Les cils sont des organites essentiels chez la plupart des eucaryotes. Ils sont construits par un mécanisme appelé transport intraflagellaire (IFT). Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle de l'IFT chez le protiste Trypanosoma brucei. Par une combinaison d'approches en vidéo-microscopie et en microscopie électronique, nous avons révélé que l'IFT est absent ou s'arrête après ciblage par ARNi de gènes requis pour le transport aller et retour. Dans ces conditions, nous avons démontré que l'IFT n'est pas nécessaire au maintien de la longueur du flagelle mature mais contrôle la distribution de plusieurs protéines non structurales. Les trains IFT transportent la tubuline, le constituant majeur de l'axonème. En collaboration avec l'équipe d'Esben Lorentzen, nous avons mis en évidence l'existence d'un module de liaison à la tubuline sur les protéines IFT74/IFT81. Par FIB-SEM, nous avons démontré que les trains IFT sont présents presque exclusivement sur seulement deux (4 et 7) des 9 doublets de microtubules du flagelle. L'utilisation de méthodes d'imagerie super résolutives par SIM, a permis de montrer sur cellules vivantes, l'existence de deux voies spécifiques pour le trafic IFT aller et retour. Cette restriction s'explique par la présence d'une polyglutamylation plus marquée de la tubuline au niveau de ces doublets. L'inhibition des enzymes responsables de la polyglutamylation freine l'accès des protéines IFT aux flagelles et interfère sévèrement avec la construction de l'organite. Ces travaux démontrent donc un rôle essentiel de la polyglutamylation, qui serait lu par les moteurs du transport intraflagellaire. / Cilia and flagella are essential organelles in most eukaryotes including humans. They are built by an active mechanism termed Intraflagellar Transport or IFT. During this thesis, we have investigated the role and functioning of IFT in the protist Trypanosoma brucei. Using a combination of video-microscopy and electron microscopy, we have revealed that IFT is absent or arrested upon RNAi knockdown of genes required for anterograde and retrograde transport, respectively. In these conditions, we have demonstrated that IFT is not required for maintenance of flagellum length but that IFT controls the distribution of several non-structural proteins, to the contrary of the established dogma. IFT trains transport tubulin, the main component of the axoneme. In collaboration with the team of Esben Lorentzen (MPI Munich), we have revealed the existence of a tubulin-binding domain on proteins IFT74/IFT81. Using FIB-SEM, we have demonstrated that IFT trains are present almost exclusively on only two (4 and 7) out of 9 microtubule doublets. The use of super-resolution imaging methods (work performed at the Janelia Research Institute, USA) allowed us to show for the first time in live cells the existence of two specific bidirectional paths for IFT trafficking. This restriction is explained by differential polyglutamylation on these two doublets. The inhibition of the enzymes responsible for polyglutamylation restricts the access of IFT proteins to flagella, resulting in severe impairment of flagellum elongation. This work demonstrates an essential role for polyglutamylation that could act as a “tubulin code” that would be decrypted by the motors of intraflagellar transport.

Le rôle des bactéries est primordial partout dans la nature. Pensons seulement aux impacts qu’elles ont sur la santé humaine. Pour être en mesure de jouer leur rôle dans l’environnement, plusieurs bactéries ont besoin de se déplacer vers des sites spécifiques. Le moyen de locomotion le plus commun est le moteur flagellaire. Pour se propulser, les bactéries flagellaires possèdent un (ou des) moteur rotatif ancré dans leur membrane. Ce moteur transmet sa rotation à un long filament en forme d’hélice se trouvant à l’extérieur de la bactérie via un joint universel se nommant le crochet. Ce moteur fut l’un des premiers moteurs rotatifs biologiques à être découvert. De plus, un grand nombre d’études ont montré l’importance du moteur flagellaire durant les infections bactériennes. Ainsi, il a fait l’objet d’études intensives depuis plusieurs décennies. La vaste majorité de ces études ont toutefois été effectuées dans des milieux simples qui ne représentent qu’une infime partie des milieux biologiques naturels. En effet, les bactéries se déplacent souvent dans des milieux anisotropes, où les propriétés physiques dépendent de la direction. Par exemple, le mucus se trouvant un peu partout dans le corps humain, le liquide synovial qui lubrifie nos articulations, la peau et les biofilms sont tous des milieux qui peuvent être anisotropes et où les bactéries prolifèrent. Cette thèse par article présente les résultats obtenus durant notre étude de la motilité des bactéries flagellaires en milieux anisotropes. Puisque les milieux biologiques naturels sont difficiles à manipuler en laboratoire, un milieu synthétique a d’abord été choisi afin de mimer les propriétés de ces milieux. Deux types de milieux anisotropes ont été testés, les cristaux liquides (LCs) 5CB et DSCG. Seul le LC DSCG a été retenu puisque les bactéries ne peuvent pas pénétrer le LC 5CB. Pour créer le LC DSCG, des molécules sont dissoutes dans l’eau. À faible concentration, le milieu est isotrope, et à haute concentration le milieu devient anisotrope (un LC). Dans un premier temps, la vitesse et l’orientation du corps des bactéries ont été observées en faisant passer le LC DSCG de la phase isotrope à la phase anisotrope. Ces mesures ont d’abord confirmé que, dans un milieu anisotrope, les bactéries se déplacent en ligne droite et renverse leur mouvement plutôt que d’effectuer une marche aléatoire comme dans des milieux isotropes. L’observation du comportement bactérien a également démontré la présence d’une zone de prétransition dans les solutions isotropes de DSCG. À ces concentrations de DSCG, les molécules commencent à s’organiser sous forme de bâtonnets. Cette organisation explique pourquoi les bactéries deviennent collantes (via la force de déplétion), et pourquoi la viscosité augmente dans la zone de prétransition. Pour comprendre comment les bactéries peuvent renverser leur mouvement dans des milieux anisotropes, les filaments ont également été étudiés. Ces observations ont démontré que, durant le change de direction de la bactérie, le crochet n’est plus capable de jouer son rôle de joint universel et se bloque momentanément, permettant ainsi de changer l’orientation du filament. Cette réorientation du filament permet non seulement le renversement du mouvement de la bactérie dans le LC, mais également la réorientation du filament dans d’autres milieux comme dans des milieux poreux. Ce constat agrémenté de résultats provenant de la littérature nous permet de croire que le crochet bloqué est un phénomène universel se produisant dans tous les milieux. Pour terminer, la microscopie à champ sombre par guidage de lumière ainsi qu’une technique de microrhéologie seront exposées. Ces techniques ont été utilisées durant la caractérisation de la zone de prétransition. Tout au long de ce travail, il sera également souligné en quoi notre approche multidisciplinaire a été bénéfique. / Bacteria play an essential role in nature. We can simply think of their impact on human health to convince ourselves. To be able to play their role in the environment, bacteria often need to reach specific locations. The most common bacterial locomotion system is the flagellar motor. To propel themselves, the flagellated bacteria possess one (or few) rotary motor anchored in their membrane. This motor transfers its rotation to a long helical filament located outside the bacterium thanks to a universal joint called the hook. This motor was the first biological rotary motor discovered. Furthermore, several studies have shown the importance of the flagellar motor during bacterial infections. Thus, it has been the subject of intensive studies for several decades. Most of these studies, however, have been conducted in simple media that represent only a small fraction of natural biological environment. Indeed, bacteria often move in anisotropic media, where the physical properties depend on the direction. For example, mucus found throughout the human body, synovial fluid that lubricates our joints, skin and biofilms are all media that can be anisotropic and where bacteria proliferate. This thesis by article presents our study of the motility of flagellar bacteria in anisotropic media. Since natural biological media are difficult to manipulate in the laboratory, a synthetic medium was first chosen to mimic the properties of natural anisotropic media. Two types of anisotropic media were tested, the liquid crystals (LCs) 5CB and DSCG. Only the LC DSCG has been used since bacteria cannot penetrate the LC 5CB. To create the DSCG LC, molecules of disodium cromoglycate (DSCG) are dissolved in a water-based solvent. At low concentration, the medium is isotropic, and at high concentration the medium becomes anisotropic (a LC). First, the speed and the orientation of the body of the bacteria were recorded while changing the concentration of the DSCG LC to bring the solution from the isotropic phase to the anisotropic phase. These measurements first confirmed that, in an anisotropic environment, the bacteria move in a straight line and reverse their movement rather than performing a random walk as in isotropic media. Observation of bacterial behavior also demonstrated the presence of a pretransition zone in isotropic solutions of DSCG. At these concentrations of DSCG, the molecules begin to organize into rods. This organization explains why bacteria become sticky (via the depletion force), and why the viscosity increases in the pretransition zone. To understand how bacteria can reverse their motion in anisotropic media, the filaments have also been studied. These observations have shown that during the change of direction of the bacteria, the hook is no longer a universal joint and momentarily locks, thus changing the orientation of the filament. This reorientation of the filament does not only reverse the movement of the bacteria in the LC, but it also triggers the reorientation of the filament in other media as in porous media. This observation, supplemented by results from literature, suggests that the blocked hook is a universal phenomenon occurring in all environments. Finally, light-guided dark field microscopy and a microrheological technique will be exposed. These techniques were used during the characterization of the pretransition zone. Throughout this work, it will also be highlighted how our multidisciplinary approach has been beneficial.

Les cils et les flagelles sont des organites cellulaires très conservés qui assurent des fonctions essentielles. Chez l'Homme, les défauts d'assemblage des cils et des flagelles conduisent à de multiples pathologies, les ciliopathies. Afin de comprendre comment se forment et fonctionnent les cils, j'ai analysé la fonction de deux nouveaux gènes identifiés comme cible des facteurs de transcription de ciliogenèse RFX. Tout d'abord je me suis focalisée sur le gène CCDC151, évolutivement conservé dans les espèces possédant des cils motiles. J'ai pu montrer que CCDC151 est impliquée dans le transport dépendant de l'IFT des bras de dynéine chez les animaux et qu'elle est nécessaire à la perception sensorielle chez la drosophile. Par ailleurs, j'ai également montré que cette protéine possède des fonctions cellulaires additionnelles puisqu'elle est requise pour l'orientation correcte des plans de division cellulaire et qu'elle est impliquée dans la régulation de la taille du cil primaire chez les mammifères. Je me suis ensuite intéressée au gène LRRC48 également conservée dans les espèces possédant des cils motiles. Cette protéine est nécessaire à la motilité des flagelles de spermatozoïdes et des cils des neurones sensoriels en 9+0 et dans la réponse auditive chez la drosophile. De plus LRRC48 est indispensable au développement des vertébrés puisque son absence chez le poisson zèbre conduit à l'hydrocéphalie, des kystes rénaux et des défauts de motilité des cils. Elle est également essentielle à la biogenèse de l'oreille dans cet organisme.En conclusion, il s'agit de deux nouveaux acteurs de la ciliogenèse potentiellement impliqués dans les pathologies ciliaires chez l'Homme / Cilia are highly conserved structures found from protozoa to mammals where they play essential physiological and developmental functions and cilia dysfunction leads to various syndromes in humans known as ciliopathies. To understand cilia formation and function, I performed functional analysis of two new target genes of the RFX ciliogenic transcription factors. First, I focused on CCDC151 that is evolutionary conserved in motile ciliated species. I showed that CCDC151 is involved in the control of IFT-dependent dynein arm assembly in animals and required for geotaxis behavior of adult flies. In zebrafish, depletion of Ccdc151 leads to left-right asymmetry defects and kidney cysts, two phenotypes resulting from impaired ciliary beating. However, I also showed that CCDC151 is also implicated in other cellular functions in vertebrates as it is involved in proper orientation of cell divisions and implicated in the regulation of primary cilium length in mammalian cells. In a second part, I studied LRRC48 that is also conserved in species with motile cilia. I showed that this protein is essential for motility of flagellar spermatozoids and for motility of the 9+0 sensory cilia as well as in the auditory response in drosophila. In zebrafish, morpholinos induced depletion of this protein leads to hydrocephaly, kidney cysts, inner ear abnormalities and cilia motility defects. Moreover this protein is also required for inner ear biogenesis in the model. In conclusion, these two genes are essential for ciliogenesis and they are new candidate genes potentially implicated in human ciliary diseases

Clostridium difficile est une bactérie entéropathogène responsable de diarrhées nosocomiales post-antibiotiques et de colites pseudomembraneuses. Ces dernières années, l'incidence et la gravité des infections à C. difficile ont significativement augmenté en Amérique et en Europe. Cette évolution semble être liée à l'émergence puis à la dissémination très rapide d'un clone particulièrement virulent de PCR-ribotype 027. Les facteurs de virulence majeurs de C. difficile sont les toxines TcdA et TcdB qui sont responsables des lésions intestinales. Cependant, l’étape de colonisation de l’intestin par la bactérie est considérée comme un pré-requis à l’infection. Afin de mieux comprendre les mécanismes d’hypervirulence de la souche 027, nous nous sommes focalisés sur l’étude du processus de colonisation intestinal de cette souche en le comparant à celui de la souche non épidémique 630∆erm. Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle de la protéine de liaison à la fibronectine FbpA. La caractérisation in vitro et in vivo d’un mutant d’inactivation de fbpA, nous a permis de montrer l’implication de cette protéine dans le processus de colonisation de la souche non épidémique 630∆erm. La difficulté à obtenir un mutant dans la souche épidémique 027 R20291 ne nous a pas permis de comparer les propriétés adhésives de FbpA entre les deux souches. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les caractéristiques des protéines flagellaires FliC, FliD, FlgE et MotB. Nous avons montré que les flagelles agissent en tant qu’adhésines chez la souche 027 et que ce rôle est moins important chez la souche 630∆erm. Nous avons également montré que les flagelles sont impliqués dans des processus cellulaires autres que l’adhésion et la colonisation. Selon une étude transcriptomique d’un mutant ∆FliC de la souche 027 R20291, il s’est avéré que la flagelline est aussi impliquée dans la production de toxines, la sporulation et dans l’adaptation de la bactérie aux conditions de stress. Une étude complémentaire serait nécessaire afin de mieux comprendre le système de régulation qui régi ces différents processus cellulaires.Finalement, nous avons effectué une analyse transcriptomique de la cinétique de colonisation in vivo de la souche 027. L’étude a révélé l’expression précoce des gènes de toxines et de sporulation au cours du processus d’infection. Elle nous a également permis d’identifier des gènes spécifiques à la souche 027 qui sont exprimés lors du processus infectieux. Ces gènes pourraient éventuellement être impliqués dans la virulence de C. difficile 027 et pourraient constituer de nouvelles pistes d’étude. / Clostridium difficile is an enteropathogenic bacterium that causes post-antibiotic nosocomial diarrhea and pseudomembranous colitis. During the last decade, the incidence and the severity of C. difficile infections have significantly increased in America and Europe. This evolution seems to be related to the emergence and to the rapid dissemination of a particularly virulent clone of PCR-ribotype 027. The main virulence factors of C. difficile are the TcdA and TcdB cytotoxins which are responsible for intestinal lesions. However, the intestinal colonization by the bacterium is considered as an indispensible step for infection.To better understand the hypervirulence mechanisms of strain 027, we focused on the study of intestinal colonization process of this strain compared to the colonization process of the non-epidemic strain 630Δerm. First, we studied the role of the fibronectin binding protein FbpA. In vitro and in vivo characterization of a mutant FbpA showed the involvement of this protein in the colonization process of the non-epidemic strain 630Δerm. The difficulty of obtaining a mutant in the epidemic strain R20291 027 does not allow us to compare the adhesive properties of FbpA between the two strains.In a second step, we studied the characteristics of flagellar proteins FliC, FliD, FlgE and MotB. We showed that the flagella have a role in the adhesion and colonization of strain 027 and that this role is less important in strain 630Δerm. We also showed that flagella are involved in other cellular processes than adhesion and colonization. A transcriptomic study of a FliC mutant in 027 R20291 shows that flagellin is also involved in toxin production, sporulation and in the adaptation of bacteria to stress conditions. Further study should be performed to better understand the regulation system that governs these different cellular processes. Finally, we performed a transcriptomic analysis of the kinetic of in vivo colonization of the 027 R20291 strain. The study revealed a very early expression of toxin and sporulation genes during the first stages of the infection process. This analysis also allowed us to identify some genes, specific to 027 strains, which appeared regulated during the infection process. These genes could be involved in the virulence of C. difficile 027 strains and could provide new issues of study to better understand C. difficile virulence.

L'infertilité masculine concerne plus de 20 millions d'homme à travers le monde et représente un véritable enjeu de santé public. Bien que multifactorielle, l'infertilité masculine a une composante génétique importante qui jusqu'à présent n'a été que peu étudiée. L'objectif de mon travail a été d'initier et de poursuivre les investigations génétiques sur trois phénotypes de tératozoospermie: les spermatozoïdes macrocéphales, la globozoospermie et les anomalies morphologiques multiples des flagelles (AMMF).Pour le premier phénotype, nous avons étudié 87 patients, dont 83 cas-index, présentant un phénotype de macrozoospermie. Nous avons trouvé la mutation c.144delC dans le gène AURKC chez 82% des patients (68/83) confirmant qu'il s'agit de l'évènement génétique prépondérant pour ce phénotype. Une nouvelle mutation récurrente, p.Y248*, entrainant la dégradation totale du transcrit anormal par nonsense-mediated mRNA decay, a été retrouvée chez 10 patients non‐apparentés. L'identification de deux mutations ancestrales dans AURKC maintenues au cours de l'évolution malgré leur effet délétère sur la reproduction chez l'homme homozygote, ouvre la question d'un potentiel avantage sélectif procuré par l'haplo-insuffisance d'AURKC.Pour le second phénotype, nous avons analysé une cohorte de 34 patients globozoospermiques par séquençage et MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification). Au total, la délétion homozygote de DPY19L2 a été retrouvée chez 22 patients sur 30 cas non apparentés (73.3%) et 3 nouvelles mutations ponctuelles ont été identifiées. Ces résultats indiquent que l'analyse moléculaire de DPY19L2 des patients globozoospermiques ne devrait pas être limitée à la recherche de la délétion homozygote de DPY19L2. Dans un second temps, nous avons démontré que la délétion récurrente de DPY19L2 était médiée par le mécanisme de recombinaison homologue non allélique (NAHR) entre deux séquences répétées homologues (LCR) de 28kb situées de chaque côté du gène. La très grande majorité des points de cassure surviennent dans une région de 1,2 kb située dans la partie centrale des LCRs. Cette région minimale de recombinaison est elle‐même centrée sur une séquence consensus de 13 nucléotides reconnue par PRDM9, une protéine à doigts de zinc qui favorise la survenue des cassures doubles brins initiant les processus de recombinaisons. Les modèles théoriques prédisent que, lors de la méiose, le mécanisme NAHR génère de novo plus d'allèles recombinés délétés que dupliqués. Étonnamment, dans la population générale les allèles DPY19L2 dupliqués sont trois fois plus fréquents que les allèles délétés. Nous avons développé une PCR digitale sur le sperme afin de mesurer le taux de délétions et de duplications de novo à ce locus chez des témoins. Tel qu'il était prédit par le modèle de NAHR, nous avons identifié un taux de délétions supérieur à celui des duplications. Ce paradoxe peut s'expliquer par la sélection qui s'opère à l'encontre des hommes infertiles porteurs de la délétion homozygote et potentiellement des hommes porteurs d'une délétion hétérozygote.Enfin pour le troisième phénotype, nous avons réalisé l'analyse par cartographie par homozygotie de 20 patients infertiles, dont 18 cas-index, présentant des anomalies morphologiques du flagelle. Cinq mutations homozygotes ont été identifiées dans le gène DNAH1 parmi les 18 patients non-apparentés (28%). Ce gène code pour une chaine lourde des bras internes de dynéine exprimée dans le testicule. Des analyses d'immunofluorescence et de RT-PCR ont confirmé le caractère pathogène d'une de ces mutations situées sur un site donneur d'épissage. Les analyses par microscopie électronique ont révélé une désorganisation générale de l'axonème incluant une disparition des doublets centraux et des bras internes de dynéine suggérant que DNAH1 est une protéine clé dans la biogenèse du flagelle du spermatozoïde. / Male infertility affects more than 20 million men worldwide and represents a major health concern. Although multifactorial, male infertility has a strong genetic basis which has so far not been extensively studied. The objectives of my thesis were to initiate and conduct some genetic investigations on three specific phenotypes of teratozoospermia: macrozoospermia, globozoospermia and multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF).For the first phenotype, we studied 87 patients with macrozoospermia, including 83 index cases, and identified c.144delC, a pathogenic mutation in the AURKC gene in 82% of patients (68/83) confirming that this variant is the main cause of macrozoospermia. A new recurrent mutation, p.Y248*, leading to degradation of the mutant transcripts by non-sense mediated mRNA decay was identified in 10 unrelated patients. Patients with no identified AURKC mutation have a decreased rate of spermatozoa with a large head and multiple flagella. Identification of two ancestral mutations in AURKC maintained during evolution despite their negative effect on reproduction in homozygous men, raises the question of a potential selective advantage provided by the AURKC haploinsufficiency.For the second phenotype, we first analyzed 34 patients presenting with globozoospermia using MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification) and Sanger sequencing. In total, 22 of the 30 unrelated patients where homozygous for the DPY19L2 deletion (73.3%) and 3 novel point mutations were identified. These results suggest that the molecular investigation of the DPY19L2 gene in globozoospermic patients should not be limited to the detection of the DPY19L2 genomic deletion and open interesting perspectives for the identification of DPY19L2 partners during acrosome biogenesis. Subsequently, we demonstrated that the genomic deletion was mediated by Non-Allelic Homologous Recombination (NAHR) between two homologous 28-Kb Low Copy Repeats (LCRs) located on each side of the gene. The vast majority of genomic breakpoints fell within a 1.2-Kb region central to the 28-Kb LCR. A 13-mer consensus sequence is located in the centre of that 1.2-Kb region recognized by PRDM9, a multi-unit zinc finger binding protein that promotes the formation of double-strand breaks (DSBs) initiating the homologous recombination process. The accepted theoretical NAHR model predicts that during meiosis, NAHR produces more deleted than duplicated alleles. Surprisingly, array-CGH data show that, in the general population, DPY19L2 duplicated alleles are approximately three times as frequent as deleted alleles. In order to shed light on this paradox, we developed a sperm-based digital PCR to measure the de novo rates of deletions and duplications at this locus. As predicted by the NAHR model, we identified an excess of de novo deletions over duplications. These discording results may be explained by the purifying selection against sterile, homozygous deleted men. Heterozygous deleted men might also suffer a small fitness penalty.Lastly, for the third phenotype, homozygosity mapping was carried out on a cohort of 20 North African individuals, presenting with primary infertility resulting from impaired sperm motility caused by a mosaic of multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF). Five unrelated subjects out of 18 (28%) carried a homozygous variant in DNAH1, which encodes an inner dynein heavy chain and is expressed in testis. RT-PCR and immunostaining studies confirmed the pathogenic effect of one of these mutations located on a donor splice site. Electronic microscopy revealed a general axonemal disorganization including mislocalization of the microtubule doublets and loss of the inner dynein arms suggesting that DNAH1 plays a critical role in sperm flagellum biogenesis and assembly.

Les cils et les flagelles sont des organites présents à la surface cellulaire. Ils sont conservés chez les eucaryotes chez lesquels ils jouent un rôle essentiel dans la régulation de nombreux processus physiologiques. La zone de transition (ZT) est une structure complexe, localisée à la base des cils, qui assure une fonction importante dans l'assemblage et la régulation du trafic des constituants ciliaires. Trois complexes protéiques ont été identifiés à la ZT : MKS-JBTS, NPHP1-4-8 et NPHP5-CEP290. D'autres protéines sont également situées à la ZT telles que CBY et AZI1 mais leur interaction avec ces trois modules reste encore peu connue. Chez l'Homme, des mutations de gènes codant des protéines de la ZT sont associées à des maladies génétiques rares, les ciliopathies. Deux modes d'assemblage des cils ont été décrits : la ciliogenèse compartimentée et la ciliogenèse cytosolique. Alors que la fonction de la ZT au cours de la ciliogenèse compartimentée a été bien étudiée, son rôle dans la ciliogenèse cytosolique reste peu connu. La Drosophile possède deux sortes de cellules ciliées, les neurones sensoriels et les flagelles de spermatozoides dont les cils s'assemblent selon ces deux modes d'assemblage. Au cours de ma thèse, j'ai utilisé ce modèle pour analyser la fonction des protéines de la ZT dans ces deux types cellulaires. Mes résultats montrent que les protéines MKS ne jouent pas un rôle essentiel dans l'assemblage de la ZT dans ces deux types cellulaires. J'ai aussi révélé que CBY et AZI1, coopèrent pour assembler la ZT et qu'elle est nécessaire à l'ancrage du corps basal à la membrane plasmique. De plus, mes travaux ont démontré que KLP59D, une kinésine dépolymérisante des microtubules, est indispensable à la régulation de l'élongation de l'axonème au cours de la ciliogenèse cytosolique. En conclusion, ce travail apporte de nouvelles connaissances sur la dynamique d'assemblage de la ZT des cils et sur les mécanismes qui contrôlent l'élongation de l'axonème / Cilia and flagella are cellular organelles that protrude at the cell surface. They are composed of a microtubular cytoskeleton and they are highly conserved across eukaryotic species from plantae to Human. In mammals, they play essential functions during development and regulate numerous physiological processes in adults. At the ciliary base a complex structure called transition zone (TZ) is necessary for cilia assembly and regulation of ciliary components trafficking inside the cilia. Three protein complexes have been identified at the TZ : MKS-JBTS, NPHP1-4-8 and NPHP5-CEP290. Other TZ proteins such as CBY and AZI1 have been studied but their interaction with these 3 modules is not yet elucidated. In Human, mutations of genes encoding TZ proteins are associated with several genetic diseases called ciliopathies. Two different modes of cilia assembly have been identified: compartimentalized and cytosolic ciliogenesis. While TZ function in compartimentalized ciliogenesis is well studied, its role in cytosolic ciliogenesis remains poorly understood. In Drosophila, there are only two types of ciliated cells, sensory neurons and sperm flagella, representative of these two ciliogenesis pathways. During my PhD, I used Drosophila to study the function of TZ proteins during cilia assembly in these two ciliated cell types. My data show that proteins of the MKS complex do not play an essential role in TZ assembly in the cilia of sensory neurons and in spermatozoon flagella. I also demonstrated that CBY and AZI1 cooperate to assemble the TZ components and that the TZ is necessary to dock the basal bodies to the plasma membrane, one of the first important step in cilia assembly. Finally, I showed that KLP59D, a microtubule-depolymerising kinesin, is required to control axoneme elongation during the cytosolic ciliogenesis. In conclusion, this work brings new insights into the understanding of the dynamic assembly of TZ proteins and the mechanisms that regulate flagella elongation

Clostridium difficile (CD) représente la première cause d'infections digestives nosocomiales dans les pays développés. Les infections à CD (ICD) induisent une inflammation intestinale importante qui se manifeste principalement par des colites pseudomembraneuses ainsi que par un taux de mortalité élevé. Les facteurs majeurs de virulence sont les toxines TcdA et TcdB. Dans la première partie des travaux de cette thèse, nous avons validé le rôle in vivo d'un autre facteur bactérien, les flagelles, dans un modèle murin d'ICD, en montrant que les flagelles induisent une réponse inflammatoire au niveau de la muqueuse caecale en synergie avec les toxines. Nous avons ensuite montré une régulation de de cette réponse par un microARN (miARN) exerçant un rôle anti-inflammatoire en modulant l'activation de la voie de signalisation de NF-KB. Le traitement des souris infectées par ce miARN réduit l'inflammation intestinale apportant la preuve du concept pour une nouvelle approche thérapeutique. / Clostridium difficile (CD) is the leading cause of nosocomial digestive infections in developed countries. CD infections (CDI) induce significant intestinal inflammation that is manifested primarily by pseudomembranous colitis and a high mortality rate. The major virulence factors are TcdA and TcdB toxins. In the first part of the work of this thesis, we validated the in vivo role of another bacterial factor, the flagella, in a mouse model of CDI, showing that the flagella induce an inflammatory response in ceacal mucosa in synergy with toxins. We then showed a regulation of this response by a microRNA (miRNA) exerting an anti-inflammatory role by modulating the activation of the NF-KB signaling pathway. The treatment of mice infected with this miRNA reduces intestinal inflammation providing proof of concept for a new therapeutic approach.

Clostridium difficile est une bactérie entéropathogène responsable de diarrhées nosocomiales post-antibiotiques et de colites pseudomembraneuses. Ces dernières années, l'incidence et la gravité des infections à C. difficile ont significativement augmenté en Amérique et en Europe. Cette évolution semble être liée à l'émergence puis à la dissémination très rapide d'un clone particulièrement virulent de PCR-ribotype 027. Les facteurs de virulence majeurs de C. difficile sont les toxines TcdA et TcdB qui sont responsables des lésions intestinales. Cependant, l'étape de colonisation de l'intestin par la bactérie est considérée comme un pré-requis à l'infection. Afin de mieux comprendre les mécanismes d'hypervirulence de la souche 027, nous nous sommes focalisés sur l'étude du processus de colonisation intestinal de cette souche en le comparant à celui de la souche non épidémique 630∆erm. Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle de la protéine de liaison à la fibronectine FbpA. La caractérisation in vitro et in vivo d'un mutant d'inactivation de fbpA, nous a permis de montrer l'implication de cette protéine dans le processus de colonisation de la souche non épidémique 630∆erm. La difficulté à obtenir un mutant dans la souche épidémique 027 R20291 ne nous a pas permis de comparer les propriétés adhésives de FbpA entre les deux souches. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les caractéristiques des protéines flagellaires FliC, FliD, FlgE et MotB. Nous avons montré que les flagelles agissent en tant qu'adhésines chez la souche 027 et que ce rôle est moins important chez la souche 630∆erm. Nous avons également montré que les flagelles sont impliqués dans des processus cellulaires autres que l'adhésion et la colonisation. Selon une étude transcriptomique d'un mutant ∆FliC de la souche 027 R20291, il s'est avéré que la flagelline est aussi impliquée dans la production de toxines, la sporulation et dans l'adaptation de la bactérie aux conditions de stress. Une étude complémentaire serait nécessaire afin de mieux comprendre le système de régulation qui régi ces différents processus cellulaires.Finalement, nous avons effectué une analyse transcriptomique de la cinétique de colonisation in vivo de la souche 027. L'étude a révélé l'expression précoce des gènes de toxines et de sporulation au cours du processus d'infection. Elle nous a également permis d'identifier des gènes spécifiques à la souche 027 qui sont exprimés lors du processus infectieux. Ces gènes pourraient éventuellement être impliqués dans la virulence de C. difficile 027 et pourraient constituer de nouvelles pistes d'étude.

Les cils et les flagelles sont des organites cellulaires très conservés qui assurent des fonctions essentielles. Chez l'Homme, les défauts d'assemblage des cils et des flagelles conduisent à de multiples pathologies, les ciliopathies. Afin de comprendre comment se forment et fonctionnent les cils, j'ai analysé la fonction de deux nouveaux gènes identifiés comme cible des facteurs de transcription de ciliogenèse RFX. Tout d'abord je me suis focalisée sur le gène CCDC151, évolutivement conservé dans les espèces possédant des cils motiles. J'ai pu montrer que CCDC151 est impliquée dans le transport dépendant de l'IFT des bras de dynéine chez les animaux et qu'elle est nécessaire à la perception sensorielle chez la drosophile. Par ailleurs, j'ai également montré que cette protéine possède des fonctions cellulaires additionnelles puisqu'elle est requise pour l'orientation correcte des plans de division cellulaire et qu'elle est impliquée dans la régulation de la taille du cil primaire chez les mammifères. Je me suis ensuite intéressée au gène LRRC48 également conservée dans les espèces possédant des cils motiles. Cette protéine est nécessaire à la motilité des flagelles de spermatozoïdes et des cils des neurones sensoriels en 9+0 et dans la réponse auditive chez la drosophile. De plus LRRC48 est indispensable au développement des vertébrés puisque son absence chez le poisson zèbre conduit à l'hydrocéphalie, des kystes rénaux et des défauts de motilité des cils. Elle est également essentielle à la biogenèse de l'oreille dans cet organisme.En conclusion, il s'agit de deux nouveaux acteurs de la ciliogenèse potentiellement impliqués dans les pathologies ciliaires chez l'Homme

Plusieurs bactéries possèdent des flagelles qui leur permettent de se déplacer dans leur milieu. Ce sont des moteurs rotatifs, imbriqués dans la membrane, qui font tourner des filaments hélicoïdaux à plus de 100 Hz et qui propulsent les bactéries dans leur environnement. La source d'énergie des moteurs flagellaire est le gradient électrochimique de protons de part et d'autre de la membrane dont l'énergie potentielle est convertie en mouvement de rotation. Plusieurs facteurs influencent la rotation des filaments, notamment la concentration de certaines protéines dans le cytoplasme des bactéries. Afin d'étudier plus facilement les caractéristiques du moteur flagellaire, un système in vitro a été développé pour contrôler les conditions de rotation des moteurs flagellaires d'Escherichia coli. Pour ce faire, les bactéries ont été coincées individuellement à l'extrémité d'une micropipette de verre. Une partie de la membrane de la bactérie située à l'intérieur de la micropipette a été perforée en utilisant l'ablation laser femtoseconde. La perméabilisation de la membrane de la bactérie a permis le contrôle externe de la source d'énergie du moteur et le remplacement du contenu cytoplasmique par le liquide à l'intérieur de la micropipette. Avec le contrôle des conditions de rotation du moteur, il a été possible d'observer la relation linéaire entre la vitesse de rotation des moteurs et la différence de potentiel électrique appliquée. La rotation des filaments des bactéries a également été soutenue pendant plus de 30 minutes grâce à un gradient de pH. La diffusion de protéines fluorescentes à l'intérieur des bactéries a permis de confirmer que notre technique pourrait être utiliser pour étudier l'effet de certaines protéines, notamment CheY-P, sur la rotation des moteurs. Enfin, notre technique a également permis des observations préliminaires de la dynamique d'entrée et de sortie des unités génératrices du couple dans les moteurs. Ce nouvel outil pour l'étude du moteur flagellaire devrait permettre d'approfondir notre compréhension du mécanisme de la génération du couple dans le moteur en fournissant des données permettant de mettre des contraintes aux modèles théoriques.