Afin d’améliorer la performance et l’intégration des biomatériaux dans le tissu hôte, l’intérêt actuel est d’exploiter des approches de nanotechnologie pour produire des biomatériaux possédant des surfaces bioactives. Il est connu que l’interaction des cellules avec la surface des biomatériaux détermine la réponse du tissu hôte et le succès d’un implant. La topographie est l'un des principaux facteurs influençant l'activité fonctionnelle des cellules en contact avec des biomatériaux. Cependant, les mécanismes impliqués demeurent imprécis. Notre groupe a exploité un traitement chimique simple afin de créer des surfaces de titane nanoporeuses uniques qui expriment une influence cellulaire sélective, favorisant ainsi la formation osseuse in vivo et in vitro. Dans ce travail, nous avons réduit la durée du traitement afin d’obtenir une surface nanotopographique mono-planaire, puis évaluer l’influence d’une telle surface sur la formation par des cellules pré-ostéoblastiques MC3T3-E1 d’adhésions focales et de filopodes, ainsi que sur l’expression de gènes codant pour différentes protéines associées à l’adhésion et la signalisation cellulaire. Des disques de titane commercialement pur (cp-Ti) ont été traités avec un mélange d’acide sulfurique et de peroxyde d’hydrogène (50/50 v/v) pendant 1.5 heures. La caractérisation par microscopie électronique à balayage à haute résolution et pour microscopie à force atomique a confirmé la formation d’une surface effectivement mono-planaire caractérisée par des nanopores d’une taille moyenne de 20 ± 5 nm. Les cellules ont été mises en culture pour des périodes de 6, 24 et 72 heures sur des disques contrôles polis et avec une surface nanoporeuse. L'analyse de l’expression de la vinculine par immunofluorescence a révélé un plus grand nombre d’adhésions focales par les cellules sur la surface traitée. Le PCR quantitatif a également montré une augmentation significative de l'expression des gènes pour différents marqueurs d'adhésions focales, telles que paxilline, taline, et différentes intégrines comme par exemple les intégrines α1, β1 et α5. Par microscopie électronique à balayage, les cellules sur la surface nanoporeuse révèlent une présence plus importante de filopodes vis à vis des surfaces contrôles. Ces structures affichent de manière unique de très petites protrusions membranaires latérales d’entre 10-15 nm qui suivent les bords des nanopores. L’augmentation des adhésions focales, l'abondance des filopodes et de leurs petites protrusions pourraient engendre interaction accrue avec la surface et modifier les relations biomécaniques à l’échelle nanométrique pour déclencher des cascade régulant la prolifération cellulaire. / To improve the performance and integration of biomaterials in the host tissue, the focus is presently on exploiting nanotechnology approaches to produce biomaterials with bioactive surfaces. It is known that the cell-biomaterial interactions determine the response of the host tissue and therefore the success of implants. Topography is a key factor that influences the functional activity of cells; however, the mechanisms implicated remain unclear. Our group has exploited a simple chemical treatment to create unique nanoporous titanium surfaces that selectively influence cell behaviour and favor osteogenic activity both in vitro and in vivo. In this work, we have reduced treatment time in order to obtain a monoplanar nanostructured surface, and we have evaluated its influence on the formation of focal adhesions, filopodia, and on gene expression for different cell adhesion and signaling proteins by MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells. Commercially pure titanium (cp-Ti) was treated with a mixture of H2SO4/H2O2 (50/50 v/v) for 1.5h. Characterization by high-resolution field-emission scanning electron microscopy and atomic force microscopy characterization showed the formation of a nanoporous surface with a mean pore diameter of 20 ± 5 nm. Cells were cultured and plated on polished (control) and nanotextured discs for periods of 6, 24 and 72 hours. Immunofluorescence analysis of vinculin expression revealed the formation of more focal adhesions by cells seeded on nanostructured surfaces. Quantitative PCR likewise showed significant increase of gene expression for various focal adhesion markers, including paxillin, talin, and different integrins such as integrin α1, β1 and α5. As compared to controls, scanning electron microscopy of cells on the treated surface revealed the presence of more filopodia. These uniquely displayed very small lateral membrane protrusions between 10-15 nm that appeared to follow the walls of the nanopores. Together with the increase in focal adhesions, the abundance of filopodia and associated protrusions could contribute to the adhesive interaction with the surface and modify the nanoscale biomechanical relationships to trigger cellular cascades regulating cell proliferation.

Un défi important en Biologie est de comprendre comment les organismes s’adaptent à des environnements fluctuants et de déterminer l’importance relative de la plasticité phénotypique et des mutations dans cette adaptation. Nous avons examiné la réponse d’un pathogène du blé (Zymoseptoria tritici) aux fluctuations de température grâce à des approches de transcriptomique, de phénotypage (fitness relative et pathogénie) et de génomique. Pour cela, une évolution expérimentale a été menée in vitro à partir de deux clones ayant évolué dans trois régimes thermiques : à 17°C, à 23°C et en température fluctuante. Le niveau d’expression de 11% du génome a évolué de manière distincte entre les deux génotypes fondateurs en conditions de fluctuations. Nous avons également observé une plus forte densité de gènes différentiellement exprimés dans des régions connues pour être riches en éléments transposables. L’évolution en conditions fluctuantes a favorisé la robustesse du transcriptome. La fitness relative estimée dans les conditions d’évolution a augmenté uniquement pour les lignées fluctuantes issues d’un des deux génotypes fondateurs. La différence de croissance entre les deux ancêtres en conditions de fluctuations et leur différent niveau de plasticité d’expression pourraient expliquer ces résultats différents. Enfin, nous avons observé : i). des pertes de pathogénie in planta suite à l’évolution à 17°C et en fluctuations, ii). aucune perte de chromosomes accessoires, iii). de nombreuses mutations dans le génome, dont des mutations codantes dans des effecteurs. Ces travaux apportent de nombreux éléments de compréhension des mécanismes évolutifs et moléculaires sous-jacents à l’évolution de Z. tritici dans des environnements variables. / An important challenge in Biology is to understand how organisms adapt to fluctuating environments and to determine the relative significance of phenotypic plasticity and mutations in this adaptation. We examined the response of a wheat pathogen (Zymoseptoria tritici) to temperature fluctuations using transcriptomics, phenotyping (relative fitness and disease level) and genomics. With this goal, we conducted an in vitro experimental evolution from two Z. tritici clones that evolved in three thermal conditions: at 17°C, at 23°C and under temperature fluctuations. Expression level of 11% of the genome evolved in a different way between the two founder genotypes that evolved under fluctuating conditions. We also observed a higher density of differentially expressed genes in regions known to be enriched in transposable elements. Evolution under fluctuating selection promoted robustness of the transcriptome. The relative fitness estimated in the same conditions as for the experimental evolution did increase for fluctuating lineages only for one of the founder genotypes. The difference of growth between the two ancestors in fluctuating conditions and their distinct level of expression plasticity could explain these opposite results. Finally we observed: i). in planta pathogenicity losses for lineages evolved at 17°C or under fluctuations ii). no accessory chromosome loss, iii). many de novo mutations, including coding mutations in effector genes. This work contributes to shade light on the evolutionary and molecular mechanisms underlying the evolution of Z. tritici in variable environments.

Dans le contexte de l'étude pan-génomique de données d'expression des gènes (transcriptome), différents outils existent déjà. Parmi eux, les techniques de réduction de dimensionnalité cherchent les formes remarquables et les composants importants du système qui peuvent aider à résumer les données. Au cours de ma thèse, j'ai étudié en profondeur les différentes techniques existantes dans ce domaine. Nous avons ensuite développé notre propre approche basée sur la combinaison de la décomposition en valeurs singulières (Singular Value Decomposition) et le Multidimensional Scaling. Nous avons prouvé son utilité et sa précision. En plus des outils d'analyse de données spécifiques à l'étude de l'expression des gènes, nous avons développé un logiciel qui permet de correler l'expression des gènes à des réseaux d'interactions protéine-protéine. Et ceci afin de lier l'information sur l'expression des gènes à celle des interactions entre protéines (protéome) qui ont lieu au sein de la cellule. Tous les outils venant d'être décrits et de nombreux autres ont été utilisés afin d'analyser différent types de données biologiques. La première application a été de corréler l'expression d'auto-anticorps et de cytokines dans le corps humain lors d'une infection au paludisme. Nous avons déterminé des marqueurs spécifiques du paludisme cérébral, permetant à termes de prévenir et détecter plus tôt la maladie. La plus grande analyse que nous avons réalisé visait à définir le profil du transcriptome des cellules T régulatrices (Treg). Ces cellules sont détruites au cours d'une infection par le VIH, une bonne caractérisation moléculaire de celles-ci permettrait par exemple de mieux suivre l'évolution des Treg au cours des traitements pour le SIDA. Parmi les nouveaux marqueurs moléculaires de Treg que nous avons étudié, un nouveau facteur de transcription FOXLF a été découvert, qui pourrait jouer un rôle important dans l'apparition du caractère de "regulation" chez les Treg.

Chez les bactéries sporulantes du genre Bacillus, des mécanismes importants tels que la sporulation et la virulence sont régulés par des systèmes de communication cellulaire qui impliquent des peptides de signalisation et des régulateurs de la famille RNPP (Rap, NprR, PlcR, PrgX). L'objectif de mon travail de thèse a été de déterminer le rôle du régulateur NprR chez les bactéries du groupe B. cereus. Ce travail se divise en trois parties complémentaires. La première partie a consisté à montrer que NprR est impliqué dans un système de communication cellulaire. Nous avons montré que NprR est un régulateur transcriptionnel de début de phase stationnaire qui est dépendant du peptide de signalisation NprX. Associé à NprX, NprR active la transcription du gène nprA qui code pour une protéase extracellulaire. Nous avons démontré que le peptide NprX est sécrété, maturé puis réimporté dans la cellule bactérienne par deux systèmes d'oligopeptide perméase (Opp et Npp). Une fois dans la cellule, la forme mature de NprX (vraisemblablement l'heptapeptide SKPDIVG) se lie à NprR et permet la transcription du gène nprA. Nous avons ensuite cherché à déterminer la fonction de ce régulateur au cours du cycle infectieux de B. thuringiensis (Bt) chez l'insecte. Nous avons montré que NprR est actif après la mort de l'insecte et permet aux bactéries de survivre, sous forme de cellules végétatives, dans les cadavres. Une analyse transcriptomique indique que NprR régule l'expression d'au moins 41 gènes qui codent notamment pour des enzymes dégradatives et un locus de gènes impliqués dans la production d'un peptide synthétisé de façon non ribosomique (la kurstakine). Nous avons démontré que les gènes codant pour les enzymes dégradatives s'expriment spécifiquement après la mort de l'hôte et que les produits de ces gènes sont essentiels pour hydrolyser différents substrats (protéines, lipides, chitine), ce qui suggère que Bt a un mode de vie nécrotrophe dans le cadavre. La kurstakine est essentielle pour la survie de Bt pendant son développement nécrotrophe et nous avons montré que cette molécule est nécessaire pour le swarming et la formation de biofilm. Par ailleurs, un mutant du gène nprR ne se développe pas et ne sporule pas efficacement dans le cadavre. L'ensemble de nos résultats indiquent que le necrotrophisme est un mode de vie hautement régulé, qui est essentiel dans le cycle infectieux de Bt car il contribue à la transmission horizontale de ce micro-organisme. Enfin, nous avons étudié la régulation de l'expression des gènes nprR et nprX. Nous avons montré que les gènes nprR-nprX sont co-transcrits à partir d'un promoteur dépendant de sigma-A (PA) situé en amont du gène nprR. La transcription à partir de ce promoteur débute lors de l'entrée en phase stationnaire et est contrôlée par deux régulateurs transcriptionnels: CodY et PlcR. Le répresseur CodY pourrait se lier à l'ADN en amont du promoteur PA et réprimer la transcription des gènes nprR-nprX pendant la phase exponentielle de croissance. Au début de la phase stationnaire, le contrôle négatif de CodY est levé et PlcR active la transcription de nprR-nprX en se liant à une boîte PlcR située en amont de PA. Nos résultats indiquent que nprX est également transcrit indépendamment de nprR à partir de deux promoteurs, PH et PE, respectivement dépendant de sigma-H et sigma-E. Les deux promoteurs permettent d'assurer la transcription de nprX en phase stationnaire tardive alors que la transcription à partir du promoteur PA est achevée. Cette étude met en évidence le role clé des régulateurs CodY, PlcR and Spo0A dans la régulation de l'expression des gènes nprR-nprX. / In sporulating Bacillus, major processes like virulence gene expression and sporulation are regulated by communication systems involving signaling peptides and regulators of the RNPP family. In this work, we investigated the role of one such regulator, NprR, in bacteria of the Bacillus cereus group. This work can be divided into three complementary parts.The first part consisted to demonstrate that NprR is involved in a quorum-sensing system. We showed that NprR is a transcriptional regulator whose activity depends on the NprX signalling peptide. In association with NprX, NprR activates the transcription of an extracellular protease gene (nprA) during the first stage of the sporulation process. We demonstrated that the NprX peptide is secreted, processed and then reimported within the bacterial cell by two oligopeptide permease systems (Opp and Npp). Once inside the cell, the mature form of NprX, presumably the SKPDIVG heptapeptide, directly binds to NprR allowing nprA transcription. The second part was to explore the function of NprR during the infectious cycle of B. thuringiensis (Bt). We showed that NprR is active after death of the insect and allows Bt to survive in the cadavers as vegetative cells. Transcriptomic analysis revealed that NprR regulates at least 41 genes encoding degradative enzymes or involved in the synthesis of a non-ribosomal peptide named kurstakin. The degradative enzymes include chitinases, proteases and lipases. The corresponding genes are specifically expressed after host death suggesting that Bt has an active necrotrophic lifestyle in the cadaver. We showed that kurstakin is essential for Bt survival during necrotrophic development. It is required for swarming mobility and biofilm formation, presumably through a pore forming activity. A nprR deficient mutant does not develop necrotrophically and does not sporulate efficiently in the cadaver. Altogether, our results show that necrotrophism is a highly regulated mechanism essential for the Bt infectious cycle, contributing to horizontal transmission. Finally, the last part of my PhD consisted to study the regulation of nprR and nprX expression. We showed that the nprR-nprX genes are cotranscribed from a sigma A-dependent promoter (PA) located upstream from nprR. The transcription from PA starts at the onset of the stationary phase and is controlled by two transcriptional regulators: CodY and PlcR. The nutritional repressor CodY binds a DNA target site upstream from PA and represses nprR-nprX transcription during the exponential growth phase. At the onset of the stationary phase, the negative control of CodY is relieved and PlcR activates nprR-nprX transcription by binding a PlcR box located upstream from PA. We showed that nprX is also transcribed independently of the nprR transcription from two promoters, PH and PE, dependent on sigma-H and sigma-E, respectively. Both promoters ensure nprX transcription during late stationary phase and sporulation while transcription from PA is complete. This study highlights the key role played by CodY, PlcR and Spo0A in nprR-nprX transcription.

Les zones côtières sont soumises à des pressions anthropiques multiples notamment de nature chimique qui peuvent faire peser un risque réel pour la pérennité des espèces aquatiques. Le bassin d’Arcachon, lagune macrotidale située sur la façade atlantique, est aussi le siège d’une activité ostréicole importante. Cependant depuis plusieurs années, les exploitations ostréicoles sont confrontées à une baisse de recrutement et une forte mortalité des naissains d’huître. La contamination chimique du milieu comme facteur pouvant contribuer aux effets observés sur les huîtres n’a pour l’instant pas été vérifiée. L’étude présentée ici porte sur l’évaluation, à travers différentes approches, de la toxicité potentielle de métaux et pesticides sur les stades précoces de développement de l’huître creuse C. gigas. Les réponses embryotoxiques, génotoxiques et l’expression de gènes d’intérêt ont été étudiés. Les différents pesticides (S-métolachlore, irgarol et diuron) et métaux (cuivre et cadmium) ont tout d’abord été testés séparément pour déterminer leur spectre d’effets et leur mode d’action. Il a été montré qu’une exposition des gamètes ou des embryons d’huître aux pesticides étudiés et au cuivre conduit à une augmentation des malformations larvaires et des dommages à l’ADN, une diminution du succès de fécondation et un impact sur la qualité de la descendance à des teneurs environnementales. Le cadmium, quant à lui, ne présente pas d’effet embryotoxique et génotoxique aux concentrations présentes dans le milieu aquatique. Les métabolites du métolachlore, ESA métolachlore et OA métolachlore sont retrouvés dans le bassin d’Arcachon à de plus fortes concentrations que le composé parent, cependant rien n’est actuellement connu sur les effets toxiques de ces métabolites. Il a été montré que ces métabolites sont moins embryotoxiques et génotoxiques sur les embryons et sur les spermatozoïdes d’huître que le métolachlore. Des variations dans l’expression des gènes impliqués dans les défenses antioxydantes sont observées pour les larves d’huître exposées au métolachlore et au métolachlore ESA. La toxicité d’un mélange de pesticides représentatifs de la contamination du bassin d’Arcachon en présence ou non de cuivre a ensuite été évaluée. L’exposition des embryons d’huître à ces mélanges conduit à des défauts de développement, des dommages à l’ADN et des modifications de l’expression des gènes impliqués majoritairement dans le stress oxydant. Finalement, une cartographie de la toxicité des sédiments du bassin d’Arcachon a été réalisée au cours des 4 saisons de l’année 2011 à l’aide du test embryolarvaire huître. Les sédiments d’Arguin présentent une faible toxicité quelle que soit la saison considérée. En revanche, les sédiments du Tès montrent un effet embryotoxique plus important au printemps et en été par rapport à la saison hivernale. L’ensemble de ce travail permet d’émettre l’hypothèse d’un risque chimique accru pour le développement des premiers stades de vie de huître creuse dans le bassin d’Arcachon. / The coastal areas are subject to multiple anthropogenic pressures including chemical pollution that can pose a real risk to the sustainability of aquatic species. The Arcachon Bay, macrotidal lagoon located on the French Atlantic coast, is the important ecosystem for oyster farming. But for several years, the oyster farms face lower recruitment and high mortality of oyster spat. Chemical contamination of the environment as a factor that may contribute to the observed effects on oysters has so far not been investigated.The present thesis aimed at evaluating through different approaches, of the potential toxicity of heavy metals and pesticides representative of the Arcachon Bay contamination on the early life stages of the Pacific oyster, Crassostrea gigas. Embryotoxicity, genotoxicity and expression levels of eleven targeted genes were studied. Firstly, different pesticides (S-metolachlor, irgarol, and diuron) and metals (copper and cadmium) were separately tested to determine their spectrum of effects. It were shown that exposure of gametes and embryos of oyster to environmental concentrations of pesticides and copper increased developmental abnormalities and DNA damage, and reduced fertilization success and affected offpring quality. Cadmium, meanwhile, showed no embryotoxic and genotoxic effects at the concentrations found in the Arcachon Bay. Metabolites of metolachlor, metolachlor ESA and metolachlor OA, are found in the Arcachon Bay at higher concentrations than their parent compound. The results showed that these metabolites were less embryotoxic and genotoxic on oyster embryos and spermatozoa than metolachor. Significant changes in expression of genes involved in antioxidant defense were observed for oyster larvae exposed to metolachlor and metolachlor ESA. Toxicity of mixtures of pesticides representative of the Arcachon Bay contamination with and without copper was then evaluated. Exposures of oyster embryos to these mixtures lead to development defects, DNA damage and changes in the expression of genes involved mainly in oxidative stress responses. Finally, mapping of toxicity of sediments from the Arcachon Bay was conducted for four seasons of 2011 with the oyster embryo-larvae assay. Sediments collected from Arguin exhibited low toxicity, regardless any season. In contrast, sediments from Le Tès showed higher toxicity in spring and summer seasons compared to winter season.From this work, it can be hypothesized that chemical contamination of the Arcachon Bay represents a threat for oyster reproduction and development.

L'aquaculture a connu un développement considérable au cours des dernières décennies. De par leurs disponibilités limitées, la farine de poisson et l'huile de poisson, considérées comme des ingrédients traditionnels de l'alimentation des poissons d’élevage, ont été largement remplacées par des matières premières végétales afin de soutenir le développement durable de l'aquaculture. Cette évolution de la composition des aliments aquacoles a entraîné une réduction importante de la teneur en cholestérol des aliments aquacoles. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse était d’analyser les modifications du métabolisme du cholestérol chez la truite arc-en-ciel en réponse à une alimentation strictement végétale. Nous avons porté une attention particulière aux mécanismes sous-jacents à la régulation du métabolisme du cholestérol, en nous concentrant sur les facteurs de transcription et les microARNs. Enfin, nous avons évalué la possibilité d'utiliser les microARNs comme biomarqueurs non invasifs. Nos études ont montré qu’une alimentation végétale induit chez la truite une hypocholestérolémie associée à une modification de l’expression des gènes impliqués dans la synthèse et dans l'efflux du cholestérol mais aussi des facteurs de transcription SREBP-2 et LXRα. Nous avons également observé une diminution de l’expression du miR-223 dans le foie des truites nourries avec un régime à base de plantes ce qui suggère l'implication de mécanismes post-transcriptionnels dans la régulation de la synthèse du cholestérol chez la truite arc-en-ciel. Nous avons ensuite effectué une étude de la régulation du métabolisme du cholestérol chez une lignée de truite arc-en-ciel sélectionnée pour sa meilleure capacité de croissance sur aliment végétal. Nous avons observé une augmentation de l'expression du miR-33a chez les truites nourries avec un régime à base de plantes et une expression plus importante des miR-122 et 128 chez les truites de la lignée sélectionnée, quel que soit le régime. En analysant l’expression de gènes cibles potentiels des miR-33a, 122 et 128, nous avons pu mettre en évidence une régulation cohérente entre les miR-33a et 128 et leurs cibles potentielles que sont respectivement la caspase 6 apoptosis-related cysteine peptidase like 2 (casp6l2) et la phosphodiesterase 4B cAMP-specific a (pde4ba). Ces résultats mettent en évidence deux nouvelles voies moléculaires affectées par l’alimentation végétale chez la truite. Grâce à la combinaison d’approches in vivo et in vitro, nous avons constaté que l'expression des gènes impliqués dans la synthèse de cholestérol et celle du facteur de transcription SREBP-2 et du miR-33a augmentent chez les truites nourris avec l’aliment végétal et inversement diminuent en culture primaire d’hépatocytes de truite stimulés par du 25-hydroxycholestérol. Il semble donc SREBP-2 et miR-33a agissent en synergie pour réguler la synthèse du cholestérol. Enfin, nous avons détecté avec succès miR-1, miR-33a, miR-122, miR-128 et miR-223 dans le plasma de truite. Nous avons observé que les taux plasmatiques de miR-128 et de miR-223 sont soumis à des variations postprandiales similaires à celles observées pour leurs homologues hépatiques. Des corrélations significatives ont été observées entre les taux hépatiques et plasmatiques des miR-128 et miR-223. D’autres corrélations apparaissent entre les miR-122, 128 et 223 et l'expression de gènes liés à la synthèse et à l'efflux du cholestérol. Ces résultats indiquent que les micrARNs plasmatiques 122, 128 et 223 constituent de potentiels biomarqueurs non invasifs du métabolisme du cholestérol chez la truite arc-en-ciel. / Aquaculture has been subjected to a huge development during the last decades. Due to limiting availabilities, fishmeal and fish oil, the traditional ingredients of fish feed, have been widely replaced with vegetable ingredients in order to support the sustainable development of aquaculture. This evolution of aquafeeds has resulted in a reduction of the cholesterol content of the diets. In this context, the major objective of the thesis was to decipher the physiological changes related to cholesterol metabolism occurring in fish fed the plant-based diet. We furthermore analyzed the mechanisms underlying the regulation of cholesterol metabolism, focusing on transcription factors and microRNAs. Additionally, the possibility of utilizing miRNA as potential noninvasive biomarker was also investigated in the thesis. Our studies have shown that utilization of plant-based diet resulted in hypocholesterolemia and modified the expression of genes involved in cholesterol synthesis and efflux as well as that of their corresponding transcriptional factors SREBP-2 and LXRα. We also observed a lower expression of miR-223 in the liver of trout fed the plant-based diet suggesting the involvement of posttranscriptional mechanisms in the regulation of cholesterol synthesis. We then carried out another experiment using a line of rainbow trout selected for better growth performance on plant-based diet. We found that the hepatic expression of miR-33a increased in trout fed the plant-based diet, while the expression of miR-122 and miR-128 was much higher in the selected line regardless of the diet. By analyzing the expression of putative target genes of miR-33a, 122 and 128, we noticed consistent regulations between miR-33a and 128 and their respective putative targets, which were caspase 6 apoptosis-related cysteine peptidase like 2 (casp612) and cAMP-specific phosphodiesterase 4B a (pde4ba). These results highlighted two new molecular pathways affected by the plant-based diet. Through the combination in vivo and in vitro approaches, we demonstrated that the expression of the genes involved in cholesterol synthesis and that of the transcription factor SREBP-2 and the miR-33a increased in trout fed plant-based diet devoid of cholesterol while conversely decreased in rainbow trout primary cell culture of hepatocytes stimulated by 25-hydroxycholesterol. These data indicate that SREBP-2 and miR-33a act synergistically to control cholesterol synthesis. Finally, we successfully detected miR-1, miR-33a, miR-122, miR-128 and miR-223 in trout plasma. We observed similar postprandial changes between plasma levels of miR-128 and miR-223 and their hepatic counterparts. Significant correlations were observed between hepatic and plasma levels of miR-128 and miR-223. Other correlations appeared between miR-122, 128 and 223 and the expression of genes related to synthesis and efflux of cholesterol. Altogether, these results indicate that plasma microRNAs 122, 128 and 223 are potential non-invasive biomarkers of cholesterol metabolism in rainbow trout.

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Les bactéries magnétotactiques (MTB) ont la particularité de s’orienter le long des lignes de champ magnétique terrestre. Ce comportement est lié à la présence d’organites intracellulaires appelés magnétosomes, constitués d’un nanocristal de fer magnétique enveloppé d’une membrane biologique. L’un des obstacles majeurs rencontrés dans l’étude des MTB microaérophiles réside dans la difficulté à les cultiver, notamment du fait de leur extrême sensibilité à l’oxygène, nécessaire pour la croissance mais qui en même temps inhibe fortement la synthèse des magnétosomes. Dans ce travail, un protocole d’incubation en bioréacteur d’une MTB marine récemment isolée, Magnetospira sp. (QH-2), a été développé. Le contrôle précis des conditions de croissance a permis de déterminer finement la gamme de sensibilité de la souche à la pression partielle d’oxygène (pO2) et de préciser son métabolisme hétérotrophe, basé sur la consommation concomitante du succinate et de l’histidine. Dans un autre volet, l’analyse par RT-qPCR du niveau d’expression des gènes impliqués dans la synthèse des magnétosomes a permis de démontrer chez QH-2 une régulation extrêmement fine de ce processus de biominéralisation, dépendante de la présence de fer et des conditions d’oxygénation. Nos résultats mettent en évidence un lien indirect entre la synthèse des magnétosomes et le métabolisme général du fer chez QH-2. La mise au point d’un nouveau dispositif de culture a permis de multiplier le taux de croissance de QH-2 par cinq comparé aux cultures traditionnelles réalisées en flacons. Cet outil pourra être utilisé à l’avenir pour isoler et cultiver d’autres microorganismes ayant des besoins en oxygène spécifiques. / Magnetotactic bacteria (MTB) have the ability to orient themselves along geomagnetic field lines. This behavior is linked to the presence of intracellular organelles called magnetosomes, which are membrane-enclosed magnetic iron minerals. One of the major obstacles to the study of microaerophilic MTB is their fastidiousness with regard to their growth, due to their extreme sensitivity to oxygen that is required for cell growth but also strongly inhibits magnetosome synthesis. In this thesis, a method for the incubation in a bioreactor of a newly isolated marine MTB, Magnetospira sp. (strain QH-2), has been developed. The precise control of the growing conditions allowed us to determine the pO2 (oxygen partial pressure) range tolerated by the strain and to clarify its heterotrophic metabolism based on the concomitant consumption of succinate and histidine. In another part, the expression of the genes involved in magnetosome synthesis based on RT-qPCR analysis revealed a tight regulation of the biomineralization process, depending on the availability of iron and oxygen concentration. Our findings highlight the existence of an indirect link between magnetosome biosynthesis and the general iron metabolism in QH-2. The development of a new culture device has increased the growth rate of QH-2 by a factor of five compared to the traditional incubation using flasks. In the future, this tool could also be used to grow other microorganisms that have specific low but constant O2-requirements, and should facilitate the isolation and the development of new microaerophilic microbial models.

Les G-quadruplexes sont des structures non-canoniques fascinantes de l’ADN et/ou de l’ARN qui surviennent dans les régions riches en Guanines. La surreprésentation de ces structures dans des régions spécifiques comme les promoteurs des oncogènes et les télomères, suggère leur intervention dans les processus cellulaires clés comme la transcription, la réplication ou bien la maturation de l’ARN. De nouveaux outils in silico, in vitro et in cellulo pour la prédiction des G-quadruplexes ont été proposés, reflétant la pertinence croissante de ces structures. Des cibles potentielles de G-quadruplexes ont été décrites dans le génome humain, chez la levure, des bactéries, virus et bien d’autres. Cependant, un des problèmes dans l’étude des G4s dans le génome humain est le grand nombre de séquences susceptibles de former des structures G4s (370,000 PQS selon Quadparser et plus d’un million en utilisant un seuil de 1.5 selon G4Hunter). Il est alors presque impossible de déconvoluer les effets biologiques reliés aux G-quadruplexes dans les cellules humaines. Pour cela, nous avons choisi Dictyostelium discoideum – dont le génome est pauvre en G4s - comme modèle eucaryote pour compléter les études sur le génome humain. Avec une analyse in silico du génome de dicty en utilisant G4Hunter, un algorithme développé dans notre laboratoire, nous avons pu détecter entre 249 (seuil=2) et 1055 (seuil=1.5) séquences pouvant adopter une structure G4. D’une façon intéressante, bien que les promoteurs soient plus pauvres encore en GC que le reste du génome de dicty, la densité des G4s dans ces régions est significativement plus haute. En utilisant une combinaison de différentes méthodes biophysiques et biochimiques, nous avons démontré que parmi les séquences prédites, 14 séquences qui sont présentes dans des gènes susceptibles de jouer des rôles importants dans dicty forment des structures G4 stables. En plus, cinq gènes de dicty contenant des séquences G4s dans leurs promoteurs ont été étudiés pour l’effet d’un nouveau ligand G4 dérivé de Porphyrine sur leur expression. Nous avons démontré que ce nouveau ligand inhibe l’expression de ces gènes significativement. Globalement, nos résultats constituent le premier pas dans le but d’adopter Dictyostelium discoideum comme un nouveau modèle pour l’étude des G-quadruplexes. / G-quadruplexes (G4) are fascinating non-canonical DNA/RNA secondary structures that occur in genomic Guanine-rich regions. The over-representation of such structures in specific regions such as promoters of oncogenes and telomeres, suggests their involvement in key processes such as transcription, replication or RNA maturation. The development of in silico, in vitro and in cellulo tools for G4 prediction is emerging, reflecting the increasing relevance of these structures. Putative G4 forming sequences (PQS) have been reported in Homo sapiens, yeast, bacteria, viruses and many others. However, one of the problems in studying G4 structures in the human genome is indeed the high number of putative G4 forming sequences (370,000 PQS according to Quadparser and over 1 million when using a threshold of 1.5 with G4Hunter). It is therefore difficult to deconvolute G4-related biological effects in human cells. For this, we chose Dictyostelium discoideum - a G4 poor genome - as a eukaryotic model to complement the human studies. By an in silico analysis of dicty genome with G4Hunter a home-made algorithm, we detected 249 (threshold=2) to 1055 (threshold=1.5) G4-prone motifs. Interestingly, despite an even lower GC content in comparison to the whole dicty genome, the density of G4 motifs in dicty promoters is significantly higher than in the rest of the genome. By using a combination of different biophysical and biochemical methods, we demonstrated that 14 dicty sequences located in key genes fold into stable G4 structures. In addition, five dicty genes containing G4-prone motifs in their promoters were studied for the effect of a new Porphyrin derivative on their expression. Our results demonstrated that the new ligand decreased the expression of the several dicty genes significantly. Overall, our results constitute the first step to adopt Dictyostelium discoideum as a model for G4 studies.

Les ARNs non-codants régulateurs (ARNnc) regroupent des acteurs majeurs de la régulation de l'expression des gènes, retrouvés de manière ubiquitaire dans l'ensemble des domaines du vivant. Chez les bactéries ils sont également appelés sRNAs, jouent des rôles clefs dans de nombreuxprocessus physiologiques et adaptatifs. Ces sRNAs ont été mis en évidence par des méthodes expérimentales haut-débit (microarray, tilling-array...) dans plusieurs espèces bactériennes d'intérêt. Ils agissent majoritairement au niveau post-transcriptionnel via une interaction physique avec un ou plusieurs ARNs messagers(s) cibles(s). Cependant, les informations sur les ARNmet les fonctions potentielles de ces sRNAs restent très parcellaires à ce jour. De plus, les profils d'évolution des sRNAs ont été peu étudiés chez les bactéries pathogènes. Le travail réalisé dans cette thèse repose sur l'hypothèse que l'évolution des sRNAs et leur coévolution avec d'autres éléments fonctionnels dans un ensemble de génomes, peut permettre de mieux comprendre leurs histoires évolutives, mais également de caractériser leurs fonctions potentielles et peut-être d'aider à identifier le ou les ARNm cibles avec lesquels ils interagissent. Dans ce but, nous avons conçu et implémenté une stratégie de phylogénomique robuste et géné- rique permettant d'analyser l'évolution et la coévolution des sRNAs et des ARNm cibles dans un ensemble de génomes bactériens annotés, à partir de leur profil de présence-absence. Cette méthode a été appliquée à l'analyse de l'évolution et de la coévolution de 154 sRNAs trans régulateurs de Listeria monocytogenes EGD-e. Elle nous a permis d'identifier 52 sRNAs accessoires dont la majo- rité étaient présents dans l'ancêtre commun des souches de Listeria et ont été perdus au cours de l'évolution. Nous avons ensuite détecté une coévolution significative entre 23 sRNAs et 52 ARNm et nous avons reconstruit le réseau de coévolution des sRNAs et ARNm de Listeria. Ce réseau contient un hub principal de 12 sRNAs qui coévoluent avec des ARNm codant pour des protéines de la paroi ainsi que des facteurs de virulence. Parmi eux nous avons pu identifier 4 sRNAs coévoluant avec 7 gènes codant pour des internalines qui sont connues pour regrouper d'importants facteurs de virulence chez Listeria. De plus, l'ARN rli133, qui coévolue avec plusieurs gènes impliqués dans le pouvoir pathogène de Listeria, contient des régions compatibles avec des interactions physiques directes inhibitrices pour la majorité de ses partenaires de coévolution. / Non coding RNAs (ncRNA) are main actors of gene expression regulation and are found ubiquitously in all domains of life. In bacteria, ncRNAs play key roles in a wide range of physiological and adaptive processes. These "small non coding RNAs" (sRNAs) are identified by high-throughput experimental methods (microarray, tilling-array, ...) in several bacteria species of interest. They mainly act at post-transcriptional level through physical interactions with one or several mRNA(s). Nevertheless, the available informations about mRNA targets and sRNAs functions, remain very limited. In addition, evolutionary patterns of sRNAs have been poorly studied in pathogenic bacteria. The main hypothesis of my PhD work is therefore that analysis of evolution and coevolution between sRNAs and other functional elements in a given genomes set, may allow to understand their evolutionary histories, to better characterize their putative functions, and may also help to identify their potential mRNA(s) target(s). For this purpose, we designed and developed a robust and generic phylogenomic approach to analyze evolution and coevolution between sRNAs and mRNA from their presence-absence profiles, in a set of annotated bacterial genomes. This method was thereafter used to analyze evolution and coevolution of 154 Listeria monocytogenes EGD-e trans regulatory sRNAs in 79 complete genomes of Listeria. This approach allowed us to discover 52 accessory sRNAs, the majority ofwhich were present in the Listeria common ancestor and were subsequently lost during evolution of Listeria strains. We then detected significant coevolutions events between 23 sRNAs and 52 mRNAs and reconstructed the coevolving network of Listeria sRNA and mRNA. This network contains a main hub of 12 sRNAs that coevolves with mRNA encoding cell wall proteins and virulence factors. Among them, we have identified 4 sRNAs coevolving with 7 internalin-coding genes that are known to group important virulence factors of Listeria. Additionaly, rli133, a sRNA that coevolve with several genes involved in Listeria pathogenicity, exhibits regions compatible with direct translational inhibitory physical interactions for most of its coevolution partners.