De par sa capacité à détecter les microorganismes et à mettre en place une défense anti-infectieuse rapide, l’immunité innée représente la première ligne de défense de l’hôte. La réponse immunitaire innée est déclenchée par des motifs microbiens moléculaires universels et conservés reconnus par des récepteurs innés parmi lesquels les "Toll-like Receptors" (TLR). L’activation de ces récepteurs induit une inflammation locale et une réponse antimicrobienne adaptée au pathogène. Ces propriétés biologiques ont permis de d’envisager l’utilisation des TLR comme cible thérapeutique antiinfectieuse. Dans ce contexte il a été montré que la flagelline, le composant majeur des flagelles bactériens et le seul agoniste de TLR5 décrit à ce jour, possédait des propriétés anti-infectieuses. Des études chez la souris ont montré que la flagelline induisait une forte production, par des cellules lymphoïdes innées, d’IL-22, une cytokine impliquées dans la protection des muqueuses. Par ailleurs, la forte expression de TLR5 par les cellules épithéliales laisse présager un rôle de ces cellules dans les propriétés anti-infectieuses de la flagelline. Toutefois, les mécanismes moléculaires et cellulaires effecteurs responsables des effets antimicrobiens de l’agoniste de TLR5 restent à définir.Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié les capacités anti-infectieuses de la flagelline dans deux modèles infectieux chez la souris. Nous avons tout d’abord montré que l’administration systémique de flagelline, en prophylaxie c’est-à-dire préalablement au challenge infectieux, permettait de protéger d’une infection intestinale par Yersinia pseudotuberculosis. La protection induite par la flagelline est observable lors d’une infection par la voie muqueuse mais est absente lors d’un challenge infectieux par la voie systémique, démontrant ainsi le caractère muqueux de la protection. L’effet protecteur de la flagelline dans notre modèle est dépendant de l’expression de TLR5 et indépendant de l’IL-22. Cette étude suggère donc un mécanisme original de protection médié par la flagelline, indépendant de l’IL-22.Nous avons également analysé la capacité anti-infectieuse de la flagelline dans un modèle murin d’infection respiratoire à Streptococcus pneumoniae. Nous avons notamment montré que la flagelline pouvait être utilisée en thérapeutique lorsqu’elle était associée à un antibiotique. En effet, l’association d’amoxicilline ou de co-trimoxazole avec la flagelline (voie intranasale) a permis de protéger des souris infectées par une dose létale de S. pneumoniae comparativement à l’antibiotique seul. L’efficacité de cette thérapie est dépendante de l’activation de TLR5 et est associée à une infiltration pulmonaire importante de polynucléaires neutrophiles. Ce traitement combinatoire améliore également la protection dans un modèle de surinfection pneumococcique post-grippale. Ces résultats montrent que la combinaison agoniste de TLR5/antibiotique améliore la réponse anti-infectieuse pulmonaire et permettent d’envisager de nouvelles stratégies antibactériennes dans le cas d’infections où les antibiotiques montrent leurs limites (infections nosocomiales, bactéries multirésistantes…). / With its ability to sense micro-organisms and to induce a rapid defense against infections, innate immunity represents the first line of host’s defense. The innate immune response is triggered by universal and conserved microbial molecular patterns recognized by innate receptors including the Toll-like receptors (TLRs). Activation of these receptors induces local inflammation and antimicrobial response against pathogens. These biological properties have allowed considering the use of TLR as anti-infective therapeutic target. In this context it has been shown that flagellin, the major component of bacterial flagella and the agonist of TLR5, had anti-infectious properties. It was shown that flagellin induces a strong production by innate lymphoid cells of IL-22, a cytokine involved in the protection of mucosa. Furthermore, the strong expression of TLR5 by epithelial cells suggests a role for these cells in the anti-infectious properties of flagellin. However, the molecular and cellular mechanisms responsible for the antimicrobial effects of the TLR5 agonist remained to be defined.In this thesis, we studied the anti-infectious properties of flagellin in two infectious murine models. We first showed that systemic administration of flagellin, prior to infectious challenge, protect against an intestinal infection with Yersinia pseudotuberculosis. The protection induced by flagellin is observable upon infection by mucosal route but is absent during a challenge by the systemic route, thus demonstrating the role of the mucosa for the protection. The anti-bacterial effect in this model is dependent on the expression of TLR5 and independent of the innate lymphoid cells’ IL-22 production. This study suggests a novel mechanism of flagellin-mediated protection, independent of the IL-22.We also analyzed the anti-infectious abilities of flagellin in a murine model of respiratory infection by Streptococcus pneumoniae. In particular, we showed that flagellin could be used in therapy when combined to an antibiotic. Indeed, the combination of amoxicillin or co-trimoxazole with flagellin protected mice infected with a lethal dose of S. pneumoniae compared to antibiotic standalone. The effectiveness of this therapy was dependent on the activation of TLR5 and was associated with pulmonary infiltration of neutrophils. This combinatory treatment also improved the protection in a model of post-influenza pneumococcal superinfection. These results show that the combination of TLR5 agonist / antibiotic ameliorates pulmonary anti-infectious response and allow to consider new antibacterial strategies against infections when antibiotics reach their limits (nosocomial infections, multiresistant bacteria ...).

Le genre Entérovirus (EV) (famille des picornaviridae) est composé de petits virus à ARN non enveloppées classés en 12 espèces dont 7 sont pathogènes pour l'homme : 4 espèces (A-D) d'enterovirus humains (HEV) et trois espèces (A-C) de rhinovirus humains (HRV). Dans le genre enterovirus, les HRV et HEV sont reconnus comme des pathogènes respiratoires fréquemment responsables d'infections des voies aériennes supérieures et inférieures chez l'enfant et l'adulte. Entre 2009 et 2012, de nouveaux génotypes d'HEV à tropisme respiratoire (HEV-68, 104, 109, et le CVA-21) ont été décrits dans des cas isolés ou épidémiques démontrant la capacité des espèces A à D à induire des infections respiratoires basses humaines.La première phase de ce travail de thèse a eu pour objectifs de préciser le rôle étiologique des infections à EVs; d'identifier les génotypes potentiellement responsables des pathologies respiratoires pédiatriques nécessitant une hospitalisation, mais aussi d'analyser et de comparer les caractéristiques cliniques et épidémiologiques entre les différents groupes de génotypes identifiés. Nous avons réalisé une étude rétrospective sur une cohorte de 309 enfants hospitalisés au CHU de Reims entre septembre 2009 et juin 2010 pour une infection respiratoire aiguë non documentée microbiologiquement par la réalisation des tests virologiques et bactériologiques conventionnels. Nos résultats montrent que le génome des EVs (HEV et HRV) est retrouvé dans 60,5% (187/309) des aspirations naso-pharyngées des enfants hospitalisés, distinguant 15 infections à HEV (dont 10 souches HEV-68) et 172 à HRV. Les cas de bronchiolite et d'exacerbation de l'asthme (133/187) positifs pour la détection des souches HEV (12/133) étaient plus âgés (P=0,003) et plus fréquemment associés avec une détresse respiratoire (P=0,01) et un besoin en oxygénothérapie au moment de leur hospitalisation (P=0,01) que les cas infectés par un HRV. De plus, nous avons mis en évidence pour la première fois en France la circulation épidémique de souches d'HEV-68 (10/15 des souches d'HEV détectées) isolées au cours de l'automne 2009 chez des enfants hospitalisés pour une infection respiratoire aiguë. Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur ce génotype ré-émergent qui semble présenter un tropisme respiratoire spécifique des voies respiratoires inférieures.La seconde phase de ce travail de thèse s'est intéressée à étudier les mécanismes liés au développent des processus inflammatoires de la muqueuse au cours de l'infection des voies respiratoires basses par HEV. A l'aide d'un modèle in vitro de cellules respiratoires humaines (A549) infectées par HEV-B (CVB5, Mitchell), nous avons observé que l'infection réplicative des HEV dans les cellules A549 induisait une augmentation dose et temps-dépendante des ARNm, et des protéines IL-8, MCP-1 et RANTES.En conclusion, nos résultats obtenus à partir de prélèvements respiratoires dans le cadre de notre étude de cohorte suggèrent que les EVs représentent une cause étiologique fréquente d'infections respiratoires basses chez l'enfant avec une pathogénicité supérieure des HEVs (principalement dans notre étude HEV-68) par rapport aux souches HRVs. De plus, nos résultats obtenus à partir d'expérimentation in vitro démontrent que les HEVs du groupe B sont capables d'induire au cours de l'infection des cellules épithéliales alvéolaires humaines (A459) une sécrétion spécifique d'IL-8, MCP-1 et RANTES. La production de ces chimiokines correspond à une réponse innée de la cellule épithéliale humaine infectée par les HEVs: nous avons montré pour la première fois que ce mécanisme était en partie régulé par l'activation de la voie non canonique de NF-kB via la protéine NIK dans la cellule épithéliale respiratoire humaine. / The Enterovirus (EV) genus (picornaviridae family) consists of small non-enveloped positive RNA viruses classified in 12 species of which 7 are pathogenic for humans: four species (A-D) of human enterovirus (HEV) and three species (A-C) of human rhinovirus (HRV). Among the EV genus, HEV and HRV are recognized as leading causes of acute respiratory tract infections (ARTIs) in human. Between 2009 and 2012, new HEV respiratory genotypes (e. g. HEV-68, 104, 109, 117 and CVA-21) have been described in isolated cases or outbreaks supporting the ability HEV species A to D to induce lower respiratory tract infections. This supports the hypothesis of an underestimation of the prevalence and etiological role of EVs in pediatric acute respiratory tract infections (ARTIs) (more specifically bronchitis, bronchiolitis and asthma exacerbation).To assess the etiological role and the clinical characteristics of HRV and HEV infections in pediatric patients hospitalized for ARTIs, we conducted a retrospective study of 309 hospitalized pediatric patients in University Hospital Centre of Reims with microbiologically unexplained ARTIs from September 2009 to June 2010. Among the 309 ARTIs, 15 HEV and 172 HRV strains were identified. Among bronchiolitis and asthma exacerbation cases (n=133), HEV infected cases were older (P=0.003) and were more frequently associated with a respiratory distress (P=0.01) and a need for oxygen therapy at the time of admission (P=0.01) than cases infected by HRV strains. Interestingly, during this retrospective study, we provided evidence that during the fall 2009 in France, HEV-D68 strains were responsible for a low proportion of pediatric cases hospitalized for acute airway diseases including bronchiolitis and asthma exacerbation.To identify the mechanisms that can regulate the development of airway mucosa inflammation during HEV respiratory lower tract infections, we investigated the production of chemokines by HEV infected human alveolar epithelial cells (A549). Using in vitro model A549 cells infected by HEV-B (CVB5, Mitchell), we demonstrated that HEV-B strains isolated from upper respiratory tract of child with bronchiolitis could actively replicate in various human airway epithelial cells, and that this replicative infection induced specific dose and time-dependent increases in mRNA and protein secretion of IL-8, MCP-1 and RANTES, but not of all other CC and CXC human chemokines tested. The protein secretion of these chemokines appeared to be significantly increased at 48 and 72 hours post-infection in culture treated by low-doses of IFN-γ in comparison with mock-infected cells (P <0.001), and was correlated to the viral replication activity. In second time, we explore the pathogenic mechanisms that can regulate inflammatory responses to HEV in lower respiratory airways. We show that HEV infection induced a time-dependent increase of NIK protein accumulation that peaks at 16 hours post-infection (H P-I). NIK protein accumulation mediated the processing of p100 in p52, which association with Rel B was evidenced in nuclear compartment between 16 and 48 H P-I.In conclusion, our findings indicate that EVs are a common cause of lower respiratory tract infections in pediatric patients with a potential higher pathogenicity of HEV strains (mainly HEV-68) by comparison to HRV strains. Moreover, our in vitro results demonstrated that HEV are capable to induce the release of specific chemokines (IL -8, MCP-1 and RANTES) by alveolar epithelial cells during a replicative infection. Finally, we demonstrated for the first time that this innate airway epithelial cell response against HEV infection was partly regulated by the activation of the non-canonical NF-kB via NIK protein.