Les bactéries pathogènes intracellulaires manipulent les fonctions de la cellule hôte en sécrétant des facteurs de virulence (qu'on appelle effecteurs) dans le cytoplasme de la cellule infectée. Ce processus permet au pathogène de proliférer dans un environnement autrement hostile. L'identification et la caractérisation des effecteurs spécifiques des divers agents pathogènes est donc d'une importance cruciale pour contrer les infections bactériennes. Coxiella burnetii est un agent pathogène à Gram négatif de classe 3, responsable de la Fièvre Q, une zoonose qui entraîne des épidémies majeures, avec un fort impact sur l'économie et la santé. Les réservoirs naturels de Coxiella sont principalement les animaux d’élevage qui peuvent contaminer l’environnement en excrétant la bactérie principalement dans les produits de parturition, le mucus vaginal et les fèces. L’Homme s’infecte ensuite par inhalation de pseudo-spores disséminées dans l’environnement. La nature intracellulaire obligatoire de Coxiella a jusqu'ici sévèrement limité son étude et par conséquent, les facteurs de virulence bactériens impliqués dans le développement et la progression de l'infection restent encore largement inconnus. Coxiella se réplique à l'intérieur des cellules hôtes dans une grande vacuole présentant des caractéristiques autolysosomales. Le développement de la vacuole et la survie de Coxiella dans la cellule hôte sont dépendants de la translocation des effecteurs bactériens par un système de sécrétion de type 4 (SST4) Dot/Icm et de la manipulation de nombreuses voies de trafic et de signalisation de la cellule hôte par ces derniers. Notre équipe a généré et criblé la première banque de mutants par transposition de Coxiella, menant ainsi à l'identification d'un nombre important de potentiels déterminants de virulence et de protéines effectrices. Mon projet de thèse est basé sur la caractérisation de deux effecteurs de Coxiella, CvpF et AnkA, provenant de la banque de mutants générée par l’équipe. Les mutants de ces effecteurs présentent des phénotypes de défaut de réplication intracellulaire et de développement de vacuole. Ici, nous démontrons que l’effecteur CvpF est un substrat du système de sécrétion de type 4 Dot/Icm qui localise aux vacuoles contenant Coxiella (CCV). CvpF est également capable d'interagir avec Rab26, conduisant au recrutement du marqueur autophagosomal LC3B aux CCV. Les mutants de cvpF présentent un défaut de réplication in vitro et in vivo, suggérant que le détournement de l'autophagie par cet effecteur est crucial pour la virulence de Coxiella. Comme pour les mutants de cvpF, les mutants ankA présentent le même défaut de réplication in vitro et la protéine AnkA est un substrat du SST4. L'effecteur AnkA contient des motifs de répétition Ankyrin localisés sur son domaine N-terminal. La bactérie induit une hyperfusion des mitochondries de manière dépendante du SST4 et spécifique de l’effecteur AnkA. Nos résultats montrent que AnkA interagit avec Drp1, une protéine motrice impliquée dans la fission mitochondriale et que cette interaction ainsi que l’hyperfusion des mitochondries seraient dépendant du domaine contenant les répétitions Ankyrine. Le mécanisme par lequel AnkA agit sur Drp1 reste à déterminer. Cependant, les effets observés sur la mitochondrie suggèrent que la manipulation de l’organelle par la bactérie promeut le développement de la vacuole et la réplication intracellulaire du pathogène. En conclusion, notre recherche suggère fortement que de nombreux effecteurs de Coxiella manipulent les voies des cellules hôtes pour assurer le développement intracellulaire efficace de ce pathogène. / Intracellular pathogenic bacteria manipulate host cell functions by secreting virulence factors (known as effectors) into the cytoplasm of the infected cell. This process allows the pathogen to proliferate in an otherwise hostile environment. The identification and characterization of the specific effectors of the various pathogens is therefore of crucial importance to counteract bacterial infections. Coxiella burnetii is a Class 3 gram-negative pathogen that causes Q fever, a zoonosis that causes major epidemics with a high impact on the economy and health. The natural reservoirs of Coxiella are mainly farm animals that can contaminate the environment by excreting the bacteria mainly in parturition products, vaginal mucus and feces. Human is then infected by inhalation of pseudo-spores disseminated in the environment. The obligate intracellular nature of Coxiella has so far severely limited its study, and as result, bacterial virulence factors involved in the development and progression of infection remain largely unknown. Coxiella replicates within host cells in a large vacuole with autolysosomal characteristics. The development of vacuole and survival of Coxiella in the host cell depend on the translocation of bacterial effectors by the type 4 Dot / Icm secretion system (SST4B) and the manipulation of many trafficking and signaling pathways of the host cell. Our team has generated and screened the first library of Coxiella transposon mutants, leading to the identification of a significant number of candidate virulence determinants and effector proteins. My thesis project is based on the characterization of two effectors of Coxiella, CvpF and AnkA, from the mutant library generated by the team. Mutants of these effectors exhibit defect in intracellular replication and vacuole development phenotypes. Here, we demonstrate that the effector CvpF is a substrate of the SST4B that localizes to vacuoles containing Coxiella (CCV). CvpF is also able to interact with Rab26, leading to the recruitment of the LC3B autophagosomal marker to CCV. cvpF mutants exhibit in vitro and in vivo replication deficiencies, suggesting that diversion of autophagy by this effector is crucial for Coxiella virulence. As for cvpF mutants, ankA mutants show the same in vitro defect of replication and the protein AnkA is a substrate of the SST4. AnkA contains Ankyrin repetition patterns located on its N-terminal domain. The bacterium induces an AnkA-dependent hyperfusion of mitochondria. Our results show that AnkA interacts with Drp1, a motor protein involved in mitochondrial fission, and that this interaction as well as mitochondrial hyperfusion is dependent on the domain containing Ankyrin-repeat motifs. The mechanism by which AnkA acts on Drp1 remains to be determined. However, the observed effects on mitochondria suggest that the organelle's manipulation by the bacterium promotes the development of the vacuole and the intracellular replication of the pathogen. To conclude, our research strongly suggests that multiple Coxiella effectors manipulate host cell pathways to ensure the efficient intracellular development of this pathogen.

Le mildiou de la vigne, causé par le pathogène Plasmopara viticola, est une maladie cryptogamique pouvant causer de sérieux dégâts sur les récoltes. Pour éviter ces pertes, il est nécessaire de recourir à des produits phytosanitaires. Outre leur coût financier, les questions sur la santé des viticulteurs et des populations vivant à proximité des vignobles, ainsi que la protection de l’environnement ne peuvent être ignorées. Cependant, toutes les variétés de vigne ne présentent pas la même sensibilité au pathogène. En effet, bien qu’elles soient moins appréciées pour leurs qualités organoleptiques, les variétés américaines sont résistantes à cette maladie. Les combiner par croisement variétal avec des espèces européennes peut constituer une alternative viable aux traitements antifongiques. Cependant, pour piloter effacement ces problèmes de sélection variétal, il est nécessaire de mieux appréhender la relation « hôte-pathogène ». C’est dans ce but que l’analyse par spectrométrie de masse a été employée sous différents aspects / Downy mildew, caused by the Plasmopara viticola pathogen, is a fungal disease which can induce serious harvest damages. To avoid these losses, it is necessary to use phytosanitary treatments. In addition to their financial cost, winegrower’s health issues and the environment protection cannot be ignored. However, all grapevine varieties do not present the same sensitivity to the pathogen. Indeed, despite of poor organoleptic qualities, American varieties are resistant to this disease. Combining them with European species by varietal crossing may be a viable alternative to these treatments. However, to lead efficiently these cross breeding programs, it is necessary to know more about the relationship "host-pathogen". In this context, analysis by mass spectrometry has been used under different aspects

Les microARN (miARN) sont des acides ribonucléiques (ARN) endogènes, d’environ 19 à 24 nucléotides (nt), produits lors du clivage d’une structure d’ARN en forme de tige-boucle par la ribonucléase III (ARNase III) Dicer. Il a été rapporté que le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), en période de latence dans les lymphocytes T CD4+, produit un court transcrit d’ARN appelé « Trans-Activation Response element » (TAR) et que celui-ci est sujet au clivage par Dicer, ce qui génère deux miARN fonctionnels, soit miR-TAR-5p et miR-TAR-3p. Il a donc été suggéré que les miARN dérivés de TAR pourraient jouer un rôle dans la latence du VIH-1. L’objectif, au cours de ma maîtrise, était de déterminer le rôle potentiel de ces miARN dans la régulation de l’expression des gènes de l’hôte en utilisant les cellules en culture J-lat et Jurkat exprimant miR-TAR-5p et miR-TAR-3p de manière stable. Suite à cela, une analyse protéomique grande échelle iTRAQ a été effectuée pour tenter de faire la lumière sur le rôle potentiel des miARN dérivés de l’ARN TAR du VIH-1. En conclusion, il a été montré que la majorité des protéines d’intérêts sont réfractaires à une régulation génique par les miARN. Par contre, ceci ne supporte pas l’idée que ces miARN ne possèdent aucun rôle, d’où l’importance des résultats protéomiques qui ont montré que plusieurs protéines sont potentiellement régulées par les miARN viraux.

Les bactéries peuvent exploiter quasiment toutes les niches écologiques, dont les organismes multicellulaires. Les relations hôte-bactéries se classent sur une grande gamme d’interactions allant du mutualisme au parasitisme. Dans ce contexte, l’objectif théorique de mon doctorat est d’étudier les relations complexes existant entre un poisson, l’Omble de fontaine, et le cortège microbien qui l’accompagne. Cette espèce est la cible d’infections opportunistes par des bactéries pathogènes du genre Flavobacterium. L’objectif appliqué visait à développer une approche alternative aux antibiotiques pour prévenir et traiter les infections opportunistes. Le premier résultat du projet a mis en lumière qu’un stress hypoxique entraînait une diminution des bactéries à potentiel bénéfique provoquant une dysbiose, favorisant à son tour l’infection par les pathogènes. Nous avons donc ensuite isolé des bactéries issues du microbiome pour tester leurs effets antagonistes vis-à-vis des pathogènes F. columnare et F. psychophilum. Nous avons pu ainsi découvrir sept candidats potentiels in vitro et tester un candidat qui s’est montré efficace par compétition par interférence dans le traitement de la maladie de l’eau froide in vivo. Le dernier objectif de cette thèse consistait à tester la présence de régions géniques chez l’hôte permettant le recrutement des bactéries bénéfiques dans le microbiome. Nous avons donc analysé le microbiome cutané de 86 individus d’une famille d’hybrides de deuxième génération. Nous avons observé une forte variabilité interindividuelle et déterminé trois régions géniques impliquées dans la modulation de trois taxons bactériens dont Methylobacterium, qui est primordial dans le maintien de l’homéostasie du microbiome. Tous nos résultats appuient le rôle du microbionte cutané dans la protection contre les infections opportunistes. / Bacteria can colonize every ecological niche including multicellular organisms, due to their fast growth and their biochemical abilities, . Host-bacteria relationships are complex and range from parasitism to mutualism. Under this framework, my theoretical objective is to study the relationship complexity between brook charr and its microbial partners. This fish species is targeted by opportunistic infections from bacterial pathogens belonging to the Flavobacterium genus. My applied objective focuse on the development of alternative strategies to prevent and treat these infections without antibiotics. The first result of this project highlight that hypoxic stress induce a diminution of the potentially beneficial bacteria leading to a dysbiosis, which in turn triggers opportunistic infections. Then, we isolated bacteria from the microbiome to test their antagonistic effects on two pathogens Flavobacterium columnare and F. psychrophilum. We identify seven potential candidates in vitro, one tested in vivo and being effective to prevent cold-water disease via interference competition. The last objective is to test the existence of host genetic regions associated with the recruitment capacity of beneficial genera in the microbiome. To this end, we analyze the skin microbiome of 86 progenies issued from a dihybrid cross. A strong inter-individual variability is observed and we identify three genetic regions involved in the recruitment of three bacterial genera including Methylobacterium, which is very important to maintain microbiome homeostasis. Overall, the results demonstrate the role of skin microbiota in brook charr resistance against opportunistic infections.

J'ai testé l'hypothèse de differentiation associée à l'hôte (HAD), avec des données génétiques et écologiques, chez Aphidius ervi parasitoïde d'Acyrthoslphon pisum spécialisé en biotypes associés à Medicago sativa et Trifolium pratense, tout en considérant les symbiotes (Regiella insecticola et Hamiltonella defensa) et la couleur (vert ou rose) du puceron. Les génotypes de 302 A. pisum, mais non ceux des 157 A. ervi récoltés en parallèle dans des champs de trois localités distantes du Québec, étaient distribués en deux groupes associés à la luzerne et au trèfle. À partir de 600 tests de laboratoire, j'ai aussi modélisé le comportement de sélection d'A. ervi et sa probabilité d'émergence de ces hôtes, prenant en compte le sexe. A. ervi avait une probabilité plus élevée de pondre dans A. pisum luzerne, mais une probabilité d'émergence plus élevée pour le biotype trèfle. Mes résultats confirment la spécialisation d'A pisum, mais pas l'hypothèse HAD pour A. ervi.

L’infection par certains parasites coïncide avec des changements importants dans le comportement de leur hôte, ce qui a été proposé comme étant une adaptation des parasites afin d’augmenter leur taux de transmission et donc de pouvoir compléter leur cycle de vie. Cependant, cette hypothèse de la manipulation parasitaire du comportement de l’hôte a rarement été démontrée. Afin de mieux comprendre ces possibles mécanismes adaptatifs, il est nécessaire de comprendre les causes de ces changements de comportement. Au moins quatre hypothèses sont possibles. Les causes de ces changements peuvent être multiples. Elles peuvent être dues à la seule présence du parasite (masse parasitaire), à l’activation du système immunitaire, à la perte d’énergie ou à la modification de l’environnement neural. Notre objectif a donc été de tester les différentes prédictions qui découlent de ces hypothèses. Ces hypothèses ont été étudiées par une approche expérimentale ciblée afin de reproduire le syndrome comportemental d’un hôte parasité et de mettre en évidence sa signature génomique pour ainsi les comparer. Nous avons utilisé comme système d’étude l’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), un poisson osseux et son parasite (Schistocephalus solidus) un cestode. Cette paire hôte-parasite est retrouvée en nature et est très bien étudiée au niveau des conséquences négatives de l’infection sur le changement de comportement face à un prédateur, la reproduction et la croissance. Notre première approche visait à recréer la présence parasitaire (masse) et de voir son impact sur les comportements de l’épinoche. L’hypothèse mécanique testée dans cette première approche n’avait jusque-là jamais été testée. Nos résultats ne semblent pas corroborer cette hypothèse, ils sont davantage présentés ici comme précurseurs d’études complémentaires sur la cause mécanique des changements de comportement. Dans une seconde approche, nous avons administré séparément plusieurs molécules connues comme agissant sur l’axe du stress, associées à une réponse immunitaire ou nous avons mis en place un arrêt de l’alimentation. Cette expérience avait pour but de recréer le syndrome comportemental lié au parasitisme grâce à ces différentes modifications phénotypiques. Les résultats obtenus montrent que la cause du syndrome comportemental de l’épinoche parasitée est plutôt multifactorielle qu’unique, regroupant les différentes hypothèses testées. Notre dernière approche examinait les profils transcriptomiques des individus infectés par S. solidus, traités à un inhibiteur sélectif de la recapture de la sérotonine (modification de l’environnement neural), exposés mais non infectés ou sains. Cette analyse nous a permis de comparer entre elles les signatures transcriptionnelles spécifiques à chacun des traitements et de mettre en évidence les mécanismes moléculaires associés aux changements comportementaux. Nos résultats ont mis en évidence la modification de l’expression de gènes liés à la voie métabolique de l’inositol chez les individus infectés, ainsi qu’une faible similarité entre les profils transcriptomiques des poissons infectés et ceux ayant eu une modification de l’environnement neural. Notre découverte a mis en lumière la signature génomique des poissons exposés qui s’avère être reliée au transport des acides aminés, ce qui n’avait jamais été fait auparavant. La combinaison de ces outils nous a permis d’avoir des connaissances plus poussées dans le domaine de la manipulation parasitaire en y intégrant des données sur la physiologie et la transcriptomique d’un système hôte-parasite. / Infection with certain parasites coincides with major changes in host behaviour, which has been proposed as an adaptation of parasites in order to increase their transmission rate and thus to be able to complete their life cycle. However, the hypothesis of parasitic manipulation of host behaviour has rarely been demonstrated. In order to better understand these possible adaptive mechanisms, it is necessary to understand the causes of these behavioural changes. At least four hypotheses are possible. These changes may be due to the presence of the parasite alone (parasitic mass), activation of the immune system, energetic drain or modification of the neural environment. My objective was to test the various predictions that stem from these assumptions. These hypotheses have been studied by a targeted experimental approach in order to find the behavioural syndrome of a parasitized host and shed light on its genomic signature. We used as a model the interaction between the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus), a bone fish, and its parasite (Schistocephalus solidus), a cestode. This host-parasite pair is found in nature and has been extensively studied in terms of the negative consequences of the infection on the change of behaviour towards a predator, reproduction and growth. Our first approach was to recreate the parasite presence (mass) to observe its potential impact on the stickleback’s behaviours. The mechanical hypothesis tested in this first approach had never been tested before. Our results do not support this hypothesis but are precursors of further studies on the mechanical cause of behavioural changes. Secondly we separately administered molecules known to the stress axis, associated with an immune response or we food-deprived sticklebacks. We tried to replicate the behavioural syndrome associated with parasitism through these different phenotypic changes. The results obtained show that the cause of the behavioural syndrome of the parasitized stickleback is certainly not unique but is rather multifactorial, regrouping the different hypotheses tested. Our last innovative approach was the transcriptomic analysis of individuals infected with S. solidus, treated with a selective serotonin reuptake inhibitor (neural environment modification), exposed but not infected or controls. This analysis allowed us to compare the transcriptional signatures specific to each of the treatments and to highlight the molecular mechanisms associated with the behavioural changes. This study revealed changes in the expression of genes linked to the inositol pathway in infected individuals and a small similarity between infected fish and those with a modification of their neural environment. In addition, this transcriptomic study, for the first time, highlighted the genomic signature of the exposed fish that is found to be related to the amino acids transport. The combination of these tools has allowed us to have more knowledge in the field of parasitic manipulation by integrating physiology and transcriptomics data.

En nature, le comportement des animaux peut être perturbé par une infection parasitaire. Comme les parasites ont souvent des cycles de vie complexes, la modification comportementale d’un animal parasité est généralement considérée comme une adaptation du parasite qui faciliterait sa propagation à son hôte final. Il est cependant nécessaire d’étudier les mécanismes moléculaires sous-tendant les changements comportementaux d’un animal parasité afin de comprendre comment ces perturbations comportementales évoluent. Une approche robuste pour déterminer si les variations comportementales sont induites par une « manipulation » adaptative pour le parasite (ou si elles sont le résultat d’autres mécanismes) consiste à faire le lien entre l’établissement du parasite sur/dans son hôte et les modifications comportementales reportées chez l’hôte. Un tel lien peut être établi par les sécrétions du parasite, qui représentent une source prometteuse de « facteurs de manipulation » ayant le potentiel d’agir sur le comportement de l’hôte, même lorsque le parasite est éloigné du cerveau de l’hôte. Le système épinoche à trois épines-Schistocephalus solidus est idéal pour étudier l’interaction entre un hôte vertébré et un parasite logé dans la cavité abdominale de son hôte. L’impact de l’infection par ce cestode sur la morphologie, la physiologie et le comportement du poisson a largement été documenté dans le passé. Mais jusqu’à maintenant, nous ne disposons d’aucune information sur les mécanismes moléculaires dont disposent le ver pour interagir avec son hôte. L’objectif de ma thèse de doctorat était d’étudier l’interaction moléculaire entre un hôte vertébré, l’épinoche à trois épines, et son parasite non cérébral, Schistocephalus solidus. Dans un premier temps, pour étudier l’interaction entre un hôte et son parasite, il faut être capable de suivre le parasite tout au long de son développement au sein de l’hôte. Nous avons donc développé et validé une méthode non létale pour détecter S. solidus dans la cavité abdominale de l’épinoche, même lorsque le ou les vers sont peu développés et qu’aucun indice visuel ne permet de suspecter l’infection. La méthode est basée sur la détection par PCR en temps réel de l’ADN environnemental de S. solidus dans les fluides de la cavité iii abdominale de l’épinoche. Dans un second temps, l’étude des interactions hôteparasite requiert l’acquisition de connaissances sur le protéome du parasite (c’està- dire les protéines exprimées dans ses tissus) car la protéomique permet d’identifier à une large échelle les protéines qui pourraient être responsables des changements phénotypiques de l’hôte. Nous avons décrit le protéome de S. solidus en terme de composition et de fonction en utilisant une approche de protéomique à haut débit (LC-MS/MS). Nous avons mis en évidence que les tissus du cestode incluaient des protéines impliquées dans des voies neuronales et la perception sensorielle, ainsi que des protéines spécifiques au ver, qui sont de bons « facteurs de manipulation » candidats pour expliquer les changements de comportements de l’épinoche. Dans un troisième temps, il est nécessaire d’étudier les sécrétions de S. solidus pour obtenir de nouvelles pistes sur les mécanismes moléculaires d’interaction hôte-parasite. Nous avons décrit en terme de composition et de fonction la partie protéique du sécrétome de S. solidus (c’est-à-dire les protéines libérées par le ver dans son environnement externe) en utilisant une approche à haut débit similaire à celle utilisée pour le protéome total. Nous avons trouvé que le sécrétome de S. solidus incluait un total de 25 protéines non détectées dans le protéome et impliquées dans la signalisation cellulaire, dans des fonctions neurales et immunitaires. Ce sont donc d’excellents « facteurs de manipulation » candidats. Nous avons complété notre étude par une approche fonctionnelle en injectant des sécrétions de S. solidus à deux populations d’épinoches non parasitées. Les injections n’ont pas permis de recréer le comportement typique des épinoches parasitées chez des poissons non infectés. Nos résultats suggèrent néanmoins que les sécrétions affectent un comportement relié à la témérité. Les résultats de ma thèse montrent que S. solidus, parasite non cérébral, pourrait « manipuler » en partie le comportement de son hôte vertébré, notamment grâce aux molécules incluses dans ses tissus et ses sécrétions. Cependant, les causes des changements de comportements de l’épinoche parasitée par S. solidus sont probablement multifactorielles. Ma thèse souligne l’importance de l’utilisation combinée d’analyses moléculaires à haut débit et d’approches fonctionnelles pour mieux comprendre la diversité des comportements retrouvés en nature. / In nature, animal behaviours can be disrupted after a parasitic infection. Because parasites often have complex life cycles, it was proposed that these behavioural modifications could be an adaptation of the parasite to enhance its propagation to its final host. However, it is necessary to study the molecular mechanisms underlying the behavioural changes of an infected host in order to better understand how these behavioural perturbations have evolved. A robust approach to determine if the behavioural variations are induced by an adaptive “manipulation” for the parasite (or by other mechanisms) consists in linking the establishment of the parasite on/within its host with the behavioural modifications reported in the host. Such a link can be established by the parasitic secretions, which appear to be a promising source of “manipulation factors” that have the potential to interfere with the host behaviour, even if the parasite does not have a direct access to the host brain. The threespine stickleback- Schistocephalus solidus system is ideal to study the interaction between a vertebrate host and a parasite that is located inside the abdominal cavity of its host. The effects of the infection by the cestode on the morphology, the physiology and the behaviour of the fish have been extensively described in the past. But up to now, we don’t have any information about the molecular mechanisms that could be used by the worm to interact with its host. The objective of my PhD thesis was to study the molecular interaction between a vertebrate host, the threespine stickleback, and its non-cerebral parasite, Schistocephalus solidus. First, studying host–parasite interaction requires tracking the parasite during its development in the host. We developed and validated a nonlethal method to detect S. solidus inside the abdominal cavity of the stickleback, even when the worm(s) is/are small and that no visual clues allow to suspect the infection. The method is based on the detection with a real-time PCR method of the environmental DNA of S. solidus in the fluids of the abdominal cavity of the stickleback. Second, studying host-parasite interaction requires to obtain knowledge about the parasitic proteome (i.e. all the proteins that are expressed in its tissues). Proteomics allow to identify at a large scale all the proteins that could be involved in the phenotypic changes of the host. We described the proteome of S. solidus in terms of composition and function using high throughput proteomics (LC-MS/MS). We demonstrated that the tissues of the cestode included proteins involved in neural pathways and sensory perception, and proteins highly specific to the worm, which are interesting candidate “manipulation factors” to explain the behavioural changes of the stickleback. Third, it is necessary to study the secretions of S. solidus to gain new clues about the molecular mechanisms of host-parasite interaction. We described the protein part of the secretome of S. solidus (i.e. all the proteins that are released by the worm in its external environment) in terms of composition and function using a high throughput method similar to the one used to describe the total proteome. We found that the secretome of S. solidus included a total of 25 proteins that were not detected in the proteome and that were involved in cell-cell signaling, neural and immune functions, thus representing promising candidate “manipulation factors”. We completed our study with a functional approach by injecting secretions of S. solidus in two distinct populations of non-infected sticklebacks. We were not able to re-create the behaviours of infected fish with the injections in non-infected fish. Yet, our results suggest that the secretions affect a behaviour related to boldness. The results of my PhD thesis demonstrate that S. solidus, which is a non-cerebral parasite, could “manipulate” in part the behaviour of its vertebrate host, especially with the molecules included in its tissues and secretions. However, several mechanisms may be responsible for the behavioural changes in the stickleback infected by S. solidus. My PhD thesis emphasizes the importance to use in combination high throughput molecular methods and functional approaches to better understand the diversity of behaviours in nature.

Legionella pneumophila est la bactérie responsable de la légionellose, une pneumonie atypique dans les pays industrialisés. Les souches pathogènes sont issues de notre environnement après multiplication à l’intérieur d’amibes, sont disséminées par la technologie humaine, puis peuvent infecter les macrophages alvéolaires humains. Ce travail vise à caractériser une famille d’effecteurs du système de sécrétion de type IV Dot/Icm transloqués dans le cytoplasme de la cellule hôte, des protéine kinases, et en particulier à établir le rôle de la protéine kinase LegK2 dans la virulence. L’analyse in silico et des tests de phosphorylation in vitro ont permis d’identifier 5 protéine kinases fonctionnelles, LegK1-LegK5, codées par la souche épidémique L. pneumophila Lens. Des tests de translocation ont montré qu’à l’exception de LegK5, les protéine kinases de Legionella sont transloquées dans la cellule hôte de façon Icm/Dot dépendante. LegK2 joue un rôle clé dans la virulence, comme démontré par inactivation de gène. Les vacuoles contenant le mutant legK2 présentent un recrutement moins efficace de reticulum endoplasmique, ce qui entraine une réplication intracellulaire retardée. Un mutant de substitution déficient pour l’activité kinase présente les mêmes défauts de virulence, ce qui démontre le rôle central de la phosphorylation dans le contrôle de ce processus. Les mécanismes moléculaires contrôlés par LegK2 sont actuellement recherchés par identification de partenaires et/ou substrats protéiques / Legionella pneumophila is the most common causative agent of the severe pneumony legionellosis. Legionella pathogenic strains are emerging from the environment after intracellular multiplication in amoeba, are dissiminated by water aerosols technologies, and are able to infect alveolar macrophages of human lungs. This work aims to characterize one family of effectors translocated into the host cytoplasm, namely the protein kinase family, and particularly the role of LegK2 protein kinase in virulence. In silico analysis and in vitro phosphorylation assays allowed the identification of 5 functional protein kinases LegK1-LegK5 encoded by the epidemic L. pneumophila Lens strain. Translocation assays showed that except LegK5, the Legionella protein kinases are translocated. LegK2 plays a key role in bacterial virulence, as demonstrated by gene inactivation. The legK2 mutant containing vacuoles display less efficient recruitment of endoplasmic reticulum markers, which results in delayed intracellular replication. A kinase-dead substitution mutant of legK2 exhibits the same virulence defects. Molecular mechanisms controled by LegK2 have been investigated by searching LegK2 partner and substrate proteins

La multi-résistance aux drogues des bactéries est un problème majeur en clinique. L’un des mécanismes de résistance consiste à effluer les composés toxiques hors de la cellule grâce à des protéines de la membrane interne nommées pompes d’efflux. Ces protéines appartiennent à cinq familles (MFS, RND, MATE, SMR et ABC) et peuvent fonctionner en association avec deux autres types de protéines (protéine du périplasme et protéine de la membrane externe) pour former un canal. Dans le cadre d’une thématique de recherche basée sur l’étude des mécanismes de résistance auxdrogues de la bactérie pathogène Legionella pneumophila, une approche bioinformatique menée sur lesgénomes de trois souches séquencés (souches Lens, Paris et Philadelphia) a permis d’identifier des protéinespouvant participer à l’efflux. Notre but a été de vérifier l’implication de ces protéines dans la résistance auxdrogues et dans la virulence de Legionella en ciblant un ou plusieurs gènes codant pour des composants desystèmes d’efflux. Pour inactiver les gènes, nous avons choisi une stratégie de recombinaison homologue. Lesrecombinants ont été testés pour leur sensibilité à des composés toxiques afin de voir si les gènes ciblés jouentun rôle dans l’efflux d’E. coli. Un de ces mutants, le mutant MF201, altéré pour le gène codant pour une protéinehomologue à TolC chez E. coli s’est avéré être 2 à 16 fois plus sensible aux drogues testées comparé à lasouche sauvage. De plus, ce mutant présente un défaut important de virulence dans Acanthamoeba castellanii,Dictyostelium discoideum et les macrophages U937. Ce premier résultat implique que la protéine TolC-like deLegionella aurait un rôle clef dans la relation hôte pathogène et sous-tend un lien entre multi-résistance auxdrogues et virulence. Par ailleurs une étude de l’expression des gènes codant pour des pompes à efflux a étéinitiée afin de comprendre leur rôle au cours du cycle infectieux de Legionella. / Bacterial multi-drug resistance is of major concern in the case of clinic. One of the resistance mecanisms used by bacteria is the efflux of noxious compounds out of the cell thanks to inner membran proteins called efflux pumps. This proteins belong to five families (MFS, RND, MATE, SMR and ABC) and can function in close association with two partners (periplasmic protein and outer membrane protein) to form a canal. In our new research axis based on the study of the drug resistance of the bacterium Legionella pneumophila, we conducted a bioinformatical approach to identify efflux pumps proteins coded by the sequenced genome of three strains (strains Lens, Paris and Philadelphia). Our goal was to study the role of this proteins in Legionella drug resistance and in its virulence. The bioinformatic approach data allowed us to choose one or several genes coding for potential efflux pump components for genetic invalidation by an homologousrecombination strategy. The bacterial mutants were exposed to different noxious compounds in order to know ifthe target genes invalidated were implicated in the efflux of drugs. One of this mutants, strain MF201, which isdeleted for the gene encoding a protein homologous to E. coli TolC protein, revealed to be 2 to 16 times moresensitive to the drug tested compared to the wild-type strain. Furthermore, this mutant showed an importantvirulence defect in Acanthamoeba castellanii, Dictyostelium discoideum and U937 macrophages. This first resultsmeans that the TolC-like protein of Legionella could be a key factor in host-pathogen interaction and stronglysuggests a link between multi-drug resistance and virulence. We also initiated a transcriptomic approach to studyefflux pump genes expression in order to understand their role during the infectious cycle of Legionella.

L'objectif du groupe Im3i est d'étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans la relation symbiotique entre l'hôte et le microbiote intestinal afin de proposer des solutions pour le traitement de certaines pathologies humaines dans le contexte de la nutrition et de la sécurité alimentaire. Nous avons choisi une bactérie à Gram positif, Ruminococcus gnavus E1 , comme modèle d'étude. Cette bactérie, anaérobie stricte, a été isolée à partir du microbiote d'un adulte sain et son génome a été séquencé . L'étude in vivo a été menée sur des groupes de souris mono-colonisées par R. gnavus E1. Nos résultats montrent clairement une surexpression des gènes codant les fucosyltransférases et sialyltransférases intestinales au niveau du côlon. Les observations réalisées en microscopie confocale à l'aide de lectines ont confirmé ces résultats. L'étude in vitro nous a permis d'analyser l'impact des facteurs solubles présents dans le surnageant de R. gnavus E1 sur la glycosylation des cellules épithéliales intestinales. La caractérisation préliminaire de cette fraction soluble indique qu'elle est thermorésistante, de nature non lipidique et qu'elle possède une faible masse moléculaire (< 3 kDa). Nous pouvons conclure que les variations d'expression des ARNm des différentes glycosyltransférases des cellules en gobelet et des entérocytes entrainant un programme de réinitialisation des glycoprotéines du mucus impacté par R. gnavus E1. Cela ouvre des perspectives considérables dans le dialogue moléculaire qui s'établit entre l'hôte et les bactéries endogènes. / The aim of IM3I group is study molecular mechanisms involved in the symbiotic relationship between the host and the intestinal microbiota, accounting for both partners, in order to propose solutions to human health problems, especially in the context of nutrition and food safety. We have chosen a Gram positive bacteria, Ruminococcus gnavus E1, as a model. This bacterium, in strict anaerobia, is isolated from the dominant microbiota of healthy human for which the genome is currently being sequenced. In vivo, using animals that are mono-associates with R. gnavus E1, our RT-qPCR studies clearly show an up regulation of the expression of genes coding for intestinal fucosyltranferases and sialyltransferases, in the colon. This is also confirmed by confocal microscopy using lectins. Thus, R. gnavus E1 is able to reestablish the glycosylation profile. In vitro, we have studied the impact of soluble factors from the R. gnavus E1 supernatant. We found that the soluble supernatant fraction of R. gnavus E1 cultures differentially modulates the intestinal glycosylation process in HT29-MTX, Caco-2, independently or coculture 75% Caco-2 and 25% HT29-MTX cell lines. Preliminary characterization of this soluble fraction indicates that it is heat resistant, is not affected by elimination of lipids, and has a low molecular weight form (< 3 kDa). We conclude that the variation of expression of mRNAs coding for different glycosyltransferases in goblet cells and enterocytes proves the re-initiating program of glycoproteins and mucus protection layer by the dominant bacteria R. gnavus E1 and opens the prospect to a new host-indigenous bacteria molecular crosstalk in the intestine.