Les bactéries de l'environnement et du sol en particulier sont des producteurs actifs de molécules antibiotiques et les composés antibiotiques utilisés en médecine ont pour la plupart été isolés de bactéries saprophytes du sol qui ont elle mêmes développé une variété de mécanismes pour contrer les effets des antibiotiques conduisant à un arsenal de gènes de résistance à des antibiotiques dans l'environnement (ARGD). Une évaluation de l'abondance et de la diversité en terme de gènes de résistance à des antibiotiques a donc été conduite. Pour cette analyse, nous avons compilé 71 jeux de données de séquences d'ADN métagénomique environnementale variées: océans, et identifié des gènes de résistance pour chacun d'eux. Le sol est confirmé par cette étude comme un environnement extrêmement divers en terme de résistance à des antibiotiques. Cet étude in silico a été complété d'abord par une approche en microcosmes visant à étudier les effets soit de pollution soit par des molécules antibiotiques pures, soit par des effluents de ferme utilisés pour la fertilisation des sols. Les microcosmes de sols ont été incubés pendant 6 mois au laboratoire en conditions contrôlées. L'abondance de gènes de résistance à des antibiotiques a été évaluée au cours du temps par PCR quantitative. Une seconde étude visant à évaluer l'impact de la consommation de molécules antibiotiques par une population humaine sur son environnement immédiat, dont le sol, a été entreprise. Le village de Trois-Sauts est situé sur les berges du haut-Oyapock en Guyane Française. Les prescriptions antibiotiques sont très récentes dans cette région et les molécules distribuées ont été précisément répertoriées. Un transect de sol de 3km a été échantillonné chaque 600m afin de vérifier l'existence d'un gradient d'anthropisation entre le village (0m) et les échantillons de forêt les plus distants (3000m). Tous nos résultats confirment la présence à une forte abondance de gènes de résistance à des antibiotiques dans l'environnement, et en particulier dans le sol. Les facteurs à l'origine de la sélection et de la dissémination des gènes de résistance restent cependant difficiles à appréhender dans des environnements aussi complexes. C'est cependant avec une meilleure compréhension des phénomènes conduisant à l'émergence et à la dissémination des gènes de résistance à des antibiotiques au sein des flores pathogènes, depuis leur réservoir environnemental, que nous pourrons agir en vue de préserver les antibiotiques encore actifs aujourd'hui et ceux encore à développer. / Environmental bacteria and especially soil bacteria are active producers of antibiotic molecules and most drugs used nowadays are isolated from saprophytic soil bacteria and these microorganisms have also evolved numerous resistance pathways leading to an arsenal of Antibiotic Resistance Genes Determinants (ARGD) known as the environmental resistome. A survey of ARGD prevalence is required in order to characterize this natural phenomenon with critical implications in our current infectious diseases management. In order to perform such analysis we compiled a set of 71 metagenomic datasets from various environmental origins: soils, oceans, lakes, human feces, indoor air, etc., and compared their sequences with a database of known antibiotic resistance gene determinants (ARGD). ARGD-annotated reads are found in every environment analyzed confirming their ubiquity. Soil is found to be the richest and shares a large part of ARGD with the human gut microbiome, indicating ARGD transfers between these environments. Experiments using qPCR and metagenomic DNA sequencing on soil samples from two sites with known and distinct antibiotic pollution history were conducted to understand how ARGD abundance and diversity in soil are affected when impacted by antibiotic molecules. The first site is a reference soil from a long-term experiment without history of antibiotic pollution (Rothamsted Park Grass, UK). Soil microcosms are setup with addition of either antibiotic-containg animal manure or pure molecules and incubated for 6 months to monitor changes in ARGD concentration following these perturbations. Our second study-site is a very remote settlement in French Guiana where antibiotics are available since recently and may have impacted the local soil microbial community. Soil samples are taken following a line-transect going from the village (antibiotic source) to 3km deep in the forest in a gradient of human-impact. Our results all confirm prevalence of ARGD in soil at significant abundance but also that ARGD distribution is more correlated to environmental factors such as soil type, microbial taxonomy composition or microcosms incubation conditions than antibiotic molecules exposure in both sites. Pathogens ARGD diversity is far lower than ARGD diversity found in the environment and not all the soil resistome is readily accessible for transfer. In order to characterize the soil mobile gene pool, a strategy is proposed to isolate specifically mobile DNA directly from the environment for sequencing purposes. Better knowledge on the microbial ecology factors limiting ARGD transfers to pathogens may greatly help us reduce the current threat on our limited medical antibiotic molecules resource.

Le transfert horizontal de gènes (THG, ou transfert latéral de gènes) est un mécanisme d'évolution naturel qui consiste en le transfert direct du matériel génétique d'une espèce à une autre. La possibilité que le transfert horizontal de gènes puisse jouer un rôle clé dans l'évolution biologique est un changement fondamental dans notre perception des aspects généraux de la biologie évolutive survenu ces dernières années. Par exemple, les bactéries et les virus possèdent des mécanismes sophistiqués d'acquisition de nouveaux gènes par transfert horizontal leur permettant de s'adapter et d'évoluer adéquatement dans leur environnement. Jusqu'à tout récemment, les méthodes de détection de ce mécanisme reposaient essentiellement sur l'analyse de séquences et étaient très rarement automatisées. Il est impossible de représenter l'évolution d'organismes ayant subi des THG à l'aide d'arbres phylogénétiques acycliques. La présentation adéquate est celle d'un réseau. Dans cette thèse, nous décrivons un nouveau modèle de ce mécanisme d'évolution, en se basant sur l'étude de différences topologiques et métriques entre un arbre d'espèces et un arbre du gène inférés pour le même ensemble d'espèces. Les méthodes qui en découlent ont été appliquées à des jeux de données réelles où des hypothèses de transferts latéraux de gènes étaient plausibles. Des simulations Monté-Carlo ont été menées afin d'évaluer la qualité des résultats par rapport à des méthodes existantes. Nous présentons également une généralisation du modèle de transferts horizontaux complets qui est applicable pour détecter des transferts partiels et identifier des gènes mosaïques. Dans ce dernier modèle, on suppose qu'une partie seulement du gène a été transférée. Enfin, nous présentons une application de ces nouvelles méthodes servant à modéliser des emprunts de mots survenus durant l'évolution des langues indo-européennes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : arbre phylogénétique, réseau réticulé, transfert horizontal de gènes, critère des moindres carrés, distance de Robinson et Foulds, dissimilarité de bipartitions, biolinguistique.

Les facteurs ETV1, 4, 5 sont souvent associée au développement de cancers. Le 1èr projet porte sur ETV4 et MMP13 en tant que gène cible et relais potentiel de l’effet pro-tumorigène d’ETV4 dans la tumorigenèse mammaire. ETV4 est surexprimé dans le cancer du sein et est associé à un mauvais pronostic, mais les événements impliqués sont encore peu connus. ETV4 contrôle l’expression de nombreux gènes comme MMP13. Cette étude a permis de montrer que MMP13 est un gène cible d’ETV4. En effet, la surexpression de MMP13 contribue aux effets pro-tumorigène et l’inhibition de MMP13 dans un contexte de surexpression de ETV4 diminue son impact. Enfin, l’étude effectuée dans la cohorte de patiente associe la surexpression d’ETV4 et de MMP13 à un cancer de mauvais pronostic. Le 2ème projet porte sur l’implication d’ETV1 dans la progression métastatique du cancer de la prostate (CaP). Les fusions de gènes impliquant les facteurs ERG et ETV1 sont présentes dans ≈50% et 10% des cas respectivement, ETV1 est présent à 50% sous sa forme pleine longueur et à 50% sous une forme tronquée. Les études ne présageant pas de différences entre les fusions ERG et ETV1. Dans ce contexte, mon 2ème sujet d’étude porte sur la recherche de l’implication du facteur ETV1 (pleine longueur ou tronquée) dans la formation des métastases du CaP et la recherche de gènes cibles impliqués, le tout en comparaison avec les données sur ERG. Cette étude nous a permis de mettre en évidence une différence en terme d’agressivité entre les 2 formes d’ETV1 in vitro et in vivo. Cependant la fusion étant peut représentée, les résultats récolté dans la cohorte ne peuvent permettre de confirmer cette différence d’agressivité. / ETV1, 4, 5 transcription factor are overexpress in various cancer. The first part is focus in MMP13 like target gene, potentially implicated in the mammary tumorigenesis induced by ETV4. Thus we show, the regulation of MMP13 expression by ETV4. Next we show that ETV4 promotes the mammary tumorigenesis and that MMP13 is a relay. In fact, the overexpression of MMP13 is implicate in pro-tumorigenesis effect and the repression of MMP13 in context of ETV4 overexpression decreases this effect. This approach was completed by the injection of cells in mice and show MMP13 mediate the pro-tomorigene effect of ETV4. We analysed expression of MMP13 and ETV4 in primary breast tumors and show the overexpression concomintant of ETV4 and MMP13 are associated with a poor prognosis. The second part of our study is about the ETV1 factor, in the progression of metastasis of prostate cancer (PCa) and the research of involved target genes. Gene fusion involving ERG and ETV1 and their overexpression are frequent in PCa and occur in 50% and 10% of cases respectively. To understand the role of ETV1, in comparison with available data on ERG, differents PCa cells overexpress or repress ETV1 were used. We have shown that the ETV1 factor enhance tumorigenesis capacities PCa cell lines and her truncated form has opposite effects. ETV1 full-lenght (FL) induces more bones metastasis formation than her truncated form. The expression of ETV1, and his truncated form was study in PCa samples. We confirmed the pro-tumorigenic statute of ETV1 factor in PCa and we defined differences beetwen FL and truncated length and complet the comprehension of the ETV1 function in the formation of bones metastasis of PCa.

La préséniline1 (PS1) lorsqu'elle est mutée, cause la maladie d'Alzheimer sous forme héréditaire. Cette protéine est impliquée dans diverses voies de signalisation, particulièrement la voie de Notch et de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP). L'objectif de ce travail était d'étudier la relation entre ces deux voies. Pour ce faire, nous voulions créer une banque d'ADNc à partir de cellules qui surexpriment une portion du gène Notch pour ensuite la cribler par la méthode du double hybride de levure. Malheureusement, nous n'avons pu créer la banque d'ADNc. Cependant nous avons criblé une banque commerciale d'ADNc de cerveau embryonnaire humain en utilisant les sondes constituées par le domaine N-terminal de PS1 (1-132) ainsi que le domaine intracellulaire d'APP (AICD). Différents partenaires ont été identifiés avec les 2 sondes. Parmi ceux-çi, un clone ayant le potentiel de relier les voies de Notch et APP a été identifié avec la sonde AICD.

L'anémie de Fanconi (FA) est caractérisée par une aplasie médullaire, un risque accru de développer des cancers, ainsi que plusieurs types de malformations congénitales. La voie de NOTCH1 est impliquée dans l'embryogenèse et le maintien des cellules souches hématopoïétiques (HSC), qui sont déréglés chez les patients FA. Puisque les voies signalétiques de l'anémie de Fanconi et de NOTCH1 jouent un rôle essentiel dans l'hématopoïèse et le développement, nous avons étudié les liens qui existent entre les protéines FA et Hairy Enhancer of Split 1 (HES1), un effecteur de la voie de NOTCH1. Nous avons montré une interaction entre l'effecteur HES1 et le complexe FA, nécessaire à l'intégrité de la voie de l'anémie de Fanconi. Nos résultats indiquent également que la protéine HES1, en plus d'être un partenaire du complexe FA, est une cible de son activité E3 ubiquitine ligase. De plus, nous avons montré que le complexe FA est un co-régulateur de l'expression génique des cibles de l'effecteur HES1, en bloquant la formation du complexe de répression transcriptionnelle HESl-TLE/Gro. Finalement, l'étude fonctionnelle de l'interaction du complexe FA avec HES1 nous a permis de comprendre l'inter-relation qui existe entre les voies signalétiques de l'anémie de Fanconi et de NOTCH1, par le biais de l'effecteur HES1.

Ce travail s'inscrit dans un programme de recherche sur les mécanismes de régulation génique par les hormones glucocorticoïdes. Il rapporte la mise au point d'un système de transfert de gènes et d'analyse transcriptionnelle dans l'oocyte de Xenope, par la micro-injection de plasmides recombinants du gène viral de la thymidine kinase (TK), dont l'un porte une séquence du virus de la tumeur mammaire de souris contenant les sites de réponse aux hormones glucocorticoïdes. Le travail inclut la mise au point des conditions pratiques de micro-manipulation, l'évaluation de diverses méthodes de purification de l'ARN total d'oocyte pour l'analyse transcriptionnelle et la standardisation d'une technique simple de préparation des transcrits par séparation sur coussin de chlorure de cesium, et enfin l'analyse de l'activité transcriptionnelle TK des recombinants micro-injectés. La cartographie à la nucléase S_l montre que la transcription des plasmides modèles est correctement initiée dans le système oocyte. / Montréal Trigonix inc. 2018

Thèse présentée en cotutelle : Doctorat en Bioingénierie (Politecnico di Milano) et Doctorat en génie des matériaux et de la métallurgie (Université Laval) / Les stratégies de livraison de gènes non viraux ont suscité un intérêt manifeste pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ainsi que pour la recherche fondamentale et appliquée in vitro. Par rapport aux vecteurs viraux populaires, la classe des vecteurs non- viraux, comme les lipides (CLs) et les polymères (CPs) cationiques, capables de réagir spontanément avec des acides nucléiques (NAs) chargés négativement pour former des nanoparticules appelées complexes, connaît actuellement un regain d'intérêt au sein de la communauté scientifique. En effet, en plus d'être relativement sécuritaires, rentables, ils peuvent être facilement produits et fonctionnalisés, même à grande échelle. Cependant, leur efficacité est encore trop faible pour surpasser leurs homologues viraux. L'efficacité des vecteurs non viraux est un équilibre entre leur capacité à introduire des NAs dans les cellules, permettant ou inhibant ainsi leur expression, leur toxicité inhérente et leur capacité à délivrer des gènes aux cellules cibles. Ces dernières années, des efforts considérables en recherche ont donc été déployés pour développer de nouveaux moyens d'améliorer l'efficacité de cette classe de systèmes de livraison. Cette thèse de doctorat avait ainsi pour but de développer des stratégies innovantes pour améliorer l'efficacité des vecteurs non viraux. Dans ce contexte, nous avons considéré la problématique de la livraison sous deux perspectives différentes : d'une part, la modulation de la chimie du vecteur a été évaluée comme moyen de développer des transporteurs multifonctionnels avec une meilleure efficacité ; d'autre part, une stratégie de stimuler les interactions cellules-nanoparticules par modulation mécanique du comportement cellulaire sur la capacité de livraison de vecteurs non viraux a été étudiée. La première partie de cette thèse visait donc à mettre en évidence l'importance de la chimie de ces vecteurs, plus particulièrement ceux à base de lipides, sur la relation structure-fonction de ces matériaux et l'impact de la chimie du vecteur sur leur capacité ultime à livrer des gènes. Cette thèse a ensuite exploré de nouvelles façons d'améliorer les performances de la polyéthylèneimine (PEI), à savoir le vecteur polymère de référence, en configuration linéaire (lPEI) et ramifiée (bPEI). Tout d'abord, une étude approfondie de toutes les variables expérimentales qui peuvent influencer les performances des polyplexes à base de PEI, a été réalisée afin de déterminer les meilleures conditions de fonctionnement des vecteurs à base de PEI et d'améliorer la standardisation des protocoles de criblage in vitro. Ensuite, le focus a été fait sur le développement d'une approche vectorielle pour fonctionnaliser le bPEI avec des entités fonctionnelles ciblées afin d'améliorer la sélectivité du vecteur envers un type de cellule spécifique. Ainsi, il a été synthétisé une gamme de bPEI conjugués incorporant des peptides de ciblage pour délivrer sélectivement des gènes aux cellules musculaires lisses vasculaires (vSMCs). De plus, ces vecteurs de ciblage spécifique ont été incorporés dans une matrice afin de permettre leur libération locale et contrôlée pour des approches liées au domaine cardiovasculaire. Grâce à la conjugaison d'une séquence peptidique dérivée de l'élastine à la structure de la bPEI, l'efficacité du polymère sur les vSMCs a été améliorée tout en laissant les cellules non ciblées intactes. Ceci est particulièrement important pour la translation des approches non virales de livraison de gènes vers le in vivo. D'autre part, une nouvelle approche basée sur la régulation de la réponse cellulaire à l'administration de la nanoparticule a été élaborée. En effet, les cellules in vivo sont constamment exposées à différents facteurs environnementaux qui gouvernent certaines fonctions cellulaires essentielles. L'application d'un stimulus mécanique exogène en termes de sollicitation vibratoire sur des cellules en cours de transfection (processus de livraison de NAs par vecteurs non-viraux) a donc été évaluée avec des polyplexes à base de lPEI et bPEI. Étonnamment, l'efficacité des polyplexes à base d'lPEI a été grandement améliorée grâce à l'activation de certaines réponses cellulaires clés. Plus précisément, les stimulations mécaniques appliquées aux cellules ont amélioré l'internalisation des polyplexes en déclenchant l'activation de l'endocytose médiée par la clathrine (CME). Cette stratégie a mis en évidence l'importance des réponses cellulaires aux signaux exogènes sur l'internalisation et l'expression finales d'un gène d'intérêt et a ouvert la voie à une nouvelle façon de traiter la question de la livraison non virale. En conclusion, ce projet de doctorat a clairement mis en évidence la pertinence de ces approches chimiques et cellulaires comme moyens efficaces d'améliorer l'efficacité des vecteurs non viraux. En combinant les stratégies conçues dans le cadre de ce projet, il serait possible de franchir une autre étape en ce qui concerne la recherche sur l'administration de gènes non viraux. En effet, le développement d'approches multidisciplinaires tenant en compte à la fois du vecteur d'administration, de l'environnement dans lequel l'administration des gènes a lieu et de la réponse cellulaire, pourrait ouvrir la voie à des stratégies encore plus efficaces et accélérer le passage du laboratoire au patient pour cette catégorie de matériaux. / Non-viral gene delivery strategies have attracted significant interest in the development of novel therapeutic approaches as well as for basic and applied research in vitro. Compared to popular viral vectors, the class of non-viral carriers, namely cationic lipids (CLs) and polymers (CPs) able to spontaneously interact with negatively charged nucleic acids (NAs) to give nanoparticles called complexes, is now witnessing a surge of interest within the scientific community because they are relatively safe, cost-effective, and they can be easily produced and functionalized even at large scale. However, their efficiency in achieving the delivery tasks is still too low to outperform their viral counterparts. The efficacy of non-viral vectors is a tradeoff between their ability to drive NAs into cells, thus allowing/inhibiting their expression, their inherent toxicity, and their ability to deliver genes to target cells. Extensive research effort has thus been put into developing novel ways to improve the efficiency of such a class of delivery systems. In this context, my Ph.D. aimed at developing innovative strategies to improve non-viral vector effectiveness. To this purpose, we dealt with the delivery issue from two different perspectives: on one hand, the modulation of the vector chemistry was disclosed as a way to develop multifunctional carriers with improved effectiveness; on the other hand, we sought to improve cell-(nano)particles' interactions through the mechanical modulation of the cell behavior in response to the delivery of non-viral vectors. The first part of this thesis was thus aimed at highlighting the importance of vector chemistry on the structure-function relationship of such kinds of materials, with a focus on lipid-based carriers. Furthermore, I dealt with the characterization of a novel class of lipid-based vectors to investigate the interconnection between their structure and ultimate gene transfer ability. This thesis next explored novel ways to improve the performances of polyethyleneimine (PEI), namely the gold standard polymer vector, both in linear (lPEI) and branched (bPEI) topography. First, a thorough investigation of all the experimental variables affecting the performances of PEI-based polyplexes was carried out to disclose the best working conditions of PEI-based carriers and improve the standardization of in vitro screening protocols. Next, I focused on the development of a vector-based approach to functionalize bPEI with targeting moieties to improve the vector's selectivity towards a specific cell type. We thus synthesized a series of bPEI conjugates incorporating targeting peptides to selectively deliver genes to vascular smooth muscle cells (vSMCs). Moreover, the targeting vectors were incorporated into a polyplex releasing matrix to enable their local and controlled release for cardiovascular-related approaches. Through the conjugation of an elastin-derived peptide sequence to the bPEI structure, we were able to improve the polymer's effectiveness on target vSMCs while leaving off-target cells unaffected, a fact that is especially relevant for the translation of non-viral gene delivery approaches in vivo. On the other side, a novel strategy based on the regulation of cell response to the delivery of nanoparticles was devised. Indeed, cells in vivo are constantly subjected to different environmental cues that govern some key cell functions. We thus investigated the application of an exogenous mechanical stimulus in terms of vibrational loading to cells undergoing transfection (i.e., the delivery of NAs utilizing non-viral vectors) using lPEI and bPEI-based polyplexes. Interestingly, mechanical stimuli applied to cells improved polyplex internalization by triggering the activation of clathrin-mediated endocytosis (CME), thus leading to greater transfection outcomes. This strategy outlined the importance of cell responses to exogenous cues on the ultimate internalization and expression of a gene of interest and set the stage for a novel way to deal with the non-viral delivery issue. Overall, the big picture drawn by this Ph.D. project highlighted the suitability of chemical-based approaches and cell-based approaches as promising ways to improve non-viral vector effectiveness. Further improvement in non-viral gene delivery research might be achieved by combining the strategies devised in this project. The development of multidisciplinary approaches taking into account both the delivery vector, the environment in which the delivery of genes takes place, and the cell response may thus pave the way to ever more effective strategies, and expedite the translation from the bench to the bedside of these materials.

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont très répandus au sein des génomes bactériens. Ces opérons bicistroniques de petite taille ont été découverts sur des plasmides à bas nombre de copies. Dans ce contexte génétique, les systèmes TA confèrent un avantage sélectif à leurs molécules-hôtes en tuant les bactéries-filles qui ne les ont pas héritées par le mécanisme de tuerie post-ségrégationnelle (PSK, post-segregational killing). Ces systèmes génétiques sont également appelés modules d’addiction étant donné qu’ils rendent la descendance des bactéries qui les contiennent dépendantes de leur présence. Alors que leur rôle dans les molécules d’ADN épisomiques est relativement bien établi, le sens biologique de la présence d’homologues à ces systèmes épisomiques au sein des chromosomes bactériens est sujet à d’intenses débats. L’idée que les systèmes TA chromosomiques confèrent un avantage sélectif a été mise en évidence dans plusieurs modèles. Selon ces modèles, les systèmes TA permettent aux bactéries de mieux faire face à des conditions environnementales stressantes. Entre-temps, la compréhension de l’évolution des génomes bactériens a connu des avancées significatives. L’impressionnante capacité d’adaptation des bactéries est aujourd’hui majoritairement attribuée au transfert horizontal de gènes (THG) provoqué par les éléments génétiques mobiles (phages, plasmides, transposons…). Dans le débat du rôle des systèmes TA chromosomiques, très peu d’attention a été accordée aux relations phylogénétiques et interactions entre systèmes plasmidiques et chromosomiques co-existant au sein d’un même hôte ainsi qu’à l’impact du THG sur leur évolution. Notre travail de thèse vise à mieux comprendre la biologie des systèmes TA en tenant compte de ces paramètres. Nous nous sommes intéressés à des systèmes homologues au système plasmidique ccdF. Nous avons étudié expérimentalement les 4 systèmes ccd (ccd1, ccd2, ccd3 et ccd4) qui co-habitent au sein du chromosome d’Erwinia chrysanthemi 3937 (une bactérie phytopathogène), leurs interactions intragénomiques et les interactions de ces systèmes avec le système plasmidique ccdF. Ce cadre expérimental a mené à la construction du modèle d’anti-addiction. Ce modèle propose que certains systèmes chromosomiques puissent conférer un avantage sélectif à leurs hôtes bactériens en interférant avec le PSK médié par leurs homologues plasmidiques. Cet avantage sélectif pourrait permettre la fixation de systèmes TA latéralement acquis au sein des populations bactériennes. Nous avons également recherché de nouveaux systèmes ccd au sein des génomes bactériens afin d’avoir un aperçu de leur distribution, des contextes génétiques dans lesquels ils existent et de l’implication du THG dans leur dispersion. Les réflexions qui ont accompagné notre recherche nous ont mené à proposer une synthèse sur le rôle des systèmes TA (plasmidiques et chromosomiques). Celle-ci se nourrit des avancées qui ont été effectuées, ces dernières années, dans la compréhension de l’évolution des génomes bactériens, de la théorie hiérarchique de la sélection naturelle et des processus non-adaptatifs et contingents qui pourraient expliquer la présence et la propagation des systèmes TA au sein des génomes bactériens sans que ceux-ci en soient les agents causaux.

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont très répandus au sein des génomes bactériens. Ces opérons bicistroniques de petite taille ont été découverts sur des plasmides à bas nombre de copies. Dans ce contexte génétique, les systèmes TA confèrent un avantage sélectif à leurs molécules-hôtes en tuant les bactéries-filles qui ne les ont pas héritées par le mécanisme de tuerie post-ségrégationnelle (PSK, post-segregational killing). Ces systèmes génétiques sont également appelés modules d’addiction étant donné qu’ils rendent la descendance des bactéries qui les contiennent dépendantes de leur présence. Alors que leur rôle dans les molécules d’ADN épisomiques est relativement bien établi, le sens biologique de la présence d’homologues à ces systèmes épisomiques au sein des chromosomes bactériens est sujet à d’intenses débats. L’idée que les systèmes TA chromosomiques confèrent un avantage sélectif a été mise en évidence dans plusieurs modèles. Selon ces modèles, les systèmes TA permettent aux bactéries de mieux faire face à des conditions environnementales stressantes. <p>Entre-temps, la compréhension de l’évolution des génomes bactériens a connu des avancées significatives. L’impressionnante capacité d’adaptation des bactéries est aujourd’hui majoritairement attribuée au transfert horizontal de gènes (THG) provoqué par les éléments génétiques mobiles (phages, plasmides, transposons…). Dans le débat du rôle des systèmes TA chromosomiques, très peu d’attention a été accordée aux relations phylogénétiques et interactions entre systèmes plasmidiques et chromosomiques co-existant au sein d’un même hôte ainsi qu’à l’impact du THG sur leur évolution. Notre travail de thèse vise à mieux comprendre la biologie des systèmes TA en tenant compte de ces paramètres. Nous nous sommes intéressés à des systèmes homologues au système plasmidique ccdF. Nous avons étudié expérimentalement les 4 systèmes ccd (ccd1, ccd2, ccd3 et ccd4) qui co-habitent au sein du chromosome d’Erwinia chrysanthemi 3937 (une bactérie phytopathogène), leurs interactions intragénomiques et les interactions de ces systèmes avec le système plasmidique ccdF. Ce cadre expérimental a mené à la construction du modèle d’anti-addiction. Ce modèle propose que certains systèmes chromosomiques puissent conférer un avantage sélectif à leurs hôtes bactériens en interférant avec le PSK médié par leurs homologues plasmidiques. Cet avantage sélectif pourrait permettre la fixation de systèmes TA latéralement acquis au sein des populations bactériennes. Nous avons également recherché de nouveaux systèmes ccd au sein des génomes bactériens afin d’avoir un aperçu de leur distribution, des contextes génétiques dans lesquels ils existent et de l’implication du THG dans leur dispersion. Les réflexions qui ont accompagné notre recherche nous ont mené à proposer une synthèse sur le rôle des systèmes TA (plasmidiques et chromosomiques). Celle-ci se nourrit des avancées qui ont été effectuées, ces dernières années, dans la compréhension de l’évolution des génomes bactériens, de la théorie hiérarchique de la sélection naturelle et des processus non-adaptatifs et contingents qui pourraient expliquer la présence et la propagation des systèmes TA au sein des génomes bactériens sans que ceux-ci en soient les agents causaux. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette thèse nous nous intéressons à la manière dont la structure des plantes émerge du fonctionnement de leur méristème apical. Pour cela, nous étudions la structure du méristème apical d'Arabidopsis thaliana à différentes échelles. La thèse commence par étudier les plantes à l'échelle macroscopique dont la phyllotaxie a été perturbée et par le développement d'outils mathématiques pour quantifier et analyser ces perturbations. Ensuite, nous étudions à une échelle plus microscopiques quelles peuvent être les raisons de telles perturbations. Pour cela, nous avons testé une version étendue d'un modèle proposé par Douady et Couder (1996) dans lequel plusieurs paramètres clés sont modifiés par différentes sources de bruit. Cette étude de modélisation suggère que la stabilité de la taille de la zone de la zone centrale peut être un facteur clé dans la robustesse phyllotaxie. Alors que des modèles 3D réalistes des champs d'inhibition autour des primordia ont été développés récemment, une telle étude est toujours manquante pour les tissus réalistes en 3D dans le cas de la zone centrale. Cela nous conduit finalement à analyser en profondeur le réseau de régulation génétique qui contrôle la taille de la zone centrale dans le méristème. Nous avons implémenté une version 3D d'un modèle de la littérature de la zone centrale et testé ce modèle sur des méristèmes 3D obtenues à partir des images 3D de la microscopie laser.