Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La compréhension des processus microévolutifs ayant lieu dans la nature nécessite la quantification des principales forces sélectives s'exerçant sur les populations sauvages. Ces 10 dernières années, les études à long terme et l'écologie de la résurrection (qui fait revivre des stades en dormance) ont été les principales approches pour étudier l'évolution des traits d'histoire de vie sur plusieurs générations dans les populations sauvages. Mon travail consiste à comprendre comment des facteurs écologies simples (p. ex. la température) et des interactions interspécifiques ou intraspécifiques plus complexes (p. ex. les interactions antagonistes hôte-parasite ou mâle-femelle) façonnent le processus évolutif des populations sauvages. Dans cette optique, j'ai utilisé l'Artémia comme un organisme modèle, en combinant des études sur le terrain et en laboratoire. Premièrement, j'ai étudié l'évolution de la niche thermique avec une approche d'écologie de la résurrection, en utilisant une série temporelle d'œufs de dormance d'une population d' introduite à partir de marais salants de régions tempérées dans des marais salants tropicaux dans les années 80. Cette étude montre que la survie aux températures élevées (caractéristiques du nouvel environnement) a augmenté linéairement au cours du temps à partir de l'introduction, suggérant un taux d'adaptation constant sur plus de 100 générations. Deuxièmement, j'ai utilisé une approche similaire pour étudier l'adaptation entre males et femelles dans une autre population d'Artémia. Cette étude suggère que les conflits sexuels provoquent une dynamique de coévolution fluctuante dans la nature sur une échelle d'environ 100 générations. Troisièmement, j'ai étudié les impacts respectifs de différents parasites (une espèce de cestode et deux espèces de microsporidie) sur la compétition entre une espèce d'hôte autochtone asexuée et une espèce d'hôte invasive sexuée. Chacun des trois parasites étaient soit spécialiste d'une espèce ou de certains génotypes d'hôte. De plus, l'espèce de cestode dont l'effet castrateur chez l'hôte est bien connu infectait uniquement l'espèce autochtone, suggérant que ce parasite joue un rôle majeur dans la compétition entre les espèces d'hôte autochtones et invasives. Par ailleurs, les trois espèces de parasite semblaient manipuler le comportement d'agrégation de leur hôte, très probablement pour augmenter leur transmission à de nouveaux hôtes. Enfin, j'ai réalisé des études de génétiques des populations d'espèces asexuées diploïdes et polyploïdes d'Artemia et d'espèces sexuées asiatiques proches. Les espèces asexuées diploïdes produisent des mâles rares et il semblerait que ceux-ci permettent une faible fréquence de reproduction sexuée. De plus, l'hybridation d'espèces d'Artémia éloignée phylogénétiquement a donné naissance à au moins trois lignées polyploïdes indépendantes. / Getting a comprehensive understanding of microevolution in natural populations requires proper quantification of the important selective forces exerted on these populations. Over the last decade, long-term studies and resurrection-ecology (revival of resting stages) have been the main approaches to study life history trait evolution over many generations in the wild. My work aims at understanding how simple ecological factors (e.g. temperature) and complex interactions between and within species (host-parasite and male-females antagonistic interactions) shape evolutionary processes in natural populations. To this end, I used the brine shrimp Artemia as a model system and combined laboratory and field studies. First, I investigated thermal niche evolution with a resurrection ecology approach, using dormant-egg time series from an Artemia population introduced from temperate to tropical salterns in the mid-80's. This experiment shows that survival at the high temperatures typical of the new environment increased linearly through time after the introduction, suggesting a sustained rate of adaptation over more than 100 generations. Second, I used the same approach to study adaptation between sexes in another Artemia population. I found that sexual conflicts result in fluctuating male-female coevolutionary dynamics in natura, over a time scale of ~100 generations. Third, I studied the relative role of one cestode and two microsporidian parasites in mediating the competition between a native asexual host and an invasive bisexual host. I found that all three parasites were either host- or genotype-specific and that the castrating cestode parasite specifically infected the native species, suggesting that this parasite actually played a major role in the competition between native and invasive hosts. Interestingly, all three parasites manipulated the swarming behavior of their host, most likely to increase their transmission. Fourth, I performed population genetic studies of diploid and polyploid Artemia parthenogenetica and their Asian bisexual close relatives. Diploid asexual Artemia produce rare males and I found indication that these males allow some rare sex in this otherwise parthenogenetic species. In addition, hybridization between divergent Artemia species has led to the origin of at least three independent polyploid lineages.

Afin de caractériser les voies de signalisation du système immunitaire inné, nous étudions l'interaction entre le ver C. elegans et le champignon Drechmeria coniospora. Une des réponses du ver à l'infection consiste en une augmentation de la production de peptides antimicrobiens (PAM) dans l'épiderme. Des vers transgéniques exprimant le gène rapporteur de la GFP sous le contrôle du promoteur d'un PAM, fluorescent vert après infection. Si un gène nécessaire à l'expression des PAM est inactivé, alors les vers transgéniques ne fluorescent plus après infection. Nous avons effectué un crible pour identifier les molécules de signalisation nécessaires à l'expression des PAM en utilisant une approche quantitative et semi-automatique par ARN interference (ARNi). Deux banques d'ARNi couvrant 95% du génome, soit 20 000 gènes, ont été criblées et 360 candidats bloquant l'induction de la GFP après infection ont été obtenus, correspondant à 343 gènes. Une caractérisation phénotypique a permis de placer les candidats dans différentes catégories fonctionnelles et permis d'identifier d'une part un récepteur agissant en amont de la voie de signalisation p38 nécessaire à l'activation des gènes PAM, d'autre part une implication des granules de stress lors de l'infection. Ces analyses sont le fondement pour l'établissement d'une description compréhensive du réseau génétique régulant le système immunitaire inné du ver et permettront de révéler les interactions complexes entre l'immunité et les processus physiologiques au niveau moléculaire, cellulaire et au niveau de l'organisme. / To investigate innate immune signaling, we study the interaction of C. elegans with the fungus Drechmeria coniospora. One of the responses of the worm to this infection is the up-regulation of a variety of antimicrobial peptide (AMP) genes in the epidermis. Transgenic worms carrying a GFP reporter gene under the control of an AMP promoter fluoresce green after infection by D. coniospora. If a gene required for AMP gene expression is inactivated, the reporter strain will not turn green upon infection. Using this fluorescent read-out, we have been able to screen for signaling molecules required for AMP gene expression using a quantitative semi-automated RNAi approach. We have screened two RNAi libraries that together cover 95% of the ca. 20,000 genes in the C. elegans genome and we obtained 360 high-confidence candidates that reduced the level of induction of green fluorescence after infection, and correspond to 343 genes. A further phenotypic characterization allowed the candidates to be grouped into distinct functional categories and allowed the identification of both a receptor acting upstream the p38 MAPK pathway necessary for the activation of the AMPs, and the implication of stress granules during infection. Altogether, the screen data and its analysis represent the foundation for the establishment of a comprehensive description of the signaling network regulating the innate immune system of the worm and will shed light on the complex interactions between immunity and other physiological processes at the molecular, cellular and organismal level.

Le parasitisme est un des principaux problèmes dans les élevages des ruminants. Les nématodes parasites du tractus digestif des ovins et caprins sont responsables d’importantes baisses de rendement. La maîtrise de ces parasitoses a été longtemps basée sur l’utilisation de molécules anthelminthiques. Cependant, l’efficacité des traitements est fréquemment remise en cause par l’émergence d’isolats résistants à une ou plusieurs de ces molécules. Dans ce contexte, une meilleure connaissance des mécanismes impliqués dans l’installation et la survie des parasites dans leur hôte est essentielle pour le développement de méthodes de lutte efficaces. Les P-glycoprotéines sont des pompes membranaires de la superfamille des transporteurs ABC. Ces pompes transportent des molécules très variées qui ont en commun leur caractère hydrophobe. Nous avons émis l’hypothèse de l’implication de ces transporteurs dans l’interaction hôte-parasite. Dans le contexte de ce travail nous avons identifié des séquences partielles ou complètes d’ADNc de 9 Pgps du nématode parasite Haemonchus contortus. Une forte activation des Pgps des nématodes en présence des produits de dégranulation des éosinophiles de l’hôte a été observée, démontrant ainsi l’interaction entre les Pgps des nématodes et les produits issus de l’hôte. De plus, l’exposition in vitro des nématodes parasites aux produits de l’hôte montrent après analyse par PCR quantitative une induction significative de l’expression de deux Pgps (Hco-pgp-3, et Hco-pgp-16). Chez le nématode murin Heligmosomoides polygyrus bakeri 5 Pgps ont été identifiés. D’autre part, l’analyse du niveau d’expression des Pgps d’H. bakeri a permis de montrer que le gène Hba-pgp-2 est exprimé uniquement chez les stades en contact avec les produits de l’hôte (oeufs, L4 et adultes). De plus, une induction spécifique d’Hba-pgp-2 par le cholestérol a été observée suggérant ainsi l’implication d’Hba-pgp-2 dans la capture et/ou la distribution des stérols des cellules de l’hôte indispensable aux nématodes. Ce travail constitue la première mise en évidence de l’interaction entre les Pgps des nématodes parasites et des produits issus de leur hôte. Ces résultats constituent une base solide pour le développement d’une méthode efficace permettant de bloquer ces transporteurs et d’éliminer les nématodes parasites. / Gastrointestinal nematodes cause significant economic loses in goat and sheep livestocks. Control of these parasites is mainly based on anthelmintic treatments. However, the efficacy of these molecules is questioned by the emergence of isolates resistant to one or several antiparasitic drugs. In this context, a better understanding of the mechanisms involved in the nematode parasites establishment and survival in the host is essential for the development of an effective control methods. P-glycoproteins are membrane pumps belonging to the ABC transporter family. These pumps transport a wide range of hydrophobic molecules. In the present study, we hypothesized that in addition to their critical role in xenobiotic resistance, helminth ABC transporters such as P-glycoproteins (Pgps) may also be involved in the transport of host products. Using the sheep parasitic nematode Haemonchus contortus, we investigated the modulation and expression of parasite Pgps activity in response to host eosinophil granule products. These works allowed to identify nine partial or complete H. contortus Pgps. Using a rhodamine efflux assay, we provided functional evidence that host eosinophil granule products can activate Pgps from the parasite suggesting that granule products could act as potential modulators of the ABC transporters activity. We showed by quantitative RT-PCR that among nine different H. contortus Pgp genes; Hco-pgp-3, Hco-pgp-9.2, Hco-pgp-11 and, Hco-pgp-16 were specifically up-regulated in parasitical life stages suggesting a potential involvement of these Pgps during the host-parasite interaction. Using exsheated L3 larvae, we demonstrated that eosinophil granules induced in a dose response manner an overexpression of Hco-pgp-3 and the closely related Hco-pgp-16 gene highlighting the possible involvement of these Pgps in host product transport. . The mice parasitic nematode Heligmosomoides polygyrus bakeri was used for studying the involvement of Pgps in the cholesterol transport. These works allowed identifying five Pgps in H. bakeri. The analysis of the mRNA expression level of H. bakeri Pgps has shown that Hba-pgp-2 gene is expressed only in stages in contact with host products. In addition, a specific induction of Hba-pgp-2 by cholesterol was observed suggesting the involvement of Hba-pgp-2 in the capture and / or distribution of cholesterol from host cells. Taken together, our results provide the first evidence that a subset of helminth Pgps could be involved in the transport of host products. This opens the way for further studies aiming to explore the function of helminth Pgps in host-parasite interactions including host immune response evasion.

La voie de l’ARN interférence (ARNi), en particulier celle des siRNA, constitue la défense antivirale majeure chez les plantes,les nématodes et les insectes. Le génome de l’organisme modèle Drosophila melanogaster code pour trois protéines, Dcr-­‐2, AGO2 et R2D2, indispensables à cette voie. Les mouches mutantes pour une de ces trois protéines sont plus susceptibles et succombent plus rapidement aux infections virales comparées aux mouches sauvages. Beaucoup d’études biochimiques ont permis d’obtenir une image assez précise de la fonction moléculaire de ces trois protéines in vitro. Cependant, plusieurs études in vivo ont révélé une réalité plus complexe, probablement liée à l’association de ces molécules avec des cofacteurs. Ce manuscrit décrit les approches adoptées afin d’identifier les partenaires protéiques de la voie des siRNA et d’étudier leurs rôles, notamment dans un contexte infectieux. Dcr-­‐2, AGO2 et R2D2 ont été étiquetés par génie génétique avec un tag de 16 acides aminés, reconnu par la biotin-­‐ligase BirA, qui permet leur biotinylation après leurs transfections dans les cellules S2. Les cellules transfectées ont été ensuite soumises à différentes infections virales,notamment avec le virus C de la Drosophile (DCV) (Dicistroviridae), le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) (Rhabdoviridae) ou le Flock House virus (FHV) (Nodaviridae). Les cellules ont été ensuite lysées au pic de l’infection et les complexes protéiques purifiés et analysés par spectrométrie de masse.[...] / Fighting viral infections is hampered by the scarcity of viral targets and their variability resulting in development of resistance. Viruses depend on cellular molecules for their life cycle, which are attractive alternative targets, provided that they are dispensable for normal cell fonctions. Using the mode! organism Drosophila melanogaster, we identify the ribosomal protein RACK1 as a cellular factor required for infection by the internai ribosome entry site (IRES) containing virus Drosophila C virus (DCV). We further demonstrate that inhibition of RACK1 in human liver cells impairs hepatitis C virus (HCV) IRES-mediated translation and infection. Inhibition of RACK1 in Drosophila and hurnan cells does not affect cell viability and proliferation, and RACK1-silenced adult flies are viable, indicating that this protein is not essential for general translation. Our findings demonstrate a specific function for ribosomal protein RACK 1 in selective mRNA translation and uncover a promising targe! for the development of broad antiviral intervention.

La macroautophagie, appelée ici autophagie, est un processus de dégradation lysosomale qui joue un rôle clé dans l'immunité en dégradant des micro-organismes intracellulaires mais également en activant des réponses immunitaires. Cependant, de nombreux virus ont développé des stratégies pour inhiber, utiliser voire détourner l'autophagie à leur propre bénéfice. L'objectif de cette thèse a été d'analyser la place de l'autophagie dans l'infection par le virus de la rougeole (VR). Ce travail démontre que les souches atténuées du VR utilisent plusieurs voies moléculaires successives d'induction d'autophagie dans les cellules infectées. En effet, elles sont capables d'induire une première vague d'autophagie très précoce mais transitoire par l'engagement de l'une des isoformes de leur récepteur d'entrée CD46. Après un bref retour à l'état basal, une deuxième vague d'autophagie est induite par l'interaction de la protéine virale non structurale C avec la protéine cellulaire autophagique IRGM. La formation de syncytia conduit à une troisième voie d'induction d'autophagie qui permet de maintenir l'autophagie mise en place. Cette autophagie soutenue est exploitée par le VR afin de limiter la mort des cellules infectées, ce qui promeut la production de particules virales. Les souches virulentes du VR, incapables de lier CD46, et utilisant comme récepteur d'entrée la protéine CD150, n'induisent que l'autophagie tardive qui est également utilisée pour favoriser la production de particules virales infectieuses. Ce travail de thèse montre donc que l'induction d'une autophagie soutenue lors de l'infection par le VR promeut l'infection, principalement en limitant la mort cellulaire / Macroautophagy, thereafter referred to as autophagy, is a lysosomal degradation which plays a key role in immunity by directly degrading intracellular pathogens but also by favouring innate and adaptive immune responses. However, several viruses have evolved strategies to inhibit, exploit or even hijack autophagy for their own benefit. The aim of this thesis was to analyse the role of autophagy in the course of measles virus (MeV) infection. This work demonstrates that attenuated strains of MeV induce successive autophagy signalling in infected cells, via distinct and uncoupled molecular pathways. First, attenuated MeV strains are able to induce a first early and transient wave of autophagy through the engagement of one of the isoform of their cellular receptor CD46. Soon after infection, a new autophagy signalling is initiated by the interaction of the non-structural MeV protein C with the cellular autophagic protein IRGM. Strikingly, this second autophagy signalling can be sustained overtime within infected cells via a third autophagy input resulting from cell-cell fusion and the formation of syncytia. Sustained autophagy is exploited by MeV to limit the death of infected cells and to improve infectious viral particle formation. Interestingly, virulent strains of MeV, which do not use CD46 as a cellular receptor but use CD150, are unable to induce the early autophagy wave, whereas they induce and exploit the late and sustained autophagy. Thus, this work demonstrates that the induction of a sustained autophagy during MeV infection promotes infectivity, mostly by limiting cell death. Overall, this work describes an unusual and complex interplay between autophagy and MeV

Les systèmes moléculaires de taille nanométrique sont impliqués dans une grande variété de procédés et de fonctions biologiques. La compréhension des mécanismes permettant le contrôle de leur structure à plusieurs échelles présente un grand intérêt. Par exemple, malgré le défi que cela représente, il n'existe actuellement aucun système synthétique permettant la formation d'objets fibrillaires de diamètre monodisperse et modulable en milieu aqueux. L'objectif de ce travail est de développer une boite à outils moléculaires de cyclodextrines (CDs) sélectivement di-fonctionnalisées de façon à pouvoir s'auto-assembler sous forme de fibres pouvant ensuite s'associer pour former des assemblages hiérarchiques via des interactions secondaires. L'étude de la formation du premier niveau d'assemblage de ces composés par viscosimétrie, ITC et SANS a montré que l'utilisation de CDs pontées permet de favoriser la polymérisation de ces composés en supprimant le phénomène d'auto-inclusion. Cette étude a permis de développer deux polymères supramoléculaires (PSM) cationiques à base de ?-CDs fonctionnalisées possédant un degré de polymérisation plus élevé que ceux existant actuellement. Leur capacité à former des PSM hiérarchiques en présence de polyanions rigides a ensuite été évaluée par analyses DLS, spectroscopie et cryo-MET. Dans des conditions de concentration en CDs et de rapport en charges optimisées, trois différents assemblages hiérarchiques solubles dans l'eau ont été formés. Nous avons montré que le premier niveau d'association ainsi que la directionnalité des interactions secondaires étaient des paramètres clés pour la formation d'assemblages hiérarchiques stables et de morphologies bien définies. Ces structures modulables nous serviront donc de plateformes pour étudier et mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la formation des assemblages hiérarchiques. / Molecular systems with nanometer-sized dimensions are involved in a wide variety of processes and biological functions. Understanding the mechanisms controlling their multi-lengthscale structure presents a major interest. For instance, despite this challenge, there is so far no reliable synthetic system forming well-defined tunable fibrillar objects with a monodisperse diameter in aqueous solution. The aim of this work is to develop a tool box of di-functionalized cyclodextrins (CDs) specifically designed to self-assemble into supramolecular rods that could then reach higher levels of hierarchy via interactions mediated by the secondary functionalization. The study of the first level of association of these compounds by viscosimetry, ITC and SANS showed that the use of bridged CDs allows the polymerization by suppressing the self-inclusion phenomenon. As a result, we developed two tunable cationic supramolecular polymers (SMP) based on functionalized β-CD with relatively high polymerization degrees. Their ability to form hierarchical SMP with rigid polyanionic species was then assessed by DLS, spectroscopy and cryo-TEM. In optimized concentration and charge ratio conditions, three different water-soluble hierarchical assemblies were formed. We showed that the first level of association and the high directionality of the secondary interactions are key parameters to achieve these stable, well-defined, hierarchical assemblies. These tunable structures will be therefore used as a platform to get greater insight into hierarchical assembling processes.

L'association d'un insecte phytophage avec sa plante-hôte est telle que de fortes pressions de sélection s'exercent sur l'herbivore, le conduisant à se spécialiser. Entre autres, l'insecte développe des adaptations pour localiser, atteindre et exploiter la ressource végétale.<br />Le grand charan¸con du pin (Hylobius abietis L.) fait partie des insectes dont biologie et la dynamique de population sont déterminées par un facteur qui tend à n'exister qu'en quantité<br />limitée dans l'espace et dans le temps puisque ses larves se développent sur des conifères mourants.<br />Cependant, les méthodes d'exploitation forestière ont changé la donne pour cet insecte à une large échelle en Europe en accroissant le nombre sites de ponte et de nourriture. Nous<br />avons donc testé plusieurs facteurs susceptibles de rendre compte de l'adaptation de l'Hylobe à<br />son environnement forestier : influence de la géographie et de la plante hôte sur la structuration<br />des populations, capacité de discrimination olfactive des essences et caractérisation de la flore<br />microbienne associée.<br />L'utilisation de marqueurs moléculaires nous a permis de montrer que l'utilisation de différentes plantes-hôtes pour le développement des larves ne constitue pas une forte barrière au flux de gènes et ne semble pas induire de divergences chez l'Hylobe. En outre, notre étude confirme la forte capacité de dispersion de ce ravageur forestier comme en témoigne la faible structuration a grande échelle.<br />Des expériences de laboratoire ont permis de montrer que les charançons montrent une préférence quand on leur propose plusieurs essences même si elle n'est pas très marquée ni<br />toujours conforme aux performances de leurs larves sur celle-ci. En outre ce comportement est influencé par l'expérience des individus qui montrent une grande plasticité.<br />Enfin, nous avons mis en évidence et caractérisé des souches bactériennes hébergées par le charançon. Ces bactéries, proches des souches endosymbiotiques connues chez d'autres insectes sont vraisemblablement impliquées dans l'adaptation de l'insecte à l'exploitation de sa plante hôte. Nos résultats révèlent une association mutualiste entre deux partenaires qui s'est établie sur le « temps profond ».<br />L'ensemble de ces résultats a permis d'écarter l'existence d'une spécialisation à la plante-hôte chez H. abietis même si de vastes forêts monospécifiques pourraient conduire une adaptation<br />« locale ». La niche larvaire apparaît comme le point crucial de la biologie de l'insecte, tant comme cible pertinente des stratégies de gestion de ce ravageur que comme arène de l'évolution de l'Hylobe.

Les acariens microprédateurs du genre Dermanyssus (espèces du groupe gallinae), inféodés aux oiseaux, représentent un modèle pour l'étude d'association lâche particulièrement intéressant : ces arthropodes aptères font partie intégrante du microécosystème du nid (repas de sang aussi rapide que celui du moustique) et leurs hôtes sont ailés. En outre, D. gallinae est une espèce d'importance économique, ce qui rend possible des comparaisons entre colonisation de milieux anthropisés et sauvages. Au début de l'étude, les espèces du groupe gallinae sont très mal délimitées. Les caractères morphologiques utilisés sont variables au sein de l'espèces, voire de la population, très chevauchants entre espèces. Afin de mieux comprendre les exigences écologiques du développement de D. gallinae et d'appréhender ses voies de dissémination, une investigation comparative basée sur des séquences d'ADN entre espèces du groupe gallinae a été adoptée. Un cheminement d'ordre taxinomique a permis de poser les bases nécessaires. Ensuite, l'exploration de certaines caractéristiques écologiques du groupe gallinae en relation avec sa phylogénie (spécificité d'hôte, flexibilité évolutive) a été menée à bien. Une espèce a été décrite, D. apodis, une lignée de D. gallinae constitue aussi une probable espèce inédite et D. longipes regroupe deux entités. Des différences écologiques marquées entre D. gallinae et les autres espèces semblent résulter non seulement de l'activité humaine, mais aussi de caractéristiques intrinsèques. Aujourd'hui, le rôle des flux commerciaux dans la dispersion de D. gallinae en élevage de pondeuses s'avère primordial, au moins en France, celui des oiseaux sauvages presque nul.