Connaitre et appréhender les mécanismes de la diversification des espèces est important pour la gestion des écosystèmes, la prévision des impacts des changements climatiques et la compréhension de la biodiversité actuelle et passée. Le but de cette thèse est de comprendre et de déceler les mécanismes génétiques à l’origine de la diversification des espèces en présence de flux de gènes. Cette thèse se focalise sur le modèle biologique Symphonia globulifera, qui compte deux écotypes : le S.globulifera spécialiste de la terra firme et le S.sp1, spécialiste des bas-fonds. Ces deux écotypes montrent une faible différenciation génétique, malgré la présence de deux phénotypes différents.Une première étape a été de mettre en évidence la présence d’une adaptation locale au sein de cette espèce, par le biais d’une expérimentation de jardins de transplantation réciproques, permettant d’expliquer la répartition des écotypes dans leur habitat naturel. Ensuite, dans le but d’identifier les mécanismes sous-jacent à cette adaptation locale, j’ai testé l’hypothèse que la méthylation des gènes pourrait être une marque de l’épigénétique contribuant à la divergence des écotypes, par l’utilisation d’enzyme sensibles à la méthylation dans un protocole de génotypage AFLP. Enfin, un séquençage haut-débit du transcriptome des écotypes en jardins de transplantation réciproques m’a permis de mettre en évidence une expression différentielle des gènes entre les écotypes, qui pourrait expliquer les différences phénotypiques observées entre les écotypes malgré une faible différentiation génétique. Ces travaux de thèse s’appuie, ainsi, sur des données de traits phénotypiques, de génotypage AFLP et de séquençage à haut débit du transcriptome pour montrer la valeur importante de la régulation des gènes dans la divergence des écotypes adaptés localement, et un faible rôle de la méthylation de l’ADN dans l’établissement cette adaptation locale. / Understanding of the mechanisms driving diversification of species is a significant way to improve the management of ecosystems, predict the impacts of climate change and understand the actual and past biodiversity level. The aim of this thesis is to understand and comprehend genetic mechanisms behind the diversification of species in the presence of gene flow. This thesis is focused on the biological model Symphonia globulifera, which presents two ecotypes: the S.globulifera, specialist of seasonally flooded lowlands and S.sp1, specialist of terra firme. These two ecotypes show low genetic differentiation, despite the presence of two apparent phenotypes. A first part of this thesis was to test the presence of local adaptation of this using reciprocal transplant experiment gardens, allowing the understanding of the ecotypes distributions in their natural habitats. Then, this local adaptation in the presence of gene flow, directed me to the regulation of gene methylation in order to see the role this brand of epigenetics can have in the divergence of the ecotypes. In a third part of the thesis, new generation sequencing of the transcriptome ecotypes in reciprocal gardens transplantations allowed me to show the evidence of gene regulation to differentiate the ecotypes. This work thesis is based on phenotype records data, AFLP genotyping and high-throughput sequencing of the transcriptome, in order to show the important value of gene regulation in the divergence of the locally adapted ecotypes, and a weak role of DNA methylation in the establishment of local adaptation.

Ce projet de recherche comporte deux parties principales qui possèdent comme lien unificateur l’amélioration des méthodes et techniques utilisées actuellement pour évaluer aussi bien l’activité que l’expression des cytochromes P450 (CYP450s) et menant par la suite à leur application en clinique. Le premier volet de ce projet de recherche porte sur le développement de méthodes LC-MS/MS pour un cocktail de 7 substrats marqueurs des CYP450s. Notre objectif est de développer et valider une méthode LC-MS/MS spécifique et sensible permettant l’évaluation des activités des CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 et 2E1 suivant l’administration orale et à faible dose d’un cocktail de substrats marqueurs chez des patients et sujets sains. Les méthodes développées peuvent être utilisées pour évaluer les mécanismes de variabilité interindividuelle comme l’impact de polymorphismes génétiques, de facteurs environnementaux et de maladies dans le processus de métabolisme et d’élimination des médicaments, mais également pour investiguer les interactions médicamenteuses. Ce cocktail a été appliqué avec succès, dans un projet clinique portant sur l’évaluation des effets du diabète sur la capacité métabolique par les CYP450s. Le deuxième volet de ce projet de recherche vise à développer des méthodes analytiques par LC-HRMS afin de caractériser et quantifier les CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 et 4F2 dans l’intestin grêle humain. Notre hypothèse suggère que les CYP450s retrouvés le long de l’intestin grêle peuvent affecter significativement l’effet de premier passage de certains médicaments administrés par voie orale et influencer leurs concentrations plasmatiques et conséquemment, leurs effets pharmacologiques et/ou toxiques. Ma participation à ce projet a permis d’identifier des peptides protéotypiques par digestion in silico et in vitro et de développer des méthodes de quantification absolue par LC-HRMS. Ce projet est une première étape dans la caractérisation des CYP450s majeurs le long de l'intestin grêle. Il permettra de mieux comprendre les mécanismes de variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments associés au processus d'absorption intestinal et de mieux prédire la variabilité dans la biodisponibilité des médicaments et de développer des modèles pharmacocinétiques plus complexes. / This research project is divided into two sections, both aiming at the development of sensitive and specific LC-MS methods to evaluate activity and expression of CYP450 and finally, looking at their clinical application. The first section of this research project focuses on the development of analytical methods by LC-MS/MS for a seven CYP450 probe-drug cocktail. Although these cocktails have shown value they also suffer from many limitations. Our objective was to develop and validate highly sensitive and selective LC-MS/MS assays allowing the determination of CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 and 2E1 activities following administration of low oral doses of a modified CYP450 probe-drug cocktail in patients. These methods can be used to phenotype CYP450 activities, evaluate inter-individual variabilities, study the impact of pathological conditions on drug metabolism and elimination, and evaluate drug-drug interactions. Our CYP450 cocktail assays have been successfully applied to phenotype CYP450 activities in type 2 diabetic patients. The second section of this project aims at the development of a LC-HRMS method for the characterization and absolute quantification of CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 and 4F2 in the human small intestine. Our hypothesis suggests that CYP450 isoenzymes found along the small intestine can significantly affect the first-pass effect of certain drugs administered orally and thus influence their pharmacological and/or toxic effects. My participation in this project allowed to identify proteotypic peptides by in silico and in vitro digestion and to develop LC-HRMS methods allowing the absolute quantification of CYP450. This project is a first step in the characterization of the main CYP450 along the small intestine. This project will allow a better understanding of inter-individual variability in drug response associated with intestinal absorption of drugs, a better prediction of variability in drug bioavailability and to develop more complex pharmacokinetic models.

Dans un contexte de changement climatique les cultures vont être plus fréquemment soumises à des événements climatiques extrêmes. Continuer le progrès sur le rendement du maïs requiert de considérer de nouvelles méthodes génétiques pour caractériser les avantages comparatifs de génotypes en conditions de sécheresse et de températures élevées. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer les connaissances du contrôle génétique du rendement du maïs et de ses composantes sous stress hydrique et thermique dans un réseau d'essai au champ. Pour cela, nous avons utilisé des données issues du projet UE DROPS et du projet français Amaizing avec 29 essais au champ répartis en Europe et au Chili, en 2012 et 2013, avec des traitements irrigué et non irrigué dans chaque site. Une caractérisation précise des conditions environnementale a été réalisée, ainsi qu’une mesure précise de la phénologie et du rendement et de ses composantes sur un panel de 244 hybrides de maïs. L’approche utilisée dans cette thèse a consisté à utiliser la caractérisation environnementale précise en chaque site pour disséquer les interactions entre génotype et environnement. Dans un premier temps nous avons classé les 29 essais en six scenarios environnementaux qui avaient été préalablement définis sur de longues séries climatiques dans toute l'Europe. Les régions génomiques associées au rendement ont eu des effets très variables entre sites, qui dépendaient des scenarios environnementaux. On peut donc associer chaque allèle à une région d'Europe où il a une forte probabilité d'effet positif. Dans un second temps, en combinant les données issues de plateforme et du champ, nous avons estimé les réponses du rendement au rayonnement intercepté pendant la période végétative, et à la température et au déficit hydrique à la floraison. Nous avons identifié les régions génomiques associées à ces réponses, rendant les génotypes analysés tolérants ou sensibles à la variable considérée. Ce travail ouvre des perspectives pour l’amélioration des plantes dans un contexte de changement climatique. / Climate changes are a reality and crops will encounter more frequent climatic accidents. Continuing progress in yield requires considering new genetic method to characterize the comparative advantages of genotypes under drought and high temperatures. The main goal of this thesis is to improve the knowledge of the genetic control of grain yield and its components as affected by drought and heat in a network of field experiments. We used for that data coming from the EU project DROPS and the French project Amaizing with 29 field trials spread over Europe and Chile, in 2012 and 2013, with irrigated and rainfed treatments in each location. A detailed environmental characterisation was carried out and associated with precise measurement of phenology and grain yield and its component on a panel of 244 maize hybrids. The approach consisted in using the precise environmental characterisation to dissect the genotype-by-environment interaction. In the first place, we have classified the 29 experiments into six environmental scenarios that were previously defined using long climatic series over Europe. The genomic regions associated with grain yield displayed differents effects between sites, depending on the environmental scenarios. It is thereby possible to associate each allele to a European region in which it is likely to have positive effect. In a second time, by combining data coming from the field and the platform, we have estimated responses of grain yield to intercepted radiation during the vegetative period, and to temperature and water deficit at flowering. We have identified the genomic regions associated with the responses, making the studied genotypes tolerant or sensitive to the considered variable. This work opens new perspectives for plant breeding under climate change.

Les intoxications médicamenteuses volontaires répétées (IMVr) constituent un problème de santé publique croissant, mais sous-évalué et traité comme une conduite suicidaire, alors qu’elles appartiendraient au registre des addictions. Notre travail abonde dans ce sens en montrant que les suicides alcoolisés se font principalement par IMV et correspondent au deliberate self-harm syndrom ; les suicidants récidivants se distinguent par un névrosisme et un attachement anxieux typiques des addictions ; les IMVr même suicidaires témoignent d’une relation addictive aux médicaments ; le facteur le plus prédictif d’IMV serait de l’avoir envisagée. Conceptualisé de façon translationnelle et argumenté par une approche pharmacologique, nous proposons un modèle dimensionnel des conduites suicidaires, intégré au continuum des addictions, confirmant l’hypothèse initiale et l’intérêt d’un raisonnement transnosographique diagnostique et thérapeutique dans le champ des pathologies mentales. / Repeated Self-poisoning (RSP) constitute an under evaluated but growing public health problem, treated as a suicidal rather than an addictive behavior. Our work brings arguments by showing that suicides involving alcohol are mainly by self-poisoning and correspond to deliberate self-harm syndrome; repeat suicide attempters are identified by a neuroticism and anxious attachment typically found in addicts; even suicidal RSP shows addictive behavior involving medicines; the best predictor of self-poisoning is having thought about it. Conceptualized through a translational approach and supported by pharmacological arguments, we propose a multidimensional model of suicidal behaviors, that could integrate the continuum of addictive behaviors. This confirms the initial hypothesis and the viability of a transnosographic concept for diagnosis and treatment of mental illnesses.

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En Viticulture de Précision, l’imagerie multi-spectrale est principalement utilisée pour des dispositifs de télédétection. Ce manuscrit s’intéresse à son utilisation en proxidétection, pour la caractérisation du feuillage. Il présente un dispositif expérimental terrestre mobile composé d’un GPS, d’une caméra multi-spectrale acquérant des images visible et proche infrarouge, et d’un Greenseeker RT-100 mesurant l’indice Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Ce système observe le feuillage de la vigne dans le plan de palissage, en lumière naturelle. La parcelle étudiée comporte trois cépages (Pinot Noir, Chardonnay et Meunier) plantés en carré latin. En 2013, six jeux de données ont été acquis à différents stades phénologiques.Pour accéder aux propriétés spectrales de la végétation, il est nécessaire de calibrer les images en réflectance. Cela requiert l’utilisation d’une mire de MacBeth comme référence radiométrique. Lorsque la mire est cachée par les feuilles, les paramètres de calibration sont estimés par une interpolation linéaire en fonction des images les plus proches sur lesquelles la mire est visible. La cohérence de la méthode d’estimation employée est vérifiée par une validation croisée (LOOCV).La comparaison du NDVI fournie par le Greenseeker avec celui déterminé via les images corrigées permet de valider les données générées par le dispositif. La polyvalence du système est évaluée via les images où plusieurs indices de végétation sont déterminés. Ils permettant des suivis de croissance de la végétation originaux offrant des potentialités de phénotypage ou une caractérisation de l’état sanitaire de la végétation illustrant la polyvalence et le gain en précision de cette technique. / Mutispectral imaging systems are widely used in remote sensing for Precision Viticulture. In this work, this technique was applied in the proximal sensing context to characterize vine foliage. A mobile terrestrial experimental system is presented, composed of a GPS receiver, a multi-spectral camera acquiring visible and near infrared images, and a Greenseeker RT-100 which measures the Normalized Difference Vegetative Index (NDVI). This optical system observes vine foliage in the trellis plan, in natural sunlight. The experimental field is planted with Chardonnay, Pinot Noir and Meunier cultivars in a latin squared pattern. In 2013, six datasets were acquired at various phenological stages.Spectral properties of the vegetation are accessible on images when they are calibrated in reflectance. This step requires the use of a MacBeth colorchart as a radiometric reference. When the chart is hidden by leaves, the calibration parameters are estimated by simple linear interpolation using the results from resembling images, which have a visible chart. The performance of this method is verified with a cross-validation technique (LOOCV).To validate the data provided by the experimental system, the NDVI given by the Greenseeker was compared to those computed from the calibrated images. The assessment of the versatility of the system is done with the images where several indices were determined. It allows an innovative follow-up of the vegetative growth, and offering phenotyping applications. Moreover, the characterization of the sanitary state of the foliage prove that this technique is versatile and accurate.

Le système immunitaire adaptatif joue un rôle de premier plan dans la défense contre les infections. La réponse humorale, impliquant la production d'anticorps, est un élément important de la réponse immunitaire adaptative. Au cours d'une infection, des cellules B spécifiques du système immunitaire prolifèrent et libèrent de grandes quantités d'anticorps qui se lient sélectivement à la protéine cible (antigène) trouvée sur le pathogène invasif, induisant la destruction du pathogène.Cependant, le système immunitaire ne répond pas toujours suffisamment efficacement pour détruire les agents pathogènes, et les mécanismes de tolérance empêchent la génération d'anticorps contre les protéines humaines - comme les marqueurs de surface cellulaire sur les cellules cancéreuses ou les cytokines impliquées dans des maladies inflammatoires et auto-immunes - qui pourraient être des cibles thérapeutiques importantes. Par conséquent, il existe un grand intérêt pour la recherche et le développement d'anticorps spécifiques qui peuvent être utilisés pour le traitement des patients par immunothérapie. En raison de leur grande affinité et de leur liaison sélective aux antigènes, les anticorps monoclonaux (mAbs) sont apparus comme des agents thérapeutiques puissants. Les anticorps monoclonaux dérivés de cellules B individuelles ont une séquence unique et présentent une affinité de liaison pour un antigène spécifique. Cependant, jusqu'à maintenant, la découverte des mAbs a été limitée par l'absence de méthodes à haut débit pour le criblage direct et à grande échelle de cellules B primaires non immortalisées pour découvrir les rares cellules B qui produisent des anticorps spécifiques d'intérêt clinique. Ceci est maintenant possible avec l'émergence et l'amélioration des méthodes de compartimentation in vitro pour l'encapsulation et le criblage de cellules uniques dans des gouttelettes picolitriques. Dans mon projet de doctorat, je décris le développement d'immunodosages et de dispositifs microfluidiques pour le criblage phénotypique direct de cellules individuelles à partir de populations de cellules B enrichies. Ce développement a permis une analyse détaillée de la réponse immunitaire humorale, avec une résolution à l’échelle de la cellule unique. C’est aussi un élément essentiel d'un pipeline de détection d'anticorps couplant le criblage phénotypique de cellules individuelles au séquençage d'anticorps sur cellules uniques. Il est maintenant possible, pour la première fois, de cribler des millions de cellules B individuelles en fonction de l'activité de liaison des anticorps sécrétés et de récupérer les séquences d'anticorps / The adaptive immune system plays a leading role in defense against infection. The humoral response, involving the production of antibodies, is an important component of the adaptive immune response. During an infection, specific B cells of the immune system proliferate and release large amounts of antibodies which bind selectively to the target protein (antigen) found on the invading pathogen, inducing destruction of the pathogen. However, the immune system does not always respond efficiently enough to destroy pathogens, and tolerance mechanisms prevent the generation of antibodies against human protein - such as cell surface markers on cancer cells or cytokines involved in inflammatory and autoimmune disease - that could be important therapeutic targets. Hence, there is great interest in research and development of specific antibodies that can be used for immunotherapy of patients. Due to their high affinity and selective binding to antigens, monoclonal antibodies (mAbs) have emerged as powerful therapeutic agents. Monoclonal antibodies derived from single B cells have a unique sequence and display binding affinity for a specific antigen. However, until now, the discovery of mAbs has been limited by the lack of high-throughput methods for the direct and large-scale screening of non-immortalized primary B cells to uncover rare B cells which produce the specific antibodies of clinical interest. This is now becoming possible with the emergence and improvement of in vitro compartmentalization methods for single-cell encapsulation and screening in picoliter droplets. In my PhD project, I describe the development of binding immunoassays and microfluidic devices for the direct phenotypic screening of single-cells from enriched B cell populations. This development has enabled detailed analysis of the humoral immune response, with single-cell resolution and is an essential component of an antibody-discovery pipeline coupling single-cell phenotypic screening to single-cell antibody sequencing. It is now possible, for the first time, to screen millions of single B cells based on the binding activity of the secreted antibodies and to recover the antibody sequences

Les microorganismes sont essentiels au maintien et au fonctionnement des écosystèmes. Dans certains produits alimentaires, la communauté microbienne, composée principalement de levures et de bactéries lactiques, fermente les sucres, affecte positivement les qualités organoleptiques du produit et augmente sa durée de conservation. C’est le cas du levain de panification. Cette thèse visait principalement à décrire les patterns de diversité des levures de levains français produits à partir de farine issue de l’agriculture biologique et à conserver une partie de cette diversité. Grâce à des méthodes d’analyses culturales et non culturales de la diversité des levures, nous avons mis en évidence une diversité spécifique caractéristique de chaque levain étudié. Nous avons aussi montré la dominance du genre Kazachstania et la convergence des souches isolées de levain pour la capacité à consommer du raffinose et du saccharose. Bien que la densité et la composition en espèces varient entre deux levains, aucune structuration spatiale de la diversité n’a été mise en évidence. Les pratiques de panification et leurs effets sur la diversité des communautés microbiennes ont également été analysés. Deux typologies de pratiques de panification (plutôt « intensives » et plutôt « extensives »), affectant l’espèce dominante des populations de levures, ont été révélées. / Microorganisms are essential for the maintenance and functioning of the ecosystems. In some food products, microbial community, mainly composed by yeasts and lacid actic bacteria which ferment sugars, positively affects organoleptic qualities and shelf life of the product. It is the case of bread sourdough. This PhD aimed at describing yeast diversity patterns of organic French bread sourdoughs and conserving a part of this diversity. Using cultural-Based and non-Cultural based analyses of yeast diversity, we highlighted a unique specific diversity of each sourdough. We also shown the predominance of Kazachstania genus and a convergence of sourdoughs’ yeasts isolates for the ability to consume raffinose and sucrose. Although density and species composition varied between sourdoughs, no spatial pattern was highlighted. Bread-Making practices and their effects on microbial communities’ diversity were also analyzed. Two bread-Making practice typologies (quite « intensive » and quite « extensive »), affecting dominant yeast species were also revealed.

D’ici la fin du siècle, les prévisions climatiques prévoient une diminution de la quantité et de la régularité des pluies s’accompagnant d’une augmentation du risque de sècheresse en Europe et dans de nombreuses régions du monde. La création de nouvelles variétés de maïs plus tolérantes au stress hydrique est un levier indispensable pour faire face à ces contraintes futures. L’objectif principal de cette thèse est d’approfondir les connaissances des déterminismes génétiques de la tolérance à la sècheresse chez le maïs. Pour ce faire, il est proposé de disséquer ce caractère complexe en caractères physiologiques sous-jacents dont le déterminisme génétique est a priori plus simple. L’évolution de l’indice foliaire vert (GLAI : Green Leaf Area Index) au cours du cycle de la plante, par son rôle majeur dans l’interception lumineuse, la transpiration et les échanges de CO2, est un caractère secondaire prometteur pour identifier les bases génétiques de la tolérance à la sècheresse et en améliorer la compréhension. Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode de phénotypage haut débit permettant d’estimer la cinétique du GLAI au champ. Cette méthode combine la caractérisation multispectrale par drone et l’utilisation d’un modèle physiologique simple de GLAI. Elle permet d’estimer la cinétique du GLAI de manière continue sur l’ensemble du cycle de la plante avec une bonne précision, tout en divisant par vingt le temps nécessaire au phénotypage. Nous avons utilisé cette méthode lors de deux essais en conditions optimales et deux essais en conditions de stress hydrique pour mesurer l’évolution du GLAI au sein d’un panel de 324 lignées issues d’une population MAGIC (Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross). Les cinétiques estimées présentent une forte héritabilité et expliquent une part significative du rendement en conditions optimales et stressées. Afin d’identifier les bases génétiques de la cinétique du GLAI, trois approches de génétique d’association longitudinales ont été comparées : une approche univariée en deux étapes, une approche multivariée en deux étapes et une approche de régression aléatoire en une étape. Ces trois approches, couplées à la forte densité des données de génotypage disponibles (près de 8 millions de marqueurs), ont permis de révéler de nombreux QTL (Quantitative Trait Loci), dont certains colocalisent avec des QTL de rendement. Enfin, nous avons démontré que les QTL de GLAI identifiés lors de cette étude pouvaient expliquer près de 20 % de la variabilité du rendement observée dans un large réseau d’expérimentations sous stress hydrique. Ce travail fournit des méthodes qui permettront une meilleure caractérisation et une meilleure compréhension des déterminismes génétiques de la cinétique du GLAI, un caractère jusqu’ici inaccessible pour les populations de taille importante. Ce caractère présente toutes les caractéristiques requises pour améliorer l’efficacité des programmes de sélection en conditions de stress hydrique. / By the end of the century, climate forecasts predict a decrease in the quantity and regularity of rainfall with an increasing risk of drought in Europe and in many regions of the world. Breeding for more tolerant varieties will be an essential lever to face these future constraints. The main objective of this work is to characterize the genetic determinisms of drought tolerance in maize. To this aim, it is proposed to dissect this complex trait into underlying physiological traits whose genetic determinism is supposed to be simpler. Green Leaf Area Index (GLAI) dynamics throughout the plant cycle, through its major role in light interception, transpiration and CO2 exchange, is a promising secondary trait to identify and better understand the genetic basis of drought tolerance. During this thesis, we developed a high-throughput method for phenotyping maize GLAI dynamics in the field. This method combines UAV multispectral imagery and a simple GLAI model. It makes possible the estimation of the dynamics of GLAI continuously throughout the whole plant cycle with good accuracy, while reducing the phenotyping time twentyfold. This method was used in two well-watered and two water-deficient trials to characterize the GLAI dynamics of 324 lines from a MAGIC population (Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross). The estimated dynamics have a high heritability and explain a significant part of grain yield under well-watered and water-stressed conditions. To characterize the genetic basis of GLAI dynamics, three longitudinal GWAS (Genome Wide Association Study) approaches were compared: a univariate two-step approach, a multivariate two-step approach and a random regression one-step approach. These three approaches, combined with the high density of available genotyping data (nearly 8 million markers), have revealed many QTL (Quantitative Trait Loci), some of which were co-localized with yield QTL. Finally, we demonstrated that the GLAI QTL identified in this study could explain nearly 20 % of the grain yield variability observed in a large network of water-stressed experiments. This work provides methods that will enable a better characterization and understanding of the genetic determinisms of GLAI dynamics, a trait that was out of reach in large populations until now. This trait presents all the characteristics required to improve the effectiveness of selection programs under water stress conditions.

La réponse immunitaire est régulée spatialement et temporellement. Les cellules immunitaires font partie d’une plus grande communauté de populations cellulaires interconnectées qui coordonnent leurs actions par la signalisation intercellulaire. Suivant une blessure hépatique, la distribution et la composition du compartiment immunitaire évoluent rapidement au fil du temps. Par conséquent, l’information sur la position des cellules immunitaires dans le tissu hépatique est essentielle à la bonne compréhension de leurs fonctions dans la santé et la maladie. Cependant, l’organisation spatiale des cellules immunitaires en réponse à une atteinte hépatique aiguë, ainsi que les conséquences fonctionnelles de leur distribution topographique spécifique, restent mal comprises. Les macrophages hépatiques sont des cellules effectrices clés pendant l’homéostasie et en réponse à des blessures, et sont impliqués dans la pathogenèse de plusieurs maladies du foie. L’hétérogénéité et plasticité des macrophages dans le foie a été exposée avec l’émergence du séquençage de l’ARN, la cytométrie en flux et la cytométrie de masse. Ces techniques ont sensiblement contribué à la compréhension de l’origine, et fonctions des macrophages dans le foie. Cependant, ces technologies impliquent la destruction du tissu pour la préparation de suspension cellulaires ce qui entraîne une perte d’information spatiale et de contexte tissulaire. Par conséquent, la caractérisation spatiale et temporelle des macrophages dans le tissu hépatique pendant l’homéostasie tissulaire, et en réponse à une blessure, fournit une nouvelle information sur la façon dont les macrophages se rapportent aux cellules voisines et leur comportement pendant les réponses immunitaires. Dans la première partie de cette étude, nous avons conçu une stratégie pour le phénotypage spatial des cellules immunitaires hépatiques dans des échantillons de tissus. Cette stratégie combine techniques d'imagerie et l’alignement numérique des images pour surmonter les limitations actuelles du nombre de marqueurs pouvant être visualisés simultanément. En outre, nous avons généré des protocoles pour la quantification automatisée des cellules d’intérêt dans des sections de tissus pour réduire la subjectivité associée à la quantification par inspection visuelle, et pour augmenter la surface et la vitesse de l’analyse. Par conséquent, un plus grand nombre de populations de cellules immunitaires ont été visualisées, quantifiées et cartographiées, et leurs relations spatiales ont été déterminées. Dans la deuxième partie de l’étude, nous avons déterminé la cinétique et la dynamique spatiale des cellules de Kupffer (KCs) et des macrophages dérivés de monocytes (MoMFs) en réponse à une atteinte hépatique aiguë au CCl4, afin de mieux comprendre leurs rôles fonctionnels, et la répartition du travail entre eux. Nous avons constaté que les KC et les MoMFs présentent des différences au niveau de la distribution tissulaire, la morphologie, et la cinétique. En plus, seulement les KCs ont proliféré pour repeupler la population de macrophages résidents pendant la réparation tissulaire. Finalement, nous avons montré que le degré de colocalization de KCs et des MoMFs avec les cellules stellaires est différent. En plus, cette colocalisation varie avec la progression de la réponse immunitaire. Dans l’ensemble, nous avons montré que les KCs et les MoMFs ont des profils spatiaux et temporels différents en réponse à une atteinte hépatique aiguë. Dans l’ensemble, les observations faites dans cette étude suggèrent que le comportement spatial et temporel d’une sous-population donnée de cellules immunitaires est distinct et sous-tend sa capacité à remplir ses fonctions spécifiques pendant la réponse immunitaire. / The immune response is spatially and temporally regulated. Immune cells are part of a larger community of interconnected immune and non-immune cell populations that coordinate their actions mostly through cell-cell intercellular signaling. In the liver, the distribution pattern, and the composition of the immune compartment evolve during an immune response to injury influencing disease pathology, progression, and response to treatment. Hence, information on the location and interacting partners of immune cells in the hepatic tissue is critical for the proper understanding of their functions in health and disease. However, the spatial organization of hepatic resident and infiltrating immune cells in response to acute injury, and the functional consequences of their specific topographical distribution, remain poorly defined. Hepatic macrophages are key effector cells during homeostasis and in response to injury and are involved in the pathogenesis of several liver diseases. The heterogeneity and plasticity of the macrophage compartment in the liver have only recently started to be appreciated with the emergence of RNA sequencing, flow cytometry, and mass cytometry. Detailed transcriptomic and phenotypic profiling have deeply expanded our understanding of macrophage biology. However, these technologies involve tissue disruption with loss of spatial information and tissue context. Therefore, the spatial and temporal profiling of liver macrophages in tissue samples during the steady state, and in response to injury, provide novel information on how the macrophages relate to neighboring cells and their behavior during immune responses. In the first part of this study, we designed a strategy for the spatial phenotyping of hepatic immune cells in tissue samples. This strategy combined serial and sequential labeling, and digital tissue alignment to overcome current limitations in the number of markers that can be simultaneously visualized. In addition, we generated protocols for automated quantification of cells of interest in whole tissue sections which removed the subjectivity associated with quantification by visual inspection and greatly increased the area and the speed of the analysis. As a result, a larger number of immune cell populations were visualized, quantified, and mapped, and their spatial relations were determined in an unbiased manner. In the second part of this study, we monitored the kinetics, and spatial dynamics of resident Kupffer cells (KCs) and infiltrating monocyte-derived macrophages (MoMFs) in response to acute liver injury with CCl4, to gain insight into their functional roles, and the distribution of labor between them. KCs and MoMFs exhibited different tissue distribution patterns and cell morphology, different kinetics, and occupied neighboring but unique microanatomical tissue locations. KCs and MoMFs displayed a different capacity to replenish the macrophage pool upon acute injury, and were differentially related to hepatic stellate cells. Different kinetics and spatial profiles revealed that KCs and MoMFs have distinct spatial signatures and suggest that they perform distinct functions during the wound-healing response to acute liver injury. In summary, we optimized techniques and put together a strategy for the spatial profiling of hepatic immune cells. Then, we used this methodology to profile resident and infiltrating macrophage subpopulations to gain insight into their biology and distinct contribution to healing in response to acute liver injury. Overall, the observations made in this study suggest that the spatial and temporal behavior of a given subpopulation of immune cells underlie its ability to perform its specific functions during the immune response.