Buruli ulcer disease (BUD) remains a ‘mysterious disease’ due to the unknown mode of M. ulcerans transmission and pathogenesis. To understand these, it is important to determine the reservoir of the organism in its natural environments, and stress response and interactions of M. ulcerans in its natural niche and during infection of a host. The major virulence factor of M. ulcerans is mycolactone, a lipid cytotoxin that is encoded on a giant plasmid pMUM001. Genetic analysis suggests that plasmid pMUM001 was acquired by M. ulcerans during evolution from its progenitor, M. marinum. Coincidental evolution of virulence hypothesis suggests that many microbes evolve to acquire traits to outcompete or overcome biotic and abiotic forces during their normal life cycle in the outside-host environment, which can confer virulence during infection of a human host. Hence in this study, we exposed M. ulcerans to selective abiotic forces such as UV, and dynamic oxygen and temperature conditions to determine their effect on M. ulcerans growth, and mycolactone and global gene expression. We also studied the role of mycolactone in determining polymicrobial interaction of M. ulcerans in its natural aquatic habitat by exposing mycolactone coated and uncoated slides in M. ulcerans endemic and non-endemic aquatic locations and determining differences in microbial community composition between them. Further, we studied quorum quenching ability of mycolactone against an opportunistic pathogen, S. aureus. The results obtained showed that exposure of M. ulcerans to abiotic stresses such as higher temperature and lower than optimal oxygen conditions modulate its global and mycolactone gene expression. Further, we also showed that mycolactone can impact overall microbial community structure in a polymicrobial environment in its natural, aquatic habitat. Mycolactone also effected virulence and quorum sensing in an opportunistic pathogen, S. aureus, without inhibiting its growth. These findings are important as they provide insight toward potential reservoirs or environmental niches which may harbor M. ulcerans and inform new potential mechanisms of pathogenesis. Further, our novel research of synergistic or antagonistic interactions within the complex polymicrobial communities colonizing skin and aquatic habitats is a powerful approach in determining M. ulcerans colonization efficiency, resiliency, and transmission mechanisms.

L’ulcère de Buruli est une maladie nécrotique de la peau présente dans plus de trente pays dans le monde, et affectant principalement le continent africain et l’Océanie. L’infection est due à Mycobacterium ulcerans (M. ulcerans), un micro-organisme qui sécrète une exotoxine appelée mycolactone, représentant le premier polycétide isolé d’un pathogène humain. La maladie est caractérisée par la formation progressive de lésions nécrotiques combinée à une absence de réponse immunitaire et de sensation de douleur ; la mycolactone est connue pour être directement impliquée dans ce mécanisme biologique. A ce jour, aucun traitement totalement performant et spécifique contre l’ulcère de Buruli n’a été développé, ce qui révèle le manque crucial de connaissances sur les mécanismes chimique et biologique. Dans ce contexte, le projet développé s’intéresse à l’élucidation du mécanisme d’action des mycolactones en utilisant la synthèse totale comme outil principal. Pour cela, notre équipe a mis au point une voie de synthèse modulaire permettant la préparation de la toxine naturelle et de ses différents analogues en vue de les tester biologiquement et d’affiner ainsi notre compréhension mécanistique de cette infection. / Buruli ulcer is a necrotizing skin disease present in more than thirty countries in the world, located mainly in West and Central Africa but also in Australia and in Japan. This infection is caused by Mycobacterium ulcerans (M. ulcerans) that secretes a macrolide toxin called mycolactone, which is the first polyketide isolated from a human pathogen. The disease is characterized by the formation of painless progressive necrotic lesions combined with a lack of acute inflammatory response, and mycolactone is known to be directly involved in the biological mechanism. To date no specific and completely efficient treatment of Buruli ulcer has been developed which correlates with the dramatic lack of understanding of the associated chemical and biological mechanisms. In this context, this research project aims at a better understanding of mycolactone A/B molecular interactions by using total synthesis as main tool. To this end, our research team has developed an efficient synthetic pathway allowing the preparation of the natural toxin and its differents analogues for purposes of their biological evaluation and fine-tuning our mechanical understanding of this infection.

Les canaux potassiques à deux domaines pore sont impliqués dans un grand nombre de mécanismes physiopathologiques. Lors de ma thèse je me suis intéressé à la sous famille TREK dont les membres, TREK-1, TREK-2 et TRAAK jouent un rôle dans la nociception, la dépression et la neuroprotection. Leur activité est finement régulée par des stimuli physicochimiques (Température, étirement, pH), pharmacologiques (anesthésiques volatils, fluxétine,…) et physiologiques (GPCR). Lors de ma thèse je me suis intéressé à deux nouveaux modes de régulation de ces canaux ainsi qu'à leur diversité combinatoire. Tout d'abord j'ai mis en évidence que la phospholipase D2, en interagissant avec TREK1, produit un microenvironnement riche en acide phosphatique qui va potentialiser le canal. Cette régulation explique comment un second messager peut spécifiquement réguler un canal ainsi que la sensibilité de TREK-1 à l'alcool. La seconde étude a porté sur l'hétérodimérisation des membres de la sous-famille TREK. Nous avons mis en évidence grâce à des techniques en molécule unique que les sous-unités TREK-1, TREK-2 et TRAAK peuvent hétérodimériser entre elles. Elles forment ainsi des canaux avec de nouvelles propriétés comme une sensibilité particulière au pH. Enfin j'ai étudié le mécanisme d'action d'une toxine, la mycolactone, sur le canal TRAAK. Nous avons montré que cette toxine est impliquée dans le l'hyperpolarisation des fibres nociceptives induisant une analgésie. Cela étant dû à l'activation du canal TRAAK via le récepteur à l'angiotensine II de type 2. La seconde partie du projet a consisté à caractériser la voie de signalisation non canonique induite par la mycolactone / Two pore potassium channel play a key role in the answers of cells of intra and extracellular signals. I have focus my PhD on the study of sub family TREK (TREK-1, TREK-2 and TRAAK). They involved in the nociception, the depression and the neuroprotection. The activity of this channels is finely tuned by several stimuli i) physicals agents like temperature and mechanical stree, ii) chemicals agents like intra and extracellular pH and phospholipids, iii) pharmacological agents like volatile anesthetics, and iv) neurotransmitters via the G protein–coupled receptor. During my PhD I have worked on two new regulation of this channel and are capacity to make heterodimer. In a first time I discovers that TREK-1 interacted with the phospholipase D2 that permit the local production of phosphatidic acid (PA). This made a PA rich microenvironment, this last will tonicaly potentiate the basal activity of the channel. This mechanism explain have a second massager can specifically regulate a channel and how TREK-1 is sensitive to ethanol. In a second time I have work on the heteromerisation of the sub family TREK. With the single molecule technics we have shown that TREK-1, TREK-2 and TRAAK can heterodimerize. This mechanism increase the functional diversity of the family. To finish I have study the action of the toxin mycolacton on the TRAAK channel. We have shown that the mycolacton induce the hyperpolarization of nociceptive nerfs. This is due to the activation of TRAAK channel by the toxin via the angiotensin 2 receptor type II. Next I have shown that the mycolacton induce a non-canonical pathway. This is independent of G-proteins and spatially restricted by a direct interaction between TRAAK and AT2R

L'ulcère de Buruli est une maladie nécrosante de la peau et des tissus mous accompagnée d'ulcères de grandes tailles, causée par une mycobactérie. L’Organisation Mondiale de la Santé a lancé en 1998 une initiative mondiale contre cette maladie tropicale négligée, présente notamment en Afrique et en Australie. L'infection est causée par Mycobacterium ulcerans, mycobactérie faisant partie de la même famille que les mycobactéries responsables de la tuberculose et de la lèpre. Mycobacterium ulcerans sécrète une toxine nommée mycolactone, responsable de cette infection. Cette toxine a des propriétés cytotoxiques et immunosuppressives. Le projet de recherche développé dans l'équipe concerne la synthèse et l'évaluation biologique des mycolactones A et B et de leurs analogues. A l'heure actuelle, la première étude relation structure-activité conduisant à une meilleure compréhension du mode d'action des mycolactones a été établie. La stratégie de synthèse choisie implique plusieurs réactions de couplage catalysées par des métaux (fer, cuivre, palladium) pour la création de liaisons carbone-carbone. La stéréochimie des sept alcools secondaires a quant à elle été contrôlée par des réactions d'allyl-et crotylboration asymétrique ainsi que par des réactions de dihydroxylation catalytique et asymétrique. Au cours de ce travail de thèse, 12 analogues ont ainsi été obtenus en appliquant cette voie de synthèse. / Buruli ulcer, a severe necrotizing skin disease caused by Mycobacterium ulcerans, is one of the most neglected tropical diseases. The World Health Organization has started in 1998 a Global Initiative against this disease. The pathogen belongs to the same family as the mycobacteria responsible for tuberculosis and leprosy and 6000 new cases are registered each year. Infection leads to extensive destruction of the skin and soft tissues with the formation of large ulcers usually on the legs or the arms and can caver up 15% of the skin surface. These effects are due to the presence of the bacterial toxins mycolactones, secreted by M ulcerans. Mycolactones are the first polyketides isolated from a human pathogen. Deciphering their functional interactions is of fundamental importance for the understanding and ultimately the control of this devastating mycobacterial infection. A Diverted Total Synthesis approach of mycolactones analogues has been developed and provides the first insights into their structure-activity relationship based on cytopathic assays on L929 fibroblasts.