P. aeruginosa est l'un des principaux pathogènes responsables d'infections nosocomiales. Les infections aiguës à cette bactérie sont associées à une morbidité et une mortalité élevées, notamment lorsque ces bactéries envahissent le système sanguin. Dans la majorité des cas, ces infections du sang sont la conséquence du franchissement par P. aeruginosa de deux barrières tissulaires: l'épithélium pour les muqueuses et l'endothélium pour les vaisseaux. Bien que ces évènements soient des étapes cruciales de la dissémination systémique des bactéries, les mécanismes permettant la pénétration du pathogène dans l'organisme sont à ce jour mal compris. Pour l'endothélium, nous démontrons que P. aeruginosa induit le clivage de la VE-cadhérine, une protéine des jonctions intercellulaires, par l'action de la protéase LasB sécrétée par les bactéries. Le clivage de la VE-cadhérine entraîne une perte d'intégrité de l'endothélium, permettant aux bactéries d'accéder au domaine basolatéral des cellules. Les toxines du Système de Sécrétion de Type 3 peuvent être alors injectées dans la cellule, provoquant une intoxication cellulaire majeure. Le franchissement de la barrière épithéliale s'opère par un mécanisme très différent. Par microscopie confocale en temps réel, nous montrons que P. aeruginosa transmigre par une voie paracellulaire, en exploitant des faiblesses jonctionnelles aux sites de divisions et de morts cellulaires. Ce processus de transmigration requiert l'action coordonnée des pili de Type IV, du flagelle et de toxines du Système de Sécrétion de Type 3. / P. aeruginosa is one of the main pathogens responsible for nosocomial infections. Acute infections by this bacterium are associated with high rates of morbidity and mortality, especially when bacteria disseminate in the bloodstream. In most situations, blood infection is the consequence of the crossing of two essential tissue barriers by P. aeruginosa: the epithelium for the mucosa and the endothelium for the blood vessel. Although these events are critical steps for systemic spread of bacteria, the mechanisms involved in the penetration of the pathogen in the organism are poorly understood. For the endothelium, we demonstrate that P. aeruginosa induces the cleavage of VE-cadherin, a protein of endothelial junctions, by the action of LasB, a protease secreted by the bacteria. VE-cadherin cleavage induces a loss of integrity of the endothelium, allowing bacterial access to the cellular basolateral domain. Once in this location, the Type 3 secretion system may inject toxins into the cell, triggering a major intoxication process. Crossing of the epithelial barrier involves a very different mechanism. Using real-time confocal microscopy, we show that P. aeruginosa uses a paracellular route to transmigrate, exploiting junctional weaknesses at sites of cell division and cell death. This transmigration process requires the coordinate actions of Type IV pili, the flagellum and toxins of the Type 3 secretion system.

Le virus Nipah (NiV) est un paramyxovirus zoonotique du genre Henipavirus, qui a émergé en 1998. NiV infecte l'homme et cause des troubles respiratoires et des encéphalites avec une forte létalité. A l’inverse, chez les hôtes naturels de NiV, les chauves-souris de la famille des Pteropodidae, l’infection est asymptomatique. Cependant, les mécanismes permettant aux Pteropodidae de contrôler l’infection sont inconnus à ce jour. NiV produit des protéines non structurales, V, W et C, qui sont des facteurs de virulence. V, W et C inhibent les voies de l’interféron de type 1. De plus, la protéine W inhibe la production de chimiokines in vitro et module la réponse inflammatoire in vivo, mais son mécanisme d’action reste inconnu. La voie NF-κB étant le principal régulateur de la réponse inflammatoire, nous avons émis l’hypothèse que W pourrait moduler la voie NF-κB. Nous avons démontré que la protéine W inhibe l'activation de la voie canonique de NF-κB induite par TNFα et IL-1β, effet pour lequel sa région C-terminale spécifique est nécessaire. Nous avons également identifié quels signaux d’import et d’export nucléaires de W sont nécessaires à son effet inhibiteur et ainsi mis en évidence l’importance du trafic nucléo-cytoplasmique de W pour l’inhibition de NF-κB. L’étude des interactions de W avec les protéines cellulaires nous a permis d’identifier un partenaire prometteur connu pour son rôle dans le rétrocontrôle négatif de NF-κB. Enfin, le rôle de W dans l'inhibition de la voie NF-κB a été démontré pendant l'infection par NiV. Les résultats obtenus ouvrent la voie à la compréhension du mécanisme par lequel W module la réponse inflammatoire. Finalement, afin de mieux comprendre le contrôle de l’infection de NiV par son hôte naturel, nous avons généré des lignées cellulaires primaires et immortalisées de chauve-souris Pteropus giganteus. Ces cellules devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes par lesquels ces chauves-souris contrôlent l’infection virale. / Nipah virus (NiV), from Henipavirus genus, is a zoonotic paramyxovirus, which emerged in 1998. In humans, it causes acute respiratory distress and encephalitis with a high lethality. Conversely, the natural hosts of NiV, bats from the Pteropodidae family, are asymptomatic. The mechanisms by which the Pteropodidae control infection are unknown to date. NiV produces non-structural proteins, V, W and C, which are virulence factors. V, W and C inhibit the type 1 interferon pathways. Moreover, W inhibits the production of chemokines in vitro and modulates the inflammatory response in vivo, but its mechanism remains unknown. The NF-κB pathway being the main regulator of the inflammatory response, we hypothesized that W could modulate the NF-κB pathway. We demonstrated that protein W inhibits the activation of the NF-κB canonical pathway induced by TNFα and IL-1β. The specific C-terminal region of W is necessary for this effect. We have also identified which nuclear import and export signals of W are necessary for its inhibitory effect and thus highlight the importance of the nucleo-cytoplasmic trafficking of W for the inhibition of NF-κB. The study of the interactions of W with the cellular proteins allowed us to identify a promising partner known for its role in the negative feedback of NF-κB. Finally, the role of W in the inhibition of the NF-κB pathway was demonstrated during the infection with NiV. The results obtained open the way to understanding the mechanism by which W modulates the inflammatory response. Finally, to better understand the control of the infection of NiV by its natural host, we generated primary and immortalized cell lines of Pteropus giganteus bat. These cells should provide a better understanding of the mechanisms by which these bats control viral infection.

Darwin a révélé au monde que les espèces vivantes ne cessent jamais d’évoluer, mais les mécanismes moléculaires de cette évolution restent le sujet de recherches intenses. La biologie systémique propose que les relations entre génotype, environnement et phénotype soient sous-tendues par un ensemble de réseaux moléculaires dynamiques au sein de la cellule, mais l’organisation de ces réseaux demeure mystérieuse. En combinant des concepts établis en biologie évolutive et systémique avec la cartographie d’interactions protéiques et l’étude des méthodologies d’annotation de génomes, j’ai développé de nouvelles approches bioinformatiques qui ont en partie dévoilé la composition et l’organisation des systèmes cellulaires de trois organismes eucaryotes : la levure de boulanger, le nématode Caenorhabditis elegans et la plante Arabidopsis thaliana. L’analyse de ces systèmes m’a conduit à proposer des hypothèses sur les principes évolutifs des systèmes biologiques. En premier lieu, je propose une théorie selon laquelle la traduction fortuite de régions intergéniques produirait des peptides sur lesquels la sélection naturelle agirait pour aboutir occasionnellement à la création de protéines de novo. De plus, je montre que l’évolution de protéines apparues par duplication de gènes est corrélée avec celle de leurs profils d’interactions. Enfin, j’ai mis en évidence des signatures de la co-évolution ancestrale hôte-pathogène dans l’organisation topologique du réseau d‘interactions entre protéines de l’hôte. Mes travaux confortent l’hypothèse que les systèmes moléculaires évoluent, eux aussi, de manière darwinienne. / Darwin exposed to the world that living species continuously evolve. Yet the molecular mechanisms of evolution remain under intense research. Systems biology proposes that dynamic molecular networks underlie relationships between genotype, environment and phenotype, but the organization of these networks is mysterious. Combining established concepts from evolutionary and systems biology with protein interaction mapping and the study of genome annotation methodologies, I have developed new bioinformatics approaches that partially unveiled the composition and organization of cellular systems for three eukaryotic organisms: the baker’s yeast, the nematode Caenorhabditis elegans and the plant Arabidopsis thaliana. My analyses led to insights into the evolution of biological systems. First, I propose that the translation of peptides from intergenic regions could lead to de novo birth of new protein-coding genes. Second, I show that the evolution of proteins originating from gene duplications and of their physical interaction repertoires are tightly interrelated. Lastly, I uncover signatures of the ancestral host-pathogen co-evolution in the topology of a host protein interaction network. My PhD work supports the thesis that molecular systems also evolve in a Darwinian fashion.

Pseudomonas aeruginosa, une bactérie à Gram négatif responsable d'infections nosocomiales, possède de nombreux facteurs de virulence lui permettant d'infecter ses hôtes. En particulier, le Système de Sécrétion de Type III (SST3) lui permet d'injecter des effecteurs directement dans le cytoplasme de la cellule cible eucaryote. Durant cette thèse, deux protéines du SST3 de P. aeruginosa ont été étudiées : l'ATPase PscN et la protéine ExsB. Plusieurs approches ont été utilisées afin d'étudier l'ATPase PscN, indispensable à l'activité du SST3. Des mutations ponctuelles réalisées dans PscN conduisent à des souches de P. aeruginosa non cytotoxiques, et cet effet est dominant négatif. Une autre approche a permis l'obtention de fractions partiellement purifiées de l'ATPase PscN active, sous forme de grands complexes visualisés en microscopie électronique. Ces fractions contiennent également d'autres protéines du SST3, qui pourraient être des partenaires de PscN. La protéine ExsB a été caractérisée pour la première fois. Après avoir vérifié son expression chez P. aeruginosa, son association à la membrane externe de la bactérie a été démontrée. Son rôle a ensuite été étudié par une analyse du phénotype d'une souche de P. aeruginosa dépourvue du gène exsB. Nous n'avons pas identifié d'activité de ExsB dans la régulation du SST3. Après avoir constaté l'implication de ExsB dans la virulence de la bactérie dans des modèles d'infections aiguës chez les animaux, son rôle dans l'activité du SST3 a été établi. Nous avons enfin pu montrer que ExsB a une activité de pilotine, car elle participe à l'assemblage de la sécrétine, le composant de la membrane externe du SST3. / Pseudomonas aeruginosa, a Gram negative bacterium responsible for nosocomial infections, exhibits numerous virulence factors to infect its hosts. In particular, the Type III Secretion System (T3SS) allows the injection of effectors directly into the host cell cytoplasm. This work focuses on the study of two proteins from the T3SS of P. aeruginosa: the ATPase PscN and the ExsB protein. Several approaches were used to study the ATPase PscN, an enzyme essential for T3SS activity. Site-directed mutations, made on PscN, lead to non cytotoxic strains, and this effect is dominant negative. Another approach allowed the partial purification of active PscN, visualized as large complexes by electron microscopy. These partially purified samples also contain other T3SS proteins, which could interact with PscN. The ExsB protein was characterized for the first time. After checking its expression in P. aeruginosa, its association with the outer membrane was shown. The phenotypic analysis of a strain lacking exsB gene gave insights into the role of this protein. We did not identified any function of ExsB in the T3SS regulation. After showing the involvement of ExsB in the bacterial virulence during acute animal infections, ExsB role in T3SS activity was established. Finally, we showed that ExsB has a pilotin activity as it participates in the assembly of the secretin, the outer membrane component of T3SS.

Afin de déjouer les défenses immunitaires de l’hôte et créer les niches nécessaires à leur survie, les bactéries pathogènes mettent on œuvre de nombreux mécanismes ciblant les voies de signalisation de la cellule hôte. L’un de ces mécanismes repose sur la sécrétion de protéines bactériennes dans les cellules cibles afin de moduler directement leurs réseaux de signalisation. Cependant, les signaux, les senseurs et les effecteurs impliqués dans ces régulations sont encore peu ou mal connus. La détection de l’environnement dans la cellule hôte lors de l'infection est l’élément clé d’une réponse adaptée, et les systèmes de signalisation basés sur les mécanismes de phosphorylation sont indispensables à l'adaptation hôte-pathogène. L’aspect innovant de ce projet repose sur l’étude du rôle des Ser/Thr kinases et phosphatases sécrétées lors des interactions hôte-pathogène, modifiant ainsi la réponse globale de l’hôte durant l’infection. Pendant ma thèse, j’ai tout d’abord étudié le rôle d’une nouvelle protéine kinase bactérienne identifiée chez Coxiella burnetii, nommée CstK (Coxiella serine threonine Kinase). C. burnetii, l’agent étiologique de la zoonose appelée fièvre Q, modifie les défenses de la cellule hôte, permettant sa réplication dans des vacuoles spécifiques à l’intérieur de la cellule hôte. Par ailleurs, la sécrétion d’un grand nombre d’effecteurs bactériens est indispensable au détournement du phagosome par Coxiella. Nous ainsi avons démontré que cette potentielle protéine kinase, identifiée in silico dans le génome de C. burnetii, est capable de s’autophosphoryler et par conséquent possède une activité kinase. De plus, nous avons identifié différentes protéines spécifiques de la cellule hôte interagissant avec CstK à l'aide du modèle amibe Dictyostelium discoideum, un phagocyte professionnel eucaryote, permettant des études génétiques et biochimiques. Dans la deuxième partie de mon projet, je me suis intéressée au rôle d’une probable protéine sécrétée, la tyrosine phosphatase PtpA, durant l’infection par Staphylococcus aureus. Bien connue dans les hôpitaux, où elle est responsable de nombreuses maladies nosocomiales, cette bactérie possède un grand nombre de facteurs de virulence, responsables d’infections variées, et l’apparition exponentielle de souches multi-résistantes en font un problème majeur. Ce pathogène est capable d’envahir et de persister dans un grand nombre de types cellulaires différents chez l’Homme, en sécrétant des protéines effectrices qui vont moduler les réponses cellulaires. Nous avons démontré que PtpA était sécrétée durant la phase de croissance bactérienne, et pu déterminer que PtpA possédait une activité tyrosine phosphatase, régulée par la tyrosine kinase CapA1B2 de S. aureus. Enfin, en utilisant le modèle D. discoideum, nous avons pu identifier des protéines de l’hôte qui interagissent avec PtpA, mais leur rôle dans l’infection n’est pas encore connu. / Bacterial pathogens have developed diverse strategies towards host signalling pathways, in order to subvert the immune response and/or create permissive niches for their survival. One such strategy is based on the secretion of bacterial signalling proteins into the target host cells, thereby directly modulating the status of host signalling networks. Because the mechanisms involved are largely intractable to most in vivo analyses, very little is known about the signals, sensors, and effectors mediating these adaptations. Sensing the host environment is a key component to execute appropriate developmental programs, and the eukaryotic-like phosphosignaling systems in prokaryotes are emerging as equally important regulatory systems as the well-known eukaryotic systems, but the study of their functions is still in its infancy. The innovative aspect of this project resides in the study of the emerging role of secreted Ser/Thr kinases and phosphatases in the control of host-pathogen interactions thus modifying the global host response during infection. During my thesis, I first investigated the role of a novel bacterial protein kinase identified in Coxiella burnetii that we named CstK (Coxiella serine threonine Kinase). C. burnetii, the etiological agent of the emerging zoonosis Q fever, subverts host cell defenses, permitting its intracellular replication in specialized vacuoles within host cells. Secretion of a large number of bacterial effectors into host cell is absolutely required for rerouting the Coxiella phagosome. We demonstrated that this putative protein kinase identified by in silico analysis of the C. burnetii genome is able to autophosphorylate and undergoes in vitro phosphorylation. Moreover, we identified specific host cell proteins interacting with CstK, by the use of the model amoeba Dictyostelium discoideum, an eukaryotic professional phagocyte amenable to genetic and biochemical studies. In the second part of my project, I was interested in the role of a putative secreted protein tyrosine phosphatase (PtpA) during Staphylococcus aureus infection. Well-known in hospital-acquired diseases, this bacteria produces multiple virulence factors that lead to various severe diseases, and the increase of multi-resistant strains is a major concern. This pathogen has the ability to invade and persist in a number of different human host cell types, secreting effector proteins to modulate cellular responses. Here we demonstrated that PtpA is secreted during the bacterial growth. We also determined that PtpA presents a tyrosine phosphatase activity that is regulated by the tyrosine protein kinase CapA1B2 of S. aureus. At last, using the D. discoideum model, we identified some host proteins that interact with PtpA, but their link with infection still remain to be studied.

Un mini-transposon qui permet une mutagénèse stable et non marquée a été modifié pour permettre l’expression de gènes chez les mycoplasmes. Cet outil a tout d’abord été utilisé pour le développement de mycoplasmes fluorescents. Pour ce faire, les protéines mCherry, mKO2 et mNeonGreen ont été insérées dans le chromosome de deux espèces de mycoplasmes phylogénétiquement distants : Mycoplasma mycoides subsp. mycoides (Mmm) et Mycoplasma bovis (M. bovis). Cette insertion a permis l’observation sans précédent de colonies fluorescentes vertes et rouges chez les deux espèces et ce, sans toxicité apparente. De plus, des niveaux de fluorescence équivalents ont été quantifiés par cytométrie en flux chez les deux espèces, ce qui suggère que l’outil développé peut être largement utilisé chez les mycoplasmes. Ces mycoplasmes fluorescents ont ensuite été utilisés pour effectuer des études d’adhésion, d’invasion et de persistance de ces deux espèces de mycoplasmes avec différents types cellulaires bovins. Ces analyses ont confirmé que M. bovis présente de meilleures capacités d’adhésion et prolifération au support de culture, ainsi qu’aux cellules embryonnaires épithéliales qu’il envahi. Il présente aussi une meilleure résistance à la l’élimination par les macrophages. Néanmoins, Mmm a aussi été détecté à l’intérieur des macrophages après 72 heures d’infection, et ce, même à des MOI faibles et en présence de concentrations bactériostatiques d’antibiotique. Ensuite, le système d’expression a été utilisé pour tester la possibilité d’utiliser les mycoplasmes en tant que vecteurs vaccinaux. Le gène de la protéine H du virus de la peste des petits ruminants, utilisé avec succès dans des vaccins recombinants, a été inséré dans un mycoplasme caprin comme preuve de concept d’un vaccin multivalent. Cependant, malgré la détection d’ARNm spécifique, l’expression de la protéine virale n’a pas été mise en évidence, et ce, malgré le recours à une technique très sensible de détection par spectrométrie de masse. La preuve de concept n’a donc pas pu être réalisée. Pour conclure, les systèmes d’expression de gènes de fluorescences développés dans ces travaux sont bien adaptés aux études d’interaction hôte-pathogène et offrent une multitude de perspectives pour l’analyses fonctionnelle chez les mycoplasmes in vitro et in vivo.. / A mini-transposon affording unmarked, stable mutagenesis in mycoplasmas was modified to allow gene expression. This tool was first used for the development of fluorescence expression for stable and innocuous whole mycoplasma cell labelling. For this purpose, the fluorescent proteins GFP2, mCherry, mKO2 and mNeonGreen were introduced as chromosomal tags in the phylogenetically distant species Mycoplasma mycoides subsp. mycoides (Mmm) and Mycoplasma bovis (M. bovis), resulting in the unprecedented observation of red and green fluorescent mycoplasma colonies in the two species, with no apparent cytotoxicity. Equivalent fluorescence expression levels were quantified by flow cytometry in both species, suggesting that these tools can be broadly applied in mycoplasmas. These fluorescent mycoplasmas were then used to compare the adhesion, invasion and persistence of the two species in different bovine cells. They notably confirmed that M. bovis shows a higher adhesion and proliferation capacity to the inert culture surface and higher adhesion to embryonic lung epithelial cells, which it invades. It also shows an increased resistance to elimination by macrophages. However, fluorescent Mmm were also detected inside the phagocytes 72h post-infection, even at a low MOI. Finally, the expression vector was used to assess the possible use of mycoplasmas as vaccine vectors. For this purpose, we introduced the H gene of the “peste des petits ruminants” virus, already used in effective recombinant vaccines, in a caprine mycoplasma as proof-of-concept of a mycoplasma-based multivalent vaccine. However, despite the detection of specific mRNA, the expression of the viral protein could not be evidenced using a highly a sensitive peptide detection technique by mass spectrometry, so this prove of concept could not be delivered. Still, the fluorescence expression tools developed in this study are suitable for host-pathogen interaction studies and offer innumerable perspectives for the functional analysis of mycoplasmas both in vitro and in vivo.

La dérégulation de l’expression des microARN peut induire des cancers. De plus, ils jouent un rôle crucial dans la pathogénèse et la survie des virus. L’herpès virus humain de type 8 (HHV-8 ou KSHV) est l’agent étiologique du sarcome de Kaposi et est impliqué dans la génération de lymphomes agressifs de type B. De manière intéressante, le génome ce virus code 12 pré-miARN localisés dans la région de latence et exprimés sur un même pri-miARN. Les miARN du KSHV sont importants pour le maintien de la latence, l’inhibition de l’apoptose ou encore la régulation du cycle cellulaire de l’hôte. Nous nous intéressons à leur expression et leur régulation durant l’infection virale. Nous avons résolu la structure secondaire de l’ARN codant ces miARN afin d’identifier les critères structuraux responsables de leur accumulation différentielle. Nous avons initié une analyse cinétique de la première étape de maturation et enfin nous essayons d’identifier des co-facteurs modulant leur expression. / It is now well known that modulation of microRNAs expression is linked to the development of cancers. Moreover, they play a crucial role in the pathogenesis and the survival of some viruses. Kaposi’s sarcoma associated herpes virus (KSHV) is the etiologic agent of Kaposi’s sarcoma and is involved in human aggressive B lymphomas generation. Its genome encodes 12 precursor miRNAs that are clustered in a latency region and expressed on a single long primary transcript. KSHV miRNAs are important to maintain the virus latency and to regulate or inhibit the host cell cycle or apoptosis, respectively. Therefore, understanding the regulation of KSHV miRNA accumulation is of prime importance. In this respect, we resolved the secondary structure of them iRNA cluster to identify structural criteria responsible of their differential accumulation. In addition, we started to analyse the mechanism of their maturation by kinetics studies. Finally we tried to identify some cofactors of miRNA expression.

Les interactions hôte-pathogène sont un jeu vaste et complexe entre agent pathogène et hôtepour la victoire de la bataille de la pathogenèse. Plusieurs organismes modèles sont étudiéspour illustrer les mécanismes impliqués dans ces interactions. Dans ma thèse, j'ai utilisé lesplanaires comme un organisme modèle pour explorer les interactions hôte-pathogène. Comme les différents organismes modèles peuvent mettre enévidence les différentes caractéristiques de l'immunité, j'ai décidé de tirer avantage del'absence de connaissances sur l'immunité des planaires en explorant l'inexplorée. Dans monprojet, j'ai infecté les planaires avec 16 bactéries pathogènes : les planaires y sont très résistantes. Pour en explorer lemécanisme j'ai effectué un profilage du transcriptome à partir deplanaires infectées, suivie par un criblage par ARN interférence des gènes up-régulés. J'aidécouvert les gènes qui régissent la résistance antibactérienne dans les planaires, et de façonintéressante, le criblage a permis de mettre en évidence un gène, MORN2, dont la fonctionimmunologique était complètement inconnue. L'induction et l'extinction de l'expression de MORN2dans les macrophages ont révélé que MORN2 contrôle l'internalisation, la réplication et letrafic des bactéries à l'intérieur de la cellule. Dans mon étude, j'ai démontré que MORN2 estun composant de la phagocytose associée à LC3 et qu'il peut surmonter le blocage de lafusion phagolysosomale imposée par les bactéries pathogènes. Ainsi ma thèse met en avantl'importance d'utiliser des organismes modèles inhabituels afin de dévoiler des mécanismesinexplorées et des molécules impliquées dans les interactions hôte-pathogène. / Host-pathogen interaction is a vast and complex interplay between pathogen and hostto conquer the battle of pathogenesis. Several model organisms are being studied to illustratethe mechanisms involved in these interactions. In my thesis I have used planarians as a modelorganism to explore host-pathogen interactions. As different model organismscan highlight different features of immunity I decided to take advantage of lack of knowledgeabout planarian immunity and get benefits from exploring unexplored. In my project I haveinfected planarians with 16 pathogenic bacteria and I found that in contrary to othercommonly used model organisms such as Drosophila, C. elegans and zebrafish the planariansare highly resistant to bacterial infections. To explore the mechanism behind this resistance Iperformed infection induced transcriptome profiling followed by RNA interference screeningof up-regulated gens. I discovered genes governing antibacterial resistance in planarians andinterestingly the screening highlighted a gene MORN2 of which the immunological functionwas completely unknown. The human ortholog of MORN2 is then further assessed for itsantimicrobial function. Induced expression and down regulation of MORN2 in macrophagesrevealed that MORN2 controls uptake, replication and trafficking of bacteria inside the cell.In my study I demonstrated that MORN2 is a component of LC3-associated phagocytosis andit can overcome phagosome maturation blockage imposed by pathogenic bacteria. Thus mythesis propounds the importance of using unusual model organisms to unveil unexploredmechanisms and molecules involved in host-pathogen interactions.

L’apport de fer est essentiel pour la plupart des organismes vivants, incluant la majorité des bactéries pathogènes. Cependant, le fer libre est toxique : il est lié à des protéines de stockage et de transport (e.g. ferritine, hémoprotéines…) et voit son homéostasie finement régulée. Afin d’extraire le fer de ces protéines, les bactéries utilisent divers systèmes tels que des protéines de surface ou encore des sidérophores. Bacillus cereus est une bactérie Gram-positive sporulante, pathogène opportuniste chez l’homme, 2ème cause en France de toxi-infection alimentaire collective. Chez B. cereus, la protéine de surface IlsA et le sidérophore bacillibactine (BB) sont impliqués dans l’acquisition du fer de la ferritine exogène et elles sont importantes pour l’infection de l’insecte modèle Galleria mellonella. Mes travaux présentaient deux parties : tout d’abord, l’étude de l’import du complexe BB-Fe3+ dans la cellule par FeuA, protéine de liaison de ce complexe à la surface de la bactérie, souligne le rôle central du couple BB-FeuA. La délétion des gènes codants pour ces deux molécules limite l’acquisition par B. cereus du fer de la ferritine, de l’hème, de l’hémoglobine et du fer inorganique in vitro. En revanche, elle présente un phénotype de virulence in vivo comparable à la souche de référence dans le cas d’injection intra-hémocœlique de larves de G. mellonella. Ce résultat surprenant suggère un probable rétrocontrôle sur l’expression de facteurs de virulence lorsque B. cereus ne produit ni BB ni FeuA, et se trouve par conséquent fortement carencé en fer. Le second volet de mes travaux s’intéresse à l’expression des gènes liés à l’homéostasie du fer in vivo, au cours de l’infection de l’intestin de larves de G. mellonella axéniques. Nous avons choisi une approche de type microgénomique, en prélevant les échantillons par microdissection laser, sur de façon à prélever de petits échantillons dans une zone définie, puis en analysant l’expression de quelques gènes ciblés par RT-qPCR et ddPCR à 3h et 16h post ingestion. Nos résultats montrent que : i) la colonisation intestinale de G. mellonella est impactée lorsque B. cereus est dépourvu du couple BB-FeuA ; ii) ilsA est exprimé lors de l’infection intestinale ; iii) les gènes ciblés impliqués dans l’homéostasie du fer sont activés dès le début de l’infection, suggérant un rôle dans l’adaptation et la pathogénicité ; iv) une faible modulation de l’expression est observée entre les deux temps. Ces travaux ouvrent de nouvelles connaissances fondamentales sur l’homéostasie du fer et des perspectives quant à l’utilisation de nouvelles techniques pour l’étude in situ des interactions hôte-pathogène. / Iron acquisition is essential for most living organisms, including many pathogenic bacteria. However, free iron is toxic: it is bound into storage or transport proteins (e.g. ferritin, hemoproteins…) and iron homeostasis is tightly regulated. To scavenge iron from these sources, bacteria possess several systems to acquire the bound iron, by surface proteins or siderophores. Bacillus cereus is a sporeforming Gram-positive bacterium, opportunistic human pathogen, 2nd cause of food-borne disease in France. It has been demonstrated that the B. cereus surface protein IlsA and the siderophore bacillibactin (BB) are involved in iron acquisition from ferritin and that these two molecules are important for infection of the insect model G. mellonella. My thesis project focused on two parts: first the study of the BB-Fe3+ complex import into the cell by the siderophore binding protein FeuA highlights the central role of both BB and FeuA. The deletion of the genes encoding for these two molecules limits iron acquisition by B. cereus from ferritin, heme, hemoglobin and inorganic iron in vitro. On the other hand, the virulence phenotype during intra-haemocelic infection of G. mellonella is similar to the Wild-type strain. These results suggest a possible feedback on the expression of virulence factor genes when B. cereus is unable to synthetize both BB and FeuA, and therefore are under high stress. The second part of my work focused on the expression of genes involved in iron homeostasis in vivo, during gut infection of germ-free larvae of G. mellonella. We chose to perform a microgenomic approach, using laser-capture microdissection to get small samples in targeted areas, and then analysing the expression of chosen genes by RT-qPCR and ddPCR at two time points post ingestion The results show that : i) the colonisation of G. mellonella gut is impacted when B. cereus is deprived of both BB and FeuA ; ii) ilsA is expressed during gut infection ; iii) iron homeostasis is involved in adaptation and pathogenicity from the early step of infection of the insect gut ; iv) only weak gene expression modulation occured between the two timepoints This work gives new fundamental knowledge about B. cereus iron homeostasis, and highlights the use of new techniques regarding the in situ study of host-pathogen interactions.

Les levures Candida sont des pathogènes opportunistes responsables d’infections graves chez les patients immunodéprimés. Au cours de ce travail, nous avons développé un modèle cellulaire in vitro pour la caractérisation multiparamétrique des phénotypes d’interaction entre les levures Candida et les macrophages et les neutrophiles, principaux effecteurs de la défense anti-Candida. Il repose sur l’utilisation de marqueurs fluorescents pour le suivi quantitatif de l’interaction en cytométrie en flux et en fluorimétrie. Ce modèle a été validé par la comparaison de l’interaction de trois espèces de levures, C. albicans, C. glabrata et C. lusitaniae, avec des macrophages murins et des neutrophiles humains. Deux stratégies principales de survie des levures à la phagocytose ont été mises en évidence : par la résistance à la phagolyse et la multiplication des levures à l’intérieur des phagocytes jusqu’à leur éclatement, ou par l’évitement de la phagocytose et la multiplication des levures à l’extérieur des phagocytes. L’interprétation des données quantitatives a été confirmée par microscopie à fluorescence et vidéo-microscopie. Afin de mieux comprendre les interactions Candida-phagocytes, nous avons mis au point des outils pour l’analyse fonctionnelle de gènes chez C. lusitaniae. Une stratégie de PCR chevauchante a été développée pour l’obtention de mutants nuls de C. lusitaniae, sans étape de clonage. C’est ainsi que le gène OLE2, codant une Δ9 désaturase d’acides gras potentiellement impliquée dans la biosynthèse de la prostaglandine PGE2, a été invalidé. Le mutant ole2Δ présentait de très nets défauts de filamentation et de reproduction sexuée. Par rapport à une souche sauvage, le mutant ole2∆ était massivement phagocyté par les macrophages, et la survie des phagocytes était plus importante, ce qui suggère un rôle important des lipides insaturés et des oxylipides dans la signalisation cellulaire au cours de l’interaction Candida-phagocytes. Dans la dernière partie de notre travail, nous avons construit une banque de 10 000 mutants de C. lusitaniae par l’intégration aléatoire d’un marqueur dans le génome. Le criblage de cette banque à travers notre modèle cellulaire d’interaction permettra d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans l’interaction avec les phagocytes afin de mieux comprendre la physiopathologie des candidoses et de trouver de nouvelles pistes thérapeutiques. / Candida species are opportunistic pathogens causing severe infectious diseases in immunocompromised patients. In this work, we developed a tool for a multi-parameter characterization of the cell interactions between the yeasts Candida and both macrophages and neutrophils, which constitute the main defense against candidiasis. It relies on the labelling of each population with specific fluorescent markers, and on the use of fluorimetry and flow cytometry to assess interactions. The tool has been validated by comparing the interactions of three yeast species C. albicans, C. glabrata and C. lusitaniae, with murine macrophages and human neutrophils. We found that yeasts use two main ways for escaping phagocytosis, which has been confirmed using video-microscopy: either (1) by surviving to phagolysis and dividing into the phagosome until phagocytes burst, or (2) by avoiding phagocytosis and dividing outside phagocytes. In order to better understand the cellular and molecular mechanisms involved in Candida-phagocytes interactions, we developed new molecular tools for the functional analysis of genes in C. lusitaniae, notably a two-step cloning-free PCR-based method for the deletion of genes. This method was successfully used for the deletion of OLE2, a gene encoding a Δ9-desaturase of fatty acids, possibly implicated in prostaglandin PGE2 biosynthesis. The ole2Δ mutant exhibited strong defects in both pseudofilamention and sexual mating. During macrophages infection, ole2Δ yeast cells were massively internalized and triggered less phagocytes cell death than the wild type strain, suggesting that unsaturated fatty acids and/or oxylipids could play a role during interaction with phagocytes. Lastly, a bank of 10,000 mutants was constructed in C. lusitaniae by the random integration of a genetic marker in the genome. The screening of this bank through our tool to analyse cellular interactions will be undertaken to gain insights into understanding of the early stages of the infectious process.