Le Bti est un bioinsecticide mondialement utilisé pour contrôler les populations de moustiques. La toxicité du Bti est due à un cristal constitué de plusieurs toxines, produit par la bactérie éponyme Bacillus thuringiensis var. israelensis. Qualifié de peu persistant dans l'environnement et sans résistance connue en populations naturelles, le Bti représente une alternative " propre " aux insecticides chimiques. Cependant, une litière végétale prélevée plusieurs mois après un traitement insecticide a montré une forte toxicité contre les larves de moustiques, due à la présence de Bti. La sélection d'une souche de moustique de laboratoire Aedes aegypti avec cette litière (souche LiTOX) a permis d'obtenir une résistance modérée au Bti (3,5 fois) mais plus élevée aux toxines testées séparément (jusqu'à 60 fois). La présente thèse se décompose en trois axes. 1. Un test permettant le suivi du Bti dans l'environnement a été développé et breveté. Il a permis de mettre en évidence un recyclage du Bti dans les litières toxiques et une persistance différentielle des toxines. 2. La résistance au Bti de la souche LiTOX a été étudiée par des approches globales et fonctionnelles, permettant de mieux caractériser les mécanismes de résistance multigéniques impliqués. 3. La résistance a été recherchée en populations naturelles par des bioessais aux toxines du Bti testées séparément, outil plus sensible que les bioessais " classiques " au Bti, et a permis de mettre en évidence une tolérance accrue de certaines populations. Cette thèse apporte les connaissances et les outils nécessaires pour mieux caractériser les paramètres favorisant la prolifération du Bti en milieu naturel et les mécanismes de résistance potentiellement sélectionnés chez les moustiques.

Le Bti est un bioinsecticide mondialement utilisé dans la lutte contre les moustiques. La toxicité du Bti est due à un cristal, constitué de quatre toxines principales, produit par la bactérie Bacillus thuringiensis subsp. israelensis. Le Bti représente une bonne alternative aux insecticides chimiques car il est peu persistant dans l’environnement et spécifique des insectes ciblés. La sélection d’une souche de moustique (Aedes aegypti) de laboratoire au Bti a entrainé une résistance modérée au Bti (3.5 fois) mais plus élevée aux toxines testées séparément (jusqu’à 60 fois). Ce résultat suggère que l’adaptation des moustiques au Bti en populations naturelles peut être corrélée à une résistance accrue à chacune des toxines. Pour pouvoir détecter une adaptation au Bti, il est donc nécessaire de mieux caractériser la résistance à chaque toxine qui compose le Bti.Cette thèse se structure en trois axes. 1. L’analyse du transcriptome par RNA-seq des souches résistantes à chaque toxine et au Bti a permis de mettre en évidence plusieurs gènes candidats potentiellement impliqués dans la résistance. La résistance développée au laboratoire est complexe, combinant des mécanismes de résistances spécifiques de chaque toxine et généralistes. 2. L’analyse du transcriptome d’une souche sensible exposée au Bti a permis d’identifier des gènes impliqués dans la réponse à l’intoxication, notamment les phosphatases alcalines. De plus, l’exposition à chaque toxine et au Bti induit une modification de l’expression de ces gènes bien plus importante chez les souches résistantes que chez la souche sensible. 3. L’implication de la réponse immunitaire dans la résistance et dans la réponse à une exposition au Bti est discutée. L’exposition au Bti accroit la compétence vectorielle d’A. aegypti pour deux maladies tropicales (Dengue et Chikungunya), différemment selon si la souche est sensible ou résistante au Bti. Cette thèse permet de mieux comprendre les mécanismes de résistances au Bti et à ses toxines ; ces connaissances sont nécessaires pour mieux anticiper la résistance sur le terrain. / Bti is a bioinsecticide used worldwide for mosquito control. Bti toxicity is due to a crystal, composed of four main toxins, produced by the bacteria Bacillus thuringiensis subsp. israelensis. Bti represents a good alternative to chemical insecticides because it is known to have a low persistence in the environment and to be specific to the targeted insects. The selection of a laboratory mosquito (Aedes aegypti) strain with a persistent form of Bti led to moderate resistance to Bti (3.5-fold) but to higher resistance (up to 60-fold) to Bti toxins tested separately. This result suggests that the adaptation of mosquitoes to Bti in the field may be correlated to a higher resistance to each toxin. In order to detect an adaptation to Bti, it is thus necessary to characterize better the resistance against each Bti toxin.This thesis is organized in three parts. 1. The transcritpome analysis of strains resistant to each toxin and to Bti using RNA-seq technique enabled to highlight genes and mechanisms potentially involved in the resistance. The resistance developed in the laboratory is complex, combining generalist and specific mechanisms to resist to each toxin. 2. The transcriptome analysis of a susceptible strain exposed to Bti enabled identifying genes involved in the response to the intoxication, especially alkaline phosphatases. Furthermore, exposure to Bti and to each toxin resulted in gene expression modification being far higher in resistant strains than in susceptible strain. 3. The role of immunity in the resistance and in the response to Bti exposure is discussed. The Bti exposure increases the vector competence of A. aegypti for two tropical diseases (Dengue and Chikungunya) differently, depending on the strain being susceptible or resistant to Bti. This thesis enables better understanding of resistance mechanisms to Bti and its toxins; this knowledge is necessary for anticipating field resistance development.

Le Bti est un bioinsecticide mondialement utilisé pour contrôler les populations de moustiques. La toxicité du Bti est due à un cristal constitué de plusieurs toxines, produit par la bactérie éponyme Bacillus thuringiensis var. israelensis. Qualifié de peu persistant dans l'environnement et sans résistance connue en populations naturelles, le Bti représente une alternative « propre » aux insecticides chimiques. Cependant, une litière végétale prélevée plusieurs mois après un traitement insecticide a montré une forte toxicité contre les larves de moustiques, due à la présence de Bti. La sélection d'une souche de moustique de laboratoire Aedes aegypti avec cette litière (souche LiTOX) a permis d'obtenir une résistance modérée au Bti (3,5 fois) mais plus élevée aux toxines testées séparément (jusqu'à 60 fois). La présente thèse se décompose en trois axes. 1. Un test permettant le suivi du Bti dans l'environnement a été développé et breveté. Il a permis de mettre en évidence un recyclage du Bti dans les litières toxiques et une persistance différentielle des toxines. 2. La résistance au Bti de la souche LiTOX a été étudiée par des approches globales et fonctionnelles, permettant de mieux caractériser les mécanismes de résistance multigéniques impliqués. 3. La résistance a été recherchée en populations naturelles par des bioessais aux toxines du Bti testées séparément, outil plus sensible que les bioessais « classiques » au Bti, et a permis de mettre en évidence une tolérance accrue de certaines populations. Cette thèse apporte les connaissances et les outils nécessaires pour mieux caractériser les paramètres favorisant la prolifération du Bti en milieu naturel et les mécanismes de résistance potentiellement sélectionnés chez les moustiques. / Bti is a bioinsecticide used worldwide for mosquito control. Bti toxicity is due to a toxins-containing crystal, produced by the bacteria Bacillus thuringiensis var. israelensis. Bti is known to have a low persistence in the environment and no firm resistance has been found yet in the field, therefore representing a “safe” alternative to chemical insecticides. Nevertheless, leaf litters collected several months after a treatment exhibited high toxicity against mosquito larvae, due to persistent Bti. The selection of a laboratory mosquito strain of Aedes aegypti with this litter (LiTOX strain) led to a moderate 3.5-fold resistance to Bti but to higher resistance (until 60-fold) to Bti toxins tested separately. This thesis is structured in three main axes. 1. A test has been developed and patented to follow the fate of Bti in the environment. We showed that Bti has recycled in the collected toxic leaf litters and that the different Bti toxins persist differently. 2. The Bti-resistance of the LiTOX strain has been studied by global and functional approaches, leading to a better understanding of the multigenic mechanisms implicated in the resistance phenotype. 3. Cryptic Bti-resistance has been investigated performing bioassays with separate Bti Cry toxins, showing that some populations exhibit increased Cry tolerance. This thesis gives the knowledge and new tools necessary to better understand how Bti can persist and recycle in the environment and how mosquitoes can develop resistance.

La résistance des moustiques aux insecticides pyréthrinoïdes (PYRs) menace les programmes de lutte anti-vectorielle à l'échelle mondiale. Chez le moustique Aedes aegypti, vecteur de la dengue et du Chikungunya, les principaux mécanismes causant cette résistance ont été identifiés. La résistance métabolique joue alors un rôle important et consiste en une biodégradation accrue de l'insecticide par des enzymes de détoxication. Néanmoins, les bases moléculaires de ce mécanisme restent méconnues. La plupart des gènes impliqués dans la résistance métabolique aux PYRs ont été identifiés par des approches transcriptomiques, mais les modifications génomiques à l'origine de leur sur-expression dans les populations résistantes ainsi que les modifications structurales des enzymes en lien avec la résistance restent méconnues. Cette thèse vise alors à utiliser les nouvelles approches de séquençage à haut débit (NGS) pour caractériser les mécanismes moléculaires de la résistance aux PYRs chez le moustique Ae. Aegypti. La première partie de la thèse présente une étude pilote RNA-seq menée sur des populations de laboratoire sélectionnées avec des insecticides. Cette étude a pour objectif d'évaluer les avantages des NGS pour l'étude des mécanismes de résistance chez les moustiques. Le rôle des enzymes de détoxication dans la résistance a ainsi été clairement confirmé. Plusieurs gènes codant pour ces enzymes apparaissent sur-exprimés dans les populations résistantes et un important regroupement de P450 montre une forte empreinte de sélection en lien avec la résistance aux PYRs. La seconde partie de la thèse présente une étude sur des populations naturelles échantillonnées sur divers continents. Cette étude combine les technologies d'enrichissement génomique et de DNA-seq afin d'étudier les variations génomiques liées à la résistance au PYR Deltaméthrine. La comparaison de la couverture de séquençage entre populations résistantes et sensibles a permis d'identifier des variations de nombre de copies (CNVs) de certains gènes de détoxication associées à la résistance à la Deltaméthrine. Des mutations non-synonymes fortement liées au phénotype de résistance ont également été mises en évidence. La comparaison de ces marqueurs de la résistance entre les différentes populations a révélé que les gènes/mutations associés à la résistance à la Deltaméthrine sont peu conservés entre continents, probablement à cause des différences de fond génétique des populations, de leur histoire démographique et des pressions de sélections. La troisième partie de la thèse décrit une étude par RNA-seq portant sur les mêmes populations naturelles, visant à croiser des données de transcriptomique (expression des gènes et polymorphisme des transcrits) avec les données génomiques générées par l'étude précédente. Plusieurs enzymes de détoxications ont été retrouvées sur-exprimées chez les populations résistantes en lien avec les CNVs précédemment identifiées. Des centaines de variations de polymorphisme ont été identifiées par DNA-seq dans les zones cis-promotrices des différents gènes étudiés. Parmi ces variations, plusieurs apparaissent associées à la sur-régulation d'enzymes de détoxication. Enfin, la comparaison des données de polymorphismes obtenues par DNA-seq et RNA-seq a permis d'étudier les phénomènes d'expression d'allèles spécifiques en lien avec la résistance. Cette étude confirme l'intérêt de croiser des données de transcriptomique et de génomique pour caractériser les bases moléculaires de la résistance aux insecticides. D'un point de vue général, cette thèse permet de mieux appréhender les mécanismes de résistance du moustique Ae. aegypti aux PYRs mais aussi d'identifier de nouveaux marqueurs de la résistance potentiellement utilisables pour développer de nouveaux outils moléculaires diagnostiques de la résistance sur le terrain. Ce travail met également en avant les apports des NGS pour l'étude fine des bases moléculaires de l'adaptation d'organismes modèles. / Mosquito control programs worldwide are increasingly threatened by resistance to pyrethroid insecticides (PYRs). In the dengue and chikungunya vector Aedes aegypti, the key resistance mechanisms include modifications in the protein targeted by insecticides (target-site mutations) and metabolic resistance, consisting in an increased insecticide biodegradation by so called detoxification enzymes. However, as opposed to target-site mutations, the molecular basis of metabolic resistance remains poorly understood. Most metabolic resistance genes have been detected by transcriptomic approaches based on their over-expressed in resistant populations, but genomic changes leading to these expression changes as well as structural changes in enzymes potentially involved in resistance remain unknown. In this context, this thesis aims at using next-generation sequencing approaches for characterizing PYR resistance mechanisms in the mosquito Ae. aegypti.The first chapter of this thesis describes a pilot study on laboratory insecticide-selected populations of Ae. aegypti. This study aims at investigating the benefits of next-generation sequencing for studying resistance mechanisms in mosquitoes. This study confirmed that detoxification enzymes play a key role in resistance, with several of them being over-expressed in resistant populations and a large cluster of cytochrome P450 genes showing a selection imprint associated with resistance to PYRs.The second chapter of this thesis describes a study conducted on natural mosquito populations from various continents. Combining genomic target enrichment (targeting about 800 genes potentially involved in resistance) and DNA-seq allowed unravelling genomic changes associated with resistance to the PYR deltamethrin. Comparing normalized sequencing coverage between resistant and susceptible populations identified significant copy number variations (CNVs) in several detoxification genes strongly associated to deltamethrin resistance. Non-synonymous mutations affecting detoxification enzymes associated to the resistance phenotype were also detected. Comparing resistance markers between populations from various continents revealed that genes/mutations associated with deltamethrin resistance are poorly conserved across continents, probably due to differences in the genetic background of populations but also differences in terms of demographic history and selection pressures.The third chapter describes an RNA-seq study performed on the same natural mosquito populations in order to cross-link transcriptomic data (gene expression and transcript polymorphism) with genomic data obtained from the previous study. Multiple detoxification enzymes were found over-transcribed in resistant populations linked with previously identified CNVs. Hundreds polymorphism variations were identified by targeted DNA-seq in cis-promoter regions of detoxification genes. Among them, several were associated with the upper-regulation of detoxification enzymes in resistant populations. Finally, cross-comparing polymorphism data obtain from DNA-seq and RNA-seq allowed investigating allele specific expression (ASE) events related to PYR resistance. Overall, this study confirmed the benefits of combining transcriptomic and genomic NGS approaches for studying the molecular basis of insecticide resistance.As a whole, this thesis not only contributed to better understand PYR resistance mechanisms in the dengue vector Ae. aegypti but also identified novel genomic markers of resistance opening the way for developing new molecular diagnostic to early detect and monitor resistance mechanisms in the field. This work also highlights the benefits of using NGS technologies for unravelling the molecular bases of adaptation in model organisms.

Acute myeloid leukemia (AML) is a genetically heterogeneous disease and represents about 20% of pediatric leukemias. Survival rates vary depending on subtypes but are particularly unfavorable for acute megakaryoblastic leukemia (AMKL), a rare subtype of AML that usually affects children under 3 years old (≤ 30% survival for certain subtypes of AMKL). In pediatrics, genetic rearrangement leading to the expression of a chimeric fusion gene are present in many cases and are considered initiator events in the development of leukemia. In AMKL cases, more than 70% of them exhibit such rearrangement. Several of these chimeric transcripts, such as NUP98::KDM5A and CBFA2T3::GLIS2, occur in a higher proportion of cases. The analysis of the transcriptome from pediatric leukemic cases allowed us to identify new chimeric fusion transcripts in pediatric leukemias. Specifically, we discovered BPTF as a new fusion partner of NUP98 in the case of acute megakaryoblastic leukemia (AMKL), and the ACIN1::NUTM1 fusion in B-cell lymphoid leukemias. These studies have refined the molecular classification of these leukemias and provided tools for diagnosis and disease monitoring. The hypothesis of my thesis is that the NUP98::KDM5A and CBFA2T3::GLIS2 fusions are oncogenic and their expression in normal human hematopoietic and progenitor cells leads to transformation into acute megakaryoblastic leukemia in immunodeficient recipient mice, allowing for the generation of renewable xenograft models. My work has contributed to the generation of AMKL models with NUP98::KDM5A (N5A) and CBFA2T3::GLIS2 (CG2) fusions. To do this, we optimized a pipeline for transducing these chimeric genes in CD34+ cells isolated from cord blood, followed by transplantation into immunodeficient mice. These xenograft models phenocopy the leukemia of patients from a morphological, immunophenotypic, and transcriptomic standpoint. These synthetic AMKL models can be serially transplanted into mice and have a high frequency of leukemic stem cells. I also contributed to the development of a unique patient-derived xenograft (PDX) model derived from primary cells of a patient with an NUP98::BPTF genotype AMKL leukemia. These synthetic and PDX models then served as substrates for my experiments and those of several members of our laboratory. My research has allowed us to identify and characterize new biomarkers specific to NUP98- rearranged and CBFA2T3::GLIS2 positive AMKL. Taking advantage of the biomass generated by these AMKL leukemia models, we conducted transcriptomic and proteomic studies of the membrane surface. These results were compared to normal cells isolated from cord blood to identify several surface proteins specific to each leukemia genotype and shed light on new potential biomarkers. Furthermore, we confirmed the sensitivity of our AMKL models to JAK-STAT pathway inhibitors and performed synergy assays between JAK-STAT and the PI3K-AKT-mTOR pathway inhibitors. These experiments demonstrated the synergistic induction of apoptosis in our models upon the combine exposure to JAK-STAT and PI3K-AKT-mTOR pathway inhibitors. These works allowed us to identify potential therapeutic vulnerabilities of AMKL. Finally, since research on AMKL is affected by the limited number of patient samples, the human models and molecular data presented in this thesis constitute an invaluable resource to accelerate translational research for these high-risk leukemias. / La leucémie myéloïde aiguë (LMA) est une maladie hétérogène sur le plan génétique et représente environ 20% des leucémies pédiatriques. Les taux de survie varient selon les sous- types mais sont particulièrement défavorables pour les leucémies aiguës mégacaryoblastiques (AMKL), un sous-type rare de LMA touchant généralement les enfants de moins de 3 ans (≤ 30% de survie pour certains sous-types d’AMKL). En pédiatrie, les réarrangements génétiques entraînant l’expression d’un gène de fusion chimérique sont présentes dans un grand nombre de cas et sont considérées comme des événements initiateurs à l’origine de la leucémie. Chez les leucémies de type AMKL, c’est plus de 70% des cas qui présentent un tel réarrangement. Quelques-uns de ces transcrits chimériques, tels que NUP98::KDM5A et CBFA2T3::GLIS2, surviennent dans une plus grande proportion des cas. Dans le cadre de mes recherches, l’analyse du transcriptome de leucémies pédiatriques nous ont permis de mettre en évidence de nouveaux transcrits chimériques. Notamment, nous avons découvert BPTF comme étant un nouveau partenaire de fusion de NUP98 dans le cas d’une AMKL, ainsi que la fusion ACIN1::NUTM1 chez des leucémies lymphoïdes à cellules B. Ces travaux ont permis de raffiner la classification moléculaire de ces leucémies et propose de nouvelles approches pour le diagnostic et le suivi de la maladie. L’hypothèse de ma thèse est que les fusions NUP98::KDM5A et CBFA2T3::GLIS2 sont oncogéniques et leur expression chez des cellules souches hématopoïétiques et progénitrices humaines normales entraîne une transformation en leucémie aiguë mégacaryoblastique dans les souris receveuses immunodéficientes, permettant de générer des modèles de xénogreffe. Mes travaux ont contribué à la génération de modèles d’AMKL arborant les fusions NUP98::KDM5A ainsi que CBFA2T3::GLIS2. Pour ce faire, nous avons optimisé un processus de transduction de ces gènes chimériques chez des cellules CD34+ isolées de sang de cordon, suivi de transplantation chez la souris immunodéficiente. Ces modèles de xénogreffe récapitulent la leucémie des patients aux points de vue morphologique, immunophenotypique et transcriptomique. Ces modèles synthétiques d’AMKL peuvent être transplantés de manière sériée en souris et présentent une fréquence élevée de cellules souches leucémiques. De plus, nous avons aussi développé un modèle pdx unique (patient derived xenograft) dérivé des cellules primaires d’un patient atteint d’une leucémie AMKL présentant la fusions NUP98::BPTF. Ces modèles synthétiques et pdx ont ensuite servi de substrats à mes expériences ainsi que celles de plusieurs membres du laboratoire. Mes recherches ont permis d’identifier et de caractériser de nouveaux biomarqueurs spécifiques aux AMKL présentant un transcrit de NUP98 réarrangé et CBFA2T3::GLIS2. Tirant avantage de la biomasse générée par ces modèles de leucémie AMKL, nous avons fait des études transcriptomiques et protéomiques de la surface membranaire de nos modèles. Ces résultats furent comparés aux cellules normales isolées de sang de cordon afin d’identifier plusieurs protéines de surface spécifiques aux leucémies initiées par NUP98 réarrangé et CBFA2T3::GLIS2 afin de mettre en lumière de nouveaux biomarqueurs potentiels. De plus, nous avons aussi confirmé la sensibilité de nos modèles AMKL aux inhibiteurs de la voie JAK-STAT ainsi que démontré l’induction synergique de l’apoptose de nos modèles en présence des inhbitieurs combinés des voies JAK-STAT et PI3K-AKT-mTOR. Finalement, puisque la recherche sur les AMKL est ralentie par la quantité limitante d’échantillons de patient, les modèles humains et les données moléculaires présentés dans cette thèse constituent une ressource inestimable afin d’accélérer la recherche translationnelle pour ces leucémies à haut risque.