine périplasmique accessoire ZraP. La cascade ZraS-R est activée par des concentrations élevées en Zn et Pb. Ce travail a montré que ZraP établit un rétrocontrôle négatif sur la cascade de signalisation ZraSR par un mécanisme nécessitant sa métallation. Malgré une induction en présence de métaux, nous avons montré que le système ZraPSR ne possède aucun rôle dans l’homéostasie métallique. A contrario, en réponse à des signaux de stress, ZraSR va contribuer à la résistance intrinsèque à certains antimicrobiens. De plus, l’étude du régulon de ZraR a permis de commencer à entrevoir les mécanismes sous-jacents de réponse aux stress antimicrobiens médiée par ZraPSR. Cette réponse intègre des signaux de l’état physiologique de la cellule par l’intermédiaire de régulateurs globaux du métabolisme aboutissant à une réponse optimale. Le système ZraPSR semble donc être un nouveau mécanisme de résistance-croisée aux stress environnementaux. / Bacteria succeed in colonizing all the ecological niches on earth. Transition from one environment to another comes along with the fluctuation in numerous environmental parameters wich induce cellular stress. Directly in contact with the surrounding environment, the bacterial envelope is the first barrier against these extracellular stresses. Any break of its integrity will have deleterious consequences for the cell. Among mechanisms allowing bacteria to detect environmental changes, specific systems called ESR (Envelope Stress Response) have been studied. Such systems maintain membrane integrity by repairing envelope damages. This work takes part in the study of the intrinsic mechanisms of antimicrobial resistance in bacteria, by the characterization of a new ESR of E. coli: the ZraSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator) system. ZraPSR is a two-component system consisting of a ZraS sensor, a ZraR transcriptional regulator and a ZraP accessory periplasmic protein. The ZraS-R cascade is activated by high concentrations of Zn and Pb. In this study, we showed that ZraP establishes a negative feedback on the ZraSR pathway by a mechanism requiring its metallation. Despite the observed induction in the presence of metals, we showed that the ZraPSR system is not required for metal homeostasis. Whereas, in response to stress signals, ZraSR contribute to intrinsic resistance to certain antimicrobials. Futhermore, the study of the ZraR regulon allowed us to begin glimpsing the underlying mechanisms of antimicrobial stress response mediated by ZraPSR. This response incorporates signals from the physiological state of the cell through global regulators of the metabolism leading to an optimal response. The ZraPSR system seems to be a new cross-resistance mechanism to environmental stresses.

This thesis reports the cell culture establishment and a somatic cell selection system optimized for the isolation of chlorsulfuron-resistant variants in asparagus (Asparagus officinalis L.). The development of this cell selection system benefited the isolation of chlorsulfuron-resistant variants from an elite asparagus genotype. A cell culture system, suitable for somatic cell selection, was established for asparagus genotype CRD 168. Friable callus was initiated from etiolated shoots in darkness and used to produce a high density of single cells in suspension. Cell density was estimated based on a linear relationship with settled cell volume. A mean plating efficiency of 0.19 % was recorded between 1-4x10⁵ cells/Petri dish. In vitro cell selection techniques were developed to identify mutant asparagus cells with resistance to a sulfonylurea herbicide, chlorsulfuron. A few key aspects were important to achieve this: a cell culture system for cell selection was initially established; a toxic concentration for the complete growth inhibition of the wild type asparagus cells was defined; rare, resistant cell colonies were isolated and characterized; and chlorsulfuron-resistant plants were regenerated. From about 50 million cells, 165 cell colonies were isolated in the presence of 8 nM chlorsulfuron. Characterization of these selected cell colonies yielded 24 escapes, 98 unstable variants, and 43 stable-resistant variants. Callus cultures from 34 of these stable variants retained resistance following 11 months growth in the absence of the selection agent. Plants were regenerated from 36 of these stable herbicide-resistant variants. Six of these chlorsulfuron-resistant variants were screened for their degree of resistance to chlorsulfuron, cross resistance to other acetohydroxyacid synthase (AHAS) inhibiting herbicides and AHAS enzyme activity. Cross resistance to imazamox was evident in four of the resistant variants, while lack of cross resistance to metsulfuron methyl was observed in all six resistant variants. A varying degree of resistance to chlorsulfuron was observed among the resistant variants. Both in the original and secondary callus, an uninhibited AHAS enzyme activity in all six resistant variants was recorded in the presence of high chlorsulfuron concentration (70-140 nM), compared to the total inhibition in the wild type. One chlorsulfuron-resistant variant, R-45, was used to compare the biochemical and physiological basis of resistance with the wild type. The AHAS enzyme activity in the tissue culture and greenhouse foliage of R-45 was significantly higher in the presence of up to 280 nM chlorsulfuron compared with the wild type. Chlorsulfuron retention was considerably higher due to the reduction of epicuticular wax deposits on the foliage of R-45, in comparison with the wild type. Consequently, the resistant line absorbed at least 1.6 fold more chlorsulfuron than the wild type plants. Therefore, foliar application of 15 g a.i./ha Glean (commercial formulation of chlorsulfuron) produced typical symptoms of chlorosis in R-45, similar to the wild type, in the greenhouse plants. Somatic cell selection was carried out using two elite asparagus genotypes, CRD 74 and Clone X. Of the 33 rare cell colonies isolated from Clone X, 22 unstable variants and 6 escapes were discarded. All five remaining resistant variants produced plants. One of the stable-resistant variants (Clone X-24) was evaluated for resistance to chlorsulfuron. Both in vitro shoot cultures and greenhouse-grown plants of Clone X-24 showed increased resistance to chlorsulfuron compared with the wild type. The AHAS enzyme activity in the foliar extracts also showed the presence of higher enzyme activity in Clone X-24.

Cette thèse traite de la résistance du VIH-1 aux antirétroviraux, en particulier de l'activité antivirale de plusieurs inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) ainsi que des inhibiteurs de protéase (IP). Nous avons exploré l’émergence et la spécificité des voies de mutations qui confèrent la résistance contre plusieurs nouveaux INNTI (étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV)) (chapitres 2 et 3). En outre, le profil de résistance et le potentiel antirétroviral d'un nouvel IP, PL-100, est présenté dans les chapitres 4 et 5. Pour le premier projet, nous avons utilisé des sous-types B et non-B du VIH-1 pour sélectionner des virus résistants à ETR, et ainsi montré que ETR favorise l’émergence des mutations V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y et M230L, et ce, en 18 semaines. Fait intéressant, E138K a été la première mutation à émerger dans la plupart des cas. Les clones viraux contenant E138K ont montré un faible niveau de résistance phénotypique à ETR (3,8 fois) et une diminution modeste de la capacité de réplication (2 fois) par rapport au virus de type sauvage. Nous avons également examiné les profils de résistance à ETR et RPV dans les virus contenant des mutations de résistance aux INNTI au début de la sélection. Dans le cas du virus de type sauvage et du virus contenant la mutation unique K103N, les premières mutations à apparaître en présence d’ETR ou de RPV ont été E138K ou E138G suivies d’autres mutations de résistance aux INNTI. À l’inverse, dans les mêmes conditions, le virus avec la mutation Y181C a évolué pour produire les mutations V179I/F ou A62V/A, mais pas E138K/G. L'ajout de mutations à la position 138 en présence de Y181C n'augmente pas les niveaux de résistance à ETR ou RPV. Nous avons également observé que la combinaison de Y181C et E138K peut conduire à un virus moins adapté par rapport au virus contenant uniquement Y181C. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que les mutations Y181C et E138K peuvent être antagonistes. L’analyse de la résistance au PL-100 des virus de sous-type C et CRF01_AE dans les cellules en culture est décrite dans le chapitre 4. Le PL-100 sélectionne pour des mutations de résistance utilisant deux voies distinctes, l'une avec les mutations V82A et L90M et l'autre avec T80I, suivi de l’addition des mutations M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S et I85V. Une accumulation d'au moins trois mutations dans le rabat protéique et dans le site actif est requise dans chaque cas pour qu’un haut niveau de résistance soit atteint, ce qui démontre que le PL-100 dispose d'une barrière génétique élevée contre le développement de la résistance. Dans le chapitre 5, nous avons évalué le potentiel du PL-100 en tant qu’inhibiteur de protéase de deuxième génération. Les virus résistants au PL-100 émergent en 8-48 semaines alors qu’aucune mutation n’apparaît avec le darunavir (DRV) sur une période de 40 semaines. La modélisation moléculaire montre que la haute barrière génétique du DRV est due à de multiples interactions avec la protéase dont des liaison hydrogènes entre les groupes di-tétrahydrofuranne (THF) et les atomes d'oxygène des acides aminés A28, D29 et D30, tandis que la liaison de PL-100 est principalement basée sur des interactions polaires et hydrophobes délocalisées à travers ses groupes diphényle. Nos données suggèrent que les contacts de liaison hydrogène et le groupe di-THF dans le DRV, ainsi que le caractère hydrophobe du PL-100, contribuent à la liaison à la protéase ainsi qu’à la haute barrière génétique contre la résistance et que la refonte de la structure de PL-100 pour inclure un groupe di-THF pourrait améliorer l’activité antivirale et le profil de résistance. / This thesis focuses on HIV-1 drug resistance and on the antiviral activity of several non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) and protease inhibitors (PIs). We have explored the mutational pathways and resistance patterns of several new NNRTIs (etravirine (ETR) and rilpivirine (RPV)) (Chapters 2 and 3). In addition, the drug resistance profile and potential of a novel protease inhibitor (PI) PL-100 is presented in Chapters 4 and 5. In the first project, we used both B and non-B subtypes of HIV-1 to select for ETR resistance and showed that ETR selected for mutations at positions V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y and M230L within 18 weeks of commencing drug pressure. Interestingly, E138K was the first mutation to emerge in most instances. Viral clones containing E138K displayed low-level phenotypic resistance to ETR (3.8-fold) and modestly impaired replication capacity (2-fold) compared to wild-type virus. We also examined resistance patterns to ETR and RPV in viruses containing NNRTI mutations at baseline. In wild-type (wt) viruses and viruses containing K103N alone, E138K or E138G mutations were observed in the presence of either ETR or RPV drug pressure followed by the appearance of other NNRTI resistance mutations. Alternatively, subtype B viruses containing Y181C generated V179I/F or A62V/A on exposure to ETR or RPV drug pressure, respectively, but not E138K. The addition of mutations at position 138 to Y181C did not significantly enhance levels of resistance to ETR or RPV. We also observed that the combination of Y181C and E138K may lead to a less fit virus compared to virus containing Y181C alone. Based on these findings, we suggest that Y181C may be antagonistic to E138K. The tissue culture drug resistance analysis of PL-100 in subtype C and CRF01_AE viruses is described in Chapter 4. PL-100 selected for PI resistance mutations along either of two distinct pathways, one of which involved resistance mutations at positions V82A and L90M while the other involved a mutation at position T80I, with other mutations being observed at positions M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S and I85V. An accumulation of at least three mutations in the protease flap and enzyme active sites were required in each case for high-level resistance to occur, demonstrating that PL-100 has a high genetic barrier against the development of drug resistance. In Chapter 5, we evaluated the potential of PL-100 as a second generation HIV-1 protease inhibitor. PL-100 resistant variants emerged within 8-48 weeks while darunavir (DRV) did not select for resistance mutations over a period of 40 weeks. Structural modeling demonstrated that the high genetic barrier of DRV is due to numerous interactions with protease that include hydrogen-bonding to PR backbone oxygens at amino acid positions A28, D29 and D30 via di-tetrahydrofuran (THF) groups, while binding of PL-100 was predominantly based on polar interactions and delocalized hydrophobic interactions through its diphenyl groups. Our data suggest that hydrogen bonding contacts and the di-THF group in DRV, as well as the hydrophobic nature of PL-100, contribute to PI binding and a high genetic barrier for resistance and that redesigning the structure of PL-100 to include a di-THF group might improve it antiviral potency and drug resistance profile.

No description available.