Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Campylobacter jejuni est l’agent causal de la campylobactériose, infection bactérienne importante en santé publique. Un des vecteurs de transmission de C. jejuni pour l’humain est le poulet via la chaîne alimentaire. Les mécanismes impliqués dans colonisation caecale commensale des oiseaux par C. jejuni sont toujours peu caractérisés, bien qu’une meilleure compréhension de ces mécanismes puisse apporter des solutions pour le contrôle du pathogène à la ferme. Cette étude avait pour buts de caractériser les propriétés phénotypiques et les facteurs génétiques impliqués dans la colonisation du poulet par C. jejuni et d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans cette association. Des souches, issues d’élevages conventionnels échantillonnés en 2003 et en 2008 ainsi que d’élevages biologiques, ont été caractérisées afin d’obtenir leur profil de résistance aux antibiotiques, leur autoagglutination et leur chimiotactisme. Les souches des élevages conventionnels ont de plus été caractérisées pour leur capacité à adhérer et envahir une culture primaire de cellules caecales de poulet. Une puce à ADN a été développée pour détecter la présence de 254 gènes et variants associés à la colonisation des poulets ainsi qu’à la résistance aux antibiotiques chez les souches issues d’élevages conventionnels. Les propriétés phénotypiques et la présence de certains gènes chez les souches ont par la suite été comparées. Finalement, des souches ayant des caractéristiques différentes ont été utilisées dans un modèle de colonisation du poulet pour évaluer l’efficacité d’un nouvel additif alimentaire à base d’acides organiques et d’huiles essentielles sur le contrôle de C. jejuni. Les propriétés phénotypiques des souches étaient très variées et n’étaient pas corrélées entre elles, à l’exception de l’adhésion et de l’invasion. L’analyse génétique a révélé que le contenu en gènes des souches était variable, notamment au niveau des gènes de l’enveloppe bactérienne, au flagelle, aux récepteurs du chimiotactisme et à la résistance à l’arsenic. Les souches de 2003 et de 2008 étaient semblables lorsque leur contenu en gènes ainsi que leurs propriétés phénotypiques étaient comparés. Des gènes possiblement associés à un fort ou un faible potentiel de colonisation ont été identifiés. L’additif alimentaire a diminué la contamination des carcasses bien qu’une augmentation de la colonisation intestinale ait été observée pour certaines souches. La moitié des lots de poulets d’origine biologique étaient positifs pour C. jejuni. Les souches issues de ce type d’élevage étaient peu résistantes aux antibiotiques et possédaient des phénotypes variés. Cette étude a permis de mieux définir les caractéristiques importantes de C. jejuni qui sont associées à la colonisation intestinale du poulet. Elle a établi pour la première fois au Canada la présence du pathogène dans les élevages de poulets biologiques. Cette étude fait partie des quelques études qui décrivent la présence des gènes de colonisation et de résistance aux antibiotiques dans une collection de souches issues uniquement du poulet. Elle a également remis en doute l’importance de certains gènes dans la colonisation. La caractérisation exhaustive des souches a également permis d’identifier de nouveaux gènes possiblement associés à la colonisation de poulet par C. jejuni. Finalement, elle a indiqué que l’utilisation d’un mélange d’huiles essentielles et d’acide organique encapsulés pouvait être efficace pour réduire la contamination des carcasses de poulet par C. jejuni et que son effet était souche-dépendant. / Campylobacter jejuni is the bacterium responsible for campylobacteriosis. It is a human pathogen of concern for public health. One of the transmission routes of this bacteria to humans is by the food chain through poultry meat products. The mechanisms involved in the commensal caecum chicken colonization by C. jejuni are poorly characterized, despite that increasing the knowledge on these mechanisms would allow a better control of the pathogen at the farm. The objectives of this study were to characterize the phenotypic and genetic factors affecting chicken colonization by C. jejuni and to identify news mechanisms involved in this process. Isolates, recovered from chicken caecal content sampled from conventional farms in 2003 and in 2008 as well as originating from organic farms sampled in 2009, were used. All strains were characterized for their antibiotic resistance profiles (AMR), autoagglutination and chemotaxis properties. Strains originating from conventional farms were further characterized for adhesion/invasion of primary chicken caecal cells. A new microarray was created to detect the presence of 254 genes and variants, all associated with chicken colonization or AMR. An association was made between the strains phenotypic properties and their gene content. Finally, strains possessing different phenotypic and genetic properties were used in a chicken colonization model to assess the efficacy of a novel feed additive to control chicken colonization by C. jejuni. Strains had variable phenotypic properties and these properties were not correlated, with the exception of adhesion and invasion. The microarray analysis revealed that gene presence was highly variable among the strains, especially for genes involved in the bacterial envelope, the flagella, the chemotaxis receptors and arsenic resistance. The 2003 and 2008 strains had similar phenotypic and genetic properties. Some genes, present in strains possessing higher or lower chicken colonization potentials, were identified. The feed additive was successful in reducing chicken carcass contamination but it increased bacterial caecal counts for some strains. C. jejuni was isolated from half of the sampled organic farms and strains originating from this type of production had low AMR and variable phenotypic properties.

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L’altération de l’environnement périnatal peut impacter à long terme l’expression des gènes notamment par le biais de modifications épigénétiques. Une stratégie pour accroitre la thermotolérance des poulets de chair, sensibles à la chaleur en fin d’élevage (J35) est la thermo-manipulation embryonnaire (TM). Lors d’un coup de chaleur à J35, les modifications d’expression de gènes observées chez les poulets TM pourraient être liées à une altération de l’épigénome induite lors de l’embryogenèse et persistante au cours du développement. Cette thèse s’intéresse à deux modifications post-traductionnelles des histones (MPTH) décrites pour être modulées par des variations thermiques : H3K27Me3 et H3K4Me3. Afin d’étudier ces MPTH sans a priori à J35, nous avons mis au point les techniques d’immunoprécipitation de la chromatine suivie de séquençage à haut débit dans deux tissus : l’hypothalamus et le muscle. Nos travaux montrent que le traitement semble impacter principalement l’épigénome de l’hypothalamus, en particulier au niveau de la marque H3K4me3, en modulant des voies liées à la morphogenèse et la réponse hormonale. / Perinatal environment changes may alter gene expression throughout life via epigenetic modifications. A strategy to improve thermal tolerance of heat-sensitive chickens is a thermalmanipulation during embryogenesis (TM). During a heat challenge at the end of the rearing period (D35), modifications of gene expression have been reported in thermally-manipulated chickens. These alterations could be linked to epigenetic modifications induced during the TM that persist throughout life. This work focused on two histone post-translational modifications (HPTM): H3K27me3 and H3K4me3. We adjusted two methods of chromatin immunoprecipitation to conduct a whole genome study of these HPTM at D35, in the hypothalamus and skeletal muscle. We demonstrated that the TM has a major impact in the hypothalamus, especially on H3K4me3. These alterations seem to modulate the hypothalamic morphogenesis and its response to hormones, therefore possibly contributing to better adaptive capacities of TM chickens.

Plusieurs acteurs moléculaires impliqués dans les variations de qualité de la viande ont été récemment mis en évidence chez le poulet. Ma thèse a pour objectif d’approfondir l’étude de leur régulation en étudiant l’impact de facteurs alimentaires en interaction avec l’origine génétique des animaux. Il s’est articulé autour de deux thématiques qui impliquent des acteurs moléculaires et des critères de qualité de viande indépendants : le rôle de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) dans le contrôle du turnover du glycogène musculaire et des caractères qui en dépendent (pH, rétention d’eau, couleur) et l’implication de BCMO1 (β, β-carotene-15,15’-monooxygenase) dans les variations de teneurs en pigments caroténoïdes et de coloration. Nos résultats soulignent dans les deux cas la possibilité de moduler les caractères de qualité via l’alimentation avec des réponses qui dépendent des caractéristiques génétiques des animaux. Nos travaux ont aussi permis d’améliorer la compréhension de la régulation des biomarqueurs étudiés par les nutriments et la génétique et contribueront à terme à la mise en place de nouvelles stratégies de production permettant d’optimiser la qualité du poulet de chair en réponse aux attentes de la filière et des consommateurs. / Several molecular mechanisms involved in the variations of poultry meat quality were recently identified in chickens. My thesis aims to further study their regulation by exploring the impact of dietary factors in interaction with the genetic origin of animals. It was structured around two themes that involve independent molecular mechanisms and meat quality criteria: the role of AMPK (AMP-activated protein kinase) in the control of muscle glycogen turnover and related meat traits (pH, water retention, color), and the involvement of BCMO1 (β, β-carotene-15, 15'-monooxygenase) in controlling levels of carotenoid pigments and yellow color. Our results emphasize in both cases the possibility of modulating quality traits through nutrition, with effects that depend on the genetic characteristics of animals. Our work has also improved the understanding of the regulation of studied biomarkers by genetics and nutrients. This should contribute to the development of new production strategies to optimize the quality of broilers in response to expectations of poultry producers and consumers.

Les virus influenza aviaires faiblement pathogènes (IAFP) ciblent principalement les épithéliums des voies respiratoires et intestinales chez les poulets (Gallus gallus) infectés. Cependant, les virus influenza aviaires hautement pathogènes (IAHP) mènent à une maladie systémique fatale avec une localisation particulière aux endothéliums. L’objectif de cette thèse a été d’explorer les relations entre la réplication des virus influenza aviaires (IA) et la réponse antivirale de l’hôte dans deux modèles cellulaires originaux obtenus chez le poulet : des cellules épithéliales pulmonaires (CLEC213) et des cellules endothéliales d’aortes (chAEC). Les résultats clés sont les suivants : (i) la réplication productive des virus IA dans les chAEC dépend du clivage de l’hémagglutinine et de l’échappement viral à la réponse immunitaire innée ; (ii) les CLEC213 sont très permissives aux virus IA et présentent une faible réponse antivirale médiée par la signalisation TLR3 et MDA5 ; (iii) les fonctions régulatrices de SOCS1 et SOCS3, sur le signal des interférons et des cytokines, sont conservées chez le poulet. Nous proposons que certains virus IA peuvent exploiter les fonctions pro-virales de SOCS1 et SOCS3 à leur avantage de manière spécifique au type cellulaire. / Low pathogenic avian influenza (LPAI) viruses essentially target the epithelia of the respiratory and intestinal tract in the infected chicken host (Gallus gallus). However, highly pathogenic avian influenza (HPAI) viruses induce a peracute fatal systemic disease and exhibit a striking endothelial cell tropism. The objective of the present thesis was to explore the interdependencies of AI virus replication and the antiviral host response in two novel avian cell culture models: chicken lung epithelial cells (CLEC213) and chicken aortic endothelial cells (chAEC). The salient findings from this study are that (i) productive AI virus replication in chAEC is dependent on hemagglutinin cleavability and appears to be related to innate immune escape; (ii) CLEC213 are highly permissive to AI virus infection, due to a cell type-specific diminished TLR3- and/or MDA5-mediated antiviral signaling response; (iii) the interferon and cytokine regulatory functions of SOCS1 and SOCS3 are conserved in the chicken. Based on our data, we propose a model that predicts that certain AI viruses may exploit the proviral functions of SOCS1 and SOCS3 in a cell type-specific manner.

L’autorenouvellement est une propriété fondatrice du concept de cellule souche. Cependant, malgré l’avancée des connaissances actuelles, les mécanismes moléculaires sous-jacents restent mal compris. Nous nous sommes donc intéressés à cette question, en étudiant l’équilibre entre autorenouvellement et différenciation dans des progéniteurs érythrocytaires primaires. D’une part, grâce à une étude combinant des approches pharmacologiques et de génétique fonctionnelle, nos résultats montrent que le contrôle de la synthèse cellulaire du cholestérol joue un rôle essentiel dans la régulation du basculement de l’autorenouvellement vers la différenciation. D’autre part, nous avons étudié la nature stochastique de l’expression génique au cours du passage de l’autorenouvellement vers la différenciation. En effet, contrairement au caractère déterministe initialement attribué à l’expression des gènes, les données accumulées au cours des dernières années démontrent que cette expression repose sur des processus stochastiques. Nous avons en particulier oeuvré à la conception et à la mise en place d’un dispositif permettant de suivre en temps réel l’expression génique dans des cellules individualisées, afin de pouvoir mesurer et évaluer cette stochasticité. Au final, l’ensemble de ces travaux participent à la compréhension des bases moléculaires de l’autorenouvellement et du contrôle des choix du devenir cellulaire. / Self-renewal is a key property of the stem cell concept. However, despite the recent advances in this field, the underlying molecular bases are not yet properly understood. We tackled this question by studying the balance between self-renewal and differentiation, in primary erythroid progenitors. Our work is twofold. First, by combining pharmacologic approaches and functional genetics, we have shown that the control of cellular cholesterol synthesis plays a central role in the regulation between self-renewal and differentiation. Second, we have studied the stochastic nature of gene expression along the transition from self-renewal to differentiation. Indeed, while gene expression was initially deemed to be deterministic, more and more data tend to show that it relies on stochastic processes. In particular, we participated to the design of an experimental method allowing to mesure gene expression in a single cell, in real-time. All in all, the work presented here brings new elements towards the understanding of molecular bases controlling self-renewal and cell fate choices.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.