Como entre 25-50% dos isolados de Mycobacterium tuberculosis resistentes à INH não apresentam mutações nos genes katG, inhA, ahpC e kasA que possam justificar sua resistência, foi proposta a influência de mutações específicas no gene nat nos mecanismos de resistência e atividade da NAT. Todos os isolados obtidos (n=125) foram identificados e caracterizados através da amplificação pela PCR da IS6110 e por MIRU-VNTR, respectivamente. A determinação da concentração inibitória mínima (CIM) foi realizada pelo método REMA. Após triagem de mutações nos genes caracteristicamente envolvidos com resistência pela PCR-SSCP, seguida de seqüenciamento de DNA, foram selecionados 45 isolados para o estudo de mutações específicas (pela PCR e sequenciamento) e expressão gênica do mRNA do gene nat através da RT-PCR em tempo real. Confirmou-se que mutação no gene katG é a mais correlacionada com a resistência à INH, pois 68,4% das cepas resistentes apresentaram mutação neste gene. Mutações na região promotora do gene inhA, na região intergênica oxyR-ahpC e no gene kasA foram encontradas em 8,8%, 5,6% e 21,6% dos isolados, respectivamente. Mutações no gene nat, das quais 4 não haviam sido descritas previamente, foram encontradas em 40,0% dos isolados. Apesar dessas mutações causarem alterações na proteína, não foi observada uma relação direta com aumento na CIM. Também não foi observada relação entre a variação da expressão do mRNA do gene nat com os valores de CIM e com o número de mutações, tanto específicas do gene nat como em outros genes caracteristicamente relacionados com resistência à INH. / Since around 25-50% of the Mycobacterium tuberculosis strains resistant to INH do not present any mutation in katG, inhA, ahpC and kasA genes that could explain their resistance, we proposed to evaluate the influence of specific mutations in the nat gene in the mechanisms of resistance and in the activity of NAT. All strains were identified and characterized molecularly by the amplification by PCR of the IS6110 region and by MIRU-VNTR, respectively. The minimal inhibitory concentration (MIC) was performed using the REMA method. After screening of mutations in the resistant-related genes by PCR-SSCP followed by DNA sequencing, 45 strains were selected to be evaluated for specific mutations (by PCR and sequencing) and mRNA expression of nat by real time RT-PCR. It was showed that mutations in the katG gene were the most frequent and related to INH resistance since 68.4% of all resistant strains presented mutation in this gene. Mutations in the promoter region of inhA gene, oxyR-ahpC intergenic region and kasA gene were found in 8.8%, 5.6% and 21.6% of the strains, respectively. Mutations in the nat gene, four of them not previously described, were found in 40.0% of the strains. Although those mutations influence in the protein produced it was not observed a direct relation in an increase in CIM. It was also noted no relation between the expression of mRNA of nat gene neither with the MIC values nor with the number of mutations, both specific of nat gene as well in the other genes characteristically related to INH resistance.

All organisms must sense and respond to their environment in order to survive. The processes that allow a living cell to sense changes in its environment, and respond appropriately are collectively referred to as ‘signal transduction’. Cyclic AMP is a ubiquitously used second messenger molecule that plays diverse roles from hormone signalling in mammalian cells to catabolite repression in enteric bacteria. In several bacterial pathogens such as Pseudomonas aeruginosa, cAMP has also been found to mediate pathogenesis, usually by regulating the production of several virulence factors aiding in colonisation of the host. Cyclic AMP signalling has been suggested to regulate the virulence of the obligate intracellular Mycobacterium tuberculosis. Mycobacteria, including M. tuberculosis, code for a large number of adenylyl cyclases, enzymes that synthesise cAMP. Of the 16 putative adenylyl cyclases encoded by M. tuberculosis H37Rv, 10 have received extensive biochemical attention. A knockout of one of these cyclases, Rv0386, resulted in compromised virulence of M. tuberculosis. Ten proteins predicted to bind cAMP and mediate its cellular roles have also been identified in M. tuberculosis. Among these are the cAMP-regulated transcription factor, CRPMt, and cAMP-regulated protein acetyl transferase, KATmt. Comparatively little information is available, however, regarding the roles of cAMP-degrading machinery in mycobacteria. Two phosphodiesterases, with modest activity against cAMP in vitro, have been identified from M. tuberculosis, and are encoded by the Rv0805 and Rv2795c loci. Of these, Rv2795c has orthologs in all sequenced mycobacterial genomes. However, Rv0805-like proteins are coded only by slow growing mycobacteria such as the M. tuberculosis-complex, M. marinum and M. leprae, several of which are human or animal pathogens. Rv0805 belongs to the metallophosphoesterase superfamily of proteins, consisting of metal-dependent phosphoesterases with substrates ranging from large polymers like nucleic acids to small molecules like cAMP and glycerophospholipids. Like other metallophosphoesterases, Rv0805 displays promiscuous substrate utilisation and efficient hydrolysis of 2’3’-cAMP in vitro. Rv0805 also hydrolyses 3’5’-cAMP in vitro. Overexpression of Rv0805 is reported to lead to reduction in intracellular cAMP levels in M. smegmatis and M. tuberculosis, suggesting that it is capable of hydrolysing cAMP in the bacterial cell as well. The structure of Rv0805 revealed a sandwich-like α/β fold, typical of metallophosphoesterases, along with a relatively flexible C-terminal domain of unknown function. Despite extensive biochemical and structural information on Rv0805 however, its roles in mycobacteria remain unknown. In this study, the cellular roles of Rv0805 are explored and using information from biochemical and structural analyses, novel activities and interactions of Rv0805 have been identified. Rv0805, when expressed in M. smegmatis, led to a reduction in intracellular cAMP, as previously reported. However, the extent of reduction was modest (~30 %) and limited to the exponential phase of growth when both Rv0805 and intracellular cAMP are at their highest levels. Overexpression of Rv0805 also resulted in hypersensitivity to cell wall perturbants like crystal violet and sodium dodecyl sulphate (SDS) indicative of a change in the properties of the cell envelope of M. smegmatis. Importantly, these effects were independent of cAMP-hydrolysis by Rv0805, as overexpression of catalytically inactive Rv0805N97A also elicited similar changes. Unexpectedly, Rv0805 was localised to the cell envelope, both in M. tuberculosis as well as in M. smegmatis. The ability of Rv0805 to localise to the cell envelope was dependent on it C-terminus, as truncation of Rv0805 in this region (Rv0805Δ10, Rv0805Δ20 and Rv0805Δ40) resulted in progressively greater enrichment in the cytosol of M. smegmatis. Overexpression of Rv0805Δ40, which was localised almost completely to the cytosol, did not result in hypersensitivity to SDS, suggesting that cell envelope localisation, rather than cAMP-hydrolysis, was crucial for the cell envelope modifying roles of Rv0805. A possible mechanism behind the cell envelope-related effects of Rv0805 overexpression was the ability of the protein to interact with the cell wall of mycobacteria in a C-terminus-dependent manner. Purified Rv0805, but not Rv0805Δ40, could associate with crude mycobacterial cell wall as well as purified cell wall core polymer (mycolyl-arabinogalactan-peptidoglycan complex) in vitro. In addition to the C-terminus, the architecture of the active site was also crucial for this interaction as mutations in the active site that compromised metal-binding also resulted in poor interaction with the cell wall. Most significant among these residues was His207, which when mutated to Ala almost completely abrogated interaction with the cell wall in vitro. Further, Rv0805H207A was unable to localise to the cell envelope when expressed in M. smegmatis, even in the presence of the C-terminus, highlighting the importance of this residue in maintaining the structural integrity of Rv0805, and demonstrating that the structure of the C-terminus, rather than its sequence alone, played a role in cell envelope localisation and interaction. In order to verify that the observed sensitivity of Rv0805-overexpressing M. smegmatis to cell wall perturbants was due to a change in cell envelope properties atomic force microscopy was employed. Two distinct modes of operation were used to analyse surface and bulk properties of the mycobacterial cell envelope. These were tapping mode phase imaging, and contact mode force spectroscopy. Using tapping mode phase imaging, it was found that the cell surface of M. smegmatis was inherently heterogeneous in its mechanical properties. Further, contact mode force-spectroscopy revealed that the cell envelope of M. smegmatis in cross-section had at least three layers of varying stiffness. Typically, a middle layer of high stiffness was observed, sandwiched between two lower stiffness layers. This organisation is reminiscent of the current model of the mycobacterial cell envelope, possessing a central polysaccharide rich layer and outer and inner lipid rich layers. Treatment of wild type M. smegmatis with cell wall-perturbing antibiotics isoniazid and ethambutol resulted in markedly altered phase images, as well as significantly lower stiffness of the bacterial cell envelopes, validating that the methodology employed could indeed be used to assess cell wall perturbation in mycobacteria. Further, M. smegmatis harbouring deletions in cell envelope biosynthesis related genes, MSMEG_4722 and aftC, showed significantly lower cell wall stiffness than wild type M. smegmatis, providing evidence that genetic perturbation of the cell wall of mycobacteria could also be studied using atomic force microscopy. While phase imaging revealed similar surface properties of Rv0805-overexpressing and control M. smegmatis, force spectroscopy revealed significantly lower cell envelope stiffness, particularly of the middle layer, of the former. Cell envelope stiffness was, however, unaffected by expression of Rv0805Δ40 in M. smegmatis, providing direct evidence for C-terminus-dependent cell envelope perturbation upon Rv0805 overexpression. Additionally, overexpression of Rv0805N97A, but not Rv0805H207A led to reduced stiffness of the cell envelope of M. smegmatis, demonstrating that the cell wall remodelling activity of Rv0805 was independent of cAMP-hydrolysis, but dependent on cellular localisation and cell wall interaction. Like in M. smegmatis, overexpression of Rv0805 also led to lower cAMP levels in M. tuberculosis. Using a microarray-based transcriptomics approach, pathways affected by Rv0805 overexpression were identified. Rv0805 overexpression elicited a transcriptional response, leading to the down-regulation of a number of virulence associated genes such as whiB7, eis, prpC and prpD. Importantly, Rv0805-overexpression associated gene expression changes did not include genes regulated by CRPMt, the primary cAMP-regulated transcription factor in M. tuberculosis. Further, Rv0805N97A overexpression in M. tuberculosis led to similar changes in gene expression as overexpression of the wild type protein. These observations reiterated that, at least upon overexpression, the effects of Rv0805 were largely independent of cAMP-hydrolysis. Using overexpression in M. smegmatis and M. tuberculosis, cAMP-hydrolysis independent roles of Rv0805 in mycobacteria were identified. To further validate these observations, a knockout strain of the Rv0805 gene was generated in M. bovis BCG, a well-established model to study M. tuberculosis. Curiously, deletion of Rv0805 did not lead to a change in intracellular cAMP levels, demonstrating that cAMP-hydrolysis by Rv0805 may not contribute to the modulation of mycobacterial cAMP levels under standard laboratory growth conditions. Rv0805 deletion led to altered colony morphology and possible reduction in cell wall thickness, reaffirming the roles of this phosphodiesterase in regulating cell envelope physiology of mycobacteria. Additionally, Rv0805 deletion also resulted in compromised growth of M. bovis BCG in fatty acid-deficient media, implicating Rv0805 as a possible regulator of carbon metabolism. In summary, this thesis explores novel links between Rv0805 and the mycobacterial cell wall and elucidates the critical importance of the C-terminus domain of this metallophosphodiesterase in modulating its cellular localisation to, and interaction with, the mycobacterial cell envelope. En route to understanding the effects of Rv0805 overexpression on the cell wall of M. smegmatis, an atomic force microscopy-based methodology to assess perturbation of the cell envelope of mycobacteria was also developed. Finally, using a combination of biochemical and genetic analyses, cellular roles of Rv0805, independent of cAMP-hydrolysis, were identified in slow-growing mycobacteria. This study therefore provides direct evidence against the sole role of this mycobacterial phosphodiesterase as a regulator of intracellular cAMP levels, and opens up new avenues to understanding the cellular functions of Rv0805 and indeed other members of the metallophosphoesterase superfamily.

La tuberculose est encore aujourd’hui un problème de santé majeur et l’augmentation des cas de tuberculoses résistantes au niveau mondial, associé au dépistage et diagnostic insuffisants, suggère une éradication totale encore lointaine. La compréhension des relations hôte-pathogène est essentielle pour permettre d’établir de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ces travaux de thèse ont mis en exergue la contribution limitée de la voie de signalisation IL-36, cytokine de la famille de l’IL-1, au cours de l’infection mycobactérienne. Ces données permettent d’envisager sérieusement l’IL-36 en tant que cible thérapeutique pour le psoriasis sans risquer la réactivation de tuberculose latente chez les patients. De plus, nous avons également démontré le rôle différentiel de la voie de signalisation TNF au sein de populations cellulaires spécifiques lors de l’infection par M. tuberculosis, et nos résultats apportent des connaissances solides pour envisager des stratégies immuno-modulatoires qui pourraient constituer l’avenir des traitements antituberculeux. D’autre part, nous avons caractérisé un modèle murin humanisé pour une étude facilitée des anticorps anti-TNF humains actuels. L’utilisation de ce modèle pourrait permettre, à termes, d’identifier et de valider de nouveaux candidats d’anticorps anti-TNF de deuxième génération. Enfin, nous avons montré que des anticorps neutralisants l’IL-17 ne perturbent pas la réponse immunitaire à la tuberculose, contrairement aux anticorps anti-TNF, et que l’absence de l’IL-17 n’est pas compensée par l’IL-22 puisque des animaux déficients pour ces deux voies de signalisation sont capables de contrôler l’infection. / Tuberculosis remains a major health problem in the world nowadays. The increasing incidence of resistant tuberculosis is associated with a poor diagnosis, reflecting important difficulties for total eradication. Understand host-pathogen interactions is crucial to establish new therapeutic strategies. This work first shows the limited contribution of IL-36 pathway during mycobacterial infection. These results suggest that IL-36 could be targeted for the treatment of psoriasis without a high risk of tuberculosis reactivation. We then demonstrate the differential role of TNF pathway among myeloid or lymphoid cells during M. tuberculosis infection, and our data support the development of immunomodulatory strategies to boost host immune response, thus helping to clear the infection. Moreover, we characterize a humanized murine model allowing the study of new anti-TNF candidates in the context of M. tuberculosis infection. Finally, we show that antibodies targeting IL-17 does not dampen host control of M. tuberculosis infection, unlike anti-TNF, and that IL-22 does not compensate absence of IL-17 for this control.

A ce jour, l’Organisation Mondiale de la Santé estime qu’un tiers de la population mondiale est infectée par Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l’agent étiologique de la tuberculose. De par un taux de mortalité et de morbidité élevé, cette maladie infectieuse constitue un véritable fléau sanitaire au niveau mondial. <p>Mtb est un pathogène intracellulaire qui infecte son hôte par voie aérienne. In vivo, il doit faire face à une série d’environnements (phagosome, granulome) stressants de par leurs activités antimicrobiennes et par leur composition en nutriments relativement pauvre. Pour pouvoir survivre et se multiplier dans ces conditions, Mtb possède un panel de transporteurs spécifiques ainsi que toute une série de mécanismes pour contrer, voire détourner les défenses immunitaires de l’hôte. Malgré cette oppostion, les mycobactéries finissent séquestrées à l’intérieur de granulomes, structure caractéristique de la tuberculose, dans un état de dormance. La mise au point de nouveaux traitements prophylactiques et thérapeutiques nécessite la compréhension des mécanismes mis en œuvre par Mtb pour survivre et se multiplier au sein de son hôte.<p><p>Le présent travail a consisté en l’étude de mécanismes favorisant la dispersion et la survie intracellulaire de Mtb chez son hôte via: <p>1)\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Malgré la disponibilité d’un traitement curatif et un vaccin largement utilisé, l’OMS estime qu’approximativement un tiers de la population mondiale est infectée par Mycobacterium tuberculosis, l’agent étiologique de la tuberculose, et qu’environ 2 millions de personnes en meurent chaque année. La compréhension de l’épidémiologie de la tuberculose et les actions de contrôle de la maladie ont été, récemment, compliquées par l’émergence de bacilles tuberculeux résistants aux antibiotiques et par la synergie fournie par la co-infection avec le VIH. Une tendance alarmante pour la santé publique est l’émergence de souches résistantes à plusieurs antibiotiques (multi-résistantes, MDR), définies comme des isolats résistants au moins à l’isoniazide (INH) et la rifampicine (RIF), les deux agents anti-tuberculeux les plus puissants.<p><p>La sélection de mutants résistants se produit chez le patient lorsque les taux d’antibiotiques présents dans le corps sont sub-thérapeutiques ou lorsque la thérapie est inappropriée. Un des facteurs favorisant est l’exceptionnelle durée de la chémothérapie. Le besoin de maintenir des taux élevés d’antibiotiques pendant des mois, combiné avec la toxicité inhérente des agents, résultent en une observance incomplète du traitement par le patient et le risque d’acquérir des résistances. La résistance aux antibiotiques chez M. tuberculosis résulte d’altérations dans des gènes chromosomiques spécifiques. Les causes génétiques de la résistance ont été définies pour certains antibiotiques bien que plusieurs inconnues persistent. <p><p>Le présent travail a consisté en l’étude du problème de la résistance aux antibiotiques anti-tuberculeux par différentes approches :l’analyse génétique des mécanismes de résistance, l’évaluation de l’activité thérapeutique de nouvelles molécules et la caractérisation du profil de résistance de souches cliniques. <p><p>L’acide p-aminosalicylique (PAS) est un antibiotique bactériostatique de deuxième ligne dont le mécanisme d'action sur le bacille tuberculeux est incompris. Récemment, en utilisant la mutagenèse par transposon, la résistance au PAS fut associée à des mutations de la thymidylate synthase encodée par le gène thyA. Suite à cette découverte, nous avons entrepris une étude moléculaire de souches cliniques et de mutants spontanés résistants au PAS. Des mutations du gène thyA furent identifiées chez seulement 37% des souches. En tout, vingt-quatre mutations différentes furent identifiées dans le gène thyA. Les séquences nucléotidiques de cinq autres gènes de la voie de synthèse du folate et de la thymine (dfrA, folC, folP1, folP2, et thyX) ainsi que de 3 gènes encodant des N-acétyltransférases (nhoA, aac1 et aac2) furent également analysées mais aucune mutation associée à la résistance au PAS n’a pu être mise en évidence. L’utilisation de techniques bioinformatiques de prédiction structurelle révèle que les mutations identifiées affectent soit la structure soit le site fonctionnel de ThyA. L’étude des profils de croissance des organismes résistants au PAS nous permit de constater que les organismes porteurs d’une mutation de la protéine ThyA présentent un profil de croissance constant en présence de concentrations croissantes de PAS. Les organismes résistants au PAS possédant une protéine ThyA sauvage répondent, quant à eux, aux concentrations croissantes de PAS de façon dose-dépendante, indiquant que le(s) mécanisme(s) alternatif(s) de résistance au PAS est (sont) dose-dépendant(s).<p><p>La thymidylate synthase est également une des cibles du 5-fluorouracil (5-FU), l’agent chimiothérapeutique le plus largement utilisé pour le traitement du cancer colorectal avancé. Etant donné l’augmentation du nombre de souches résistantes de M. tuberculosis, de nouveaux composés anti-tuberculeux sont nécessaires de façon urgente. Ici, nous avons évalué l’efficacité in vitro et in vivo du 5-FU sur M. tuberculosis. La concentration minimale inhibitrice du 5-FU fut déterminée sur une collection de souches cliniques sensibles et multi-résistantes ainsi que sur des mutants spontanés résistants au PAS. Tous les isolats montrèrent une sensibilité au 5-FU à des concentrations allant de 0.4 à 1.8 µg/ml, et ce indépendamment de leur profil de sensibilité/résistance aux agents anti-tuberculeux actuels. Les études in vivo du 5-FU (sur un modèle murin de tuberculose active) montrèrent une efficacité de celui-ci durant les deux premières semaines de traitement puis une perte d’activité à la troisième semaine, vraisemblablement engendrée par les effets secondaires du 5-FU.<p><p>L’éthionamide (ETH) est un autre antibiotique de deuxième ligne dont l’utilisation est limitée aux tuberculoses multi-résistantes étant donné les effets secondaires qu’il engendre. Ces dernières années, les études ont montré que l’ETH est un pro-médicament, transformé en forme active par l’enzyme monooxygénase EthA dont l’expression est contrôlée par le répresseur transcriptionnel EthR. Notre étude décrit l’élaboration d’inhibiteur d’EthR capable d’augmenter la sensibilité de M. tuberculosis à l’ETH suite à l’amélioration de son activation. Les composés synthétisés et sélectionnés pour leur capacité à inhiber l’interaction EthR-ADN furent co-cristallisés avec EthR. Les structures tridimensionnelles des complexes furent utilisées pour la synthèse d’analogues capables d’améliorer la puissance de l’ETH en culture. Les molécules les plus prometteuses furent testées sur un modèle murin de tuberculose. Pour un des inhibiteurs d’EthR testés, nous avons montré que sa co-administration avec l’ETH permet une réduction de la dose d’ETH utilisée de 3 fois, pour l’obtention d’une même réduction de charge mycobactérienne pulmonaire. Ce travail démontre la possibilité d’augmenter l’index thérapeutique de l’éthionamide en agissant pharmacologiquement sur le mécanisme régulateur de son activation.<p><p>Dans certaines régions du monde, le problème de la multi-résistance devient très présent. Nous avons étudié l’état de la situation à Mourmansk (Fédération russe), une région à haute incidence de tuberculose. La résistance aux antibiotiques et l’épidémiologie moléculaire de la tuberculose furent étudiées sur des isolats collectés en 2003 et 2004 dans cette région. Une extrêmement haute prévalence de tuberculose multi-résistante (MDR-TB) fut constatée à la fois pour les nouveaux cas (primaires) (26%) et les cas précédemment traités (72.9%). Le typage des souches MDR primaires révèle une appartenance au génotype Beijing pour la plupart des isolats (79.8%) et l’homogénéité génétique des souches suggère une transmission active au sein de la population. L’analyse moléculaire des gènes impliqués dans la résistance à l’INH et à la RIF montre la présence des mutations katG codon 315 et rpoB codon 531 chez, respectivement, 98,2% et 76,3% des isolats MDR-TB primaires. La haute fréquence de ces mutations « communes » suggère la possible utilisation de tests moléculaires ciblant spécifiquement ces mutations pour détecter rapidement la plupart des cas de MDR-TB.<p><p>Nos travaux illustrent les différentes voies à suivre pour maitriser le problème de la résistance aux antibiotiques :l’élucidation des mécanismes de résistance, le développement de nouveaux médicaments et la détection rapide des cas de résistance.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La tuberculose demeure un problème majeur de santé publique. Mycobacterium tuberculosis infecte un tiers de la population mondiale et environ 3 millions de décès, des suites de l’infection, sont recensés chaque année dans le monde. La mise au point d’une stratégie vaccinale efficace constitue dès lors la solution idéale pour tenter d’éradiquer la bactérie. Le système immunitaire humain répond à l’infection par l’induction d’une réponse cellulaire, caractérisée essentiellement par la sécrétion de médiateurs pro-inflammatoires, comme l’interféron-gamma (IFN-?). A la fois les lymphocytes T CD4+ et T CD8+ produisent cette cytokine, mais les seconds sont également doués de propriétés cytotoxiques, entraînant la mort de la cellule infectée et du bacille. L’évaluation du potentiel de nouveaux candidats vaccins implique dès lors la caractérisation exhaustive de la réponse immunitaire induite. <p>La « heparin-binding hemagglutinin (HBHA) » est une protéine de 28-kDa, sécrétée et exprimée à la surface de M. tuberculosis et de M. bovis BCG. Montrant une affinité importante pour les gycoconjugués sulfatés, elle favorise la dissémination hématogène du bacille de Koch. <p><p>Nos résultats démontrent que la HBHA stimule l’immunité à médiation cellulaire humaine avec, toutefois, des différences selon que le sujet infecté souffre ou non de tuberculose active. En effet, les cellules mononuclées circulantes, de la majorité des individus infectés mais non-malades, secrètent de l’IFN-? en réponse à la HBHA, alors qu’une minorité de sujets malades produit de faibles quantités d’IFN-? après stimulation in vitro avec l’antigène. Lors de l’infection naturelle par le bacille de Koch, la HBHA devient dès lors une cible pour le système immunitaire, et plus particulièrement au sein des sujets, généralement considérés, comme protégés.<p>L’analyse de la réponse cellulaire, spécifique à l’adhésine, démontre que les lymphocytes T CD4+, mais également T CD8+, des sujets infectés mais non-malades, produisent de l’IFN-? L’antigène est effectivement présenté aux lymphocytes T grâce aux glycoprotéines du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I et de classe II. Le phénotypage des cellules productrices d’IFN-? témoigne également la participation des cellules « natural killer (NK) » dans la réponse immunitaire contre la HBHA. En l’absence des lymphocytes T restreints à l’antigène, les cellules NK se montrent toutefois incapables de secréter de l’IFN-? au contact de la HBHA. Les interactions entre les lymphocytes T, spécifiques à l’antigène, déterminent également la production de cytokines. Alors que la déplétion des cellules T CD8+ diminue légèrement la production d’IFN-? l’absence des lymphocytes T CD4+ abolit toute sécrétion résiduelle d’IFN-? lors de la stimulation avec la HBHA. Par contre, les lymphocytes T CD8+, pré-stimulés avec l’antigène en présence de cellules T CD4+, répondent secondairement à la présentation de la HBHA par des macrophages. Ce résultat suggère une coopération entre ces deux sous-populations cellulaires, afin de produire de l’IFN-? à l’encontre de la HBHA. Grâce à un contact cellulaire, les lymphocytes T CD4+ spécifiques à la HBHA soutiennent effectivement l’activation des cellules T CD8+.<p>Outre la production de cytokines, la participation des lymphocytes T CD8+ à la lutte contre M. tuberculosis, se traduit également par leurs fonctions cytotoxique et bactéricide. La caractérisation des cellules T CD8+, spécifiques à la HBHA, s’est dès lors poursuivie par l’évaluation de leur potentiel cytolytique. Après expansion clonale, les lymphocytes T CD8+ induisent la mort des macrophages présentant la HBHA. Le mécanisme cytotoxique engage la libération du contenu des granules cytoplasmiques, comme le montre l’augmentation de la synthèse de perforine et de granzyme A, lorsque les cellules T CD8+ sont stimulées avec la HBHA. Privés de ces médiateurs solubles, les lymphocytes T CD8+, spécifiques à la HBHA sont alors incapables de lyser les cellules cibles. En définitive, l’activité microbicide constitue actuellement le meilleur corrélat de protection. La culture de macrophages infectés par M. bovis BCG, en présence de cellules T CD8+ spécifiques à la HBHA, limite partiellement la croissance de la bactérie phagocytée, soulignant le pouvoir anti-mycobactérien de l’immunité cellulaire induite par la HBHA, chez le sujet infecté mais non-malade.<p>D’autre part, l’analyse biochimique, menée à l’Institut Pasteur de Lille, démontre que la HBHA subit une modification post-traductionnelle, lors de sa synthèse. Il s’agit d’une méthylation des multiples résidus lysine, qui composent son extrémité C-terminale. La comparaison des formes native méthylée et recombinante non-méthylée de la HBHA démontre que la méthylation détermine l’immunogénicité et le pouvoir protecteur de la HBHA. En effet, contrairement à la HBHA native, la forme recombinante stimule faiblement la production d’IFN-? chez les individus infectés mais non-malades, et ne protège pas la souris contre l’infection par le bacille de Koch. La sécrétion d’IFN-? est, par ailleurs, partiellement restaurée lorsque la HBHA est artificiellement méthylée in vitro. Les splénocytes murins se comportent également différemment, selon qu’ils ont été immunisés avec la forme méthylée ou non. Alors que la HBHA recombinante est immunogène chez la souris et chez l’homme, l’immunité cellulaire murine induite demeure impassible face à l’infection des phagocytes par les mycobactéries, ce qui se traduit par l’absence de protection.<p><p>En conclusion, la HBHA se compose d’épitopes protecteurs, qui dépendent de la présence des groupements méthyls, associés à son domaine C-terminal. Il s’agit, à notre connaissance, de la première mise en évidence de l’implication de la méthylation dans la réponse d’immunité cellulaire à l’encontre d’une protéine. De plus, l’immunité adaptative spécifique à la HBHA, chez le sujet infecté mais non-malade, se caractérise par les trois principaux corrélats de protection, actuellement décrits chez l’homme. Le potentiel vaccinal de cette adhésine mycobactérienne est donc bien réel. / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mycobacterium ulcerans (MU), agent causatif de l'ulcère de Buruli (UB), une maladie infectieuse humaine émergente, est associé aux milieux aquatiques tropicaux, et en particulier ceux modifiés par les activités humaines. L’écologie de cette mycobactérie est encore peu informée, et des interrogations demeurent sur son cycle de transmission au sein des écosystèmes et à l’humain. La tendance observée aujourd’hui en recherche est de montrer l’existence d’une multitude de taxa porteurs du bacille au sein des écosystèmes aquatiques mais aussi terrestres, laissant donc imaginer qu’un ou quelques facteurs en commun puissent expliquer sa présence et son développement. Dans ce contexte, nous avons développé des approches expérimentales au laboratoire pour analyser les effets de paramètres environnementaux, sélectionnés comme être importants dans la définition de la niche écologique de MU, sur le maintien et le développement des populations bactériennes. En tenant compte de gammes de valeurs rencontrées dans des régions endémiques et non endémiques, où sévit, nous avons testé dans un premier temps l'effet de deux polysaccharides très largement présents dans les écosystèmes naturels (la chitine et l’amidon) ainsi que cinq composants chimiques (le fer, le calcium, le zinc, le phosphate et le sulfate), représentant des nutriments indispensables pour les bactéries, sur la croissance de MU. Notre travail montre que la chitine augmente de manière très significative la croissance de MU. A l’inverse, la présence d’amidon ne favorise pas son développement. Le calcium est le seul élément chimique à contribuer à l’augmentation de quantité de cellules de MU avec le temps, mais ce paramètre reste toutefois très marginal. L’absence d’effet joué par le fer, le zinc, le sulfate et le phosphate sur la croissance in vitro de MU tend à indiquer que les valeurs utilisées dans nos expériences correspondent à des valeurs limites pour expliquer la distribution géographique de MU dans les écosystèmes aquatiques tropicaux. Dans un deuxième temps, eu égard au peu d‘informations existant concernant le rôle joué par le pH sur la présence et le développement de MU, nous avons reproduit des environnements pour étudier la croissance de MU en fonction de différentes valeurs de pH rencontrées dans des régions du Cameroun et de Guyane française où la mycobactérie peut être présente ou absente. Nos résultats montrent que le pH présente un effet significatif sur la dynamique de croissance de MU avec un effet plus marqué pour des valeurs de pH proches de 6,0. De plus, il existe une forte interaction entre pH et chitine puisque pour des mêmes valeurs de pH, la croissance bactérienne est 10 fois plus importante en présence de milieu avec chitine. Ces résultats suggèrent aussi que des pH trop acides, inférieurs à 5,0, sont défavorables à la croissance de la mycobactérie.Finalement, nous nous sommes intéressés à l’expression génique de différents isolats de MU générés à partir de différents environnements expérimentaux. Pour ce faire, et en nous servant d’une nouvelle approche de séquençage des ARN, nous avons étudié l’expression de MU dans différents environnements ; Nous nous sommes notamment intéressés à l’expression des gènes impliqués dans les voies métaboliques de production de la mycolactone, le peptide responsable des ulcérations chez l’humain. Des contextes environnementaux spécifiques pourraient conduire à une sur-expression de toxine peptidique traduisant ainsi une écologie et une épidémiologie (micro-)contexte-dépendant ayant des incidences pathologiques et cliniques très particulières.Dans leur ensemble, nos résultats participent à une recherche permettant de mieux comprendre les paramètres clés de la niche écologique de M. ulcerans et au-delà contribue à l’identification des écosystèmes aquatiques favorables, ou non, au maintien et au développement de cette mycobactérie responsable de l’ulcère de Buruli. / Mycobacterium ulcerans (MU), the causative agent of Buruli ulcer (BU), an emerging human infectious disease, is associated with tropical aquatic environments, particularly those modified by human activities. The ecology of this mycobacterium is still poorly understood, and questions remain about its transmission cycle within ecosystems and from nature to humans. Nowadays the research orientation is to show the existence of a multitude of host taxa carrying the bacillus in both aquatic and riparian ecosystems. Thus, it is likely to think that one or a few common factors might contribute and explain the presence and development of this bacillus across distinct localities and regions.In this context, we have developed experimental approaches in the laboratory to analyze the effects of several environmental parameters, selected as being important in the definition of the MU ecological niche and in its growth and persistence in natural ecosystems. Considering ranges of values encountered in endemic and non-endemic regions where BU occurs, we first tested the effect on MU growth of two polysaccharides widely present in nature (chitin and starch) and five chemical components (iron, calcium, zinc, phosphate and sulfate) representing essential nutrients for bacteria. Our work shows that chitin increases significantly the growth of MU. Conversely, the presence of starch does not favor its development with time. Calcium is the only chemical element contributing to increase MU cell number over time, but this effect remains very marginal. The lack of effect exerted by iron, zinc, sulfate and phosphate on the in vitro growth of MU suggests that values used in our experiments correspond to the limit values to explain the geographical distribution of MU in tropical aquatic ecosystems.Secondly, given the few existing information about the role of pH on the presence and development of MU in natural settings, we have reproduced in the lab some environments to study the growth of MU depending on different pH values encountered in regions of Cameroon and French Guiana where the mycobacterium can be present or absent. Our results show that pH has a significant effect on MU growth with a greater effect at pH values close to 6.0. In addition, there is a strong interaction between pH and chitin as to the same pH bacterial growth is 10 times greater in the presence of medium with chitin. These results also suggest that pH too acidic, lower than 5.0 are unfavorable for MU growth.Finally, we looked at gene expression of different MU cultures from different experimental frameworks. Here, and by making use of a new RNA sequencing approach, we studied the genetic expression of MU in differents environments. We are especially interested in the expression of genes implicated in the metabolic pathways of mycolactone production, the peptide toxin responsible of ulcerations in human. Specific environmental contexts could lead to an over-expression of these genes by MU populations, thus pinpointing the fact that MU ecology and epidemiology could be (micro-) context-dependent having some pathological and clinical implications. Taken together, our results participate in a research allowing to better understand the key parameters of the ecological niche of MU, and beyond helping to identify the aquatic ecosystems favorable or not to the maintenance and development of this mycobacterium responsible for Buruli ulcer.

L’ulcère de Buruli est la troisième mycobactériose la plus prévalente dans le monde après la tuberculose et la lèpre. L’ulcère de Buruli sévit dans au moins 33 pays dont l’Afrique de l’Ouest qui présente la prévalence la plus élevée. Parmi ces pays dans lesquels l’ulcère de Buruli est rapporté, la Côte d’Ivoire dont nous sommes originaires présente la plus forte incidence de 36% déclarée à l’Organisation Mondiale de la Santé. L’ulcère de Buruli est causé par Mycobacterium ulcerans, une mycobactérie environnementale dont le réservoir et les sources de transmission à l’homme, ne sont pas élucidés. Notre revue de la littérature a porté sur les sources environnementales de cette mycobactérie en Afrique de l’Ouest. Sur cette base, nous avons réalisé une vaste campagne de prélèvements d’échantillons environnementaux en Côte d’Ivoire et détecté par PCR en temps réel M. ulcerans dans l’eau stagnante, le sol et les selles d’un mammifère herbivore Thryonomys swinderianus. Ensuite, nous avons prouvé expérimentalement que M. ulcerans pouvait survivre dans le sol pendant au moins quatre mois et que le sol était source d’infection expérimentale par M. ulcerans dans un modèle animal. Ces résultats suggèrent que, en Côte d’Ivoire, l’eau stagnante, le sol et cet animal pourraient jouer un rôle dans le cycle de vie de la bactérie. Dans le second travail, nous avons valorisé des plantes tropicales aquatiques par l’utilisation de leurs extraits dans le milieu de culture de M. ulcerans, mycobactérie à croissance lente pour accélérer sa croissance. Dans le troisième travail, nous avons montré l’efficacité in vitro et dans un modèle animal, du bleu de méthylène contre M. ulcerans. / Buruli ulcer is the third mycobacteriosis in the world after tuberculosis, leprosy. Buruli ulcer is widespread in at least 33 countries including West Africa which has the highest prevalence. Among the countries in which Buruli ulcer is reported, Ivory Coast which we come from has the highest incidence of 36% reported in the World Health Organization. Buruli ulcer is caused by Mycobacterium ulcerans, an environmental mycobacterium whose reservoir and source of transmission to humans, are not understood. Our review of the literature focused on environmental sources of this mycobacterium in West Africa, which converge stagnant aquatic environment. On this basis, we conducted an extensive campaign of environmental sampling in Ivory Coast and detected by real-time PCR M. ulcerans in stagnant water, soil and feces of an herbivorous mammal Thryonomys swinderianus. Then we experimentally proved that M. ulcerans could survive in the soil for at least four months. These results suggest that, in Ivory Coast, stagnant water, soil and animal could play a role in the life cycle of the bacterium. In the second work, we have upgraded aquatic tropical plants by the use of extracts in the culture medium of M. ulcerans, slow growing mycobacteria to accelerate its growth. In the third work, we proposed the methylene blue, less expensive, easy to access as an alternative treatment for Buruli ulcer. It is appropriate to resume the experiment on methylene blue by other teams of researchers and after reproducing our experimental data, suggest the topical use of purified, non-toxic methylene blue in human clinical.

Le facteur bactérien Rho est une ARN hélicase toroïdale utilisant l’énergie issue de l’hydrolyse d’ATP pour transloquer le long de brins ARN et dissocier les obstacles moléculaires se trouvant sur son chemin. La fonction majeure de Rho est de provoquer la terminaison de la transcription. Les nombreuses études du facteur Rho d’E. coli (EcRho) ont montré que l’enzyme se fixe aux régions nues des transcrits naissants au niveau de sites Rut (Rho utilization) et utilise son activité de translocase ATPase-dépendante pour rattraper l’ARN polymérase et provoquer la dissociation du complexe d’élongation de la transcription. EcRho est impliquée dans 20 à 50 % des évènements de terminaison de la transcription chez E. coli et contribue à la régulation globale ainsi qu’à la protection du génome bactérien via divers mécanismes complexes. Le spectre d’activité restreint de la Bicyclomycine (BCM) – un antibiotique inhibant la fonction ATPase de Rho – suggère que Rho, bien qu’essentielle chez la plupart des espèces Gram- comme E. coli, est superflue chez la plupart des espèces Gram+. Pour vérifier cette hypothèse et mieux comprendre l’importance de Rho au sein de la diversité bactérienne, nous avons évalué la distribution et la conservation phylogénétique de Rho en utilisant les banques publiques de données génomiques et protéomiques. Nous avons observé que ~92% des espèces analysées (représentant la plupart des phyla bactérien) possèdent Rho (ou un gène rho) et que la présence de ce dernier semble être corrélée avec la complexité du génome, du programme de régulation et de l’écosystème de la bactérie. Cette complexité est illustrée par notre découverte que la protéine régulatrice CsrA contrôle la terminaison Rho-dépendante dans la partie 5’ UTR de l’opéron pgaABCD dont l’expression est critique pour la formation de biofilms par E. coli. En parallèle de ce travail, nous avons testé la proposition récente que le facteur Rho de Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) opère par un mécanisme atypique indépendant de son activité ATPase, ce qui le rendrait insensible à la BCM. Nos résultats réfutent cette hypothèse et démontrent sans équivoque que MtbRho utilise un mécanisme similaire à celui de EcRho, pouvant être inhibé par la BCM (mais nécessitant des doses particulièrement élevées). L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles informations illuminant le rôle, le mécanisme et l’importance de Rho au sein de la biodiversité et conforte Rho comme cible prometteuse pour le développement de nouveaux antibiotiques. / The bacterial Rho factor is a ring-shaped, hexameric RNA helicase which uses the energy derived from ATP hydrolysis to translocate along RNA strands, disrupting molecular roadblocks in its way. A major function of Rho is to induce termination of transcription. Extensive studies of the prototypical Rho factor from E. coli (EcRho) indicate that the enzyme binds naked regions of nascent RNA transcripts at the level of Rut (Rho utilization) sites and, then, uses its ATPase-dependent translocase activity to catch up with RNA polymerase and to trigger dissociation of the transcription elongation complex. EcRho is implicated in 20 to 50 % of all transcription termination events in E. coli and contributes to the global regulation and protection of the bacterial genome through various sophisticated mechanisms. The limited spectrum of activity of the antibiotic Bicyclomycin (BCM) – an inhibitor of Rho’s ATPase – suggests that Rho, while critical in many Gram- species such as E. coli, is dispensable in most Gram+ species. To verify this assumption and better understand the importance of Rho across the biodiversity, we assessed the phylogenetic distribution and conservation of Rho using public ‘omics’ databases. We found Rho (or a rho ORF) in ~92% of analyzed species (representing most bacterial phyla), its presence seemingly related to the complexity of the bacterial genome, regulatory program, and ecosystem. An illustration of this complexity is our discovery that regulatory protein CsrA mediates Rho-dependent termination in the 5’UTR of the pgaABCD operon whose expression is critical for biofilm formation by E. coli. In parallel, we tested the recent proposal that the Rho factor of Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) operates by an atypical, ATPase-independent mechanism that would make it immune to BCM. Our results rule out this possibility and unambiguously show that MtbRho uses a mechanism similar to that of EcRho, one that can be inhibited by BCM (albeit at unusually high concentrations). Overall, this work provides key, new information to better understand the role, mechanism, and importance of Rho across the bacterial diversity and endorses Rho as a promising target for the development of new antibiotics.