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Streptococcus pneumoniae est le pathogène bactérien le plus important des voies respiratoires (pneumonie, bronchite et otite moyenne) chez les adultes et les enfants. Cette bactérie est responsable d’une morbidité et une mortalité importantes. Bien que la pénicilline présente une activité contre de nombreux isolats de S. pneumoniae, la résistance à cet antibiotique est aujourd'hui, fréquemment rencontrés à la fois à l'hôpital et dans la communauté. La résistance à la pénicilline chez Streptococcus pneumoniae est causée par un bloc de gènes codant pour des versions altérées de protéines liant la pénicilline (PLP). Néanmoins, S. pneumoniae a également développé des mécanismes de résistance à la pénicilline indépendants des PLPs altérées. L'objectif principal de cette thèse était d’utiliser des approches génomiques pour comprendre le génotype et le phénotype de résistance aux ß-lactamines chez S. pneumoniae. Le travail présenté dans cette thèse a indiqué que des mutations dans les PLPs ne sont pas suffisantes pour obtenir une résistance de haut niveau à la pénicilline et au céfotaxime. Cette étude a indiqué également que la sélection de la résistance à la pénicilline chez S. pneumoniae peut impliquer l’acquisition de mutations conférant une tolérance à l’accumulation d’oxydants causée par les antibiotiques. Cette tolérance peut se traduire par une augmentation de la survie qui permet possiblement la sélection des déterminants majeurs de résistance tels que des mutations dans les PLPs. Dans le cas des souches cliniques résistantes à la pénicilline, nous présentons également un nouveau rôle pour une alpha-amylase cytoplasmique conférant une résistance modérée à la pénicilline en présence d'altération des PLPs. Par ailleurs, nos travaux sur la résistance au céfotaxime chez S. pneumoniae a permis la découverte de nouveaux gènes impliquées dans la résistance au céfotaxime, y compris les gènes spr1333, spr0981, spr1704 et spr1098 qui codent respectivement pour un peptidoglycan GlcNAc déacetylase, une glycosyltransférase, un transporteur ABC et une sortase. Nos travaux génomiques ont permis de découvrir de nouveaux gènes de résistance aux β-lactamines chez S. pneumoniae. / Streptococcus pneumoniae is the most important bacterial pathogen of the respiratory tract (pneumonitis, bronchitis and otitis media) in adults and children resulting in significant morbidity and mortality. Although penicillin shows activity against many isolates of S. pneumoniae, resistance to this antibiotic is now frequently encountered, both at the hospital and in the community. Penicillin resistance in Streptococcus pneumoniae is mediated by a mosaic of genes encoding altered penicillin-binding proteins (PBPs). Nonetheless, S. pneumoniae has also developed non-PBP mechanisms implicated in penicillin resistance. The principal objective of this thesis was to use global sequencing approaches to understand ß-lactam resistance genotype and phenotype in S. pneumoniae. The work presented in this thesis indicated that mutations in PBPs are not sufficient to achieve high level resistance to penicillin and cefotaxime. This study also indicates that the selection of resistance to penicillin in S. pneumoniae involves the acquisition of mutations conferring tolerance to the antibiotic-induced accumulation of oxidants. This tolerance can translate into an increased survival that putatively enables the selection of major resistance determinants such as mutations in PBPs. In the case of clinical isolates, we also report a new role for a cytoplasmic alpha amylase in conferring moderate resistance to penicillin in the presence of altered PBPs. Furthermore, our works on cefotaxime resistance has allowed the discovery of novel cefotaxime resistance genes in S. pneumoniae including spr1333, spr0981, spr1704 and spr1098 coding respectively for a peptidoglycan GlcNAc deacetylase, a glycosyltransferase, an ABC transporter, and a sortase were implicated in resistance to cefotaxime. Our genomic approaches were useful to discover novel β-lactam resistance genes in S. pneumoniae.

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La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie auto-immune touchant environ 1% de la population Canadienne. Les nombreux traitements disponibles sur le marché présentent encore des inconvénients majeurs: résistances aux médicaments sur le long terme, et efficacité partielle ou nulle des traitements. C’est pourquoi il est constamment nécessaire de développer de nouvelles cibles thérapeutiques. À ce propos, l’acide lysophosphatidique (LPA) et la sphingosine-1-phosphate (S1P) semblent jouer un rôle dans l’inflammation chronique impliquée dans l’arthrite. Dans le liquide synovial des patients atteints de la PR, on retrouve non seulement du LPA, mais aussi certains produits de son catabolisme et l’enzyme qui le produit. De plus, le TNF-α associé à l’inflammation est capable d’amplifier les effets du LPA et du S1P. Dans notre étude, on essaie de comprendre les mécanismes utilisés par ces deux lysophospholipides qui pourraient exacerber l’inflammation chronique associée à la PR. Les enzymes qui produisent ces lysophospholipides, ou leurs récepteurs, pourraient être des cibles potentielles dans les futurs traitements de la PR. / Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease affecting approximately 1% of Canadians. The many treatments available still have major disadvantages: drug resistance in the long term, and partial or no effect of the drug. Therefore it is necessary to constantly develop new therapeutic targets. In recent years, lysophosphatidic acid (LPA) and sphingosine-1-phosphate (S1P) have appeared to play a role in the chronic inflammation involved in arthritis. In synovial fluid of patients with RA, we find not only LPA but also some products of its catabolism and the enzyme that produces it. Moreover, TNF-α, present in inflammation, is capable of amplifying the effects of LPA and S1P. In our study, we try to understand the mechanisms used by these two lysophospholipids which may exacerbate the chronic inflammation associated with RA. The enzymes that produce these lysophospholipids or their receptors could be potential targets for future therapies against RA.

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La galectine-3, une protéine cytosolique de l’hôte est impliquée dans la réponse immunitaire contre Leishmania major, un parasite protozoaire causant une infection cutanée. Lors d’une infection avec la souche LV39 de L. major, la galectine-3 se libère dans le milieu extracellulaire et participe au recrutement de neutrophiles au site d’infection. La galectine-3 ne semble cependant pas impliquée lors d’infections avec la souche L. major Friedlin qui possède un arrangement de saccarides différent sur ses phosphoglycans. In vitro, les deux souches de L. major sont en mesure de cliver la galectine-3, mais LV39 semble plus efficace. Différents essais ont été effectués in vivo afin de vérifier si les galectines-7 et 9 peuvent aussi avoir un rôle à jouer lors d’infection avec L. major. Alors qu’aucun effet significatif n’a pu être attribué à la galectine-9, l’absence de galectine-7 semble apporter une guérison plus rapide des lésions engendrées par L. major Friedlin. / Our recent data suggest that galectin-3, a host cytosolic protein is involved in the immune response against the Leishmania major strain LV39, which induces cutaneous infection. Following infection with this parasite, galectin-3 is released in the extracellular space and plays a role in neutrophil recruitment. In contrast, in another L. major strain called Friedlin, which expresses a different glycan structure on the phosphoglycans, galectin-3 has no impact on the host immune response and disease outcome. Our laboratory previously reported that L. major LV39 cleaves galectin-3. Our data suggest that both L. major strains are able to cleave galectin-3 in vivo, although the cleavage by LV39 is more efficient than that by Friedlin. We also addressed the role of galectins-7 and 9 in a murine L. major infection model. Lack of galectin-9 did not alter the pathogenesis of Leishmania infection. In contrast, lack of galectin-7 contributed to improve healing process.

L’herpèsvirus humain de type 6 (HHV-6) infecte les enfants en bas âge et sa prévalence est estimée à près de 95% dans la population mondiale. Ce virus se distingue des autres membres de la famille des herperviridae par sa capacité à s’intégrer aux chromosomes cellulaires. On estime qu’environ 1% de la population mondiale serait porteuse d’une copie du génome du HHV-6 par cellule (52, 73, 100, 119, 131). Le mécanisme de cette intégration est toujours inconnu. Nous pensons que la protéine U94 du HHV-6 joue un rôle important dans l'intégration chromosomique du génome viral. Elle serait nécessaire à l'éxécution d'une recombinaison homologue entre les séquences télomériques cellulaires et virales (motif TTAGGG). U94 a une homologie de séquence de 24% avec la protéine Rep68 responsable de l'intégration du génome de l’adeno-associated virus 2 (AAV-2) au chromosome 19 (123). Pour ce faire, quatre activités intrinsèques à la protéine Rep68 lui sont nécessaires : la liaison à l'ADN simple et double brin, l'ATPase, l'hélicase et l'endonucléase (54, 97). Le but de ce projet de recherche était de caractériser les activitités biochimiques de la protéine U94. Tout d’abord, nous avons démontré que la protéine U94A est localisée au noyau en accord avec les résultats obtenus par le laboratoire du Dr. Mori (87). Pour réaliser nos études, nous avons exprimé et purifié U94 chez E. coli en fusion avec la protéine maltose-binding protein (MPB). Nos résultats démontrent que les protéines MBP-U94A et MBP-U94B sont capables de lier préférentiellement l'ADN simple brin avec un motif CCCTAA (complément du motif télomérique TTAGGG). L’essai de liaison sur le Proteon™ XPR36 démontre également que la protéine MBP-U94B lie un ADN double brin ayant le motif télomérique cellulaire. Nos résultats nous ont amenés à vérifier si l'ARN de la télomérase, qui contient un motif CCCTAA, pouvait aussi être lié par les protéines MBP-U94A et MBP-U94B. Les résultats obtenus indiquent que MBP-U94 ne lie pas l'ARN, ni la séquence équivalente en ADN ce qui suggère que la liaison de U94 requiert plus d’une répétition du motif CCCTAA. En se basant sur des études de mutagenèse réalisées sur la protéine Rep68 (128, 129), nous avons générés des mutants U94A et U94B. Les résultats démontrent que la mutation K395A affecte négativement la capacité de liaison à l’ADN de U94. Les essais d'ATPase indiquent que MBP-U94A et MBP-U94B hydrolysent l'ATP en ADP et AMP en présence d'un ADN simple brin ou d’un ADN double brin. Divers mutants des activités d’ATPase/Hélicase et d’endonucléase présumées furent générés et devront être caractérisés. Ces résultats suggèrent que U94 possède les activités biochimiques nécessaires à l'intégration du génome viral aux chromosomes cellulaires. / Human herpesvirus 6 infects young children with an estimated prevalence of 95% in the world population. It differs from the other members of the herperviridae family by its capacity to integrate cell's chromosomes. It is estimated that approximately 1% of the world population carries a copy of the HHV-6 genome per cell (52, 73, 100, 119, 131). The chromosomal integration mechanisms used by HHV-6 are currently unknown. Our hypothesis is that the HHV-6 U94 protein plays an important role in chromosomal integration that we suspect occur through homologous recombination between cellular and viral telomeric sequences (TTAGGG). The U94 gene product shares 24% sequence homology with Rep68, a responsible for the genomic integration of adeno-associated virus 2 (AAV-2) (123). To promote integration, Rep68 relies on four intrinsic activities: binding to single and double stranded DNA, ATPase activity, helicase and endonuclease (54, 97). The goal of this research project is to characterize the biochemical properties of U94 and determine whether it posseses activities similar to Rep68. First, we confirmed the results of Dr. Mori's laboratory by showing that U94 is localized in the nucleus (87). Next, to conduct our studies, we’ve expressed and purified maltose-binding-U94 recombinant proteins (MBP-U94) in E. coli. Our results suggest that MBP-U94A and MBP-U94B preferentially bind single-strandred DNA containing the CCCTAA motif (complement to the TTAGGG telomeric motif). Surface plasmon resonance (SPR) experiments also indicate that MBP-U94B binds double-stranded DNA containing telomeric motifs. Since the telomerease RNA component TERC contains the CCCTAA motif, we investigated whether MBP-U94 could bind a single-stranded RNA molecule containing the CCCTAA motif. SPR analysis clearly indicates that MBP-U94 does not bind such RNA nor a single-stranded DNA molecule having a single CCCTAA motif, suggesting that more than one motif is required for proper binding. Based on published work on Rep68 (128, 129), we generated specific U94 mutants. Our results indicate that the K395A mutation greatly diminishes U94 binding to DNA pointing out the importance of this residue. ATPase assays were also performed and indicate that both MBP-U94A and MBP-U94B possess the ability to hydrolyze ATP into ADP and AMP when incubated in the presence of DNA. Several other mutants targeting the helicase and endonuclease activities were generated and will be tested in the near future. Altogether these results suggest that U94 has biological properties that are consistent with a role for this protein in the process of chromosomal integration of the HHV-6 genome into the host chromosomes.

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