La communication intercellulaire se produit non seulement chez les eucaryotes, mais aussi chez certaines bactéries. Un tel exemple est la cyanobactérie filamenteuse Anabaena sp. PCC 7120, capable de former des hétérocystes suite à une carence en azote combiné. Un filament d'Anabaena est coordonné comme une unité multicellulaire; comment les cellules communiquent-elles le long de chaque filament et comment échangent-elles des ressources nutritionnelles demeurent des mécanismes encore mal élucidés. Des études récentes ont démontré que des molécules de petites tailles peuvent être échangées entre les cytoplasmes à travers des jonctions intercellulaires. De plus, le périplasme semble être continu le long de chaque filament, avec une membrane extérieure commune pour toutes les cellules. Toutefois, il n’est pas déterminé si le "périplasme continu" peut servir comme une route alternative pour les échanges moléculaires le long des filaments.Dans cette étude, la propriété du périplasme chez Anabaena a été évaluée par le suivi du mouvement de protéines fluorescentes (GFP ou iLOV) en utilisant des techniques microscopiques. Les protéines fluorescentes ont été exportées vers l'espace périplasmique, soit d'un hétérocyste soit d’une cellule végétative. Nous avons pu montrer que ces protéines fluorescentes restent dans le périplasme de la cellule d’origine, et que la GFP peut diffuser librement, mais seulement dans le périplasme d'un hétérocyste ou d’une cellule végétative. Ainsi, bien que le périplasme semble être continu le long du filament, une barrière intercellulaire semble exister pour empêcher la libre diffusion des protéines à la taille de ~27 kDa (GFP) ou ~13 kDa (iLOV). La couche de peptidoglycane pourrait constituer cette barrière et nous estimons que la limite pour la diffusion à travers cette barrière se situe entre 0.53 et 13 kDa.En parallèle, les voies métaboliques des cellules végétatives et des hétérocystes ont été comparées en utilisant une approche transcriptomique. L'expression différentielle des gènes impliqués dans le métabolisme nous permet d’appréhender la nature des métabolites pouvant être échangées entres ces deux types cellulaires. / Cell-cell communication occurs not only in eukaryotes but also in bacteria. One such example is the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120, which is able to differentiate a specialized cell type named heterocyst upon nitrogen deprivation. A filament of Anabaena is coordinated as a multicellular unity; how the cells along each filament communicate and exchange resources are not yet fully understood. Recent studies demonstrated that small molecules can be rapidly exchanged from cytoplasm to cytoplasm through intercellular junctions. In addition, the periplasm appears to be continuous along each filament, with a shared outer membrane for all cells. However, whether the ‘continuous periplasm’ serves as an alternative route for molecular exchanges along the filament remains unknown. In this study, the property of periplasm in Anabaena was assessed by monitoring the movement of fluorescent proteins (GFP or iLOV) using microscopic techniques. Fluorescent proteins were exported to the periplasmic space of either a heterocyst or a vegetative cell and their diffusion was tested. We found that both GFP and iLOV remains in the producing cells, and at least GFP could diffuse freely in the periplasm of a heterocyst or a vegetative cell but failed to cross cell borders. Thus although periplasm appears to be continuous along the filament, barriers exist to prevent free diffusion of proteins up to the size of ~27 kDa (GFP) or ~13 kDa (iLOV). One candidate as diffusion barrier in the periplasm may be the peptidoglycan and we estimate the limit for diffusion of the barrier in the range between 0.53 to 13 kDa. In parallel, the biosynthetic pathways operating in vegetative cells and heterocysts were compared using oligonucleotide microarray. Differential expression of the genes involved in amino acids metabolism give clues as to which nitrogen-containing compounds might serve as the transfer vehicle in cell-cell exchanges.

La bactérie Myxococcus xanthus forme des structures multicellulaires appelées corps fructifères pour résister à des conditions de carence nutritive. La formation de ces structures implique un système chimiotactique particulier, le système Frz, qui régule le changement de direction des cellules, provoqué par la relocalisation simultanée des deux appareils de motilité (A) et (S) d’un pôle à l’autre de la cellule. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur la connexion entre le système chimiotactique Frz et ses protéines cibles MglAB dans le contrôle de l’inversion de la polarité. L’axe de polarité des cellules est établi par MglA, une petite protéine G de la famille Ras, qui constitue un embranchement vers la régulation des deux appareils de motilité au pôle avant, et son inhibiteur MglB localisé au pôle arrière. Nous avons montré qu’en interagissant directement et spécifiquement avec le cytosquelette, MglA contrôle l’assemblage et le désassemblage de la machinerie de motilité A. Par une approche évolutive, nous avons élucidé l’architecture modulaire du système Frz et l’implication de quatre domaines régulateurs pour connecter le système Frz aux protéines MglAB, filtrer et amplifier le signal. Nous proposons un mécanisme d’inversion de la polarité dans lequel l’action indépendante de deux RRs à chaque pôle de la cellule perturbe les interactions entre une petite protéine G et son inhibiteur apparenté pour convertir un axe de polarité stable en un oscillateur biochimique. La régulation de la direction de mouvement chez M. xanthus pourrait donc constituer un cas émergent de couplage entre des régulateurs de type procaryotes et eucaryotes. / The bacterium Myxococcus xanthus forms multicellular structures called fruiting bodies to resist to starvation conditions. Fruiting body formation implies a chemosensory-like system, the Frz system which regulates directional changes through the simultaneous pole-to-pole relocalization of two motility systems, (A) and (S). During my PhD, I have worked on the connection between the Frz chemosensory-like system and the downstream regulators MglA and MglB in the control of polarity inversion. The cell polarity axis is established by (i) a Ras-like small G protein, MglA, which constitutes a branch node in the regulation of A and S motility systems at the leading cell pole, and (ii) its cognate inhibitor MglB that localizes at the lagging cell pole. We showed that MglA interacts directly and specifically with the cytoskeleton to promote assembly and disassembly of the A-motility machinery. Using an evolutionary approach, we elucidated the modular architecture of the Frz system and the implication of four regulatory domains to (i) connect the Frz system to the MglAB proteins, (ii) filter and (iii) amplify the signal. We now propose a mechanism for polarity inversion in which the independent action of two response regulators at each cell pole perturbs the interactions between a small-G-protein and its cognate inhibitor to trigger the conversion of a stable polarity axis into a biochemical oscillator. The regulation of directional movement in M. xanthus is an interesting emergent coupling between prokaryotes and eukaryotes regulators.

La thèse se compose de trois parties dont les deux premières se rattachent à la théorie des jeux et la troisième à la biologie théorique. La première partie est consacrée à l'étude des équilibres corrélés. Après avoir étudié les propriétés de la techique de réduction duale et développé ses applications, nous utilisons cette technique pour montrer que l'ensemble des jeux ayant un unique équilibre corrélé est ouvert, ce qui n'est pas vrai des équilibres de Nash, et pour caractériser la classe des jeux dont le polytope des équilibres corrélés contient un équilibre de Nash dans son intérieur relatif. Cette classe étend et généralise celle des jeux à somme nulle. Deux autres contributions sont également présentées.<br /> <br />La deuxième partie est consacrée aux jeux d'évolution, et étudie le lien entre l'issue de processus évolutifs et les concepts stratégiques statiques. Nous montrons notamment que les dynamiques d'évolution peuvent éliminer toutes les stratégies appartennant au support d'au moins un équilibre corrélé, et ce pour n'importe quelle dynamique monotone et pour des ensembles ouverts de jeux et de conditions initiales. L'élimination de toutes les stratégies dans le support des équilibres de Nash se produit sous toutes les dynamiques d'adaptation myope régulières et, sous la dynamique des réplicateurs ou la dynamique de meilleure réponse, à partir de presque toutes les conditions initiales. <br /><br />La troisième partie, co-écrite, étudie les déterminants de la séparation entre lignée germinale et lignée somatique chez les algues vertes volvocales.