Par leur activité permanente à l’état basal et en situation infectieuse, les cellules dendritiques (DC) de l’organisme orchestrent la tolérance du soi et l’élimination du non-soi, en façonnant les réponses immunes. Ce rôle immunologique complexe des DC repose en grande partie sur des mécanismes de biologie cellulaire spécifiques, qui font l’objet d’un effort considérable de caractérisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse met en lumière une sous-population endosomale jouant un rôle clé dans les processus cellulaires de modulation de l’immunité par les DC : les endosomes IRAP+ (insulin responsive aminopeptidase). Etudiée dans différents contextes biologiques depuis 1930, IRAP s’est récemment révélée être impliquée dans l’apprêtement endo-phagosomal des antigènes exogènes par les DC, en vue de leur présentation croisée aux lymphocytes T (Saveanu et al., 2009; Weimershaus et al., 2012). Cette découverte a attiré notre attention sur les endosomes IRAP+/RAB14+ peu étudiés dans les DC. Ce travail étudie la place des endosomes IRAP dans la biologie cellulaire des DC ainsi que le rôle de ces endosomes dans les fonctions biologiques des DC. Nous avons étudié l’influence des endosomes IRAP sur les autres compartiments cellulaires et démontré leur implication dans un système endolysosomal de régulation de la réponse inflammatoire aux pathogènes. Nous avons également étudié l’impact de IRAP sur les processus de maturation des phagosomes et montré leur influence sur les processus subséquent d’élimination des pathogènes et de présentation croisée. Les endosomes IRAP+ sont donc mis en jeu dans la modulation de la maturation phagosomale et de l’inflammation, mais également dans l’optimisation de la présentation des antigènes aux lymphocytes T ; trois processus qui reposent sur une régulation fine de la compartimentation intracellulaire. L’ensemble des résultats de cette thèse définit les endosomes IRAP+ comme un des acteurs majeurs de la « régulation compartimentée » des processus cellulaires des DC, au cœur de la machinerie qui régit les équilibres de l’immunité. / Dendritic cells (DC) are central in immune system. They are permanently active in the organism at steady state and during infection, where they orchestrate tolerance against self and immunity against non-self, such a complex immunological role relies on specific cell biology mechanisms. These mechanisms are currently extensively studied. This work sheds light on a new endosomal compartment playing a crucial role in immunity modulation: IRAP (insulin responsive aminopeptidase)-containing endosomes. Studied in various contexts since 1930, IRAP was recently revealed to be required for exogenous antigen processing in endophagosomal compartment of DC and subsequent cell surface presentation to T lymphocytes (Saveanu et al., 2009; Weimershaus et al., 2012). This discovery prompted us to study IRAP+ endosomes that are poorly described in DC. This work studies IRAP-containing endosomes in DC compartments and questions their specific contribution in DC biological functions. We therefore investigated IRAP-containing endosomes relationship to other cellular compartments and demonstrated their requirement in an endolysosomal regulation system controlling pathogen related inflammation. We also studied the implication of IRAP-containing endosomes on phagosomes maturation and showed their influence on pathogen killing and cross presentation. IRAP-containing endosomes are required for several cellular functions that all rely on cellular compartmentalization. This work proposes IRAP-containing endosomes as a major actor of a “compartmental regulation” of DC functions, participating to fine tuning of immune balance.

Les infections fongiques invasives, sont des infections sévères grevées d’une lourde mortalité. Elles sont actuellement un problème majeur de santé publique et leur incidence augmente. Les candidémies représentent la quatrième cause d’infection hématogène nosocomiale aux Etats-Unis, les cryptococcoses sont responsables de 600 000 décès chaque année en Afrique et l’aspergillose invasive infecte 10% des patients transplantés de cellules souches. La mortalité de ces infections reste élevée avec des taux de mortalité de 50, 15 et 40% respectivement. L’augmentation de leur incidence est due à l’accroissement des populations immunodéprimées à risque de développer des infections fongiques en raison de l’augmentation des thérapeutiques immunosuppressives et de l’allongement de la durée de vie des patients immunodéprimés. Les infections fongiques invasives surviennent chez des patients immunodéprimés, majoritairement dans un contexte d’immunodépression acquise (neutropénie, chimiothérapie, greffe de cellules souches périphériques ou transplantation d’organe solide, diabète, infection par le virus de l’immunodéficience humaine), mais également secondairement à un déficit immunitaire héréditaire (granulomatose septique chronique, déficit immunitaire combiné, neutropénie congénitale, défaut de l’axe IFNγ-IL12). Cependant certains patients développent des infections fongiques invasives sans immunodépression ou facteurs de risques identifiés. Nous avons donc émis l’hypothèse que ces infections avaient possiblement une origine génétique non identifiée. Au cours de ma thèse, j’ai étudié une cohorte de patients présentant des infections fongiques invasives sans facteur favorisant identifié afin de rechercher une étiologie génétique à ces infections. Le premier groupe de patients que j’ai étudié présentait une dermatophytose invasive ou dermatophytose profonde sans immunodépression. Contrairement à la dermatophytose superficielle, en général bénigne et fréquente dans la population générale; la dermatophytose profonde est une infection rare, invasive et sévère, dans laquelle les dermatophytes (qui sont des champignons filamenteux) envahissent les tissus dermiques et hypodermiques, les ganglions et parfois les organes profonds. Les patients que j’ai étudié étaient tous originaires d’Afrique du Nord, pour la plupart issus de familles consanguines, dont certains avec des cas multiples. Ces observations suggéraient une origine génétique de la dermatophytose profonde avec une hérédité probablement récessive. Au cours de ma thèse, j’ai étudié les caractéristiques cliniques, immunologiques et génétiques de 18 patients atteints d’une dermatophytose profonde, issus de neuf familles Marocaines, Algériennes, Tunisiennes ou Egyptiennes. En parallèle, j’ai étudié des patients ayant présenté des infections fongiques avec localisations cérébrales. L’une de ces patients a présenté des abcès cérébraux suite à une infection disséminée à Exophiala dermatitidis et trois patients ont développé des infections du système nerveux central à Candida spp.. Les infections invasives à Exophiala dermatitidis sont des infections rares, avec de fréquentes atteintes du système nerveux central, survenant majoritairement chez des patients sans déficit immunitaire identifié suggérant l’existence d’une origine génétique probable méconnue chez ces patients. Les candidoses invasives surviennent habituellement chez des patients neutropéniques, ayant récemment subi une intervention chirurgicale ou étant porteurs d’un cathéter intraveineux. Parmi les candidoses invasives, les localisations au système nerveux central sont rares, et classiquement rapportées chez des nouveau-nés prématurés ou suite à une intervention neurochirurgicale. J’ai par ailleurs étudié une patiente ayant développé des infections invasives des tissus sous-cutanés et des adénopathies dues à un champignon filamenteux. (...) / Invasive fungal diseases are a major health problem as they are severe infections complicated with high mortality rates and with rising incidence. Invasive fungal diseases occur mainly in patients with acquired immunodeficiencies, but also with primary immunodeficiencies (chronic granulomatous disease, defect in IFN-ϒ/IL-12 axis, congenital neutropenia). However, few patients develop invasive fungal disease without known risk factor. We therefore hypothesized that these infections probably have an unidentified genetic etiology. I studied a cohort of patients who developed invasive fungal diseases without risk factors and searched for a genetic etiology to their infections. The first group of patients presented with deep dermatophytosis without known immunodeficiency. Deep dermatophytosis is a rare, invasive and severe infection where dermatophytes invade dermis, hypodermis, lymph nodes and sometimes deep organs. I could study clinical, immunological and genetic characteristics of 18 patients from nine families who presented deep dermatophytosis. I also studied patients who developed central nervous system (CNS) fungal infections; one patient with CNS Exophiala dermatitidis infection and three patients with CNS Candida spp. infection. Invasive E. dermatitidis infections are rare, with frequent CNS location, mainly reported in patients without known immunodeficiencies, suggesting a potential unknown genetic etiology in these patients. CNS candidiasis are also rare infections usually occuring in preterm neonates or following neurosurgery. Based on literature data previously reporting a large consanguineous Iranian family with CARD9 deficiency that developed chronic mucocutaneous and central nervous system candidiasis; according to candidate gene approach, I sequenced CARD9 in all patients. CARD9 is an adaptor protein expressed by myeloid cells that signals downstream Dectin-1 and Dectin2 that are the main Pattern Recognotion Receptor implicated in antifungal immunity. I identified in all studied patients homozygous CARD9 mutations. Among 18 patients with deep dermatophytosis, 16 had homozygous nonsense Q289X and two homozygous missense R101C mutation in CARD9. I identified R18W, R35Q and R70W homozygous missense mutations in the patients who developed E. dermatitidis and two patients who developed CNS candidiasis, respectively. Transmission was autosomal recessive for all patients, except for the one with E. dermatitidis infection who had an uniparental disomy. In contrast with controls, CARD9 expression is abolished in Q289X, reduced in R70W and normal in R18W patients’ myeloid cells. CARD9 deficient patients whole blood and dendritic cells display a selective response defect to Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae ; with IL-6 and TNF-α production impairment after Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae stimulation. This defect can explain elective fungal susceptibility of CARD9 deficient patients to invasive fungal infections. This work evidenced that CARD9 deficiency was the main genetic etiology of deep dermatophytosis. It also could evidence that CARD9 deficiency is associated with Exophiala dermatitidis and Candida spp. CNS infections. This susceptibility is associated with proinflammatory cytokines defect by dendritic cells and whole blood to fungal agents. Various fungal clinical phenotypes in CARD9 deficient patients assess CARD9 central role in skin and central nervous system antifungal immunity.

Les infections respiratoires et plus particulièrement la pneumonie représentent la première cause de mortalité infantile dans le monde. L’essor des technologies de diagnostic moléculaire a permis de mettre en évidence une étiologie très hétérogène des infections respiratoires ainsi qu’un taux élevé de co-infection virale et bactérienne dont l’impact clinique reste difficile à évaluer. La recherche translationnelle menée au cours de ce projet de thèse avait pour objectif de décrire l’étiologie des infections respiratoires ainsi que l’impact des co-infections sur la modulation de la réponse immunitaire innée. Nous avons développé un modèle d’étude in-vitro d’infection successive de cellules présentatrice d’antigènes (CPA) humaines par le virus Influenza (IAV) et Streptococcus pneumoniae (SP) et étudié la modulation de la réponse inflammatoire. Les résultats obtenus démontrent que la co-infection des CPA par ces deux pathogènes majeurs de la pneumonie impacte fortement sur leur viabilité et induit une dérégulation importante de la réponse inflammatoire. Au cours de la co-infection, la chémokine pro-inflammatoire IP-10 est exprimée de manière synergique suggérant un rôle jusqu’à présent non décrit de cette chémokine dans la pathogénèse de la pneumonie. Nous avons également démontré que les micro-ARNs (dont le miR-200a-3p) participent activement à la régulation de la réponse inflammatoire, en ciblant des régulateurs de la voie de signalisation JAK-STAT (SOCS-6) et indirectement la voie de synthèse d’IP-10. Récemment, nous avons évalué la réponse inflammatoire d’enfants âgés de moins de 5 ans hospitalisés pour une pneumonie, en partenariat avec les équipes médicales et scientifiques du Paraguay via le réseau GABRIEL. Ce volet d’étude confirme 1) une étiologie variée de la pneumonie chez l’enfant et 2) un taux d’IP-10 sérique significativement plus élevé chez les enfants co-infectés et présentant une pneumonie très sévère. / Respiratory infections, especially pneumonia are the leading cause of death among children under 5 years-old worldwide. Advances in molecular diagnostic have highlighted heterogeneous etiologies of respiratory infections with a high proportion of viral and bacterial co-infections whose clinical impact remain difficult to assess. The translational research conducted during this thesis aimed to describe the etiology of respiratory infections and the impact of viral and bacterial co-infections on the innate immunity.We have developed an in-vitro study model of sequential infection of antigen presenting cells (APC) by the human influenza virus and Streptococcus pneumoniae and studied the modulation of the inflammatory response. The results show that APC co-infection by those two major pathogens of pneumonia strongly impacts cells viability and induces a significant deregulation of the inflammatory response. During co-infection, pro-inflammatory chemokine IP-10 is synergistically expressed suggesting a role so far undescribed for this chemokine in the pathogenesis of pneumonia. We also demonstrated that micro-RNAs (including miR-200a-3p) actively participate in the regulation of the inflammatory response by targeting the signaling pathway regulators JAK-STAT (SOCS-6) and indirectly IP-10 signalling pathway.Recently, we evaluated the inflammatory response of children aged under 5 hospitalized for pneumonia, in partnership with medical and scientific teams of Paraguay involved in the GABRIEL network. This study confirmed 1) a varied etiology of childhood pneumonia and 2) a significant elevated IP-10 serum level among children with very severe pneumonia caused by mixed viral and bacterial co-infections.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est le rhumatisme inflammatoire le plus fréquent dont l’étiologie reste inconnue. Le rôle de l’immunité adaptative est bien décrit dans cette maladie auto-immune (auto-anticorps anti protéines citrullinées (ACPA)) mais le rôle de l’immunité innée reste peu étudié, en particulier l’impact des polynucléaires neutrophiles (PNN) et de certaines molécules, comme le TLR9 (Toll-like receptor 9) ou la protéine C1q. Les PNN, cellules clé dans l’inflammation et la lutte contre les pathogènes peuvent faire le lien entre immunité innée et adaptative. Ils pourraient avoir d’autres fonctions que celles communément admises. Le TLR9 reconnaît les ADN viraux et bactériens mais pourraient reconnaitre des ligands endogènes de la PR. C1q est le membre du système du complément qui initie l’activation de la voie classique. Il reconnait des complexes immuns, formés dans certains cas d’ACPA, mais aussi d’autres ligands. L’objectif de ce travail était de mieux comprendre certains mécanismes de l’immunité innée, parfois non décrits, qui pourraient être impliqués dans la PR. Tout d’abord, nous avons montré que les PNN expriment un TLR9 de surface fonctionnel en plus du TLR9 normalement présent dans les endosomes, et produisent de l’interféron (IFN)-α, cytokine principalement produite par les cellules dendritiques plasmacytoïdes. Ces nouvelles fonctions pourraient participer aux phénomènes inflammatoires retrouvés dans certaines maladies auto-immunes. Le modèle d’arthrite expérimentale au collagène nous a permis de montrer que le TLR9 n’est pas nécessaire au développement de l’arthrite et que C1q est essentiel dans les phases précoces de l’inflammation. Les expériences faites chez l’homme confirment ces résultats car le TLR9 n’est pas surexprimé chez les patients PR alors que la capacité des leucocytes du sang à lier C1q est corrélée à l’activité de la maladie. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives sur le rôle de l’immunité innée dans la PR. / Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune inflammatory and disabling disease with unknown etiology. Many studies have shown the involvement of adaptative immunity. Especially autoantibodies such as anti-citrullinated protein antibodies (ACPA) are specific for this pathology. However, the role of innate immunity is not much studies, in particular polymorphonuclear neutrophils (PMN) and some molecules, such as TLR9 (Toll-like receptor 9) or C1q. PMN are key cells involved in inflammation and pathogen elimination and can link innate adaptative immunity. All PMN functions are not known. TLR9 recognizes pathogen-derived DNA and even self DNA under certain circumstances. TLR9 might also recognize damage-associated molecular patterns found in RA. C1q is the first component of the classical complement pathway and is activated by immune complexes, potentially containing ACPA. It can also recognize apoptotic cells. The aim of this study was to better understand innate immune mechanisms, sometimes not described, potentially involved in RA. We first demonstrate that PMN express a functional TLR9 at the cell surface, in addition to the normal endosomal expression. They can also produce interferon (IFN)-α described as a plasmacytoid dentritic cell cytokine. Those new PMN functions might participate in inflammatory events found in some autoimmune diseases.We demonstrated that TLR9 is not involved in collagen-induced arthritis model whereas C1q is absolutely required, especially in early steps. Human experiments confirm those results : RA patients do not over-express TLR9 and C1q binding by PMN is correlated with disease activity. All those results offer new insights in the involvement of innate immunity in RA.

Plusieurs insectes se développant dans des milieux nutritionnellement déficients vivent en symbiose durable avec des bactéries intracellulaires (endosymbiotes) qui complémentent leur alimentation et améliorent leur pouvoir adaptatif. Alors que ces associations ont été largement étudiées sur les plans physiologiques et évolutifs, peu de travaux se sont consacrés à l’étude des mécanismes impliqués dans la tolérance et le contrôle des endosymbiotes par l’hôte. L’objectif de cette thèse est d’étudier, chez les charançons des céréales du genre Sitophilus, les particularités moléculaires et immunitaires du bactériome, un organe que l’insecte développe pour héberger les symbiotes et les isoler de sa réponse immunitaire systémique. Le bactériome du charançon exprime une réponse immunitaire modulée : des études transcriptomiques ont montré que les effecteurs de l’immunité sont peu exprimés dans cet organe, à l’exception d’un gène codant un peptide antimicrobien, la coléoptéricine A. Cette dernière interagit avec les endosymbiotes et participe à leur confinement intracellulaire. Dans une première partie, j’ai montré avec une approche d’interférence à l’ARN que l’expression du gène colA serait contrôlée par un système original qui impliquerait les gènes relish et tollip. Cette régulation « interne » au bactériome semble assurer le maintien des endosymbiotes et l’homéostasie de l’organe. Afin de comprendre comment le bactériome répond à une infection par les bactéries exogènes, j’ai suivi par RT-qPCR l’expression de gènes effecteurs de l’immunité dans le bactériome après injection systémique de bactéries à Gram positif ou négatif. Ceci a mis en évidence une réponse « externe », induite en cas d’infection, et qui aurait un rôle de protection des endosymbiotes contre les bactéries exogènes. Enfin, je me suis consacré à l’étude des changements de régulation accompagnant le passage du stade larvaire au stade adulte, marqué par une symbiose très dynamique. Le nombre d’endosymbiotes augmente fortement pendant les premiers jours de vie imaginale, puis diminue jusqu’à leur élimination complète par recyclage autophagique. Une analyse RNAseq a permis d’identifier les voies de signalisation dont l’activité accompagne cette dynamique. Une approche de RT-qPCR a également montré que l’immunité du bactériome est maintenue à un faible niveau d’activation pendant tout le processus de recyclage. Ce travail montre qu’au cours de leur évolution, les insectes ont sélectionné plusieurs stratégies pour assurer le maintien et l’ajustement de leur charge endosymbiotique en fonction de leurs besoins physiologiques : une signalisation immunitaire assurerait le confinement intracellulaire des endosymbiotes, et un ensemble de processus cellulaires incluant l’apoptose et l’autophagie semble être en associé aux voies métaboliques pour assurer le contrôle de la dynamique bactérienne et garantir le compromis bénéfice/coût de la symbiose. / Many insect species living on nutritionally unbalanced media depend on intracellular mutualistic bacteria, called obligatory endosymbionts, for their development and reproduction. Endosymbionts are housed in specialized host cells called bacteriocytes, that group together to form the bacteriome organ. Although such associations have been widely investigated on a physiological and evolutionary point of view, little is known about the mechanisms involved in the tolerance and the control of endosymbionts by the host. This work aims at deciphering the molecular and immune specificities of the bacteriome using the model system Sitophilus oryzae, the cereal weevil, and its obligate endosymbiont Sodalis pierantonius. The weevil bacteriome expresses a modulated immune response: transcriptomic studies showed that immune effector genes were lowly expressed despite the massive bacterial presence, with the exception of colA, a gene encoding for Coleoptericin A, an antimicrobial peptide. Coleoptericin A interacts with endosymbionts and participates in their intracellular seclusion. In a first chapter, I used RNA interference to demonstrate that colA gene expression may be controlled by an original system involving the genes relish and tollip. This “internal” regulation for endosymbiont control seems to maintain bacteriome homeostasis. In a second chapter, in order to understand how the bacteriome responds to an infection by exogenous bacteria, I followed up by RT-qPCR the expression of immune effector genes in the bacteriome after injection of Gram positive and Gram negative bacteria. This highlighted an “external” immune response, inducible upon infections, which may enable endosymbiont protection against exogenous intruders. In a third and last chapter, I focused on the regulation changes that accompany the switch from the larval stage to the imaginal stage, the latter being characterized by a very dynamic symbiosis. Endosymbiont load drastically increases during the first days of imaginal life, then rapidly decreases until complete elimination of the bacteria by autophagic recycling. RNAseq analysis allowed the identification of signaling pathways linked to this dynamic. A complementary RT-qPCR approach also showed that bacteriome immunity was laid low during the whole recycling process. This work shows that several strategies have been selected during host-symbiont coevolution to ensure the maintenance of the endosymbionts and the adjustment of their population depending on the insects physiological needs: immunity allows the intracellular seclusion in the bacteriocytes, and cell processes including autophagy and apoptosis are associated to metabolic pathways to control the endosymbiotic dynamics and secure the cost and benefit trade-off of symbiosis.

Mon projet a porté sur la caractérisation du mécanisme moléculaire des enzymes d'arenavirus (une 3'-5' exoribonucléase et une endonuclease) impliquées dans l'inhibition de la réponse innée IFN de type I et dans le vole de coiffe respectivement, et le développement d'une stratégie thérapeutique basée sur leur structures. Premièrement, j'ai résolu deux structures cristallographiques à haute résolution du domaine exoribonucléases du virus Mopeia (NP-exo MOPV) -un homologue du virus Lassa pathogène- en complexe avec deux ions différents. Ensuite, j'ai effectué une caractérisation fonctionnelle de l’activité exoribonucléase 3'-5' codée par ce domaine. Une corrélation entre la structure et la fonction de NP-exo MOPV démontre que; L’activité exoribonucléase 3'-5' est conservée chez les arenavirus pathogènes ainsi que chez les non-pathogènes. J'ai démontré pour la première fois que l'exoribonucléase est capable d'exciser un ARN misapparié, suggérant ainsi une potentielle activité de correction d'erreur par cette enzyme. Avec la structure de NP-exo MOPV, j'ai développé une stratégie in silico pour identifier des inhibiteurs potentiels spécifiques contre son activité et un inhibiteur a était identifié.En parallèle, nous avons résolu deux structures cristallographiques du domaine de l'endonuclease du virus de la LCMV en complexe avec deux ions catalytiques et deux composés appartenant a la famille des diketo. En résumé, ce travail éclaircit le rôle des exoribonucléases de la famille d'Arenaviridae allant de l’évasion de l'immunité innée à son implication directe dans la réplication. Il ouvre également la voie au développement des inhibiteurs contre ces nucléases. / My PhD work focused on the characterization of the molecular mechanism of two arenavirus enzymes - a 3'-5' exoribonuclease and an endonuclease - implicated in type I IFN suppression and mRNA cap-snatching respectively and the design of a structure based-drug strategy against them. First I solved two high resolution crystal structures of the exoribonuclease domain of Mopeia virus (NP-exo MOPV) -a non pathogenic homologue of the highly pathogenic Lassa virus- in complex with different metal ions. Next I performed an in depth functional characterization of the 3'-5' exoribonuclease activity encoded by this domain. By correlating the structure and function of NP-exo MOPV, I showed that; the 3'-5' exoribonuclease activity is conserved in pathogenic as well as in non-pathogenic arenaviruses. Also, I showed for the first time that this enzyme is able to excise a mismatched RNA suggesting that, arenaviruses might posses a mechanism to limit error incorporation by the RdR polymerase during replication. Using the crystal structure of NP-exo MOPV I designed a structure-based strategy to identify potential inhibitors specific for the 3'-5' exoribonuclease activity and have identified a potential inhibitor.Alongside, we solved two crystal structures of the endonuclease domain of LCMV in complex with two catalytic ions and two compounds belonging to the diketo family.In conclusion, this work has a deep implication extending the role of the Arenaviridae exoribonuclease from innate immunity evasion to direct implication in replication. It also paves the way for the development of inhibitors against these arenavirus nucleases.

Les premières souches bactériennes résistantes aux antibiotiques sont connues depuis 70 ans et se sont multipliées ces dernières années posant un grave problème de santé publique. Parmi les nombreux types d’infections induites par ces bactéries, nous nous sommes intéressés aux infections intestinales qui peuvent dégénérer en maladies inflammatoires de l’intestin et cancers. Notre travail de thèse a consisté à proposer des outils thérapeutiques dans le traitement des pathologies intestinales infectieuses : des peptides antimicrobiens dérivés de la chromogranine A et des extraits de plantes de la médecine traditionnelle béninoise. La chromogranine A est une protéine libérée par les cellules nerveuses, neuroendocrines et immunitaires au cours d’un stress et maturée en peptides. Des peptides actifs contre quatre souches bactériennes pathogènes (Klebsiella oxytoca, Salmonella enterica, Shigella sonnei et Vibrio cholera non O1) ont été identifiés et l’interaction bactérie-peptide analysée. L’étude de la combinaison peptide-antibiotique montre que la cateslytine permet de réduire les doses d’antibiotiques nécessaires. Ensuite, nous avons étudié l’implication de deux peptides sur un modèle de cellules neuroendocrines, les cellules BON. La chromofungine provoque la stimulation des cellules BON en induisant un influx de calcium extracellulaire, tandis que la catestatine est capable de bloquer l’activité de la chromofungine.Après un screening des extraits de 14 plantes du Bénin, nous avons isolé deux molécules, la sinensétine et l’O-tétraméthyléther scutellaréine, responsables de l’activité antibactérienne de Chromolaena odorata contre les pathogènes étudiés. / The first bacterial strains resistant to antibiotics appeared 70 years ago and have proliferated in recent years causing a serious public health problem. Such bacteria are responsible of several types of infections including intestinal infections with chronic inflammatory bowel diseases and cancers. This work consisted of proposing new therapeutic tools in the treatment of intestinal pathologies. In this context, we have studied antimicrobial peptides derived from chromogranin A and plant extracts used in Beninese traditional medicine for the treatment of such diseases. Chromogranin A is a protein produced by nervous, endocrine and immune cells during a stress and processed to generate biologically active peptides. We identified antimicrobial peptides, active against four pathogenic bacterial strains (Klebsiella oxytoca, Salmonella enterica, Shigella sonnei and Vibrio cholera non O1) and analyzed the bacteria-peptide interactions. Moreover, the study of the peptide-antibiotic combination shows that cateslytin is useful for reducing doses of antibiotic drugs. In addition of this work, we have studied the effects of two peptides derived from chromogranin A on neuroendocrine cells with model of BON cells. Chromofungin stimules BON cells by inducing an influx of extracellular calcium, whereas catestatin is able to block chromofungin’s activity.With plant extracts, after a screening on 14 plants from Benin, our works enabled us to isolate two active molecules, sinensetin and O-tetramethylether scutellarein, responsible of the antimicrobial activity of Chromolaena odorata against the studied pathogenic strains.

Les acides nucléiques sont des activateurs puissants des réponses immunitaires innées. Pour lutter contre les infections, les organismes multicellulaires ont développé de multiples façons de détecter les agents pathogènes. L'une d'entre elles est la reconnaissance de l'ADN dans le cytoplasme. La présence d'ADN dans le cytoplasme est généralement liée à des infections par des bactéries ou des virus comme le VIH. La GMP-AMP synthase cyclique (cGAS) est un capteur cytosolique essentiel de l'ADN chez les mammifères. Lors de la reconnaissance de l'ADN, cGAS synthétise le petit second messager cyclique GMP-AMP (cGAMP), qui active les voies de signalisation de l’immunité innée. De plus, cGAS joue un rôle central en réponse aux microbes et au développement de maladies auto-immunes comme les interféronopathies. Cette thèse examine le rôle de cGAS en réponse aux virus et à l’ADN du soi. En explorant la réponse médiée par cGAS en présence du VIH, nous avons constaté que dans les cellules produisant du virus, le cGAMP synthétisé par cGAS est contenu dans des particules virales et des vésicules extracellulaires. Les particules virales délivrent efficacement cGAMP aux cellules cibles et activent une réponse antivirale puissante. Le transfert de cGAMP nécessite une activité catalytique de cGAS et une fusion des particules virales avec les cellules cibles. Nous avons également montré que dans le contexte d'une infection, les virus à ADN tels que MVA et mCMV peuvent conditionner cGAMP. Par conséquent, le transfert de cGAMP médié par une infection virale est un mécanisme de défense généralisé du système immunitaire inné. Nous avons également étudié l'activation du cGAS par l'ADN en se concentrant sur l'ADN de la chromatine nucléaire. Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est compartimenté dans deux organelles: le noyau et les mitochondries. La compartimentation nucléaire de l'ADN peut être transitoirement perdue lors de la rupture de l'enveloppe nucléaire pendant la division cellulaire et lors des ruptures d'enveloppes nucléaires dans les cellules dendritiques migrantes (DC). Nous avons constaté que la rupture de l'enveloppe nucléaire ou la perte de l'intégrité de l'enveloppe nucléaire entraînent un recrutement de cGAS sur l'ADN nucléaire. Nous avons également montré que les DC présentent un pool nucléaire de cGAS à l'état basal. La rupture de l'enveloppe nucléaire pendant le cycle cellulaire conduit au recrutement de cGAS à l'ADN nucléaire. En jouant sur la localisation cGAS, nous avons montré que le cGAS est peu actif lorsqu'il se trouve dans le noyau et la transfection d'ADN exogène permet son activité enzymatique complète. L'expression du cGAS localisé dans le noyau des DC a conduit à la maturation des DC et à la production d'interféron de type I (IFN). La région N-terminale de cGAS régule la distribution nucléaire / cytoplasmique de cGAS dans les cellules en interphases et nous avons établi que les lamines A / C sont requises pour l'accès de cGAS à l'ADN nucléaire dans les DC migrantes. De façon inattendue, nous montrons que cGAS n'est pas activé lors de la rupture de l'enveloppe nucléaire. Enfin, nous identifions l'hétérochromatine pericentromérique comme étant l'ADN de liaison préférentielle pour le cGAS nucléaire exprimé dans les DC. Au total, notre étude montre que le noyau agit comme un site intracellulaire immunitaire privilégié pour l'activation de cGAS. Collectivement, nous avons montré une pertinence de l'activation de cGAS lors d'une infection virale et découvert un mécanisme « cheval de Troie » de l'incorporation de cGAMP dans la progénie virale. Nous avons également décrit des mécanismes, encore à définir, qui limitent les réponses à l'ADN de la chromatine dans le noyau. À mesure que les preuves augmentent sur la prise en charge de cGAS en réponse à des agents pathogènes, dans des maladies auto-immunes, en réponse aux dommages causés par l'ADN et dans le développement de la sénescence cellulaire, (...) / Nucleic acids are potent activators of innate immune responses. To control infections, multicellular organisms have developed multiple ways to detect pathogens. One of these is the recognition of DNA in the cytoplasm. Presence of DNA in the cytoplasm is usually linked to infections by bacteria or viruses, such as HIV. Cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) is an essential cytosolic sensor for DNA in mammals. Upon DNA recognition, cGAS synthetizes the small second messenger cyclic GMP-AMP (cGAMP), which activates innate immune signaling pathways. cGAS plays a pivotal role in response to microbes and in the development of autoimmune diseases such as interferonopathies. This thesis investigate the role of cGAS in response to viruses and to self DNA. By exploring the cGAS-mediated response to HIV, we found that in cells producing virus, cGAS-synthesized cGAMP is packaged in viral particles and extracellular vesicles. Viral particles efficiently deliver cGAMP to target cells and activate a potent antiviral response. The transfer of cGAMP requires cGAS catalytic activity and fusion of the viral particles with the target cells. We also showed that in the context of an infection, DNA viruses such as MVA and mCMV can package cGAMP. Therefore viral mediated cGAMP transfer is a generalized defense mechanism of the innate immune system. We further investigated cGAS activation by DNA focusing our attention on nuclear chromatin DNA. In eukaryotic cells, DNA is compartmentalized in two organelles: the nucleus and the mitochondrion. Nuclear compartmentalization of DNA can be transiently lost upon nuclear envelope breakdown during cell division and upon nuclear envelope ruptures in migrating dendritic cells (DCs). We found that nuclear envelope breakdown or loss of nuclear envelope integrity leads to cGAS recruitment on the nuclear DNA. We also showed that DCs present with a nuclear pool of cGAS at steady state. Nuclear envelope breakdown during cell cycle leads to cGAS recruitment to the nuclear DNA. By manipulating cGAS localization, we showed that cGAS is poorly active when in the nucleus, and that providing exogenous DNA unmasked its full enzymatic activity. Expression of nuclear localized-cGAS in DCs leads to DCs maturation and Type I interferon (IFN) production. The N-terminal region of cGAS regulates cGAS nuclear/cytoplasmic distribution in interphase cells and we established Lamin A/C as required for cGAS accessibility to nuclear DNA in migrating DCs. Unexpectedly, we show that cGAS is not activated upon nuclear envelope rupture. Finally, we identify the pericentromeric heterochromatin as the preferential binding DNA for expressed nuclear cGAS in DCs. Altogether, our study shows the nucleus to act as an intracellular immune-privileged site for the activation of cGAS. Collectively, we have shown relevance of cGAS activation upon viral infection and uncovered a Trojan horse mechanism of cGAMP incorporation in the viral progeny. We have also described yet to be defined regulatory mechanisms that limit responses towards chromatin DNA in the nucleus. As evidence grows for cGAS involvement in response to pathogens, in autoimmune diseases, in response to DNA damage and in the development of cell senescence, fully understanding the mechanisms of distinction between self and pathogen related DNA by the sensor will be important to develop effective means to regulate the pathway.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MII), incluant la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse, sont des maladies chroniques qui résultent d’un dérèglement de la réponse immunitaire aux microorganismes de la lumière intestinale. Des études de séquençages réalisées par le laboratoire du Dr. Rioux, avec ses collègues du International IBD Genetics Consortium ont identifié quatre variants rares, indépendants et causals pour les MII, dans le gène IFIH1. La protéine d’IFIH1 (MDA5) interagit avec certains virus à ARN, afin de déclencher une réponse antivirale de l’immunité innée. Nous avions émis l’hypothèse que ces variants dans IFIH1 diminuaient la réponse antivirale de l’épithélium intestinal, suite à une infection. Nous avons d’abord travaillé avec des lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs) obtenues à partir d’individus atteints de MII et qui sont homozygotes ou hétérozygotes composés pour ces variants, ainsi qu’à partir d’individus contrôles (IFIH1 wt). Ces LCLs ont été reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites humaines, avant d’être différenciées en cultures épithéliales intestinales. Nos résultats ont d’abord confirmé l’impact des variants sur la structure génique et protéique (IFIH1/MDA5), dans ces modèles cellulaires. Puis, la réponse antivirale a été induite, grâce à la stimulation avec des agents (moléculaire et viral) connus pour stimulés la protéine MDA5. Nous avons démontré que ces variants dans IFIH1 induisaient effectivement une moins grande réponse antivirale, caractérisée par une plus faible expression d’IFNs, comparativement aux contrôles. Finalement, la modulation des IFNs constituerait une avenue potentiellement intéressante pour le traitement des patients atteints des MII et porteurs des variants causals. / Inflammatory Bowel Disease (IBD), including Cronh’s disease and ulcerative colitis, are chronic inflammatory diseases of the gastro-intestinal tract. IBD is associated with a disturbance of the immune response to the microorganisms of the intestinal lumen. Sequencing studies conducted by the laboratory of Dr. John Rioux, in collaboration with his colleagues of the International IBD Genetics Consortium, identified four rare and independent variants in IFIH1, associated to IBD. The protein of IFIH1 (MDA5) interacts with certain RNA viruses to trigger the innate mechanism of antiviral defense. Our hypothesis was that these IFIH1 variants decreased the intestinal epithelial antiviral response, following an infection. We first worked with lymphoblastoid cell lines (LCLs) obtained from IBD patients who are homozygotes or compound heterozygotes for the different variants, as well as from control individuals (IFIH1 wt). These LCLs were reprogrammed into human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs), before being differentiated into intestinal epithelial cultures. Our results first confirmed the impact the variants on the genetic and protein structure for these models. Then, the antiviral response was triggered by the stimulation of LCLs and intestinal epithelial cells, with agents (molecular and viral) known to stimulate MDA5. We have demonstrated that these IFIH1 variants did indeed induce a lower antiviral response, characterized by lower IFNs expression, compared to control cell lines. Finally, modulation of IFNs could be an interesting avenue for the treatment of IBD patients with the causal variants.

Depuis 2008, des épisodes de surmortalité massive d’origine multifactorielle, affectent mondialement les élevages de juvéniles d’huître creuse Crassostrea gigas dont le virus de type herpès, l’OsHV-1, peut être considéré comme un des agents pathogènes majeurs. L’immunité des huîtres, repose sur un système immunitaire inné et a longtemps été considéré comme peu spécifique et dépourvu de mémoire. Cependant, cette vision a été remise en question via des études ayant démontré l’existence d’une réponse immunitaire spécifique et mémoire chez des invertébrés. Dans le cadre de cette thèse, l’objectif était de caractériser le priming immunitaire antiviral ainsi que ses mécanismes chez l’huître face au virus OsHV-1. En stimulant les huîtres avec un agent mimétique viral, le poly(I:C), nos travaux ont montré que cette molécule protégeait spécifiquement contre l’OsHV-1 en milieu contrôlé et en milieu naturel sur le long terme, en améliorant le taux de survie des huîtres de près de 100%, mais pas d’infections bactériennes. Une approche RNA-seq nous a permis d’identifier différentes voies de signalisations immunitaires antivirales régulées suite à la stimulation par le poly(I:C). Les profils de régulation sont majoritairement maintenus dans le temps (au moins 10 jours), ce qui pourrait expliquer la protection observée. L’ensemble de ces résultats montre l’existence d’un phénomène de priming immunitaire antiviral efficace chez un Lophotrochozoaire et apporte une contribution à la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à ce phénomène. Ces travaux ont permis d’apporter des pistes de sortie de crise pour la filière ostréicole jusqu’alors inexplorées. / Since 2008, mass mortality events of multifactorial origin have affected the Pacific oyster Crassostrea gigas farms worldwide, in which a herpesvirus, the OsHV-1, can be considered as one of the major pathogens. The immunity of oysters, as for all invertebrates, is based on an innate immune system that has long been considered to be scarcely specific and to lack memory. However, in recent years this simplistic view has been questioned through studies that have demonstrated the existence of a specific immune response and memory. However, knowledge about the mechanisms underlying these phenomena still remains extremely fragmentary. The aim of this thesis was to characterize the antiviral immune priming and its mechanisms in the oyster against OsHV-1. By stimulating oysters with a viral mimic, poly(I:C), we have shown that this molecule specifically protects against OsHV-1 in controlled environment and in natural environment, protecting oysters from mass mortality events on the long term (min. 5 months) by improving oyster survival by almost 100% but does not protect against bacterial infection. A RNA-seq approach carried out during this thesis allowed us to identify different antiviral immune pathways regulated following the stimulation by poly(I:C). The regulation profiles are mostly maintained over time (at least 10 days), which could explain the observed protection. All these results show the existence of an effective antiviral immune priming phenomenon in a Lophotrochozoan and contribute to the understanding of the molecular mechanisms underlying this phenomenon. This work opens new perspectives hitherto unexplored to support oyster farming against this crisis.