L’utilisation d’agents anti-TNF a grandement amélioré la prise en charge de certaines maladies inflammatoires chroniques comme la polyarthrite rhumatoïde (PR) ou les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Cependant, le quart des patients environ ne vont pas répondre au traitement ou présenteront une perte de réponse secondaire. Des marqueurs prédictifs de réponse sont nécessaires afin limiter les effets secondaires et les coûts inutiles en ciblant les patients qui pourraient être améliorés par les anti-TNF. Ces travaux de recherche se sont dans un premier temps concentrés sur l’importance de l’immunogénicité de ces traitements. Des anticorps anti-médicaments (ADAs) étaient bien associés à un taux bas d’anti-TNF avec des conséquences cliniques en termes de perte de réponse clinique et d’absence de cicatrisation muqueuse dans les MICI. Des seuils cliniques d’interprétation des tests biologiques pour la détection du médicament et de ses anticorps ont pu être définis et correspondent à 4.9 μg/ml pour l’infliximab et 200 ng/ml pour les ADAs. Ces résultats obtenus par ELISA sont bien corrélés avec les tests fonctionnels réalisés en parallèle et confirment l’intérêt de cette technique dans ce dépistage. Les ADAs étaient diminués par traitement immunosuppresseur concomitant. Ensuite, la persistance d’une infection chronique mise en évidence par des anticorps anti-bactériens a été évaluée en tant que marqueur prédictif de réponse aux anti-TNF. Aucun résultat statistiquement significatif n’a pu être relevé sur ces premières données, que ça soit pour les anticorps dirigés contre la flore intestinale pour les MICI ou contre le microbiote oral dans la PR. Seul un taux élevé de MMP-3 à l’initiation de l’infliximab chez les patients PR prédisait d’une bonne réponse clinique selon les critères de l’EULAR par la suite / The use of anti-TNF agents has greatly improved the management of chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis (RA), or chronic inflammatory bowel disease (IBD). However, about a quarter of patients will not respond to treatment or will present a secondary loss of response. Predictive biomarkers of response are needed to reduce side effects and unnecessary costs by targeting patients that could be improved by anti-TNF. This research work was initially focused on the importance of immunogenicity of these treatments. Anti-drug antibodies (ADAs) were well associated with low levels of anti-TNF with clinical consequences in terms of loss of clinical response and absence of mucosal healing in IBD. Clinical thresholds for drug and ADAs have been defined and correspond to 4.9 μg/ml for infliximab and 200 ng/ml for ADAS. These results obtained by ELISA correlate well with functional tests done in parallel, and confirm the value of this technique for screening. The ADAs were decreased with concomitant immunosuppressive therapy. Then, the persistence of chronic infection as evidenced by anti-bacterial antibody was evaluated as a predictive marker for response to anti-TNF. No statistically significant results could be raised on these first data, for antibodies against the intestinal flora in IBD or against the oral microbiota in RA. Only high levels of MMP-3 at the initiation of infliximab in RA patients predicted a good clinical response according to the EULAR criteria

La voie des RLR (RIG-I like Receptors) joue un rôle essentiel dans la détection des virus à ARN, déclenchant une réponse immunitaire antivirale grâce au recrutement de la protéine adaptatrice mitochondriale MAVS (Mitochondrial AntiViral Signaling protein). Nous avons mis en évidence que les souris déficientes pour la protéine MAVS (MAVS KO) présentaient un phénotype proallergénique dans un modèle d'inflammation stérile d'hypersensibilité retardée de contact (HSRC) qui reproduit la dermatite allergique de contact (DAC) chez l'homme. Nous avons caractérisé le système immunitaire des souris MAVS KO en condition d'équilibre et durant la réponse d'HSRC. Nous avons identifié un rôle du microbiote intestinal des souris MAVS KO dans l'exacerbation de réponse d'HSRC et mis en évidence une dysbiose du microbiote bactérien. Nous avons démontré que la dysbiose était responsable du phénotype inflammatoire observé, phénotype transmissible à des souris sauvages par des expériences de cohébergement et de transplantation fécale. Cette dysbiose induit une augmentation de la perméabilité intestinale chez les souris MAVS KO lors de la réponse d'HSRC, aboutissant à une translocation bactérienne dans les organes lymphoïdes et à la modulation des réponses immunitaires à l'origine de l'exacerbation de réponse d'hypersensibilité. La 2ème partie de ma thèse vise à étudier les conséquences de la déficience en MAVS sur le métabolisme glucidique. Nos expériences ont démontré que les souris MAVS KO développaient une surcharge pondérale et une insulino-résistance sous régime riche en lipides et sucrose, dépendants de la dysbiose intestinale. Au niveau cellulaire, une altération des interactions aux points de contact entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique a été observée. Nos résultats permettent d'envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques des pathologies allergiques et métaboliques humaines par la modulation du microbiote intestinal / RIG-I like receptors (RLRs) play a major role in response to cytosolic viral RNAs by initiating an antiviral immune response through the recruitment of the mitochondrial adaptor protein MAVS (Mitochondrial AntiViral Signaling protein). We showed that MAVS-deficient mice developed an exacerbated response in a sterile inflammatory model of Contact Hypersensitivity (CHS), that reproduces the pathophysiology of allergic contact dermatitis (ACD) in human. We characterized the immune system of MAVS KO mice at steady state and during CHS response. We found that MAVS deficiency leads to changes in the gut bacterial composition suggesting an unexpected role of the RLR pathway in the regulation of intestinal homeostasis. We demonstrated that intestinal dysbiosis is responsible for the increased CHS response, and showed that the inflammatory phenotype of MAVS KO mice can be transferred to WT mice by cohousing and fecal transplantation. We demonstrated that the dysbiotic gut microbiota exerts its effect due to an increased intestinal permeability during DTH sensitization. The ensuing bacterial translocation within lymphoid organs enhances characteristic cytokines production that increases CHS response. The 2nd part of my thesis aimed to study the consequences of MAVS deficiency on glucose metabolism. Our experiments showed that MAVS KO mice exhibit disorders of glucose homeostasis during high fat diet (HFD) associated with the development of overweight and insulin resistance. We also observed alterations of MAM (Mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes), contact poins between mitochondria and endoplasmic reticulum. Recent preliminary data suggested that the metabolic disorders associated with MAVS deficiency are due to intestinal dysbiosis. Our results highlight a new role for the RLR pathway and allow to consider the development of new therapeutic approaches to human allergic and metabolic diseases by modulation of the intestinal microbiota

Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine qui contamine la plupart des cultures de céréales dans toutes les régions du monde. Capable de résister aux procédés de transformation subies par les céréales, le DON peut se retrouver alors, à l'état de contaminants dans les matières premières (céréales) ainsi que dans les denrées alimentaires transformées destinées à l'Homme (pâtes, pain, bières) et à l'animal (granulés) à des concentrations supérieures aux limites règlementaires. Malgré les efforts de recherche pour caractériser les multiples aspects de l’impact d’une contamination par le DON, les effets bactériologiques de cette mycotoxine n’étaient pas encore documentés chez l’Homme. L'Agence Nationale de Sécurité Sanitaire (Anses), dans le cadre de sa mission de protection du consommateur, a donc souhaité évaluer l'impact d'une contamination au DON sur le microbiote intestinal humain (MIH). Dans cette étude, nous avons d’abord évalué la cinétique du DON chez le porc et chez le rat, puis nous avons utilisé un modèle de rats à flore humanisée pour évaluer l'impact d'une exposition sub-chronique de la mycotoxine sur la composition du MIH. Le DON est un contaminant rapidement distribué et éliminé. Au sein du tractus digestif, il entraine des changements bactériologiques significatifs chez certains principaux groupes bactériens composant le MIH. Cette étude apporte des données complémentaires à l’analyse du risque lié à l’exposition du DON chez l’Homme et montre l’intérêt des modèles animaux étudiés dans des scénarii particuliers d’exposition au DON. / Deoxynivalenol (DON) is one of the most prevalent mycotoxins present in cereal crops worldwide. Able to withstand the transformation process undergone by grains, DON can be found as contaminant in raw materials (cereals) and in processed food for humans (pasta, bread, beer) and animals (grains) at concentrations upper the control limits. Despite research efforts to characterize various aspects of the impact of DON contamination, the microbiological effects of DON were not documented in humans. The French agency for food, environmental and occupational health and safety (Anses), as part of its mission to protect the consumer, wanted to assess the impact of DON contamination on the Human Gut Microbiota (HGM). In this study, we first evaluated the kinetics of DON in pigs and rats, and then we assessed the impact of an oral subchronic exposure of deoxynivalenol on the composition of HGM in a human microbiota-associated rats model. DON is a contaminant rapidly distributed and eliminated. In gut, DON leads to significant changes in some of the main bacterial groups of the HGM. This study provides additional data to analyze the risk exposure of DON in humans and shows the interest of these animal models in studies dealing with particular scenarios of DON exposure.

Le pangénome est l’ensemble des gènes uniques retrouvé chez une espèce. Dans le cas des espèces procaryotes, notamment celles qui sont présentes dans le microbiote intestinal humain, la variation du contenu en gène est caractérisée par des événements de gain de gènes principalement par transfert horizontal de gènes (THG) et de perte de gène. Cette variation du contenu en gène peut être plus rapide que le taux de mutation et permettre aux microbes de s’adapter rapidement à des pressions sélectives. Cela justifie donc l’étude de l’évolution pangénomique des procaryotes sur des échelles de temps humaines qui sont considérées comme étant courtes du point de vue évolutif, par exemple de l’ordre de quelques années. La plupart des études sur ce sujet impliquent des espèces relativement distantes qui ont divergé depuis des millions d’années. De plus, l'équilibre des forces évolutives majeures impliquées, telles que le THG, la sélection, la dérive génétique et les mutations, n’est pas clairement défini et est au cœur d’un débat dans la littérature. Ce projet de maîtrise permet donc d’élargir le portrait évolutif des pangénomes de procaryotes en s’intéressant à l’évolution des gènes transférés horizontalement, aussi appelés gènes mobiles, sur de courtes échelles de temps. Pour ce faire, nous allons d’abord passer en revue la littérature pertinente en lien avec ce sujet, notamment les méthodes employées pour détecter les gènes mobiles et les modèles d’évolution pangénomique. Nous allons ensuite analyser l’évolution d’une collection de 37 853 gènes mobiles impliqués dans des THG récents détectés dans le microbiote intestinal d’individus provenant d’Amérique du Nord ou des îles Fidji. Pour détecter des signatures évolutives des forces en action, nous estimerons divers paramètres de génétique des populations à partir de l’alignement entre les lectures de séquençage métagénomique de 176 microbiotes fidjiens et cette collection de gènes mobiles. Nous expliquerons aussi l’outil de simulations évolutives que nous avons développé afin de valider et expliquer certaines de nos observations. Sans exclure la présence de pressions de sélection pour des gènes mobiles ayant des fonctions spécifiques, les données réelles et les simulations nous amènent à conclure que l’évolution des gènes mobiles sur de courtes échelles de temps peut être expliquée par un modèle d’évolution où les gènes mobiles ne sont pas largement adaptifs à leurs hôtes humains ou microbiens, contrairement à ce qui est parfois observé sur de longues échelles de temps évolutif. / The pangenome is the collection of unique genes found in a species. For prokaryotes, especially those present in the human gut microbiota, variation in gene content is characterized by gene gain through horizontal gene transfer (HGT) and gene loss. In human gut, gene content variations can occur at faster rates than mutation, which allow microbes to adapt rapidly to environmental changes. This justifies the study of the prokaryotes pangenome evolution on human time scales which are considered evolutionarily short, e.g. in the order of few years. Most studies about the evolution of prokaryotic pangenomes involve relatively distant species that have diverged since millions of years. In addition, the balance of major evolutionary forces involved, such as horizontal transfer, selection, genetic drift, and mutations, is not clearly defined and is debated in literature. This master's project therefore aims to broaden the evolutionary portrait of prokaryotic pangenome evolution by focusing on near-term evolution. To do this, we will first review the relevant literature related to this topic, including the methods used to detect mobile genes and the pangenome evolution models. We will then analyze the evolution of a pre-existing collection of 37 853 mobile genes involved in recent HGT events detected in the gut microbiota of individuals from North America and Fiji Islands. To detect evolutionary signatures of the forces in action, we will estimate various population genetics parameters from the alignment between metagenomic sequencing reads of 176 Fijian microbiomes and this collection of mobile genes. We will also explain the evolutionary simulation tool that we have developed in order to validate and explain some of our observations. While we don’t exclude the importance of selection for specific cellular functions for pangenome evolution, we found that the near-term evolution of mobile genes can be explained by a model in which mobile genes can spread selfishly without being largely adaptive to their human or microbial hosts, contrarily to what is often observed over longer evolutionary time scales.

Les inhibiteurs des protéases à sérine (Serpins) constituent une classe d'enzymes très peu étudiée chez les bactéries. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à l'étude des serpins provenant du microbiote intestinal et l'investigation de leur potentiel anti-inflammatoire pour le traitement des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) chez l'homme. Pour cela nous avons identifié les serpins provenant du microbiote intestinal humain et analysé leur diversité ainsi que leur distribution entre les individus malades et sains. Ces données nous ont permis d'isoler les serpins significativement associées aux MICI. La purification de quarte d'entre elles nous a amené à démontrer qu'elles inhibent les protéases humaines impliquées dans les MICI. L'analyse biochimique et cinétique approfondie de ces protéines a montré qu'elles possèdent des propriétés originales notamment leur efficacité d'inhibition élevée. L'étude de l'effet protecteur de trois serpins chez un modèle animal de colite a démontré pour la première fois l'efficacité des serpins in vivo démontrant ainsi leur potentiel thérapeutique. / Serine protease inhibitors (Serpins) are a class of proteins that reamin poorly studied in bacteria. In this thesis we are interested in the study of serpins originating from the intestinal microbiota and the investigation of their anti-inflammatory potential for the treatment of inflammatory bowel diseases (IBD) in humans. For this we have identified serpins from the human gut microbiota and analyzed their diversity as well as their distribution between healthy and IBD patients. These data allowed isolating serpins significantly associated with IBD. The purification of four of them led us to demonstrate that they inhibit human proteases involved in IBD. Biochemical and kinetic analysis of these proteins showed that they exhibit original properties, in particular their high inhibition efficiency. The study of the protective effect of three serpins in an animal model of colitis demonstrated for the first time the efficacy of serpins in vivo demonstrating thus their therapeutic potential.

Le microbiote intestinal est constitué d’un écosystème complexe de microorganismes appartenant à différents règnes. Cependant, la majorité de ces microorganismes sont d’origine bactérienne. Par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l’étude des communautés bactériennes. Les microorganismes ont développé une relation mutualiste avec le corps humain et agissent de plusieurs manières sur sa santé. Une perturbation du microbiote intestinal, nommée dysbiose, est reliée au développement d’une multitude de problèmes de santé chez diverses espèces animales. La transplantation de microbiote fécal suscite l’intérêt dans le domaine de la médecine vétérinaire. La préparation et l’entreposage affectent la composition et la viabilité bactérienne des fèces destinées à la transplantation de microbiote fécal (TMF). Jusqu’à présent, il demeure l’absence d’un protocole vétérinaire pour effectuer la préparation et l’entreposage des transplants fécaux canins. Par conséquent, l’objectif de cette étude était de comparer la viabilité bactérienne d’échantillons fécaux en présence et en absence d’oxygène et d’effectuer la congélation à l’aide de deux cryoprotecteurs différents. Les hypothèses de ce projet étaient les suivantes : la préparation des échantillons en absence d’oxygène préservera la viabilité bactérienne, l’utilisation d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants pour la congélation générera le meilleur taux de viabilité, et le microbiote de chaque individu n’aura pas la même capacité à résister aux effets de la préparation et de l’entreposage. Les fèces de 10 chiens en santé ont été collectées et immédiatement transférées à l’intérieur d’une chambre anaérobique. Des aliquotes de 1,8 g ont été diluées dans 7,2 ml d’un cryoprotecteur contenant du glycérol à 10% (Gly) ou des antioxydants (Cryo). Les échantillons ont été homogénéisés et filtrés en condition aérobique (Ae) et en condition anaérobique (An) à l’intérieur d’une chambre anaérobique, simulant la préparation de la TMF. Les échantillons ont été congelés à -20 °C durant 90 jours (F) pour l’évaluation des effets de l’entreposage. La viabilité bactérienne des échantillons a été déterminée à l’aide de la cytométrie de flux. L’analyse de la composition bactérienne chez les 10 donneurs de matières fécales a été réalisée par le séquençage de la région V4 du gène de l’ARNr 16S à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq. Les échantillons non congelés, préparés en absence d’oxygène et dilués avec Cryo présentaient les plus grands taux de viabilité (66,78 %) par rapport aux autres groupes (p < 0,05). Les échantillons exposés à l’oxygène avaient une viabilité bactérienne inférieure (p < 0,01). Toutefois, les échantillons dilués avec Cryo présentaient une viabilité plus élevée (65,26 %) que les échantillons dilués dans Gly (55,20 % ; p < 0,001) en présence d’oxygène. La viabilité bactérienne a diminué en raison de la congélation des échantillons (p < 0,001). L’ensemble des échantillons frais avaient une viabilité médiane de 62,23 % et, à la suite de la congélation, elle était de 22,68 %. Cependant, les échantillons congelés à l’aide de glycérol avaient une viabilité plus élevée (30,61 % ; p < 0,001). Le genre Prevotella était fortement corrélé à la viabilité (R = 0,731 ; p < 0,05, R = 0,756 ; p < 0,05, R = 0,834 ; p < 0,01, R = 0,752 ; p < 0,05). Ces résultats indiquent que la viabilité bactérienne est optimale lors de l’utilisation de matières fécales en absence d’oxygène et lors d’une dilution à l’aide d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants. La congélation a significativement réduit la viabilité bactérienne, mais le glycérol semble mieux préserver les bactéries. La présence de certaines espèces plus résistantes et l’impact de la composition du microbiote sur l’efficacité de la TMF nécessitent une enquête plus approfondie. / The intestinal microbiota is made up of a complex ecosystem of microorganisms belonging to different kingdoms. However, bacterial cells are much more numerous. Therefore, many studies, including the present one, focus on the study of bacterial communities. Microorganisms have developed a mutualistic relationship with the animal body and act in several ways on its health. A disturbance of the intestinal microbiota, called dysbiosis, is linked to the development of a multitude of health problems in various animal species. There is an emerging interest in the transplantation of fecal microbiota in veterinary medicine. Preparation and storage affect the quality of transplants intended for faecal microbiota transplantation (FMT). Considering the absence of a protocol in veterinary medicine, the objective of this study was to optimize bacterial viability during the preparation and storage of canine fecal transplants. The hypotheses of this project were that the preparation of samples in the absence of oxygen will preserve bacterial viability, that the use of a cryoprotectant containing antioxidants for freezing will yield the best viability rate and the microbiota of individuals does not have the same ability to withstand the effects of preparation and storage. Feces from ten healthy dogs were collected, and immediately transferred inside an anaerobic chamber. Aliquots of 1.8 g were diluted in 7.2 ml of a cryoprotectant containing glycerol (Gly) or antioxidants (Cryo). The samples were homogenized and filtered, simulating the TMF preparation. To evaluate the impact of oxygen on bacterial viability, the procedures were performed outside (Ae) and inside (An) the anaerobic chamber. Samples were frozen at -20°C for 90 days (F) to evaluate effect of freezing. The bacterial viability of samples was determined using flow cytometry. Analysis of the bacterial composition was performed by sequencing the V4 region of the 16S rRNA gene, using the Illumina MiSeq platform. Fresh samples prepared under anaerobiosis and diluted with Cryo had the highest viability (66.78%) compared to the other groups (p < 0.05). Bacterial viability was affected by oxygen (p < 0.01) but solutions prepared with Cryo had higher viability (65.26%) than samples diluted in Gly (55.20%; p < 0.001). Freezing decreased bacterial viability from 62.23% to 22.68% (p < 0.001). However, samples frozen using glycerol showed higher viability (30.61%; p < 0.001). The genus Prevotella was strongly correlated with viability (R = 0.731; p < 0.05, R = 0.756; p < 0.05, R = 0.834; p < 0.01, R = 0.752; p < 0.05). These results show that bacterial viability is optimal when preparing feces under anaerobic conditions and using a cryoprotectant containing antioxidants. If freezing is necessary, glycerol seems to preserve the bacteria better. The presence of some more resilient species and the impact of microbiota composition on the efficacy of TMF requires further investigation.

Le microbiote intestinal équin joue un rôle important dans le maintien de la santé de l'hôte. Le microbiote intestinal est composé de nombreux micro-organismes tels que les bactéries, les virus, les champignons et les archées. Cependant, la majorité de ces cellules microbiennes sont bactériennes, et par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l'exploration des communautés bactériennes dans l'intestin. Un déséquilibre du microbiote intestinal, appelé dysbiose, a été observé dans plusieurs conditions, telles que la colite, après l’administration d'antibiotiques ou la modification du régime alimentaire. La restauration du microbiote peut être effectuée par la transplantation de microbiote fécal (FMT). Des études utilisant les recommandations actuelles pour la FMT ont montré une récupération clinique chez les chevaux souffrant de diarrhée, mais le microbiote reste largement inchangé après la FMT et aucune étude randomisée avec contrôle placébo n'a été réalisée. Les hypothèses de ce projet étaient que le traitement avec une FMT concentrée corrigera la dysbiose plus rapidement qu’une FMT conventionnelle et le véhicule, et que le microbiote intestinal des chevaux traités avec une FMT concentrée ressemblera au microbiote intestinal du cheval donneur. L'objectif de ce projet était de développer un protocole pour améliorer la FMT chez les chevaux, en augmentant la concentration de bactéries présentes dans les selles du donneur par centrifugation, et de le tester chez les chevaux atteints de dysbiose intestinale induite par les antibiotiques. L'antibiotique triméthoprime sulfadiazine (TMS) a été administré à neuf chevaux pour induire une dysbiose intestinale. Les chevaux ont été séparés en trois groupes: les chevaux recevant une FMT concentrée (cFMT, n = 3); les chevaux recevant la FMT fraîche (fFMT), selon les recommandations actuelles (n = 3); et les chevaux recevant un véhicule (VEH) avec 10% de glycérol dans une solution saline à 0,9% (n=3). Des échantillons fécaux ont été prélevés avant et après l'administration du TMS, ainsi qu'avant, pendant et après la transplantation. Le séquençage a été réalisé à l'aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données analysées à l'aide du logiciel Mothur. Tel qu’attendu, l'antibiotique TMS a significativement diminué la richesse microbienne chez tous les chevaux. De manière inattendue, la composition des suspensions fécales des donneurs cFMT et fFMT était significativement différente de la composition de base des receveurs cFMT et fFMT, respectivement. La composition du microbiote des chevaux ayant reçu une transplantation fécale (concentrée ou non) était significativement différente après la transplantation, alors que ce n’était pas le cas chez les chevaux ayant reçu le véhicule. En outre, l’abondance relative de Escherichia était significativement plus élevée dans les suspensions fécales du donneur cFMT par rapport aux suspensions fécales du donneur fFMT. Les principales limites de ce projet sont la petite taille des groupes et l'exposition des selles des donneurs à l'oxygène et à la congélation-décongélation. En outre, le modèle de dysbiose peut ne pas être optimal pour tester l'efficacité de la FMT, et des études réalisant la FMT chez les chevaux souffrant de diarrhée sont nécessaire. Cette étude a contribué à la recherche de nouvelles approches pour améliorer la FMT chez les chevaux. Le faible effet mesuré avec les deux protocoles de FMT et l’augmentation de Escherichia démontre que les protocoles actuels doivent être optimisés avant de pouvoir recommander la FMT pour traiter et prévenir la dysbiose chez les chevaux. / The equine gut microbiota plays an important role in maintaining the health of the host. The gut microbiota is composed of many microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, and archaea. However, the majority of these microbial cells are bacterial cells, and consequently, many studies, including the present one, focus on exploring bacterial communities in the gut. An imbalance of the gut microbiota, termed dysbiosis, has been observed in several conditions such as colitis, colic, after antibiotic administration, or diet modification. Restoration of the gut to a healthy state can be performed through fecal microbiota transplantation (FMT). Studies using current recommendations for FMT have shown clinical recovery in horses with diarrhea, but the microbiota remains largely unchanged after FMT and no controlled studies have been performed. The hypotheses of this project were that treatment with concentrated FMT will correct dysbiosis faster than conventional FMT and the vehicle, and that the gut microbiota of horses treated with concentrated FMT will resemble the gut microbiota of the donor. The objective of this project was to develop an improved protocol for FMT in horses, by increasing the concentration of bacteria found in the donor stool using centrifugation, and to test it in horses with antibiotic-induced intestinal dysbiosis. The antibiotic trimethoprim sulfadiazine (TMS) was administered to nine horses to induce intestinal dysbiosis. Horses were separated into three groups: horses receiving concentrated FMT (cFMT) (n=3); horses receiving fresh FMT (fFMT), as per current recommendations (n=3); horses receiving a vehicle (VEH) with 10% glycerol in 0.9% saline (n=3). Fecal samples were collected before and after antibiotic administration, as well as before, during, and after transplantation. Sequencing was performed using the Illumina MiSeq platform and data analysed using the software Mothur. As expected, the antibiotic TMS significantly decreased the richness in all horses (P < 0.05). Unexpectedly, the membership of the cFMT and fFMT donor fecal suspensions was significantly different from cFMT and fFMT recipients’ baseline membership, respectively. The membership of the cFMT and fFMT recipient horses was significantly different after transplantation, while the vehicle recipients were not. In addition, the Escherichia genus was found in significantly higher relative abundances in the cFMT donor fecal suspensions when compared to the fFMT donor fecal suspensions. The main limitations of this study are the small sample size and exposure of cFMT donor stool to oxygen and freeze-thawing. In addition, the dysbiosis model may not be optimal to test the efficacy of FMT, and studies performing FMT in horses with diarrhea are warranted. This study contributed to the search for novel approaches to improve FMT in horses. The weak effect of both FMT protocols on the gut microbiota and the increase in Escherichia suggest that further clinical studies are needed before FMT can be recommended to treat and prevent dysbiosis in horses.

La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est la cause la plus fréquente de déficience visuelle centrale irréversible chez les personnes de plus de 50 ans dans les pays industrialisés, avec des impacts sociétaux et financiers majeurs. La DMLA est une maladie à multiples facettes provoquée par des interactions entre les facteurs de risque et les antécédents génétiques et l'inflammation joue un rôle important. Les effets pro-inflammatoires provoquent une perturbation de l'environnement sousrétinien physiologiquement immunosuppresseur. L'accumulation de phagocytes mononucléaires (PM) dans l'espace sous-rétinien qui s'ensuit est au coeur de l'étiologie des formes atrophiques et humides de la DMLA. Après l’usage de tabac, l'obésité est l'un des facteurs de risque modifiables les plus importants. Nous avons démontré que les régimes riches en graisses exacerbent la néovascularisation choroïdienne (NVC) en modifiant le microbiote intestinal. La dysbiose intestinale entraîne une perméabilité intestinale accrue, une inflammation chronique de bas grade, une augmentation des PM sur le site de l'angiogenèse pathologique dans l'oeil et exacerbe finalement la NVC. La modification du microbiote peut réduire l'inflammation et atténuer la NVC et peut ainsi fournir des traitements peu intrusifs et rentables pour prévenir ou retarder la DMLA exsudative. Une autre option thérapeutique qui pourrait réduire la NVC par modulation inflammatoire consiste à piéger localement les ligands de NRP1 avec un piège dérivé de NRP1. Les ligands de NRP1 sont élevés dans le vitré des patients atteints de DMLA. Nous avons constaté que les PM exprimant NRP1 favorisaient la NVC en atténuant la production de facteurs inflammatoires et en favorisant l'activation alternative, donnant aux PM un caractère pro-angiogénique. Les PM moins inflammatoires et plus de type M2 qui sont enrichis avec l'âge et exacerbent la NVC peuvent être modulés et devenir moins nuisibles en empêchant l'activation de NRP1. Cette thèse explore deux angles dans lesquels la régulation de l'inflammation peut influencer la formation de NVC et jette les bases du développement futur de nouveaux traitements préventifs primaires et secondaires efficaces dans le contexte de la DMLA. / Age related macular degeneration (AMD) is the most common cause of irreversible central vision impairment in people over 50 in industrialized countries, with major societal and financial impacts. AMD is a multifaceted disease provoked by interactions among environmental risk factors and genetic backgrounds in which inflammation plays an important role. Proinflammatory effects cause a disruption of the physiologically immunosuppressive subretinal environment. The ensuing accumulation of mononuclear phagocytes in the subretinal space is central to the etiology of both atrophic and wet forms of AMD. After smoking, obesity is one of the most important modifiable risk factors. We demonstrate that high-fat diets exacerbate choroidal neovascularisation (CNV) by altering gut microbiota. Gut dysbiosis leads to heightened intestinal permeability and chronic low-grade inflammation, increases recruitment of microglia and macrophages to the site of pathological angiogenesis in the eye and ultimately exacerbates CNV. Modifying microbiota can reduce systemic and local choroidal inflammation and attenuate pathological neovascularization and may thus provide minimally intrusive and cost-effective paradigms to prevent or delay exudative AMD. Another therapeutic option that could reduce CNV through inflammatory modulation is locally trapping ligands of NRP1 with a NRP1-derived trap. Ligands for NRP1 are elevated in the vitreous of patients with AMD at times of active CNV. We found that NRP1-expressing MPs promote CNV by mitigating production of inflammatory factors and promoting alternative activation, giving the MPs a pro-angiogenic character. The less inflammatory and more M2-like MPs that are enriched with age and exacerbate CNV can be rendered less detrimental by hindering NRP1 activation. This thesis explores two angles wherein regulation of inflammation can influence the formation of CNV and lays the groundwork for future development of novel effective primary and secondary preventive treatments for AMD.

En raison des avancées thérapeutiques, plus de 90% des enfants atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) survivent à la maladie. Cependant, plusieurs survivants sont à risque de développer des morbidités à long terme, causées par le cancer et ses traitements, surtout que ces derniers sont administrés pendant une période cruciale du développement. Les effets néfastes à long terme comprennent notamment des désordres cardiométaboliques tels que l’obésité, la dyslipidémie et le diabète de type 2. Bien que leur étiologie précise ne soit pas entièrement comprise, certains mécanismes sous-jacents au développement des complications à long terme ont été proposés. Étonnamment, peu d’études ont évalué la relation entre l’alimentation et les complications cardiométaboliques chez les survivants du cancer pédiatrique. Dans la population générale, de mauvaises habitudes alimentaires ont été associées à l’incidence des composantes du syndrome métabolique et de l’athérosclérose. Également, il a été démontré que le microbiote intestinal joue un rôle prépondérant dans la pathogenèse et la progression des perturbations cardiométaboliques dans la population générale. Ce rôle a été peu étudié dans la population survivante de cancer, alors que les traitements pourraient mener à des modifications importantes de la composition, de la diversité et de la fonction du microbiote intestinal. Nos travaux ont visé l’étude de l’état de santé cardiométabolique et nutritionnelle de survivants de la LLA de l’enfant et la détermination des associations entre les deux. De plus, nous avons exploré les mécanismes impliquant le microbiote intestinal dans le développement des complications cardiométaboliques. L’ensemble des travaux a été réalisé dans le cadre de l’étude PETALE (Prévenir les effets tardifs des traitements de la leucémie lymphoblastique aiguë) au Centre hospitalier universitaire Sainte-Justine à Montréal. Nos résultats ont mis en évidence la forte prévalence des complications cardiométaboliques chez les adolescents et les jeunes adultes survivants de la LLA pédiatrique. Ils ont aussi confirmé leur risque cardiovasculaire accru par rapport à la population générale canadienne, plus particulièrement ceux ayant été exposés à la radiothérapie crânienne. En outre, des altérations des profils des lipoprotéines et apolipoprotéines, indicateurs d’une augmentation du risque d’athérosclérose, ont été identifiées. Nous avons observé que les survivants respectent peu les recommandations alimentaires et leurs mauvaises habitudes alimentaires affectent leur état nutritionnel et métabolique. Nos résultats confirment l’association d’un régime alimentaire de qualité et une meilleure santé cardiométabolique des survivants. Nous avons identifié une association inverse entre un apport élevé de macro- et micronutriments spécifiques (protéines, sélénium, zinc, cuivre, riboflavine et niacine) ainsi que de viande et le risque de présenter des taux de HDL-C faibles chez les survivants tandis que la restauration rapide était associée positivement avec ce risque. Il est à noter que malgré un faible apport en vitamine D, la prévalence de l’insuffisance ou de la carence en vitamine D n’est pas plus importante chez les survivants que dans la population générale canadienne. Nous avons identifié des associations entre des biomarqueurs plasmatiques de l’inflammation viscérale et de l’endotoxémie et les complications cardiométaboliques chez les survivants de la LLA pédiatrique. Nous avons également mis en évidence la relation entre l’endotoxémie métabolique, l’inflammation et la présence de complications cardiométaboliques. Une revue de littérature a permis de détailler le rôles émergent de la dysbiose intestinale dans les complications métaboliques chez les survivants. Dans nos travaux exploratoires, nous avons constaté que, dans une grande proportion des survivants métaboliquement non sains, il y avait une abondance réduite de familles de bactéries ayant des rôles protecteurs envers l’endotoxémie métabolique. Nous avons aussi démontré la faisabilité d’utiliser un modèle murin xénogénique de LLA pour étudier les mécanismes du développement des complications cardiométaboliques. L’identification de biomarqueurs et de mécanismes biologiques ainsi qu’une meilleure compréhension de la manière dont le régime et les composantes alimentaires peuvent affecter les survivants de la LLA de l’enfant permettra le développement de stratégies de prévention pour minimiser les séquelles à long terme, améliorer le suivi des patients et optimiser la qualité de vie de cette population à haut risque. / As a result of therapeutic advances, more than 90% of children with acute lymphoblastic leukemia (ALL) survive the disease. However, many survivors are at risk of developing long-term morbidities caused by the cancer and its treatments, especially since these are administered during a crucial period of their development. Long-term adverse effects include cardiometabolic disorders such as obesity, dyslipidemia and type 2 diabetes. Although their precise etiology is not fully understood, some mechanisms underlying the development of long-term complications have been proposed. Surprisingly, few studies have evaluated the relationship between diet and cardiometabolic complications in childhood cancer survivors. In the general population, poor dietary habits are associated with the incidence of metabolic syndrome components and atherosclerosis. Also, the intestinal microbiota appears to play a major role in the pathogenesis and progression of cardiometabolic disturbances in the general population. This role has been poorly studied in cancer survivor populations, where treatments could lead to significant changes in intestinal microbiota composition, diversity and function. We studied the cardiometabolic and nutritional health status of childhood ALL survivors and determined the associations between the two. In addition, we explored the intestinal microbiota as an underlying mechanism of cardiometabolic complication development. This work was carried out as part of the PETALE (Preventing Late Effects of Acute Lymphoblastic Leukemia Treatments) study at the Centre hospitalier universitaire Sainte-Justine in Montreal. Our results highlighted the high prevalence of cardiometabolic complications in adolescent and young adult survivors of childhood ALL. They also confirmed their increased cardiovascular risk compared to the general Canadian population, particularly those exposed to cranial radiotherapy. In addition, alterations in lipoprotein and apolipoprotein profiles, indicative of an increased risk of atherosclerosis, were identified. We observed that survivors have poor compliance with dietary recommendations and that poor eating habits affect their nutritional and metabolic status. Our results confirm the association of diet quality and a better survivors’ cardiometabolic health. We identified an inverse association between a high intake of specific macro- and micronutrients (protein, selenium, zinc, copper, riboflavin and niacin) as well as meat and the risk of having low HDL-C levels in survivors, while fast food was positively associated with this risk. It should be noted that despite low vitamin D intake, the prevalence of vitamin D insufficiency or deficiency is no greater among survivors than in the general Canadian population. We identified associations between plasma biomarkers of visceral inflammation and endotoxemia and cardiometabolic complications in childhood ALL survivors. We also demonstrated the relationship between metabolic endotoxemia, inflammation and the presence of cardiometabolic complications. A review of the literature detailed the emerging role of intestinal dysbiosis in the metabolic sequelae found in survivors. In our exploratory work, we found that, in a large proportion of metabolically unhealthy survivors, there was a reduced abundance of bacteria families with protective role towards endotoxemia. We also demonstrated the feasibility of using a xenogenic mouse model of ALL to study the mechanisms explaining the development of cardiometabolic complications. The identification of biomarkers and biological mechanisms and a better understanding of how diet and nutritional components may affect survivors of childhood ALL will allow the development of prevention strategies to minimize long-term sequelae, improve patient follow-up and optimize the quality of life of this high-risk population.

Problématique. Bien que la survie des enfants atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) se soit grandement améliorée dans les dernières décennies, les survivants de la LLA de l’enfant sont nombreux à développer des comorbidités métaboliques sévères, comme l’obésité, des perturbations du métabolisme des glucides et des lipides ainsi que des maladies cardiovasculaires. À ce jour, peu de données probantes sont disponibles concernant les mécanismes sous-jacents au développement de ces complications cardiométaboliques. Cependant, les impacts de la maladie, du traitement et de la dysbiose intestinale sur le développement de ces désordres métaboliques sont des exemples d’hypothèses émises dans la littérature. Objectifs. Les objectifs sont de déterminer les impacts de la LLA pédiatrique et du méthotrexate sur le poids, la dyslipidémie et la résistance à l’insuline. De plus, nous souhaitons déterminer la relation entre le microbiote intestinal et le développement de complications métaboliques et évaluer les différences sexuelles concernant la réponse métabolique à la maladie et au traitement. Méthodes. Quarante souris NOD-SCID IL2Rγnull (NSG) avec un nombre égal de mâles et de femelles ont été divisés en 3 groupes : contrôle (injection de tampon phosphate salin (PBS), non traitée, n=8), non-traité (greffe de LLA, non traitée, n=16) et traité (greffe de LLA, traitée au méthotrexate, n=16) avec une dose de 5 mg/kg, 4 jours consécutifs pour une durée de 8 semaines. Un test d’hyperglycémie orale provoquée a été exécuté afin d’évaluer la tolérance au glucose. Le poids, la glycémie, les lipides sanguins, des échantillons de selles et certains tissus (le foie, les intestins et le tissu adipeux) ont été collectés à plusieurs moments durant l’expérience. Des Western blot ont été effectués afin de mesurer l’expression protéique de protéines clef du métabolisme dans le foie. La composition (abondance relative) et la diversité (α-diversité et β-diversité) du microbiote intestinal et la teneur fécale en acides gras à chaîne courte (AGCC) ont été mesurées. Les différences entre les groupes, intrasexe et longitudinales ont été analysées. Résultats. Nos résultats démontrent que la maladie elle-même a un impact sur les niveaux de cholestérol total dans le plasma et dans le foie des souris femelles. Le traitement au méthotrexate a induit une dysglycémie, à la fois à court terme et à long terme après le traitement, et a augmenté les niveaux de HDL-c dans le plasma des souris femelles. Dans le foie, une augmentation de l’activité de l’AMPKα et une diminution de l’expression protéique de FAS ont été observées chez les souris leucémiques, comparativement aux contrôles. L’analyse longitudinale du microbiote intestinal démontre des différences dans la composition du microbiote intestinal (abondance relative de la famille bactérienne S24_7 chez les mâles et β-diversité chez les femelles) et une réduction considérable du contenu fécal en acides gras en chaînes courtes (AGCC) après les traitements. Au sacrifice, les souris traitées avaient un ratio Firmicutes/Bacteriodetes inférieur comparé aux contrôles. Les souris mâles leucémiques avaient des niveaux moyens d’AGCC supérieurs et les femelles leucémiques avaient des niveaux d’AGCC inférieurs aux contrôles et cette différence était plus marquée chez les femelles traitées. Conclusion. La maladie seule provoque des changements dans le métabolisme lipidique, alors que le traitement avec le méthotrexate aggrave ces désordres en plus d’affecter les paramètres glucidiques. Ces effets ont principalement été observés chez les souris femelles. Des changements des protéines hépatiques clés impliquées dans la régulation du métabolisme des lipides et des glucides et au niveau du microbiote intestinal pourraient être des mécanismes expliquant le développement de ces complications chez les femelles. / Context. Although survival of children with acute lymphoblastic leukemia (ALL) has greatly improved in recent decades, many survivors of childhood ALL develop severe metabolic comorbidities, such as obesity, disturbances in carbohydrate and lipid metabolism, and cardiovascular disease. To date, little evidence is available concerning the mechanisms underlying the development of these cardiometabolic complications. However, the impact of the disease, the treatment and intestinal dysbiosis on the development of these metabolic disorders are examples of hypotheses put forward in the literature. Objectives. The objectives are to determine the impact of pediatric ALL and methotrexate on weight, dyslipidemia and insulin resistance. In addition, we aim to determine the relationship between the gut microbiota and the development of metabolic complications, and to assess sex differences in metabolic response to disease and treatment. Methods. Forty NOD-SCID IL2Rγnull (NSG) mice with equal numbers of males and females were divided into 3 groups: control (Phosphate-buffered saline injection (PBS), non-treated, n=8), untreated (LLA graft, non-treated, n=16) and treated (LLA graft, treated with methotrexate, n=16) with a dose of 5 mg/kg, 4 consecutive days for 8 weeks. An OGTT test was performed to assess glucose tolerance. Weight, blood glucose, blood lipids, stool samples and selected tissues (liver, intestine and adipose tissue) were collected at several points during the experiment. Western blots were performed to measure protein expression of key metabolic proteins in liver. The composition (relative abundance) and diversity (α-diversity and β-diversity) of the gut microbiota and the fecal content of short-chain fatty acids (SCFAs) were measured. Differences between groups, within sex and between longitudinal data were analyzed. Results. Our results show that the disease itself had an impact on the cholesterol levels in plasma and in the liver of female mice. Methotrexate treatment induced dysglycemia, both and in the long term after the treatment and increased plasma HDL-c levels of female mice. In the liver, an increase in AMPKα activity and a decrease in FAS protein expression were observed in leukemic mice, compared with controls. Longitudinal analysis of the gut microbiota demonstrated differences in gut microbiota composition (relative abundance of the S24_7 bacterial family in males and β-diversity in females) and a considerable reduction in fecal short-chain fatty acid (SCFA) content after methotrexate treatment. At sacrifice, treated mice had a lower Firmicutes/Bacteriodetes ratio than controls. Male leukemic mice had higher mean SCFA levels, and female leukemic mice had lower SCFA levels than controls, with this difference being more marked in treated females. Conclusion. The disease alone causes changes in lipid metabolism, while treatment with methotrexate aggravates these disorders and affects carbohydrate parameters. These effects were mainly observed in female mice. Changes in key hepatic proteins involved in the regulation of lipid and carbohydrate metabolism and in the intestinal microbiota could be mechanisms explaining the development of these complications in females.