Talaromyces versatilis est un champignon filamenteux d’intérêt industriel grâce à sa capacité deproduction d’enzymes hydrolytiques. La Société Adisseo commercialise un cocktail enzymatiqueproduit par fermentation à partir de T. versatilis, sous le nom de Rovabio™. Ce cocktail est utilisé entant qu'additif alimentaire en nutrition animale, car la grande variété d'enzymes hydrolytiques qu’ilcontient peut dégrader les polysaccharides présents dans l’enveloppe des céréales, améliorant ainsila digestibilité la valeur nutritionnelle des matières premières agricoles. Malgré les efforts consentispour mieux connaître la biologie de T. versatilis, très peu est connu sur ce champignon.L’étudeprésentée ici vise à décrire les réseaux de régulation qui contrôlent l’expression des gènes codantpour ces enzymes hydrolytiques, en utilisant des approches génomiques et transcriptomiques.Avoir accès à une annotation correcte de la séquence génomique et posséder les outilsnécessaires pour l'ingénierie génétique sont essentiels pour réaliser des études de génomiquefonctionnelle. Donc, le premier volet de cette thèse a été l’analyse de la séquence génomique et lacuration manuelle de l'annotation, ce qui nous a conduits à évaluer le vaste potentiel génétique de T.versatilis pour la production et la sécrétion d'enzymes hydrolytiques impliquées dans la dégradationde la lignocellulose. Deuxièmement, un système de délétion des gènes initialement conçu pourAspergillus niger a été adapté à T. versatilis. Cette méthode permet le recyclage du marqueur desélection et est efficace dans des souches dont le système NHEJ est actif (Delmas, et al., 2014, AEM).Au cours de ce travail, deux mutants de délétion de T. versatilis ont été obtenus: ΔxlnR et ΔclrA.La première approche mise en place pour avoir une meilleure compréhension des réseaux derégulation via une vue globale du transcriptome, fut l’utilisation de la technique de RNAseq sur troiséchantillons issus de la souche sauvage de T. versatilis exposée au glucose, à la paille de blé et auglucose et paille de blé simultanément comme sources de carbone, respectivement. Les données ontmontré une augmentation massive des niveaux d’expression de nombreux gènes, en particulier ceuxcodant pour des enzymes hydrolytiques, lorsque le mycélium est exposé à la lignocellulose. Enfin, la dernière partie du projet s’est appuyée sur la la RT-qPCR, technique appropriée pourétudier un nombre limité de gènes dans une grande variété de conditions. Toutefois la normalisationdes données est une étape essentielle du flux de travail qui peut conduire à une interprétationbiologique incorrecte de la régulation des gènes. Le travail effectué sur les données de RNAseq nousa amené à reconsidérer la nature des gènes de référence classiquement utilisés, puisque la plupartd'entre eux présentaient des changements d'expression considérables en présence de lignocellulose.En conséquence, un nouvel ensemble de gènes de référence putatifs a été identifié et la stabilité deleur expression validée par RT-qPCR chez T. versatilis cultivé dans plus de 30 conditions différentes.Des jeux de données de RNAseq de 18 champignons filamenteux phylogénétiquement éloignés ontpar ailleurs été collectés, afin de démontrer que la sélection des gènes candidats pour lanormalisation des données de RT-qPCR chez T. versatilis peut être étendue à d'autres champignons(Llanos et al., 2014, BMC Genomics). Ces aspects méthodologiques validés, nous avons enfin réaliséune étude plus détaillée de la transcription d'un groupe de gènes d'intérêt par RT-qPCR, dans unegrande variété de conditions et 2 souches différentes, la souche sauvage et la mutante ΔxlnR.L'analyse de ces données a permis d'identifier des gènes aux profils d'expression similaires, quirépondent de la même façon aux substrats inducteurs et qui partagent probablement les mêmesmécanismes de régulation. / Talaromyces versatilis is an industrially important enzymes producing filamentous fungus.Adisseo Company commercializes the enzymatic cocktail, produced from T. versatilis fermentation,with the name of Rovabio™. This cocktail is applied as an animal feed additive as it contains a widevariety of hydrolytic enzymes that can degrade the polysaccharides present in the seed-coat and thusimproves the digestibility and increases the nutritional value of the agricultural raw materials.Although efforts have been done to study different aspects of the biology of T. versatilis, very little isknown about this fungus. This study aimed to describe the regulatory networks of genes encodingplant cell wall-degrading enzymes from this biotechnologically important fungus using genomic andtranscriptomic approaches.Having a correct annotation of the genomic sequence together with efficient tools for genomeengineering are essential for downstream functional genomics works and characterization of theregulatory networks. Therefore, the first task carried out an analysis of the genomic sequence and amanual curation of the annotation, which led us to assess the vast genetic potential of T. versatilis forthe production and secretion of hydrolytic enzymes involved in the degradation of lignocellulosicmaterials. Secondly, I adapted a gene deletion system initially designed for Aspergillus niger. Thismethod allows recycling of the selection marker and is efficient in a non-homologous end-joining(NHEJ)-proficient strain (Delmas, Llanos et al., 2014, AEM). During this work, two deletion mutants ofT. versatilis were obtained: ΔxlnR and ΔclrA.Towards better understanding of the regulatory network, I first contributed to an RNAseq-basedtranscriptomic study that was performed on the wild type strain of T. versatilis exposed to glucoseand wheat straw as carbon sources. The data showed a massive increase in transcript levels ofnumerous genes, in particular those encoding hydrolytic enzymes, when the mycelium wasincubated with lignocellulose.If RT-qPCR is indeed a suitable technique to study a limited number of genes in a large variety ofconditions, data normalisation is a critical step of the workflow that can lead to incorrect biologicalinterpretation of gene regulation. The work done on the RNA-seq data led me to reconsider the useof the classical reference genes, since most of them exhibited expression changes in the presence oflignocellulosic substrate. I therefore identified a new set of putative reference genes and validatedtheir expression stability by RT-qPCR in T. versatilis cultivated under more than 30 differentconditions. Then, I collected about a hundred RNA-seq datasets from 18 phylogenetically distantfilamentous fungi, to demonstrate that the use of the suitable candidates for RT-qPCR datanormalisation in T. versatilis can be extended to other fungi (Llanos et al., 2014 BMC genomics (minorrevisions)). Thereafter, I performed a more detailed RT-qPCR based transcriptional study of a groupof genes of interest, in a wide variety of conditions and in 2 strains, the wild-type and the ΔxlnRmutant. The analysis of expression data of the genes of interest allowed to identify genes with similarexpression patterns, which probably share the same regulatory mechanisms and also the substratesthat act as inducers for their expression

Ce travail de thèse comporte deux volets ayant pour trait commun l’analyse a posteriori d’une épidémie d’infection invasive à méningocoque (IIM) survenue en Normandie entre 2003 et 2012 et liée à l’expansion d’un clone hypervirulent particulier (B:14:P1.7,16/ST-32 ). Le premier travail (publié dans Virulence : Sevestre et al 2018 ;9 :923-929) s’est focalisé sur les déterminants de la virulence de « B14 » en comparant 6 isolats identifiés les uns d’IIM, les autres de portage pharyngé sain (ces derniers exprimant ou non la capsule). Apparemment identiques selon le typage classique (immunotypage et génotypage par MLST), ces 3 groupes bactériens se sont révélés distincts après analyse génomique et comparaison gène par gène (plus de 600 gènes au profil génétique variable entre les groupes) conduisant à identifier le rôle majeur de l’acquisition du fer dans la virulence et en particulier celui du système HmbR, un récepteur de l’hémoglobine. Dans un modèle murin (souris transgéniques rendues sensibles à l’infection humaine) les 3 groupes de souches sont aussi apparus distincts, avec une hiérarchie des marqueurs d’infectiosité (titres bactériens, taux de cytokines). La restauration du système HmbR (souches de portage capsulées « Off » dérivées en « On ») a restauré le pouvoir invasif in vitro et chez l’animal. Si le fer était déjà connu comme facteur de virulence pour différentes espèces bactériennes, l’originalité ici est d’avoir identifié le rôle de la variation de phase du gène hmbR au sein d’un même clone épidémique, permettant l’adaptation au portage, condition sine qua non de la transmission d’individu en individu. Le second travail (publié dans Vaccine : Sevestre et al 2017 ;35 :4029-4033) s’est intéressé à la durabilité et à l’ampleur de la protection vaccinale du MenBvac®, vaccin à base de vésicules de membranes externes (Outer Membrane Vesicles, OMV) utilisé jadis pour contrôler l’épidémie. Ceci a pu être réalisé grâce à deux cohortes d’enfants vaccinés par un schéma à 4 doses et prélevés pour les uns 1 an après la dernière dose et pour les autres 4 an après. L’immunogénicité (étude de l’activité bactéricide du sérum vis-à-vis du clone ciblé) s’est avérée de durabilité moyenne avec 48% des enfants protégés à 1 an et 31% à 4 ans, un résultat en phase avec les données de la littérature sur les vaccins OMV. Un effet bactéricide fut observé très au-delà de « B14 », du fait d’une immunité croisée aux souches avec une homologie au moins partielle de la porine PorA (principal déterminant antigénique des vaccins OMV) soit pour le MenBvac® 15% des clones virulents B actuellement circulants en France, un résultat davantage original car ayant jusqu’alors que peu investigué. / This thesis work includes two studies which both contribute to analyze a posteriori an outbreak of invasive meningococcal diseases (IMD) that had occurred in Normandy from 2003 to 2012 due to the expansion of a single hypervirulent clone (B:14:P1.7,16/ST-32 ). The first work (published in Virulence: Sevestre et al 2018 ;9 :923-929) focused on the virulence determinants of “B14” by comparing 6 isolates, either from IMD or from asymptomatic carriage (these latter expressing or not the capsule). Apparently identical on the basis of classical typing methods (immunotyping and MLST genotyping), these 3 groups of isolates were markedly different by whole genome analysis and on gene by gene comparison (more than 600 genes presenting a variable genetic profile). This analysis leaded to identify the crucial implication of iron acquisition in virulence and in particular the place of the HmbR system, an hemoglobin receptor. In a murine model (transgenic mice made susceptible to infection), these 3 groups also appeared separated, with a distinct infectivity hierarchy (bacterial counts, levels of cytokines). The restoration of the HmbR system in the capsulated carriage isolates (switch from Off phase to On phase) also restored their invasiveness in vitro and in vivo. Even if iron is already known to be a determining factor in the virulence of many bacterial species, our results clearly indicate the importance of the hmbR phase variation among clonal epidemic isolates, allowing adaptation to carriage, sine qua non condition for people to people transmission. The second work (published in Vaccine: Sevestre et al 2017 ;35 :4029-4033) concerned the durability and the cross-protection of the MenBvac®, an OMV vaccine (Outer Membrane Vesicles), used in the past to control the outbreak. This work has been done thanks to 2 cohorts of children vaccinated with 4 doses and sampled either 1 year or 4 years after the last dose. The efficacy (serum bactericidal activity against the epidemic strain) was short lasting, with 48% of children protected after 1 year and 31% after 4 years, a result in accordance with OMV literature. A bactericidal effect was observed far beyond “B14”, by cross-immunity with strains harboring homologies, even partials of the porin PorA (main antigenic determinant in OMV vaccine), indicating a coverage for 15% of virulent isolates B circulating in France, an original result as until then not so far investigated.

La première partie de nos travaux a consisté au séquençage de génomes complets de trois souches pathogènes et de trois souches de portage de Staphylococcus lugdunensis pour les comparer aux 15 génomes complets disponibles sur NCBI. Aucun déterminant génétique associé au contexte de virulence ou de portage de S. lugdunensis n’a été identifié. Cependant, nous avons mis en évidence la présence d’éléments génétiques mobiles et des variations dépendantes des complexes clonaux,définis par MultiLocus Sequence Typing, au sein de loci potentiellement associés à la virulence. Des variations ont été observées dans un locus homologue à celui de Staphylococcus aureus codant le système de sécrétion Ess/type VII (SST7). Nous avons mis en évidence huit organisations génétiques chez cette espèce présentant pourtant une structure de population clonale. La seconde partie de nos travaux a consisté à la caractérisation phénotypique et moléculaire du SST7 chez S. lugdunensis par la formation d’un mutant de délétion du gène essC codant une protéine essentielle à la sécrétion. Nos résultats suggèrent que le SST7 serait impliqué dans la translocation de protéines prédites in silico comme impliquées dans la virulence. Néanmoins, dans des modèles de cytotoxicité cellulaire et d’infection du nématode Caenorhabditis elegans, aucune atténuation de la virulence n’a été observée chez la souche mutante malgré une perte de sa capacité à lyser les erythrocytes, comparativement à la souche sauvage. Nos travaux ont également permis de développer et d’évaluer le pouvoir discriminant de trois nouvelles méthodes de typage constituant des outils très prometteurs pour l’épidémiologie moléculaire des infections à S. lugdunensis. / The first part of this study consisted in whole genome sequencing of three pathogenic and three carriage strains of S. lugdunensis and comparison with the 15 genomes available in the NCBI. No genetic determinant was associated to the pathogenic or carriage context. However, we have highlighted the presence of mobile genetic elements and MultiLocus Sequence Typing clonal complex dependent variations within loci potentially associated with virulence. Variations wereobserved in the ess locus homologous to that of Staphylococcus aureus encoding the type VII secretion system (T7SS). We showed eight genetic organizations in this species with a clonal population structure. The second part of our work consisted in a phenotypic and molecular characterization of T7SS in S. lugdunensis by construction of a deletion essC gene mutant. This gene encodes a protein requiredfor protein secretion. Our results suggest that T7SS could be involved in translocation of proteins predicted as implicated in virulence in silico. Nevertheless, no virulence attenuation was observed in cells cytotoxicity assay and Caenorhabditis elegans virulence assays between wild-type and mutant strains which yet has lost the ability to lyse erythrocytes. We also developed and evaluated discriminating power of three new typing methods, which are very promising tools for the molecular epidemiology of S. lugdunensis infections.

La tuberculose MDR/XDR (multi et ultrarésistante aux antituberculeux) causée par Mycobacterium tuberculosis constitue un problème de santé publique mondial. L’étude et l’identification des mutations responsables de la résistance sont des facteurs clés pour le contrôle et la surveillance de la tuberculose MDR/XDR. L’expansion de lignée L2/Beijing, une famille de souches originaire du Sud-Est de la Chine (Guangxi) potentiellement plus virulente, complique la maitrise de cette maladie. Dans ce contexte, nous avons développé le TB-EFI et le TB IS-NTF/RINT, deux méthodes moléculaires rapides, multiplexées et haut débit (développées sur le système Luminex xMap), prêtes à utilisation. Nous avons initié le développement d’une méthode moléculaire par la sélection de marqueurs moléculaires pertinents en vue de la discrimination des souches Beijing par la technique MLPA-Beijing. Le TB-EFI est un test qui permet d’identifier les mutations fréquentes (polymorphismes de nucléotides simples) dans les gènes associés à la résistance des souches de Mycobacterium tuberculosis aux antituberculeux de deuxième ligne dont la Fluoroquinolone, les Injectables, et à l’antituberculeux de première ligne, l’Ethambutol. Le TB-EFI pourrait être un test utilisable dans les études rétrospectives en vue du suivi de la résistance d’une population. Le test IS-NTF/RINT est un test spécifique aux souches Beijing qui type la séquence d’insertion IS6110 au sein du locus NTF (Ancien/moderne) et détecte les mutations responsables de la résistance de ces souches à la Rifampicine et l’Isoniazide (les deux antibiotiques principaux de première ligne). Ce test est d’une importance capitale pour l’identification et le contrôle des souches épidémiques, mais aussi pour une vision sur l’évolution du phénomène de résistance dans le temps et l’espace. Il est peu discriminant pour la différenciation des souches Beijing. En vue d’une discrimination complète et précise des souches Beijing, nous avons proposé un lot de SNP qui serviront pour la technique MLPA-Beijing. Par ailleurs, ces méthodes ainsi que le spoligotypage sur microbille, nous ont permis d’effectuer des études d’épidémiologie moléculaire de la tuberculose au Kazakhstan, en Nouvelle Guinée Papouasie, en Italie, au Mozambique, au Pérou. Les techniques développées dans cette thèse pourraient contribuer de manière significative au contrôle de la tuberculose XDR dans les zones « hot-spot », et à la surveillance mondiale de l’évolution des souches Beijing spécialement des souches MDR épidémiques. / MDR / XDR (multidrug and extensively resistant to tuberculosis) TB caused by Mycobacterium tuberculosis is still a global public health problem. The study and identification of mutations responsible for resistance are important factors for the control and surveillance of MDR / XDR TB. The expansion of the L2 / Beijing lineage, a family of strains originating from South-East of China (Guangxi) and potentially more virulent, complicates the control of this disease. In this context, we have developed TB-EFI and TB IS-NTF / RINT, two high-speed, multiplexed and high-throughput molecular methods ready to use (developed on the Luminex xMap system). We initiated the development of a molecular method by the selection of relevant molecular markers for the discrimination of Beijing strains by the MLPA technique. TB-EFI is a test that identifies frequent mutations (single nucleotide polymorphisms) in the genes associated with the resistance of Mycobacterium tuberculosis strains to second-line anti-TB drugs including Fluoroquinolone, Injectable, and first-line antituberculosis drug, Ethambutol. TB-EFI may be used in retrospective studies to monitor resistance in a population. The IS-NTF / RINT test is a test specific to Beijing strains that types the IS6110 insertion sequence within the NTF locus (Ancient / Modern) and detects the mutations responsible for the resistance of these strains to Rifampicin and Isoniazid (the two leading primary antibiotics). This test is of paramount importance for the identification and control of epidemic strains, but also for a vision on the evolution of the phenomenon of resistance in time and space. It is not very discriminating among Beijing strains. In view of complete and precise discrimination of the Beijing strains, we have proposed a set of SNPs that will be used for a technique that will be called MLPA-Beijing. In addition, these methods as well as spoligotyping on microbeads allowed us to carry out molecular epidemiological studies of tuberculosis in Kazakhstan, Papua New Guinea, Italy, Mozambique and Peru. The techniques developed in this thesis could contribute significantly to the control of XDR tuberculosis in hot-spot areas, and to the global monitoring of the evolution of Beijing strains especially epidemic MDR strains.

La dysbiose est une cause importante dans la survenue de maladies, favorisant la prolifération de pathogènes ou induisant l’inflammation. L’étude de ce phénomène est devenue possible grâce aux approches d’analyse génomique (AG) associé avec d’autres techniques. L’entérocolite nécrosante (ECN) et l’infection du pied diabétique (IPD) demeurent deux maladies associées à la dysbiose dans lesquels différents bactéries ont été décrites, notamment C. butyricum dans l’ECN, E. coli et S. aureus dans l’IPD. Dans le cadre de l’ECN, C. butyricum demeure l’espèce la plus fréquente chez les ECN. L’identification clusters liés géographiquement et en fonction du temps. Le portage asymptomatique est suggéré par une similarité génomique des souches patients et contrôles. La prédiction d’un gène de β-hémolysine ainsi leur effet cytotoxique sur les cellules Jurkat avait été observé. De même, sur les cellules Caco-2 malgré le KO du gène de β-hémolysine. En se basant sur l’analyse physico-chimique du surnageant bactérien, nous avons suggéré que la fraction cytotoxique est protéique. La purification de la fraction cytotoxique a permis de trouver une protéine codant pour PspC family possédant un domain conservé commun avec celui de la toxine A/B. L’inactivation du gène codant pour cette protéine n’a pas supprimé l’effet cytotoxique, suggérant la présence d’une combinaison gènes. En parallèle, nous avons ciblé l’impact de C. neonatale par qRPC spécifique rpoB. Cette espèce était plus fréquente chez les patients, ainsi de clones géographiques ont été identifiées. Enfin, des SNPs ont été observés dans des gènes de virulence dans le cas des E. coli et S. aureus isolés de l’IPD. / Dysbiosis remains a main cause during the establishment of several diseases, by promoting bacterial translocation, leading to inflammation process. Specific microorganisms were involved in the pathogenesis of dysbiosis-associated diseases, notably necrotizing enterocolitis (NEC) and diabetic foot (DF). This was possible by the implication of whole-genome analysis (WGA) in association with other techniques. In case of NEC, C. butyricum was significantly associated with in NEC; tested on a South-East French cohort. Geographical and/or temporal clusters were identified, thus genomic relationship between NEC-associated isolates and controls, suggesting the presence of asymptomatic carriage. Genes encoding for β-hemolysin was detected and C. butyricum supernatant exhibited cytotoxic effect on Jurkat cells. Cytotoxic effect was also presented on Caco-2 cells. Supernatant of β-hemolysin-mutant C. butyricum showed enterotoxic effect. Basing on physico-chemical data, we assumed that the evaluated fraction was a protein. Proteomics analysis revealed that PspC family was the cytotoxic protein. This protein owned a glucan-binding domain, shared by C. difficile toxin A/B. The KO of PspC gene was enterotoxic, suggesting by this the existence of a combination of genes. In parallel, a specific rpoB-based qPCR was developed to identify C. neonatale. We found that, C. neonatale was more prevalent in NEC than in controls. Although co-identified in association with C. butyricum. C. neonatale clones were distinguished especially in strains isolated from the same hospital. Regarding to DF infection, SNPs were identified within S. aureus and E. coli genomes, especially in virulent genes.

Les Oniscidea présentent une diversité remarquable de systèmes chromosomiques de déterminisme du sexe (hétérogamétie mâle XX/XY ou hétérogamétie femelle ZW/ZZ), dont l'origine reste encore largement inconnue à ce jour. Il a été proposé que ces différents systèmes puissent être le produit de la coévolution entre les isopodes terrestres et Wolbachia, une bactérie endosymbiotique féminisante transmise verticalement par voie ovocytaire. Dans le but de caractériser l'impact de l'endosymbiose à Wolbachia sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe, nous avons utilisé une combinaison d'approches génomique, transcriptomique et d'expression de gènes. Tout d'abord, le génome de l'espèce Armadillidium nasatum (caractérisée par un système XX/XY) a été généré et ensuite annoté structurellement et fonctionnellement. A partir de ce génome, des approches de génomique comparatives ont permis la caractérisation de séquences liées au chromosomes Y, afin de mieux comprendre les processus impliqués dans la dégénérescence des gonosomes. Afin d'identifier des effecteurs liés au déterminisme ou à la différenciation du sexe, une approche par gènes candidats a permis de caractériser des gènes à domaines DM, connus pour être impliqués dans le déterminisme du sexe de nombreuses espèces, et d'en mesurer l'expression au cours du temps. Enfin, une phylogénie des Oniscidea a été réalisée en parallèle d'expériences de réversion de sexe afin d'estimer le nombre et la direction des transitions de systèmes d'hétérogamétie au cours de l'évolution des isopodes terrestres. Ces travaux contribuent à illustrer l'impact de l'endosymbiose sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe de l'hôte. / Oniscidea show a remarkable diversity of chromosomal sex determination systems (male heterogamety XX/XY or female heterogamety ZW / ZZ). However, the origin of such diversity is still largely unknown to date. It has been proposed that these different systems may be the product of the coevolution between terrestrial isopods and Wolbachia, a feminizing endosymbiotic bacteria transmitted vertically through oocytes. In order to characterize the impact of Wolbachia endosymbiosis on the evolution of sex determination mechanisms, we used a combination of genomic, transcriptomic and gene expression approaches. First, the genome of the species Armadillidium nasatum (characterized by an XX/XY system) was generated and then structurally and functionally annotated. From this genome, a comparative genomic approach allowed us to characterize sequences Y-linked, in order to better understand the processes involved in the sex chromosome degeneration. In order to identify effectors potentially related to sex determination or differentiation, a candidate gene approach has been used to characterize DM-domain genes, known to be involved in the sex determination pathways of many species, and then to measure their expression over development. Finally, a Oniscidea phylogeny was generated in parallel with sex-reversal experiments in order to characterize the number and the direction of the transitions of heterogenetic systems during the terrestrial isopods evolution. This work emphasize the impact of endosymbiosis on the evolution of host sex determination mechanisms.

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Virtuellement toutes les plantes hébergent des champignons et des bactéries endosymbiontes (endophytes). Ces microorganismes façonnent le développement de leur hôte et peuvent inhiber des phytopathogènes. Au niveau moléculaire, les interactions plante-endophyte sont médiées par des molécules secrétées y compris des protéines et métabolites secondaires. Au cours des dernières années, la recherche d’endophytes a augmenté chez nombreux plantes, cependant chez les Ericaceae les endophytes ne sont pas bien connus. Alors, on s’est mis à investiguer les endophytes racinaires de la canneberge, une plante membre d’Ericaceae native de l’Amérique du Nord. On a échantillonné quatre plants provenant d’une ferme commerciale organique. Au total, 30 souches fongiques et 25 bactériens ont été isolés. Les bactéries Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 et EB214; et les champignons Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205 et Phialocephala sp. EC208 ont supprimé la croissance de cinq pathogènes de la canneberge, incluant Godronia cassandrae, un champignon causant la pourriture des fruits de la canneberge au Québec. EB213 a été capable de promouvoir légèrement la croissance de plantules de la canneberge. En performant des techniques microscopiques, on a constaté l’habileté de EC200, EC205 et EC208 à coloniser internement les racines des plantules de la canneberge. De plus, les génomes de ces champignons ont été séquencés, assemblés et annotés. Les analyses génomiques se sont concentrées sur les protéines secrétées et les groupes des gènes impliqués dans la biosynthèse (GGB). On a trouvé un large répertoire de gènes codant pour des enzymes qui métabolisent les carbohydrates et d’autres codant pour des protéases. Les deux groupes d’enzymes seraient utiles à dégrader de la matière organique pour libérer des nutriments. Aussi bien, ces enzymes pourraient faciliter la colonisation des racines de la plante hôte. De plus, on a prédit des nombreuses protéines effectrices qui assisteraient les endophytes à éviter l’activation du système immunitaire des plants. A noter que parmi les GGB inférés dans les génomes de EC200, EC205 et EC208, environ 90% ne sont pas caractérisés. Finalement, on a performé des analyses transcriptomiques pour élucider la réponse de EC200, EC205 et EC208 envers la présence de leur hôte, simulée par l’addition d’un extrait de canneberge au milieu de culture. Les conclusions majeures sont que les racines des plantes de la canneberge qui ont été échantillonnées sont dominées par des microorganismes avec l’habileté d’inhiber des phytopathogènes ; et que les génomes de EC200, EC205 et EC208 codent pour un grand répertoire de protéines qui pourraient être liées aux interactions plante-endophyte. / Virtually all plants host fungal and bacterial endosymbionts (endophytes). These microbes shape plant development and may inhibit phytopathogens. At the molecular level, plant-endophyte interactions are mediated by secreted compounds, including proteins and secondary metabolites. While endophytes are increasingly studied in diverse plants, little is known about their presence in Ericaceae. Therefore, we set out to investigate the root endophytes of cranberry, an ericacean member native to North America. We sampled endophytes from four plants grown on an organic farm. In total, 30 fungal and 25 bacterial strains were isolated and identified. A subset of these, notably Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 and EB214; and fungi Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205, and Phialocephala sp. EC208, were tested for their ability to suppress phytopathogens. Altogether, they inhibited five cranberry pathogens, including Godronia cassandrae, an important cranberry fruit-rot agent in Quebec. EB213 was the only endophyte that increased the biomass of cranberry seedlings. Using microscopy techniques, we confirmed the ability of EC200, EC205, and EC208 to colonize cranberry roots internally. The genomes of these fungi were sequenced, assembled and annotated. Genomic analyses focused on secreted proteins and biosynthetic gene clusters (BGCs). We found an extensive repertoire of carbohydrate-active enzymes and proteases that could assist in recycling organic nutrients, rendering them accessible to plants; these enzymes may also facilitate root colonization. In addition, effector proteins were predicted; these molecules may assist endophytes to escape the plant immune system and favour colonization. We inferred 139 biosynthetic gene clusters (BGCs) across the three examined fungi. Remarkably, the product of around 90% of BGCs are unknown. Finally, transcriptomic analyses were performed to determine how EC200, EC205 and EC208 respond to the presence of cranberry, simulated by the addition of cranberry extract in the culture medium. The two major conclusions of this work are that the roots of the sampled cranberry plants are dominated by endophytes with biocontrol abilities, and that EC200, EC205 and EC208 encode a broad repertoire of proteins that could be involved in plant-endophyte interactions.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus diagnostiqué et représente la troisième cause de mort par cancer chez les hommes au Canada. Environ un quart des patients auront une récidive biochimique suite aux traitements de première ligne (chirurgie ou radiation). Le traitement systématique subséquent est la thérapie de déprivation à l’androgène qui permettra, dans un premier temps, un ralentissement de la croissance de la tumeur dite hormonosensible. Puis, dans un second temps, cette thérapie mènera à une progression vers un stade résistant à la castration avec ou sans métastases. De plus, environ 10% des patients recevront un diagnostic de cancer de la prostate métastatique. Cette forme du cancer de la prostate est une des formes les plus agressives et, à ce jour, il n’existe aucun traitement curatif. C’est pourquoi il est important de mieux déterminer les facteurs impliqués dans la progression du cancer de la prostate. De nombreuses études menées par le laboratoire ont permis d’identifier la kinase IKKe comme un facteur impliqué dans la progression du cancer de la prostate. Ainsi, il a été montré que les lignées résistantes à la castration expriment constitutivement IKKe sécrètent IL-6 et IL-8, cytokines impliquées dans la transactivation du récepteur à l’androgène, un des mécanismes de progression de ce cancer. Pour permettre cette sécrétion, IKKe phosphoryle C/EBP-b, facteur de transcription, ce qui conduit à l’activation de la transcription des gènes IL-6 et IL-8. Par ailleurs, C/EBP-b joue un rôle dans le contrôle de la sénescence induite par la thérapie de déprivation à l’androgène. Nous émettons donc l’hypothèse que IKKe interfère avec les mécanismes de sénescence induit par la thérapie de déprivation à l’androgène et que cibler IKKe permettrait de contrôler la croissance du cancer de la prostate résistant à la castration. Le premier objectif fut d’évaluer l’impact de l’inhibition de IKKe sur le destin cellulaire lors de la progression du cancer de la prostate. La déplétion de IKKe induit un phénotype de sénescence dans la lignée PC-3. L’utilisation d’inhibiteurs de IKKe, le BX795 et l’Amlexanox, induit un phénotype de sénescence dans les cellules résistantes à la castration, où IKKe a une expression constitutive, accompagnée d’une forte induction de dommages à l’ADN et d’une instabilité génomique, de façon dose-dépendent. Dans les iii cellules hormonosensibles, les inhibiteurs n’ont que très peu d’effet puisque l’expression de IKKe n’est pas constitutive. De plus, les inhibiteurs de IKKe ralentit la croissance tumorale des xénogreffes PC-3 et DU145, alors qu’ils n’ont aucun effet sur la croissance tumorale de la xénogreffe hormonosensible 22Rv1. Le deuxième objectif avait pour but de caractériser le rôle de IKKe dans l’échappement de la sénescence induite par la thérapie de déprivation à l’androgène. Nos travaux de recherche montrent que la déplétion ou l’utilisation de l’Amlexanox induit une diminution du recrutement de C/EBP-b au niveau du promoteur du gène de Rad51, protéine indispensable pour l’efficacité des mécanismes de réparation des dommages à l’ADN. De plus, bloquer la voie de réparation médiée par Rad51 par l’intermédiaire de l’Amlexanox améliore la sensibilité à l’Olaparib des cellules résistantes à la castration in vitro. De même, dans un modèle de xénogreffes résistantes à la castration, la combinaison Amlexanox – Olaparib montre un meilleur effet sur le ralentissement de la croissance tumorale. En conclusion, ce projet de doctorat aura permis de préciser les mécanismes impliquant IKKe dans la progression du cancer de la prostate. Les résultats apportent un nouvel éclairage sur le rôle de IKKe dans la régulation des dommages à l’ADN, particulièrement sur la transcription du gène Rad51 via C/EBP-b. De plus, les expériences in vivo montrent le potentiel thérapeutique de l’Amlexanox, notamment en le combinant avec l’Olaparib, afin de contrôler la croissance des tumeurs résistantes à la castration. / Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and is the third leading cause of cancer death in men in Canada. About a quarter of patients will have a biochemical recurrence following first-line treatments (surgery or radiation). The subsequent systematic treatment is androgen deprivation therapy which will initially slow the growth of hormone- sensitive tumors. Almost inevitably this therapy will lead to progression towards castrate resistance with or without metastases. In addition, approximately 10% of patients will be initially diagnosed with metastatic prostate cancer. This form of prostate cancer is one of the most aggressive forms and, to date, there is no curative treatment. This underscores the important of better understanding the factors involved in the progression of prostate cancer. Numerous studies conducted by our laboratory have identified IKKe kinase as a factor involved in the progression of prostate cancer. It has been shown that castrate resistant cell lines that constitutively express IKKe secrete IL-6 and IL-8, cytokines involved in the transactivation of the androgen receptor, one of the mechanisms leading to cancer progression. IKKe contributes to this through the phosphorylation of C/EBP-b, a transcription factor, which leads to the activation of the transcription of the IL-6 and IL-8 genes. Furthermore, C/EBP-b plays a role in the control of senescence induced by androgen deprivation therapy. We therefore hypothesized that IKKe interferes with the mechanisms of senescence induced by androgen deprivation therapy and that targeting IKKe would control the growth of castration-resistant prostate cancer. The first objective was to assess the impact of IKKe inhibition on cell fate during prostate cancer progression. Depletion of IKKe induces a senescence phenotype in the PC- 3 cell line. The use of the IKKe inhibitors, BX795 and Amlexanox, induces a senescence phenotype in castrate resistant cell lines, where IKKe is constitutively expressed, accompanied by a strong induction of DNA damage and genomic instability in a dose- dependent manner. Since IKKe expression is not constitutive in hormone-sensitive cell lines, IKKe inhibitors have very little effect in these. In addition, IKKe inhibitors slow the growth of the PC-3 and DU145 xenografts, while they have no effect on the growth of hormone-sensitive 22Rv1 xenografts. v The second objective was to study the role of IKKe in the senescence escape induced by androgen deprivation therapy. Our research shows that the IKKe depletion or the use of Amlexanox induces a decrease in the C/EBP-b recruitment on the promoter of the Rad51 gene, a protein essential for the efficiency of the mechanisms of DNA damage repair. In addition, blocking the Rad51-mediated repair pathway through Amlexanox enhances susceptibility to Olaparib in castrate resistant cell lines in vitro. Likewise, in a castrate resistant xenograft model, the combination Amlexanox - Olaparib has a stronger effect on tumor growth as compared to a control or each treatment individually. In conclusion, this doctoral research has made it possible to identify a new mechanism implicating IKKe in the progression of prostate cancer. The results show the role of IKKe in the regulation of DNA damage, particularly on the transcription of the Rad51 gene via C/EBP-b. In addition, in vivo experiments show the therapeutic potential of Amlexanox, particularly in combination with Olaparib, to control the growth of castrate resistant tumors.

La sénescence cellulaire est un arrêt stable du cycle cellulaire qui empêche la prolifération des cellules endommagées par des stress génotoxiques, tels que l'irradiation. En général, les lésions de l'ADN initient rapidement une réponse aux dommages et un blocage transitoire du cycle cellulaire nécessaire à la réparation de l'ADN. Cependant, les phénotypes associés à la sénescence, tels que l'arrêt de la prolifération stable et le sécrétome pro-inflammatoire, se manifestent plusieurs jours après le stress. Nous avons récemment démontré que l'établissement de la sénescence induite par l'irradiation est un processus en plusieurs étapes qui nécessite un événement prolifératif en présence de foyers de dommages de l'ADN persistants pour former de l'instabilité génomique. L'instabilité génomique secondaire, et non les dommages primaires de l'ADN, est responsable de nombreux phénotypes de sénescence. Le but de notre projet était d'évaluer l'impact de p16INK4a, un inhibiteur de kinase dépendant des cyclines, sur la reprise de la prolifération observée dans notre modèle initial en caractérisant la reprise de la prolifération, les phénotypes de sénescence lorsque p16INK4a est fortement exprimé, et de comprendre sa dynamique d'activation. Notre hypothèse était que l'expression de p16INK4a réduirait la reprise de la prolifération après l'irradiation, ce qui diminuerait la formation d'instabilité génomique et altérerait l'expression de certains phénotypes de sénescence. Nous avons induit la sénescence par irradiation dans des fibroblastes humains normaux qui présentent des niveaux endogènes différents d'expression de p16INK4a. Nous avons également utilisé une lignée qui surexprime et une autre qui déplète p16INK4a pour évaluer les conséquences de son expression sur la reprise de la prolifération et son impact sur les phénotypes de sénescence. Nos résultats suggèrent que p16INK4a réduit la reprise de la prolifération, diminuant l'instabilité génomique et réduisant à terme l'expression des facteurs du phénotype sécrétoire. De plus, de manière surprenante, nous avons observé que l'expression de p16INK4a n'a pas besoin d'être présente uniquement au moment de la reprise de la prolifération pour l'empêcher. Elle peut durer 24 heures au moment de l'irradiation, soit avant la reprise de la prolifération, pour la prévenir. Les données présentées dans ce mémoire aident à mieux comprendre le mécanisme de sénescence médié par l'irradiation et l'impact de l'expression de p16INK4a sur les différents phénotypes de sénescence. / Cellular senescence is a stable cell cycle arrest that prevents proliferation of cells damaged by genotoxic stresses, such as irradiation. In general, DNA damage initiates a DNA damage response and a transient cell cycle arrest required for DNA repair. However, senescence-associated phenotypes, such as stable senescence-associated proliferation arrest and pro-inflammatory secretome are established several days later. We have recently shown that the establishment of irradiation-induced senescence is a multi-step process that requires a proliferation event in the presence of persistent DNA damage foci to form genomic instability. Secondary genomic instability, but not primary DNA damage, leads to the establishment of senescence phenotypes. The aim of our project was to evaluate the impact of p16INK4a, a cyclin-dependent kinase inhibitor, on the bypass of the transient cell cycle arrest we observed in our initial model by characterizing the bypass and senescence phenotypes when p16INK4a was highly expressed and to understand its activation dynamics. Our hypothesis was that p16INK4a expression would reduce the percentage of bypass after irradiation which would decrease genomic instability formation and ultimately alter the expression of some senescence phenotypes. We induced senescence by irradiation in normal human fibroblasts with different endogenous levels of p16INK4a expression. We also used a cell line that overexpresses and another that depletes p16INK4a to evaluate the consequences of its expression on the bypass and its impact on senescence phenotypes. Our results suggest that p16INK4a decreases the bypass, thus reducing the genomic instability and, therefore, reduces expression of secretory phenotype factors. Moreover, interestingly, we observed that p16INK4a expression does not need to be present only at the time of reproliferation to prevent it, i.e. it can last 24 hours at the time of irradiation. These results contribute to improve our knowledge about the mechanism of establishment of irradiation-mediated senescence and the impact of p16INK4a expression on different senescence phenotypes.