L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d'imagerie médicale très riche et en plein essor. Elle permet d'obtenir de hautes résolutions temporelle et spatiale, et une très bonne caractérisation tissulaire. Malheureusement, les activités physiologiques de la circulation et de la respiration induisent des mouvements qui interfèrent avec le processus d'acquisition, assez lent, générant des artéfacts. D'un côté, l'exploration par IRM des organes thoraco-abdominaux en est perturbée, mais d'un autre côté c'est un outil non-invasif et précis d'analyse. Ainsi, nous avons montré que la course du diaphragme était de l'ordre de 1 à 2 cm dans une population de patients atteints de mucoviscidose, comme chez les sujets normaux, et légèrement plus importante en postérieur qu'en antérieur. Au cours d'une autre étude, nous avons observé que les déplacements crânio-caudaux du rein étaient aussi importants chez le nourrisson que chez l'adulte, avec des conséquences en imagerie fonctionnelle. Les méthodes gestion de ces mouvements, comme l'apnée ou la synchronisation sur des capteurs externes ou internes, restent cependant imparfaites. Nous montrons comment améliorer la qualité des images pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose par une technique de double synchronisation cardiaque et respiratoire développée au laboratoire, et comment nous avons pu réaliser des séquences de ciné-cardiaque de haute qualité en respiration libre par utilisation de l'algorithme GRICS. Enfin, nous présentons plusieurs études portant sur l'analyse cinétique des traceurs, illustrant les contraintes particulières à cette situation, et posons les conditions d'un recalage efficient. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) has become a major medical Imaging technique thanks to high temporal and spatial resolution, as well as to its abilities to distinguish between tissues. On one hand, MRI examinations of thoracic and abdomino-pelvic organs are compromised by the motions induced by circulation and respiration, but on the other hand, MRI is a non-invasive and precise tool to study these displacements. We have shown, in a group of patients with cystic fibrosis (CF), that the diaphragmatic course was around 1 to 2cm, as it is in normal subjects. In another study, we have found that motions of the kidney was in the same range in infants and in adults, despite the difference in the size of this organ; this is a major cause of error when performing functional analysis. Managing these motions is based upon breath holding and synchronization, both remaining imperfect. Thus, we showed how an in-lab dual synchronization, both cardiac and respiratory, improved quality of lung images in the patients with CF, and how we managed realizing high quality cardiac cine-MRI using the GRICS algorithm. At last, we discuss the specific difficulties of kinetic imaging of contrast agents through a few studies, and explain the bases of an efficient registration method.

La mucoviscidose (CF pour Cystic Fibrosis) est la conséquence de la mutation du gène codant pour le canal chlorure CFTR. Une des stratégies thérapeutiques proposées pour compenser la déficience de CFTR serait de stimuler une voie alternative à CFTR de sécrétion d'ions chlorures. En 2008, le canal ANO1 a été identifié comme CaCC (canal chlorure activé par le calcium) et alors proposé comme cible thérapeutique dans le contexte de la mucoviscidose. Des travaux précédents de notre laboratoire ont montré que l'activité et l'expression d'ANO1 étaient diminuées en contexte CF par rapport au contexte non-CF. Les mécanismes de régulation d'ANO1 n'étant pas connus, les objectifs principaux de ce travail étaient d'étudier la régulation d'ANO1 par les microARN. Nous avons donc, dans un premier temps, identifié un microARN, miR-9 qui est surexprimé dans les cellules CF et qui régule directement ANO1. Nous avons montré que la régulation d’ANO1 par miR-9 entraîne une diminution d’expression et d’activité d’ANO1 ainsi que de la vitesse de migration des cellules. Dans le contexte de la mucoviscidose, il nous a semblé plus intéressant de pouvoir augmenter l’expression d’ANO1 dans le but d’augmenter les efflux chlorures, nous avons donc fait synthétiser une molécule qui empêche la fixation de miR-9 à ANO1, un TSB (Target Site Blocker) ANO1. Nous avons alors démontré que l’utilisation de notre TSB ANO1 permettait d’augmenter l’expression d’ANO1, son activité chlorure et la migration cellulaire dans différents modèles in vitro et in vivo. L’ensemble de ses résultats suggère que notre TSB ANO1 pourrait être une cible thérapeutique intéressante chez les patients atteints de mucoviscidose. / Cystic Fibrosis (CF) is the consequence of the mutation of the chloride channel CFTR. One of the therapeutic strategy proposed in CF to compensate the CFTR deficiency is to stimulate others chlorides channels. In 2008, the channel ANO1 was identified as CaCC (calcium-activated chloride channel) and then proposed as a therapeutic target in CF. Previous works from our lab have shown that ANO1 activity and expression are reduced in the CF context compared to non CF. Mechanisms of ANO1 regulation being unknown, the objectives of this work were to study ANO1 regulation by microRNA. First, we identified a microRNA, miR-9, which is overexpressed in CF cells and directly regulates ANO1. We have then shown that ANO1 regulation by miR-9 induces decreases of ANO1 expression and activity, and migration rate of cells. In the context of CF, it seems more interesting to increase ANO1 expression in order to increase the chloride efflux, we thus designed a target site blocker (TSB ANO1) which prevents miR-9 fixation on ANO1. In different models in vitro and in vivo, we demonstrated that our TSB ANO1 increases ANO1 expression, ANO1 activity and migration rate of cells. These results suggest that ANO1 TSB could be considered as an interesting therapeutic target in CF.

La mucoviscidose est une maladie génétique due à des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator), conduisant à un défaut d'adressage de la protéine CFTR à la membrane apicale des cellules épithéliales, ou à un déficit de sa fonction de canal à ions chlorure. Ce travail a consisté à étudier les vésicules extracellulaires (EV), microvésicules (MV) et exosomes (Exo), comme vecteurs de la protéine CFTR et de son ARN messager. La preuve de concept du transfert de matériel biologique d'intérêt par l'intermédiaire d'EV, d'abord apportée sur un modèle de cellules animales (CHO), a été validée en cellules humaines. Les EV ont été isolées à partir de surnageant de Calu-3, cellules exprimant la protéine CFTR de manière endogène, et de A549 transduites par le vecteur adenoviral Ad5-GFP-CFTR, surexprimant la protéine de fusion GFP-CFTR. Les cellules cibles choisies, A549 et CF15, étaient déficientes en CFTR. Le transfert s'est révélé plus efficace en système homologue (A549/A549) qu'en système hétérologue (A549/CF15). Par ailleurs, l'utilisation d'inhibiteurs métaboliques suggère que les EV ne suivent pas une voie d'internalisation cellulaire unique, mais que plusieurs mécanismes sont mis en jeu, dont l'endocytose clathrine dépendante et la macropinocytose. Les deux types d'EV sont capables de rétablir la fonction canal associée au CFTR dans les cellules CF15 de façon dose-dépendante, mais avec un effet de seuil minimum. L'activité CFTR reste stable pendant 3 jours, et à un niveau encore détectable après 5 jours. Notre travail démontre l'intérêt potentiel des MV et Exo comme vecteurs de biothérapie de pathologies génétiques / Cystic fibrosis is a genetic disease in which its prognosis depends on the lung damage. It is caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene (CFTR), resulting in a dysfunctional CFTR protein normally located at the plasma membrane of epithelial cells. This thesis is a study of a novel therapeutic approach to use extracellular vesicles (EVs), microvesicles and exosomes, as transfer vectors for CFTR mRNA and protein to target cells. The proof of concept for the transfer of CFTR mRNA and protein was first done in the CHO hamster model. To validate this concept on human cells, we used human bronchial Calu-3 cells, which express the endogenous CFTR protein, and A549 lung epithelial cells transduced by the adenoviral vector Ad5-GFP-CFTR to overexpress the fusion exogenous protein GFP-CFTR. We show that EVs produced by these cells could transfer a new functionality to CF15 target cells carrying the CFTRdeltaF508 mutation and the transfer seems to be more efficient in a homologous cell system versus a heterologous system. Interestingly, the exosomes seem to be more efficient in CFTR transfer than the microvesicles. A study of the mechanism of EVs cellular uptake show that it is temperature dependent and that endocytosis and macropinocytosis are implicated. Collectively, this study demonstrates the potential application of EVs for CFTR transfer and functional correction of the genetic defect in human CF cells

Le mucus recouvre et protège les épithéliums des tractus respiratoire, gastro-intestinal et reproducteur. Les mucines sécrétées sont des molécules mosaïques de très grande taille moléculaire, fortement O-glycosylées et responsables des propriétés rhéologiques du gel de mucus. MUC5B est l’une des cinq mucines gélifiantes et est principalement sécrétée dans le tractus respiratoire. Chez l’Homme, MUC5B est impliquée dans le cancer mammaire et la mucoviscidose. MUC5B est exprimée dans plus de 80% des cancers mammaires alors que MUC5B n’est pas exprimée dans le tissu mammaire sain. Par ailleurs, MUC5B pourrait jouer un rôle majeur dans le poumon de patients atteints de mucoviscidose. Pour étudier la fonction de MUC5B, nous avons utilisé des protéines recombinantes composées de différents domaines de MUC5B et des modèles animaux. Nous avons montré que MUC5B favorise la prolifération cellulaire et l’invasion in vitro et favorise la croissance tumorale et la dissémination métastatique chez des souris immunodéprimées. MUC5B apparait donc comme une cible thérapeutique intéressante pour ralentir la prolifération cellulaire et la dissémination métastatique dans le cancer du sein. Nous avons également montré que l’expression de Muc5b et le nombre de cellules Muc5b positives sont plus élevés dans un modèle murin de mucoviscidose (Cftr–/–) que chez les souris frères-sœurs contrôles, ce qui suggère que les souris Cftr–/– sont prédisposées à former des bouchons bronchiques. Les souris Cftr–/– infectées expérimentalement par Pseudomonas aeruginosa développent des bouchons bronchiques AB-PAS positifs principalement composés de la mucine Muc5b et d’ADN. MUC5B semble être une cible thérapeutique intéressante pour diminuer la viscosité du mucus dans la mucoviscidose. Enfin, nous avons montré que la protéine Muc5b est exprimée très précocement (dès E8.5) au cours du développement embryonnaire murin. A E11.5, Muc5b est exprimée dans le bourgeon pulmonaire, dans le bourgeon formant la trachée et l’œsophage et dans l’estomac. De manière inattendue, Muc5b est exprimée au niveau baso-latéral des cellules épithéliales suggérant un rôle clé de MUC5B dans la morphogenèse. / Respiratory, gastrointestinal and reproductive tracts are protected by a mucus layer. Secreted mucins are large, high molecular weight and heavily O-glycosylated mosaic proteins that are responsible for the rheological properties of mucus gel. MUC5B is one of the five secreted gel-forming mucins and is mainly secreted in the respiratory tract. In human pathology, MUC5B has been implicated in breast cancer and cystic fibrosis (CF). This ‘non mammary’ mucin is expressed in more than 80% of breast cancer and it has been suggested that MUC5B may represent the main mucin to be implicated in the lung disease of CF.To investigate the function of MUC5B, we used recombinant proteins of several MUC5B domains and animal models. We show that MUC5B promotes cell proliferation and invasion in vitro and tumor growth and metastasis using SCID mice suggesting that MUC5B may represent a therapeutic target to slow down the tumor growth and dissemination in breast cancer. We show also that Cftr–/– mice harbor more Muc5b positive Clara cells than do control littermates suggesting that CF mice are predisposed to develop mucus plugs. Experimental infection with Pseudomonas aeruginosa increased the number of Muc5b-positive cells and the formation of mucus plugs in bronchi or bronchioles of Cftr–/– mice. These plugs are mainly composed of Muc5b and DNA suggesting that MUC5B may be a valuable target for decreasing mucus viscosity in CF. Finally, Muc5b protein was detected very early in mouse embryogenesis (at day 8.5). At E11.5, Muc5b is expressed in pulmonary bud, in tracheo-esophagal groove and in stomach. Unexpectedly, Muc5b is expressed at the basal and lateral membrane of epithelial cells of the buds suggesting a key role in epithelial morphogenesis.

La phospholipase A2 sécrétée de type IIA (sPLA2-IIA) est une protéine possédant une activité antibactérienne très élevée envers les bactéries à Gram positif. La mucoviscidose (MV) est une maladie génétique résultant de la mutation du gène Cftr. L'altération de la fonction du CFTR dans les poumons favorise la colonisation par des pathogènes bactériens, dont les plus retrouvés, S. aureus et P. aeruginosa, colonisent les voies aériennes de manière séquentielle: S. aureus est principalement retrouvé chez les jeunes patients et P. aeruginosa chez les adultes. Les mécanismes impliqués dans ce changement de prévalence restent cependant mal connus. Dans ce travail, nous démontrons que l'expression de la sPLA2-IIA est plus importante dans les poumons de patients MV que dans les poumons de patients non MV et augmente avec l'âge des patients. La sPLA2-IIA présente dans les expectorations de patients MV est capable de tuer spécifiquement S. aureus. L'utilisation de modèles animaux nous a permis de démontrer sa spécificité d'action contre S. aureus et l'induction de son expression par P. aeruginosa contribuant à l'élimination de S. aureus des voies respiratoires. Enfin, nous avons identifié les cellules épithéliales comme une source majeure de sPLA2-IIA chez les patients MV. Dans ces cellules, P. aeruginosa induit l'expression de la sPLA2-IIA par un mécanisme dépendant de l'injection de la toxine ExoS et du facteur de transcription KLF2. L'ensemble de ces résultats indique i) que la sPLA2-IIA induite par P. aeruginosa, participe à l'élimination de S. aureus dans les voies aériennes des patients MV et ii) qu'une bactérie élimine une autre bactérie en utilisant la défense de l'hôte. / The type IIA secretory phospholipase A2 (sPLA2-IIA) is a host defense protein endowed with antibacterial activity, especially against Gram positive bacteria. Cystic fibrosis (CF) is a genetic disease due to mutations of Cftr gene. In the lungs, CFTR mutation favored bacterial colonization by bacterial pathogens, of which S. aureus and P. aeruginosa are the most isolated. These two bacterial species sequentially colonized airways of CF patients: S. aureus is predominant in young patients and P. aeruginosa in adults. But the mechanisms involved in this switch of bacterial prevalence are still unknown. In this work we showed that sPLA2-IIA levels were increased in lungs of CF patients compared to lungs of non-CF patients and that sPLA2-IIA levels increased with age of patients. sPLA2-IIA recovered from CF patients expectorations was active and killed specifically S. aureus. Using animal models of lung infection, we demonstrated the selectivity of sPLA2-IIA against S. aureus and that P. aeruginosa induced sPLA2-IIA expression, the latter contributed to S . aureus elimination from the airways. Finally, we identified epithelial cells as a major source of sPLA2-IIA in CF airways. In these cells, P. aeruginosa induced sPLA2-IIA expression through injection of ExoS toxin and activation of KLF2 transcription factor. Taken together, these results indicate that i) P. aeruginosa-induced sPLA2-IIA expression in CF airways participated to S. aureus elimination and ii) a bacteria eliminate another bacteria by manipulating host innate immunity.

Les bactéries appartenant au complexe Burkholderia cepacia (Bcc) provoquent des infections sévères chez les personnes atteintes de mucoviscidose. L'infection peut varier d'une forme asymptomatique à une forme plus aiguë pouvant entraîner une pneumonie nécrosante et une septicémie, connue sous le nom de syndrome cepacia. Afin d'étudier les infections causées par le Bcc, nous avons développé un nouveau modèle in vivo, l'embryon de poisson zèbre. Nous avons montré que B. cenocepacia K56-2 pouvait se répliquer dans les macrophages et causer une infection aiguë mortelle pour les embryons. En revanche, B. stabilis LMG14294 induit une infection persistante chez les embryons. Dans cette étude, nous avons montré que les macrophages jouaient un rôle-clé dans la multiplication de K56-2 et dans l'induction d'une réponse inflammatoire MyD88-dépendante, caractérisée par la surexpression des gènes codant pour Cxcl8 (ou IL-8) et l'IL-1b. En l'absence de macrophages, les bactéries sont incapables de se multiplier durant les premières 24h de l'infection, ce qui donne un avantage pour la survie des embryons. L'absence de MyD88 induit aussi l'augmentation de la survie des embryons infectés par K56-2. Mais de manière paradoxale, les bactéries se multiplient mieux chez les embryons myd88-/- mutants que chez les embryons sauvages. Ceci suggère que ce n'est pas le nombre de bactéries qui est important pour l'infection, mais que c'est la réponse inflammatoire excessive causée par cette infection qui entraîne la mort des embryons. Afin d'avoir une vision globale des changements d'expression des gènes de l'hôte durant l'infection, nous avons effectué une expérience de RNAseq. Comme attendu, l'infection aiguë se caractérise par une importante modulation du transcriptome de l'hôte qui augmente avec le temps. A l'opposé, l'infection persistante n'induit que très peu de changements. La réponse immunitaire innée, et en particulier la voie des TLR, ainsi que l'apoptose sont très fortement activées durant une infection aiguë. Pour sa part, B. stabilis module essentiellement les gènes codant pour le système du complément.Le rôle critique des macrophages lors d'une infection par Bcc chez les poissons zèbre est en accord avec les récentes observations cliniques. Ceci suggère que le stade intracellulaire de B. cenocepacia et la réponse inflammatoire qui s'ensuit peuvent être des cibles pour le développement de nouvelles thérapies permettant de lutter contre cette infection. / Bacteria belonging to the Burkholderia cepacia complex (Bcc) can cause chronic infection with periods of acute exacerbation and sometimes fatal necrotizing pneumonia (“cepacia syndrome”) in individuals with cystic fibrosis (CF), and are associated with poor prognosis. Here, we exploited the exciting possibilities for in vivo non-invasive imaging of Bcc infection in transparent zebrafish embryos, with an innate immune system with remarkable similarity to that of humans, and numerous genetic and genomic tools to study the role of host phagocytes and the innate immune response in the pro-inflammatory character of the infection.We show that macrophages play a critical role in intracellular multiplication of B. cenocepacia K56-2 and induction of a MyD88-dependent fatal inflammatory response, characterised by high levels of cxcl8 and il1b expression. Surprisingly, in sharp contrast to the situation found for infections with other pathogens including Mycobacterium marinum and Staphylococcus aureus, in the absence of macrophages, K56-2 survived but was unable to replicate in the first 24 h, which resulted in a significant pro-survival advantage to the host compared to wild type embryos that died within 2 to 3 days. The Toll-like receptor (TLR) pathway is a major arm of the cell-mediated innate immune response with MyD88 as a key adaptor protein involved in the production of pro-inflammatory cytokines. We found that the absence of MyD88 also provided a pro-survival effect to the embryos after infection with K56-2. Paradoxically, the bacteria replicated better in myd88-/- mutant than wild type embryos, suggesting that it is not bacterial burden per se, but the inflammatory response that kills the embryos. Interestingly, cxcl8 and il1b expression were not significantly induced during the first 7 hours in the myd88-/- mutant while a strong induction was seen in control embryos, suggesting that a Myd88-dependent inflammatory response during early macrophage stages significantly contributes to fatal infection.Next, we performed RNAseq to analyse global changes in host gene expression during acute and persistent infection induced by K56-2 and B. stabilis LMG14294 respectively. Whereas acute infection was characterised by strong modulation of host gene expression increasing over time, persistent infection showed modulation of only a small set of genes. TLR and apoptosis signaling pathways were amongst the strongly activated groups during acute infection, in line with the strong inflammatory character of K56-2. During persistent infection, the major differentially expressed gene set concerned genes encoding complement proteins. The critical role for macrophages in Bcc infection in zebrafish is in agreement with recent clinical observations. We suggest that the intracellular stages of B. cenocepacia and the ensuing inflammatory response are essential targets to explore for the development of new therapies to combat this infection.

La mucoviscidose (Cystic Fibrosis, CF) est caractérisée par une symptomatologie variée, dominée par la gravité de l'atteinte pulmonaire et une réponse inflammatoire inadaptée. Elle est due à des mutations du gène CFTR codant un canal chlorure AMPc-dépendant à la surface des cellules épithéliales. L'inflammation des voies aériennes de type neutrophilique est caractérisée au niveau cellulaire par une surproduction de cytokines pro-inflammatoires telles que l'interleukine-8 (IL-8) et une activation anormale des facteurs de transcription impliqués dans les voies de signalisation de l'inflammation comme NF-κB, AP-1 et PPARγ.Notre projet est d'identifier des agents à effet anti-inflammatoire dans le contexte de la mucoviscidose et d'en décrypter les mécanismes d'action. Nous avons pour cela étudié l'effet de molécules anti-inflammatoires avec une autorisation de mise sur le marché mais jamais testées pour la mucoviscidose et l'effet de COMMD1 une protéine pléïotropique impliquée dans l'inhibition de l'inflammation et identifiée au laboratoire pour interagir avec CFTR.Dans un premier temps nous avons montré l'activité anti-inflammatoire de COMMD1 dans le contexte de la mucoviscidose via son action anti-NF-κB. Dans un second temps nous avons montré que le sulindac et l'amlexanox permettent de moduler des facteurs dérégulés dans des cellules CF. Ces molécules inhibent l'activité de NF-κB et activent PPARγ. Le sulindac permet de diminuer la sécrétion d'IL-8 in vitro sur des cellules épithéliales bronchiques et in vivo sur modèles d'inflammation pulmonaire murin. De plus nous avons montré que le sulindac augmente le transport des ions chlorures via CFTR sur des cellules épithéliales nasales humaines non CF suggérant que le sulindac a un double effet anti-inflammatoire et potentiateur.Ce projet de recherche nous a permis de proposer de nouveaux candidats pour les thérapies anti-inflammatoires dans la mucoviscidose et d'initier l'étude de leur mécanisme d'action. / Cystic fibrosis (CF) is characterized by a varied symptomatology dominated by the lung injury severity and inappropriate inflammatory response. It is caused by mutations in the CFTR gene that encodes a cAMP-dependent chloride channel on the surface of epithelial cells. Airway inflammation with neutrphilic profil is characterised by increased Interleukine-8 (IL-8) secretion with dysregulation of transcription factors implicated in the inflammatory pathway such as NF-κB, AP-1 and PPARγ.Our aim is to evaluate agents with anti-inflammatory effect in CF context and to decrypt their mechanisms of action. We have study the effect of anti-inflammatory FDA approved drugs having a yet undefined effect in CF airway epithelial cells and the effect of COMMD1 a pleiotropic protein involved in the inhibition of inflammation and identified in the laboratory to interact with CFTR.In a first time we have shown the anti-inflammatory activity of COMMD1 mediated by its anti-NF-kB activity in the CF context. In a second time we have shown that sulindac and amlexanox can modulate factors dysgulated in CF cells. Both inhibit NF-κB and activate PPARγ. Sulindac reduces IL-8 secretion in vitro on airway epithelial cells and in vivo in mouse model of lung inflammation. Additionally, sulindac increases CFTR-dependent chloride currents in non-CF primary human nasal epithelial cells suggesting that sulindac has a dual anti-inflammatory and potentiator effect.This research has allowed us to propose good anti-inflammatory agents for CF context and to initiate the study of their molecular targets.

Les niveaux de chlorure sont rigoureusement régulés par des canaux de chlorure tels que le régulateur transmembranaire de mucoviscidose (CFTR), la famille de canaux CLC ou les canaux de chlorure activés par le calcium. Un dérèglement des concentrations de chlorure ou du transport de ce dernier a été rapportée pour être lié à plusieurs maladies telles que la mucoviscidose, la myotonie, l'épilepsie, l'hyperekplexie ou la surdité. Toutes ces maladies appartiennent à la famille des pathologies qui présentent un déficit de la fonction lysosomale et qui sont caractérisées par un défaut du processus autophagique.Les cellules épithéliales pulmonaires des malades atteints de mucoviscidose montrent également un défaut d’autophagie. L’association de deux produits : la cysteamine et l’epigallocathecin gallate (EGCG) permet de restaurer la fonction autophagique de ces cellules et améliore les symptômes de la maladie. Nous avons tenté d'améliorer cette combinaison en criblant des inducteurs de l'autophagie pour leur capacité d’interaction avec la cystéamine et pour une meilleure efficacité de traitement. Nous avons ainsi trouvé que l'amiodarone, de manière similaire à l'EGCG, était capable d'engager une interaction coopérative avec la cystéamine pour stimuler l'autophagie dans les lignées cellulaires. De plus, l'amiodarone s’est révélé relativement efficace pour restaurer l'expression d’une protéine Del 508 CFTR mature et fonctionnelle dans les cellules épithéliales.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploré les relations entre la modulation des concentrations intracellulaires des ions chlorure et l'autophagie. Trois approches complémentaires ont été utilisées (i) l’appauvrissement / réduction du chlorure dans le milieu de culture des cellulaires (ii) la réduction de l'expression du gène CLCN7 codant pour le seul transporteur de chlorure connu pour être présent dans les lysosomes et (iii) l’utilisation de transporteurs synthétique des ions chlorure. Nous avons montré que la modulation de la concentration des ions Cl- régulait l'autophagie. Cela a été observé lorsque nous avons déplété le chlorure du milieu de culture cellulaire ou lorsque nous avons aboli le gradient de chlorure en utilisant des transporteurs de chlorure synthétique (SCTs). Nous avons également montré que les STCs modifiaient la structure et la fonction des mitochondries. De plus, nous avons montré que les antioxydants restauraient la fonction mitochondriale et inhibaient la stimulation de l'autophagie, ce qui permet de voir sous un jour nouveau le rôle que le chlorure pourrait jouer dans la signalisation de différentes voies cellulaire de réponse au stress. / Chloride levels are stringently regulated by chloride channels such as cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR), the CLC family of channels or calcium activated chloride channels. A dysregulation of chloride concentrations or transport has been reported to be linked to several diseases including cystic fibrosis (CF), myotonia, epilepsy, hyperekplexia or deafness. All these diseases belong to the family of lysosomal storage pathologies which are characterized by a defect in the autophagic process.The pulmonary epithelial cells of CF patients show a defect of autophagy. The combination of two products: cysteamine and epigallocathecin gallate (EGCG) has been shown to restore the autophagic function of these cells and to improve the symptoms of the disease. We have tried to enhance this combination by screening inducers of autophagy for their ability to interact with cysteamine and for better treatment efficacy. We found that amiodarone, similarly to EGCG, was able to engage in a cooperative interaction with cysteamine to stimulate autophagy in cell lines. In addition, amiodarone has been found to be relatively effective in restoring expression of a mature and functional Del F508 CFTR protein in epithelial cells.In the second part of this thesis, we explored the relationships between the modulation of intracellular chloride concentration and autophagy. Three complementary approaches were used (i) the depletion/reduction of chloride in the cell culture medium (ii) the reduction of the expression of the CLCN7 gene encoding the only chloride transporter known to be present in lysosomes and (iii) the use of synthetic carriers of chloride ions. We have shown that the modulation of the concentration of Cl- modulates autophagy. This was observed when we depleted chloride from the cell culture medium or when we abolished the chloride gradient using Synthetic Chloride Transporters (SCTs). We have also shown that SCTs modify the structure and function of mitochondria. In addition, we have shown that anti-oxidants restore mitochondrial function and inhibit the stimulation of autophagy, allowing us to see in a new light the role that chloride could play in different stress response pathways.

La mucoviscidose (ou cystic fibrosis, CF) est une maladie caractérisée par une inflammation pulmonaire chronique qui contribue à la dégradation progressive de l’épithélium des voies aériennes des patients. Les glucocorticoïdes (GC) représentent un outil essentiel pour le traitement du patient mais leur efficacité et leur rapport bénéfice/risque restent cependant controversés. Les effets secondaires provoqués par l’administration de ces molécules pourraient être diminués par l’utilisation de leur protéine d’adressage, la corticosteroid-binding globulin (CBG). L’objectif de ce travail était d’étudier l’expression de la CBG chez les patients CF, afin d’optimiser leur traitement anti-inflammatoire par GC. Nous avons montré, dans un premier temps, que la synthèse hépatique de CBG était augmentée, tandis que son taux plasmatique était conservé chez les patients CF, comparé aux patients non-CF. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’expression de la CBG au niveau pulmonaire. L’inflammation chez les patients CF étant principalement pulmonaire, l’expression locale de CBG à ce niveau pourrait moduler l’efficacité du GC, en le recaptant. Nos données montrent que l’expression de cette CBG pulmonaire est diminuée chez les patients CF. Les études sur des modèles in vitro hépatiques et pulmonaires n’ont pas permis d’expliquer les résultats obtenus et ont souligné la limite des modèles et des outils à disposition. Le maintien de la concentration plasmatique de CBG et la diminution de la CBG pulmonaire chez les patients CF suggèrent ainsi que la CBG pourrait être utilisée comme outil thérapeutique dans le contexte de la mucoviscidose, afin d’optimiser le traitement par GC. / Cystic fibrosis (CF) is characterized by a chronic pulmonary inflammation, responsible of the progressive degradation of the airways epithelium. In CF, glucocorticoids (GC) are widely used but their efficiency and benefit/risk ratio are still discussed. The side effects, caused by the administration of these molecules, might be decreased by the use of their delivery protein, corticosteroid-binding globulin (CBG). The aim of the work was to study the expression of CBG in CF patients, in order to optimise their anti-inflammatory treatment by GC. First, we showed that the hepatic synthesis of CBG was increased while its plasmatic level was preserved in CF patients, compared to non-CF. Second, we were interested by the expression of CBG at the pulmonary level. The inflammation in CF patients being primarely pulmonary, the local expression of CBG in the lung could modulate the efficiency of GC through recapture. Our data showed that this expression of this pulmonary CBG was decreased in CF patients. The studies conducted in vitro on hepatic and pulmonary models did not explained our results and highlighted the limit of the models and tools at our disposal. The maintained plasmatic concentration of CBG and the decrease of pulmonary CBG in CF patients suggest that CBG might be useful as a therapeutic tool in the CF context, in order to optimise the GC treatment.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie pathogène opportuniste, hautement résistant à une multitude d’antibiotiques qui infecte principalement les patients immunosupprimés. Il représente la cause principale de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de fibrose kystique (mucoviscidose). Le but principal de ce projet consistait à identifier et à caractériser des gènes essentiels à l’infection et au maintien de P. aeruginosa dans un modèle animal d’infection pulmonaire chronique. À partir d’une banque de mutants transpositionnels, nous avons identifié 148 mutants de P. aeruginosa déficients à causer l’infection pulmonaire chronique chez le rat. Suite à des analyses bioinformatiques, le mutant inactivant le gène PA5437 a été sélectionné. L’opéron adjacent code pour les sous unités du pyruvate carboxylase (pycA et pycB) et est régulé par le gène PA5437, d’où l’appellation pycR pour pyruvate carboxylase regulator. Le pycR a été identifié comme étant un régulateur transcriptionnel de type LysR ayant une région typique de liaison à l’ADN. Le codon d’initiation de la transcription des gènes pycR et pycA a été identifié par élongation d’amorce. La capacité de liaison de la protéine PycR à l’ADN a été confirmée à l’aide du gel à retardement. L’implication de PycR dans la virulence bactérienne in vivo a été confirmée par indice de compétition et après 7 jours d’infection le mutant déficient ΔpycR est complètement éliminé du poumon du rat. L’importance de PycR a aussi été confirmée in vitro à l’aide des tests phénotypiques et enzymatiques démontrant la déficience dans la production de la lipase, de l’estérase et du biofilm. Finalement, l’analyse des résultats métaboliques et transcriptomiques a confirmé l’importance de PycR dans la régulation du métabolisme de lipides, de l’activité lipolytique, de la respiration anaérobique, de la formation du biofilm et des gènes régulés par le quorum sensing. Dans un second volet, une étude comparative entre souches prototypes (PAO1 et PA14) de P. aeruginosa et un isolat clinique (LESB58) de la fibrose kystique a été réalisée dans un modèle de l’infection pulmonaire chronique chez le rat. Cette étude a permis d’identifier des différences significatives au niveau de la localisation bactérienne dans les tissus pulmonaires de l’isolat clinique LESB58. D’importantes différences ont également été notées au niveau des facteurs de virulence comme la mobilité et la formation du biofilm. À long terme, les nouvelles connaissances acquises en génomique fonctionnelle devraient permettre d’identifier et de développer de nouvelles approches thérapeutiques permettant de combattre et mieux comprendre les infections causées par cette bactérie. / The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa is highly resistant to most classes of antibiotics and causes a wide variety of infections in compromised hosts. In addition, it represents the major cause of morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF) patients. The principal goal of the present research project was to identify and to characterise P. aeruginosa genes essential for causing a chronic lung infection. Using a PCR-based signature-tagged mutagenesis, we identified a P. aeruginosa STM5437 mutant having an insertion into the PA5437 gene; its inactivation causes attenuation of virulence in vivo. The PA5437 gene, now called pycR, regulates the adjacent operon encoding the pyruvate carboxylase subunits (pyruvate carboxylase regulator). PycR has the signature of a putative transcriptional regulator with a predicted helix-turn-helix motif binding to a typical LysR DNA-binding motif identified in the PA5436 (pycA)-PA5437 (pycA) intercistronic region. Transcriptional start sites of pycA and pycR were identified by primer extension and the DNA binding capacity of PycR was confirmed by a DNA mobility gel shift assay. Genome-wide transcriptional profiling indicated that the genes whose control were differentially expressed by PycR implicated genes responsible for lipid metabolism, lipolytic activity, anaerobic respiration, biofilm formation and a number of quorum sensing regulated genes. This study defines PycR as a major regulator in virulence and where mutations in pycR have pleiotropic effects on the expression of multiple virulence factors such as lipase, esterase and biofilm formation. The expressions of several of these genes are associated with chronic lung persistence. In the second part of the study, P. aeruginosa prototype strains PAO1 and PA14 were compared with the CF isolate LESB58 in the rat model of chronic lung infection. This comparative study identified major differences for LESB58; in vivo in bacterial localisation in the rat lung and in vitro for motility and biofilm production. Functional genomics of P. aeruginosa will provide new insights for the development of novel therapeutic targets. Genomic biodiversity may explain the variation in severity of the P. aeruginosa infections in CF disease.