L’aflatoxine B1 (AFB1) est une mycotoxine contaminant de nombreux substrats agricoles, notamment les céréales, arachides, pistaches, graines de coton et autres fruits secs. Elle est génotoxique, agit comme un initiateur de la cancérogenèse et elle est classée par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) dans le groupe I des molécules carcinogènes pour les hommes et les animaux. Cette toxine est produite par des espèces fongiques appartenant essentiellement au genre Aspergillus et à la section Flavi ; A. flavus étant l’espèce la plus préoccupante. Cette espèce peut se développer à la fois au champ ou lors du stockage des matières premières après récolte. Plusieurs études montrent qu’un grand nombre de denrées alimentaires destinées à l’alimentation humaine et animale sont contaminées par les aflatoxines mettant en évidence la faible efficacité ou l’insuffisance des stratégies actuelles utilisées pour la maîtrise de cette contamination. L’objectif principal de cette étude est le développement d’une stratégie alternative basée sur l’utilisation de produits naturels et visant à réduire la production de la toxine par les moisissures aflatoxinogènes. Grâce à l’élaboration d’un outil moléculaire regroupant un ensemble de gènes impliqués directement ou indirectement dans la biosynthèse de l’AFB1, ce travail permet de mieux comprendre le mécanisme d’action moléculaire de composés anti-aflatoxinogènes. Des extraits aqueux de plantes méditerranéennes ont été testés pour leur efficacité à inhiber l’aflatoxinogénèse. Ainsi, l’extrait aqueux d’hysope, Micomeria graeca, présente des propriétés anti-aflatoxinogènes importantes sans modification de la croissance fongique. Son effet inhibiteur sur plusieurs souches productrices d’aflatoxines ainsi que son mécanisme d’action ont été caractérisés. Ce dernier semble impliquer des gènes pivots dans la régulation des métabolismes fongiques primaire et secondaire ainsi que des voies impliquées dans la réponse cellulaire au stress oxydatif. Ces travaux permettent de valider l’utilisation d’extraits naturels comme stratégie alternative de lutte contre la contamination des aliments par les aflatoxines.

Les imidazoquinoxalines (imiqualines), molécules bioactives originales analogues chimiques de l’imiquimod et présentant un important potentiel anticancéreux, ont été explorées afin d’élucider leurs mécanismes d'action. Les molécules EAPB0203 et EAPB0503, identifiées lors d’études antérieures comme étant les « têtes de séries », ont montré un effet cytotoxique puissant in vitro sur des lignées cellulaires cancéreuses humaines de mélanome et de lymphomes T. Nous avons étudié l’effet cytotoxique de 13 imiqualines nouvellement synthétisées sur une lignée cellulaire de mélanome humain (A375). Tous les composés ont montré un effet cytotoxique important. L’effet cytotoxique a été démontré sur d’autres lignées cellulaires cancéreuses humaines (côlon, sein et lymphome T de l’adulte).Un blocage du cycle cellulaire en phase G2/M a été mis en évidence par cytométrie en flux sur des cellules A375 traitées par EAPB0203 et EAPB0503. Cet arrêt du cycle cellulaire semble être en relation avec un effet inhibiteur de la polymérisation de la tubuline. En effet, nos résultats ont montré que l’EAPB0503 et 3 autres imiqualines inhibent la polymérisation de la tubuline. L’étude de modélisation moléculaire de la liaison à de la tubuline a montré que ces composés se fixent sur le site de la colchicine.Une analyse transcriptomique sur EAPB0503 a été effectuée pour élucider le mécanisme d'action des imiqualines. Cette étude a été faite sur la lignée A375 en comparaison avec 13 anticancéreux de référence. L’étude transcriptomique a montré que EAPB0503 a une composante antitubuline tout en révélant un mécanisme d’action original. Deux hypothèses mécanistiques pour EAPB0503 ont ainsi été identifiées : 1/ altération de la voie de signalisation liée aux intégrines, 2/ altération de la voie de signalisation du récepteur TNFR et de FasL.Des analyses fonctionnelles in vitro nous ont permis d’explorer ces hypothèses. Ainsi, une altération uniquement des voies de signalisation PI3K/AKT et RAS/MAPK, toutes deux liées aux intégrines, a été observée. La première hypothèse semble donc validée. De plus, ce résultat a été confirmé par l’étude de l’expression et de la phosphorylation de ERK.Finalement, nous avons développé une formulation injectable par voie intraveineuse de EAPB0503 à base de nanocapsules. Cette formulation a d’abord été testée in vitro et in vivo sur un modèle de lymphome. Ces études ont pu mettre en évidence l’absence de toxicité des nanoparticules vides et le maintien de l’activité cytotoxique de EAPB0503 encapsulé in vitro, avec un effet immunomodulateur in vivo qui demande à être exploré. / The imidazoquinoxalines (imiqualines), original bioactive molecules and chemical analogues of imiquimod and with significant anti-cancer potential, were explored in order to elucidate their mechanisms of action. The molecules EAPB0203 and EAPB0503 identified in previous studies as leader, showed potent in vitro cytotoxic effect on human cancer cell lines of melanoma and T lymphoma. We studied the cytotoxic effect 13 newly synthesized imiqualines on a cell line of human melanoma (A375). All compounds showed a significant cytotoxic effect. The cytotoxic effect was shown on other human cancer cell lines (colon, breast and adult T lymphoma).A cell cycle block in G2 / M phase was demonstrated by flow cytometry on A375 cells treated with EAPB0203 and EAPB0503. This cell cycle arrest seems to be related with an inhibitory effect on the polymerization of tubulin. Indeed, our results showed that EAPB0503 and three other imiqualines inhibit tubulin polymerization. The molecular modeling study of binding to tubulin showed that these compounds bind at the colchicine site.A transcriptomic analysis on EAPB0503 was performed to elucidate the mechanism of action of imiqualines. This study was made on the A375 line compared with 13 approuved anticancer molecules. This transcriptomic study showed that EAPB0503 has an antitubulin effect while revealing a novel mechanism of action. Two mechanistic hypotheses for EAPB0503 were identified: 1/ alteration of the signaling pathway linked to integrin, 2/ alteration of the signaling pathway TNFR receptor and FasL.In vitro functional analyses have allowed us to explore these hypotheses. Thus, alteration only PI3K / AKT and RAS / MAPK signaling pathways, both related to integrins, was observed. The first hypothesis seems confirmed. Moreover, this result was confirmed by the study of the expression and phosphorylation of ERK.Finally, we developed an intravenously injectable formulation of EAPB0503 based on nanocapsules. This formulation was first tested in vitro and in vivo on lymphoma model. These studies could highlight the lack of toxicity of empty nanoparticles and retention of the cytotoxic activity of encapsulated EAPB0503 in vitro, with an in vivo immunomodulatory effect which needs to be explored.

L’étude de plantes appartenant au genre Psorospermum, a conduit à isoler plusieurs composés anthranoïdes, dont 9 vismiones, à partir de l’extrait d’écorce de P. glaberrimum. Celles-ci ont montré de fortes activités anti-Leishmania. Afin de vérifier que l’activité anti-Leishmania des extraits est corrélée à leur teneur en vismiones, un dosage par LC-FTMS des vismiones dans plusieurs organes de différentes espèces de Psorospermum a été réalisé. Une approche par synthèse organique a permis 1) d’obtenir une large variété d’analogues de vismiones dans le but de mieux comprendre les déterminants structuraux responsables de l’activité anti-Leishmania ; 2) de synthétiser un analogue présentant une activité optimisée ainsi qu’une stabilité augmentée par rapport aux vismiones naturelles ; 3) de mettre au point une voie de synthèse totale des vismiones, encore jamais réalisée à ce jour. L’activité anti-Leishmania des analogues synthétisés ainsi que leur cytotoxicité ont été évaluées. Enfin, des premières investigations sur le mécanisme d’action des vismiones ont été réalisées sur un modèle végétal exprimant une voie de biosynthèse essentielle à la croissance chez le parasite. Ces investigations nous ont conduits à étudier plus avant les propriétés de fluorescence intrinsèques des vismiones, qui en font potentiellement des outils intéressants en tant que sondes fluorescentes. / The study of plants belonging to the Psorospermum genus, led us to isolate several anthranoïd compounds, among which 9 vismiones, from an extract of P. glaberrimum bark. The latter have shown strong anti-Leishmania activity. In order to check if the anti-Leishmania activity of the extracts correlates with their vismiones content, a dosage of the vismiones in several organs of various Psorospermum species has been carried out using LC-FTMS. Organic synthesis work has allowed: 1) to obtain a wide variety of vismione analogues in order to better understand which structural subunit is responsible for the anti-Leishmania activity; 2) to synthesize an analogue showing an optimised activity as well as an enhanced stability compared to natural vismiones; 3) set up a route for the total synthesis of vismione, which has never been achieved yet. The anti-Leishmania activities of the synthesized analogues, as well as their cytotoxicity were evaluated. Finally, preliminary investigations on the mode of action of vismiones were carried out on a plant model which has a biosynthetic pathway essential for the survival of the parasite. These investigations led us to further study the intrinsic fluorescence properties of the vismiones, which potentially make them interesting tools as fluorescent probes.

RESUME Le paludisme, la maladie la plus dévastatrice des régions tropicales fait l’objet de nombreuses recherches ayant pour but de trouver des médicaments préventifs, du matériel de protection, de nouveaux traitements, des vaccins, … Notre travail s’est inscrit dans la recherche des composés naturels actifs sur l’agent pathogène, le Plasmodium. Nos investigations phytochimiques et pharmacologiques ont porté sur Triclisia sacleuxii, une plante utilisée en médecine traditionnelle pour traiter diverses maladies dont deux parasitaires: la schistosomiase et l’ascardiose. Elle est aussi employée dans la préparation du poison de flèche. De plus, T. sacleuxii appartient à la famille des Menispermaceae, une famille riche en alcaloïdes bisbenzylisoquinoléiques (BBIQ). Ces composés ont de nombreuses propriétés biologiques dont l’activité antipaludique et trypanocide. Plusieurs autres espèces appartenant au genre Triclisia sont utilisées en médecine traditionnelle pour traiter la fièvre, le paludisme et d’autres pathologies. Ces éléments ont motivé la recherche dans cette plante des composés à activité antiplasmodiale. En effet, la plupart des composés que nous en avons isolés (p 12) sont actifs aussi bien sur la souche chloroquino-sensible (3D7) que sur la souche chloroquino-résistante (W2) que nous avons testées. Deux d’entre eux ont en plus une activité plus élevée vis-à-vis de la souche choroquino-résistante. Les composés actifs sur Plasmodium falciparum ont également montré une toxicité à l’égard de Trypanosoma brucei brucei, une sous-espèce apparentée à celles qui sont à la base de la maladie du sommeil en Afrique Centrale et de l’Est. A part les usages mentionnés précédemment, T. sacleuxii est en plus employée comme antidote contre les morsures de serpents. Ce qui voudrait dire qu’elle pourrait renfermer des inhibiteurs d’enzymes. Aussi, des BBIQ ont déjà démontré une activité inhibitrice de l’acétylcholinéstérase (AChE) et des phospholipases A2. Sur base de ces informations, nous avons assigné un troisième objectif à notre investigation qui cible l’AChE en correlation avec la maladie d’Alzheimer (MA). La MA est une pathologie neurodégénérative qui affecte en général les personnes âgées de plus de 60 ans, caractérisée entre autres par une perte progressive de la mémoire, une détérioration de plusieurs fonctions cognitives, de troubles neurologiques et du comportement, … Les différents extraits alcaloïdiques ont montré un degré d’inhibition de l’AChE élevé ( 80 - 90%) à une concentration de 100 μg/ml. Avec les composés purs, l’inhibition est très variable (30 - 90 %) suivant la structure. Enfin, nous avons effectué des investigations pour déterminer le mode d’action antiplasmodiale des BBIQ majeurs isolés de T. sacleuxii. Il apparaît que non seulement toutes les BBIQ n’agissent pas par un même mode d’action, mais aussi un même composé pourrait agir simultanément suivant deux ou plusieurs mécanismes différents. SUMMARY Malaria, the most devastating disease in tropical areas, is currently a target of numerous researches, aiming to find preventive medicines, protective tools, new treatments and vaccines. In a search for antiplasmodial natural compounds, we have undertaken phytochemical and pharmacological investigations on Triclisia sacleuxii, used in traditional medicine to treat various ailments including two parasitological diseases; schistosomiasis and ascariasis. It is also used as an arrow poison. Triclisia sacleuxii belongs to the Menispermaceae family, which is known to contain bisbenzylisoquinolines. These components have shown various biological activities among which antimalarial and trypanocidal activity. Furthermore, many Triclisia species are used in traditional medicine for treating fever and malaria along with other disorders. With this background the research was set out to investigate on possible antiparasitic compounds active against Plasmodium falciparum. Most of the compounds isolated in this work were active towards both chloroquine sensitive strain (3D7) and chloroquine resistant Plasmodium strain (W2). Interestingly some of them demonstrated selectivity for the resistant strain. The compounds which displayed antiplasmodial activity also showed toxicity against Trypanosoma brucei brucei, a parasite related to those which cause sleeping sickness. Besides Triclisia sacleuxii traditional uses mentioned above, it is also used as a snakebites antidote. This suggests that it might contain enzymes inhibitors. Additionally, in previous works, bisbenzylisoquinolines which are believed to be present in T. sacleuxii, have displayed phospholipases A2 and acetylcholinesterase inhibitory activity. On the basis of these informations, the third aim of our investigation targeted acetylcholinesterase (AChE), an enzyme involved in Alzheimer’s disease (AD). AD is a neurodegenerative disease occurring mostly in people aged beyond 60 years, characterised by a progressive loss of memory, impairement of multiple cognitive functions, neurological and behavior disorders,.... Our results have demonstrated that leaves, stems and roots alkaloidal fractions have high anti-AChE activity. Pure compounds exhibited a structure-dependent activity ranging from 30 up to 90% at a concentration of 100μg/ml). Finally, we have undertaken an investigation on the antiplasmodial mode of action of the major alkaloids. It appears that not only the BBIQ do not act by a same mechanism, but also a single compound may act by more than one mode of action.

Notre travail porte sur l’évaluation de l’utilisation et des risques associés aux neuroleptiques en population générale. Nous avons organisé notre travail selon deux approches. D’abord, de façon classique en pharmaco-épidémiologie, une « approche « pragmatique » a permis d’étudier en « vie réelle », (i) l’utilisation des neuroleptiques dans la population générale en France à partir des données de l’Echantillon Généraliste des Bénéficiaires (EGB) et de la base Midi-Pyrénées de Pharmacovigilance (BMPPV), ainsi que dans une population de femmes enceintes à partir de la base de données EFEMERIS (Evaluation chez la Femme Enceinte des MEdicaments et de leurs RISques); (ii) les risques associés à cette utilisation à partir de la BMPPV, de la base mondiale de pharmacovigilance, VigiBase® et de la base de données EFEMERIS. Deuxièmement, nous avons testé une approche originale « explicative » à partir de VigiBase®, la méthode PE-PD (PharmacoEpidémiologie-PharmacoDynamie) pouvant potentiellement mettre en évidence le mécanisme d’action de certains effets indésirables. Nous avons étudié pour cela l’exemple largement connu des mouvements anormaux induits par les neuroleptiques. Pour l’approche « pragmatique », l’analyse montre une modification de l’utilisation des neuroleptiques en population générale et chez la femme enceinte, avec un report des prescriptions des neuroleptiques de première génération (NL1G) vers ceux de deuxième génération (NL2G). Si l’utilisation reste globalement stable, on note un accroissement de l’utilisation des NL2G dans deux populations vulnérables vis-à-vis des effets indésirables : les enfants/adolescents et les femmes enceintes. Malgré le report NL1G vers les NL2G, la prescription des médicaments à fort poids atropinique est élevée et stable au cours des dernières années. Concernant les risques associés, nous n’avons pas pu confirmer dans la base EFEMERIS, le signal retrouvé dans VigiBase de malformations congénitales gastro-intestinales avec les neuroleptiques. Pour les mouvements anormaux, le risque apparait moins important avec la clozapine qu’avec les autres neuroleptiques. Des différences existent entre les classes d’âge, avec, par exemple, moins d’akathisie, mais plus de dystonie aiguë chez les moins de 18 ans. Pour l’approche « explicative », la méthode PE-PD a permis de mettre en évidence l’un des mécanismes potentiels responsables de la réduction des mouvements anormaux sous neuroleptique, à savoir l’action antagoniste sur les récepteurs sérotoninergique 5-HT2A et muscariniques M1. Notre travail de thèse nous a permis à travers l’étude des neuroleptiques de discuter, (1) d’abord au niveau méthodologique, de la complémentarité entre les bases médicamenteuses (type EGB et EFEMERIS) et les bases de pharmacovigilance pour les études d’utilisation des médicaments et des risques associés, avec, en particulier, l’opportunité d’étudier le risque malformatif des médicaments avec les bases de pharmacovigilance. Ensuite, (2), au niveau pharmacologique, de mettre en évidence la problématique du poids atropinique des prescriptions associées aux neuroleptiques sur les bénéfices et/ou les dommages. Enfin, (3), dans une approche de pharmacologie sociale, en partant des résultats de la méthode PE-PD, de discuter de la place du mécanisme d’action des médicaments dans leur évaluation, de la pharmacologie fondamentale, en passant par la pharmacologie clinique, et de son éventuelle intégration en pharmaco-épidémiologie. / Our works deals with the use of antipsychotic drugs and risks associated with their use in general population. First, a “pragmatic” approach of pharmacoepidemiology was performed to evaluate in real life, (i) the use of antipsychotics in the French general population by using data from EGB (Echantillon Généraliste des Bénéficiaires) and from the Midi-Pyrénées Pharmacovigilance database (BMPPV), as well as in pregnant women with data from EFEMERIS (Evaluation chez la Femme Enceinte des MEdicaments et de leurs RISques); (ii) the risks associated with antipsychotics by using the BMPPV, VigiBase® the World Health Organization (WHO) Global Individual Case Safety Report (ICSR) and data from EFEMERIS. Secondly, we examined an original “explanatory” approach with VigiBase®, the PE-PD method (Pharmacoepidemiologic-Pharmacodynamic method) to investigate potential mechanisms of adverse drug reactions (ADRs). We deliberately selected an ADR with a well-established mechanism – i.e. movement disorders – in order to test the validity of the PE-PD method. For the “pragmatic approach”, our analysis found marked changes in antipsychotics use both in the general population and in pregnant women, with a switch from first generation antipsychotics (FGAPs) to second generation antipsychotics (SGAPs). The use of antipsychotics in general population remained relatively constant but a raise was observed for SGAPs in two vulnerable populations concerning ADRs: children/adolescents and pregnant women. Despite the switch (from FGAPs to SGAPs), associated use of drugs with high atropinic properties was highly prevalent and constant during the recent years. Concerning risks, no association was found in EFEMERIS data, not allowing to confirm the signal of gastrointestinal congenital malformations associated with antipsychotic use described in VigiBase®. For movement disorders, the risk found was lower with clozapine than with other antipsychotics. Risks of movement disorders differed according to age classes, with less akathisia, but more acute dystonia in children and adolescents (< 18 years). For the “explanatory approach”, the PE-PD method found an inverse correlation between serotonergic 5-HT2A or muscarinic M1 receptor occupancies and reports of movement disorders involving APs. Our thesis work allowed, through the study of neuroleptics (1) first, discussing, from a methodological point of view, the complementarity between French drugs databases (EGB and EFEMERIS) and pharmacovigilance databases for studying drug utilization and risks associated, in particular the opportunity to study the risk of malformations associated with drug use; then, (2) at the pharmacological level, highlighting the issues on the benefits and / or harms of the atropinic burden of prescriptions associated with antipsychotics; finally, (3) in a social pharmacology approach, starting from the results of the PE-PD method, discussing the place of the mechanism of drug action in drug evaluation, from basic to clinical pharmacology, and its possible integration into pharmacoepidemiology.

L’aflatoxine B1 (AFB1) est une mycotoxine contaminant de nombreux substrats agricoles, notamment les céréales, arachides, pistaches, graines de coton et autres fruits secs. Elle est génotoxique, agit comme un initiateur de la cancérogenèse et elle est classée par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) dans le groupe I des molécules carcinogènes pour les hommes et les animaux. Cette toxine est produite par des espèces fongiques appartenant essentiellement au genre Aspergillus et à la section Flavi ; A. flavus étant l’espèce la plus préoccupante. Cette espèce peut se développer à la fois au champ ou lors du stockage des matières premières après récolte. Plusieurs études montrent qu’un grand nombre de denrées alimentaires destinées à l’alimentation humaine et animale sont contaminées par les aflatoxines mettant en évidence la faible efficacité ou l’insuffisance des stratégies actuelles utilisées pour la maîtrise de cette contamination. L’objectif principal de cette étude est le développement d’une stratégie alternative basée sur l’utilisation de produits naturels et visant à réduire la production de la toxine par les moisissures aflatoxinogènes. Grâce à l’élaboration d’un outil moléculaire regroupant un ensemble de gènes impliqués directement ou indirectement dans la biosynthèse de l’AFB1, ce travail permet de mieux comprendre le mécanisme d’action moléculaire de composés anti-aflatoxinogènes. Des extraits aqueux de plantes méditerranéennes ont été testés pour leur efficacité à inhiber l’aflatoxinogénèse. Ainsi, l’extrait aqueux d’hysope, Micomeria graeca, présente des propriétés anti-aflatoxinogènes importantes sans modification de la croissance fongique. Son effet inhibiteur sur plusieurs souches productrices d’aflatoxines ainsi que son mécanisme d’action ont été caractérisés. Ce dernier semble impliquer des gènes pivots dans la régulation des métabolismes fongiques primaire et secondaire ainsi que des voies impliquées dans la réponse cellulaire au stress oxydatif. Ces travaux permettent de valider l’utilisation d’extraits naturels comme stratégie alternative de lutte contre la contamination des aliments par les aflatoxines. / Aflatoxin B1 (AFB1) is a mycotoxin contaminating numerous agricultural commodities such as cereals, peanuts, pistachios, cottonseed and other dried fruits. It is a genotoxic initiating carcinogenesis and is classified by the IARC (International Agency for Research on Cancer) in the group I of molecules that are carcinogenic for humans and animals. This toxin is produced by fungal species mainly belonging to the Flavi section of the Aspergillus genus, A. flavus being the most preoccupying species. This species can develop both in the field and during storage of commodities following harvest. Several studies show that a significant number of food and feedstuffs are contaminated by aflatoxins, highlighting the feeble efficiency or the shortfall of the strategies currently used to prevent such contamination. The main objective of this study is the development of an alternative strategy based on the use of natural products and aiming the reduction of toxin production by aflatoxinogenic fungi. Through the elaboration of a molecular tool grouping a number of genes directly or indirectly linked to AFB1’s biosynthesis, this work allows a better understanding of the molecular mechanism of action of anti-aflatoxinogenic compounds. Aqueous extracts of Mediterranean plants were tested for their ability to inhibit aflatoxinogenesis. Thus, hyssop’s aqueous extract - Micomeria graeca – is shown to present significant anti-aflatoxinogenic properties without reducing fungal growth. Its inhibiting effect in other AFB1-producing species and its mechanism of action were both characterized. The latter seems to involve pivotal genes in fungal primary and secondary metabolisms as well as genes implicated in the fungal cellular response to oxidative stress. These works allocate the use of natural extracts as an alternative strategy to counteract aflatoxin contamination of food and feed.

L’émergence des Mégadonnées (« Big Data ») en biologie moléculaire, surtout à travers la transcriptomique, a révolutionné la façon dont nous étudions diverses disciplines telles que le processus de développement du médicament ou la recherche sur le cancer. Ceci fut associé à un nouveau concept, la médecine de précision, dont le principal but est de comprendre les mécanismes moléculaires entraînant une meilleure réponse thérapeutique chez le patient. Cette thèse est à mi-chemin entre les études pharmaco — et toxicogénomiques expérimentales, et les études cliniques et translationnelles. Le but de cette thèse est surtout de montrer le potentiel et les limites de ces jeux de données et leur pertinence pour la découverte de biomarqueurs de réponse ainsi que la compréhension des mécanismes d’action/toxicité de médicaments, en vue d’utiliser ces informations à des fins thérapeutiques. L’originalité de cette thèse réside dans son approche globale pour analyser les plus larges jeux de données pharmaco/toxicogénomiques publiés à ce jour et ceci pour : 1) Aborder la notion de biomarqueurs de réponse aux médicaments en pharmacogénomique du cancer, en étudiant les facteurs discordants entre deux grandes études publiées en 2012; 2) Comprendre le mécanisme d’action des médicaments et construire une taxonomie performante en utilisant une approche intégrative; et 3) Créer un répertoire toxicogénomique à partir des hépatocytes humains, exposés à différentes classes de médicaments et composés chimiques. Mes contributions principales sont les suivantes : • J’ai développé une approche bioinformatique pour étudier les facteurs discordants entre deux grandes études pharmacogénomiques et suggérées que les différences observées émergeaient plutôt de l’absence de standardisation des mesures pharmacologiques qui pourrait limiter la validation de biomarqueurs de réponse aux médicaments. • J’ai implémenté une approche bioinformatique qui montre la supériorité de l’intégration tenant en compte des différents paramètres pour les médicaments (structure, cytotoxicité, perturbation du transcriptome) afin d’élucider leur mécanisme d’action (MoA). • J’ai développé un pipeline bioinformatique pour étudier le niveau de conservation des mécanismes moléculaires entre les études toxicogénomiques in vivo et in vitro démontrant que les hépatocytes humains sont un modèle fiable pour détecter les produits toxiques hépatocarcinogènes. Au total, nos études ont permis de fournir un cadre de travail original pour l’exploitation de différents types de données transcriptomiques pour comprendre l’impact des produits chimiques sur la biologie cellulaire. / The emergence of Big Data in molecular biology, especially through the study of transcriptomics, has revolutionized the way we look at various disciplines, such as drug development and cancer research. Big data analysis is an important part of the concept of precision medicine, which primary purpose is to understand the molecular mechanisms leading to better therapeutic response in patients. This thesis is halfway between pharmaco-toxicogenomics experimental studies, and clinical and translational studies. The aim of this thesis is mainly to show the potential and limitations of these studies and their relevance, especially for the discovery of drug response biomarkers and understanding the drug mechanisms (targets, toxicities). This thesis is an original work since it proposes a global approach to analyzing the largest pharmaco-toxicogenomic datasets available to date. The key aims were: 1) Addressing the challenge of reproducibility for biomarker discovery in cancer pharmacogenomics, by comparing two large pharmacogenomics studies published in 2012; 2) Understanding drugs mechanism of action using an integrative approach to generate a superior drug-taxonomy; and 3) Evaluating the conservation of toxicogenomic responses in primary hepatocytes vs. in vivo liver samples in order to check the feasability of cell models in toxicology studies. My main contributions can be summarized as follow: - I developed a bioinformatics pipeline to study the factors that trigger (in)consistency between two major pharmacogenomic studies. I suggested that the observed differences emerged from the non-standardization of pharmacological measurements, which could limit the validation of drug response biomarker. - I implemented a bioinformatics pipeline that demonstrated the superiority of the integrative approach, since it takes into account different parameters for the drug (structure, cytotoxicity, transcriptional perturbation) to elucidate the mechanism of action (MoA). - I developed a bioinformatics pipeline to study the level of conservation of toxicity mechanisms between the in vivo and in vitro system, showing that human hepatocytes is a reliable model for hepatocarcinogens testing. Overall, our studies have provided a unique framework to leverage various types of transcriptomic data in order to understand the impact of chemicals on cell biology.

Le site d’action des bactériocines de la sous-classe IIa est la membrane cytoplasmique des bactéries à Gram positif. Le mécanisme d’action se décompose en trois étapes : (i) adsorption de la bactériocine sur la membrane ; (ii) structuration du peptide et insertion dans la bicouche lipidique ; (iii) formation de pores. La présence de pores provoque des fuites de composés vitaux aboutissant soit à un arrêt de la croissance soit à la mort de la bactérie. Le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane a été mesuré grâce à l’anisotropie de fluorescence de deux sondes, le TMA-DPH et le DPH, respectivement localisées à la surface et en profondeur de la bicouche lipidique. Des résultats différents ont été obtenus avec deux espèces bactériennes appartenant au genre Listeria. Dans un cas, le peptide s’insère partiellement dans la membrane et dans l’autre en profondeur. Ces résultats suggèrent que la mésentérocine 52A peut suivre deux mécanismes distincts aboutissant à une bactériostase. Pour mieux comprendre les interactions entre la bactériocine et la cellule cible, le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane de trois souches de Leuconostoc, la première sensible, la seconde naturellement insensible et la dernière rendue résistante, a été caractérisé. Il semblerait que le phénotype de résistance soit corrélé avec les propriétés physico-chimiques de l’enveloppe cellulaire. Afin de pouvoir généraliser les résultats observés avec la mésentérocine 52A, d’autres bactériocines de la sous-classe IIa, les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2, produites par la souche Carnobacterium maltaromaticum CP5, ont été étudiées. Dans un premier temps, ces bactériocines ont été produites et purifiées à partir d’une souche d’Escherichia coli recombinante. L’étape de production en fermenteur a été optimisée, des quantités de l’ordre de 300 mg de peptides ont été produites. Le mode d’action des carnobactériocines, seules ou en combinaison, a été déterminé vis-à-vis de cellules procaryotes ou eucaryotes. Les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2 ont un mode d’action synergique contre les bactéries sensibles et ne présentent pas de cytotoxicité vis-à-vis des cellules de la lignée Caco-2 / The action site of sub-class IIa bacteriocins is the cytoplasmic membrane of Gram-positive bacteria. The current view of the mechanism of action is divided into three steps: (i) adsorption of bacteriocins on the membrane; (ii) apparition of the structures of peptide and integration into the lipid double layer (iii) formation of pores. The presence of pores leads to efflux of vital cell compounds. They cause growth stop or bacterial death. The degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane was measured by fluorescence anisotropy of two probes, TMA-DPH and the DPH, which target the surface or the depth of the membrane, respectively. Different results were obtained with two bacterial species of the genus Listeria. In the first hand, the peptide is partially inserted into the membrane and in the second hand in depth. These results suggest that mesenterocin 52A can exhibit two different mechanisms leading to the same antibacterial effect. To better understand the interactions between bacteriocins and the target cell, the degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane of three Leuconostoc strains, the first sensitive, the second naturally resistant and last induced resistant, was characterized. It seems that the resistance phenotype is correlated with physical and chemical properties of the cell envelope. To generalize the results observed with mesenterocin 52A, other bacteriocins of sub-class IIa, the carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2, produced by Carnobacterium maltaromaticum CP5 strain, were studied. These bacteriocins were produced in E. coli and subsequently purified. The optimization of the production process in a reactor led to purify up to 300 mg of peptides for 1.5 liter of culture. The mode of action of carnobacteriocins, alone or in combination, was determined with prokaryotic or eukaryotic cells as targets. The carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2 have a synergistic mode of action against sensitive bacteria and are not cytotoxic against Caco-2 cell line

Les secrétions de peau des grenouilles néo tropicales et sud américaines contiennent un large éventail de molécules biologiquement actives et notamment les peptides ayant des propriétés antimicrobiennes. Disposant de sécrétions de peau de la grenouille sud américaine du genre Phyllomedusa bicolor, nous avons recherché la présence molécules ayant des activités antitumoraleet angiostatique. Deux peptides cationiques antimicrobiens membres de la famille des dermaseptine (Drs) ont été identifies comme possédant ces activités: les dermaseptines B2 et B3 (Drs B2 et Drs B3). Ces deux peptides sont ainsi capables d’inhiber la prolifération et la formation de colonies de différentes lignées de cellules tumorales, la prolifération des cellules endothéliales ainsi que la formation de pseudo-capillaires in vitro. D’autre part, la Drs B2 est également capable d’inhiber la croissance des cellules tumorales dans un modèle in vivo dexénogreffe. L’exploration du mécanisme d’action de la Drs B2 sur les cellules tumorales PC3 nous a permis de mettre en évidence un rapide re-largage de la LDH cytosolique, une absence d’activation des caspases-3, -9 et -8 ainsi que l’absence de modification du potentiel de membrane mitochondriale. L’ensemble de ces données semble indiquer que la Drs B2 n’induit pas la mort de cellules tumorales par un mécanisme d’apoptose mais plus probablement par une fixation à la surface de cellules entraînant une lyse rapide de la membrane plasmique des cellules conduisant à une mort par nécrose. En conclusion, la Drs B2 est une molécule qui cible préférentiellement les cellules tumorales pour des concentrations efficaces de l’ordre du micro molaire, ce qui en fait un outil pharmacologique potentiellement intéressant pour le traitement du cancer. / The skin secretions of neotropical and South American frogs contains large amounts of a widerange of biological active molecules. Commonly studied are peptides with antimicrobialactivities. In this study we have postulated that the skin secretions from the South Americanfrog Phyllomedusa bicolor contain molecules with antitumor and angiostatic activities. Twowell known cationic alpha helical antimicrobial peptides of the dermaseptin (Drs) family wereidentified to have these activities: Drs B2 and Drs B3. Both peptides inhibited proliferationand colony formation of various tumor cell lines, and the proliferation and capillary formationof endothelial cell in vitro. Furthermore, Drs B2 inhibited tumor growth in a PC3 xenograftmodel in vivo.Research on the mechanism of action of Drs B2 on tumor cells PC3 demonstrated a rapidincreasing amount of cytosolic LDH, no activation of caspase-3, -9 or -8, and no changes inmitochondrial membrane potential. These data together indicate that Drs B2 does not act byapoptosis but possibly could fix to the tumor cell surface, disrupt the cellular plasmamembrane leading to its death by necrosis.In conclusion, Drs B2 could be an new interesting and promising pharmacological leadermolecule for the treatment of cancer. Its antitumor and angiostatic activities, especially itsselective targeting of tumoral cells with micro molar concentrations propose Drs B2 as anpotential candidate for the development of a new efficient targeting therapy against cancer.

Le règne végétal est une ressource renouvelable d'une large gamme de métabolites secondaires biologiquement actifs. Ces travaux de thèse proposent une stratégie multidisciplinaire d'évaluation du potentiel de composés phénoliques antimicrobiens d'origine végétale pour la conservation des aliments. Un criblage de l'activité antimicrobienne in vitro vis-à-vis de 8 souches de la flore pathogène et d'altération des aliments d'une centaine de molécules pures et une soixantaine d'extraits végétaux a d'abord permis de sélectionner les plus actifs. Différents mécanismes d'action vis-à-vis de S. aureus ont pu être mis en évidence par cytométrie de flux couplée à l'utilisation de marqueurs de l'état physiologique des bactéries pour quelques uns des composés actifs sélectionnés. En vue d'une application à de la viande bovine, l'activité antibactérienne des composés phénoliques ou extraits végétaux les plus actifs a été réévaluée dans des milieux de culture plus complexes mimant leur teneur en protéines et en matières grasses. Les résultats de ce criblage et un suivi microbiologique de viande hachée de bœuf avec 1% (m/m) d'extrait ajouté ont permis d'observer que les pertes d'activité antibactérienne observées étaient notamment corrélées aux interactions des composés phénoliques avec les protéines ou les matières grasses. L'incorporation des composés phénoliques ou extraits végétaux dans des matériaux d'emballage en contact alimentaire a constitué la seconde voie de mise en œuvre envisagée. Des films plastiques conservant une activité antibactérienne ont ainsi pu être élaborés par voie fondue / The plant kingdom is a renewable resource of a wide range of biologically active secondary metabolites. This thesis proposes a multidisciplinary strategy for evaluating the potential of plant-derived antimicrobial phenolic compounds for food preservation. A screening of the antimicrobial activity in vitro against 8 strains of foodborne pathogenic and spoilage microorganisms of a hundred pure molecules and about sixty plant extracts allowed to select the most active. Different mechanisms of action with respect to S. aureus could be demonstrated by flow cytometry coupled with the use of probes of the physiological state of the bacteria for some of the selected active compounds. For application to beef, the antibacterial activity of the most active phenolic compounds or plant extracts has been re-evaluated in more complex culture media mimicking their protein and fat content. The results of this screening and a microbiological monitoring of minced beef with 1% (m / m) of added extract made it possible to observe that the observed losses of antibacterial activity were in particular correlated with the interactions of the phenolic compounds with the proteins or fat. Incorporation of phenolic compounds or plant extracts into packaging materials in contact with food constituted was the second proposed route of implementation. Plastic films that retain antibacterial activity have thus been able to be prepared by melting