L’eczéma allergique de contact (EAC) est une réaction inflammatoire aiguë médiée par les lymphocytes T (LT), survenant suite à l’exposition répétée de la peau avec une molécule allergisante présente dans l’environnement quotidien ou professionnel. Les molécules allergisantes sont des composés de faible poids moléculaire, appelés haptènes, qui activent les cellules dendritiques (DC). Les DC jouent un rôle essentiel dans la mise en place d’un EAC : elles acquièrent un phénotype mature, contrôlé par la voie des MAPK et la voie NF-B, leur permettant de présenter l’haptène aux LT afin d’initier ainsi une réponse immunitaire spécifique.Nous avons identifié au sein de la DC une nouvelle kinase, la protéine kinase CK2, indispensable à l’acquisition d’un phénotype mature et à la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires clés dans l’orientation d’une réponse immunitaire. L’activité de la CK2 dans la DC est nécessaire à la génération d’une réponse Th1 en contrôlant la sécrétion d’IFN par les LT, et maintient une réponse Th17 préexistante. De plus, la CK2 permet à la DC de contrôler l’induction d’une réponse Th2 spontanée. Par ailleurs, la CK2 contrôle l’expression des gènes cibles de Nrf2, un facteur de transcription majeur dans la lutte contre le stress chimique induit par les haptènes. L’activation de Nrf2 met en jeu de nombreuses voies de signalisation, et nous avons mis en évidence c-Jun, facteur de transcription activé par les molécules allergisantes, comme un potentiel partenaire transcriptionnel de Nrf2. / Allergic contact dermatitis represents a severe health problem with increasing worldwide prevalence. It is a T cell-mediated inflammatory skin disease caused by chemicals present in daily or professional environment. Contact sensitizers are low molecular weight compounds termed haptens. These molecules are known to induce an up-regulation of phenotypic markers and cytokine secretion in dendritic cells (DCs), professional antigen-presenting cells, leading to the generation of effector T lymphocytes (LT).We identified a new kinase, termed CK2 (formerly casein kinase 2), as a key kinase in DCs in the acquisition of a mature phenotype and in the production of pro-inflammatory cytokines, involved in T cell polarization in response to contact sensitizers. CK2 activity in DC is necessary to induce a Th1 polarization by controlling the secretion of IFN- by LT, and maintains a pre-existing Th17 response. Moreover, CK2 in DC negatively controls a spontaneous Th2 response.Finally, CK2 controls the expression of Nrf2 target genes mRNA. Nrf2 is a protective transcription factor playing a major role in detoxification, oxidative stress and allergic inflammation generated by contact sensitizers. Nrf2 activation involves different kinases and we highlight that c-Jun could be bound to Nrf2 to generate an active transcriptional complex in response to chemicals.

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La myopathie de Duchenne est une maladie génétique qui se caractérise principalement par une dégénérescence progressive des muscles squelettiques dont la cause est l’absence de dystrophine fonctionnelle dans les muscles. A ce jour, il n’existe toujours pas de traitement efficace contre ces maladies. Comme le plus grand gène connu chez l’Homme, la dystrophine code pour une protéine de 427kDa. La protéine connecte l’actine avec le DAPC (Dystrophin Associated Protein Complex) dans les muscles striés. Pour l’instant, il y a 3 hypothèses concernant le mécanisme du DMD. L’absence de la dystrophine peut supprimer le lien physique entre les protéines structurales de la membrane basale (laminines) et les protéines structurales du cytosquelette (filaments intermédiaires et actine), ou la distribution et la fonction des canaux ioniques, ou des voies de signalisation nécessaires à la survie du muscle. Caenorhabditis elegans ne possède qu’un homologue du gène de la dystrophine humaine, le gène dys-1. La protéine DYS-1 présente 37% d’homologie avec la dystrophine humaine. Le double mutant dys-1(cx18) ; hlh-1(cc561) présente une forte dégénérescence musculaire. Comme le sarcomère de C. elegans ressemble au sarcomère de mammifère, C. elegans est modèle pertinent d’étude la maladie. En vue de comprendre la raison du DMD chez les mammifères et chez les vers, le groupe L. SEGALAT a effectué des cribles pour identifier les molécules et les gènes qui peuvent supprimer la dégénérescence musculaire. On a trouvé un gène pkc-2 qui est capable de supprimer la dégénérescence musculaire chez C. elegans. La protéine PKC-2 est l’orthologue de la Protein Kinase C Alpha (PKC) humaine et appartient à la famille du serine/threonine protéine kinase. Afin d’étudier la fonction du gène pkc-2, on a analysé l’expression du gène avec les construits différents in vivo et a utilisé la technique de double-hybride dans la levure. De plus, le crible par EMS (éthane méthyle sulfonâtes) a identifié une molécule sérotonine (5-HT) qui est un neuromédiateur, et supprime partiellement la dégénérescence musculaire des doubles mutants dys-1; hlh-1. La sérotonine a aussi un effet fort sur le mutant pkc-2(ok328), puisqu’elle provoque un phénotype blister. Ça nous permet de rechercher le lien entre la signalisation sérotoninergique et pkc-2. Le crible génétique peut contribuer à la connaissance du rôle pkc-2. […]. Elle sert aussi de plate-forme de voie de signalisation intracellulaire. L’identification de Y59A8A.3 propose la possibilité que pkc-2 modifie la filamin A par l’intermédiaire de la filamin A interacting protéine 1. Le crible génétique par EMS pour rechercher des suppresseurs de l’effet blister de la sérotonine sur les mutants pkc-2(ok328) a donné 8 candidats sur 5000 F1s : cx253, cx254, cx259, cx263, cx267, cx268, cx270, cx276. Les mutations ont été localisées sur les chromosomes par SNP mapping avec une souche de C. elegans très polymorphe, mais le temps a manqué pour leur identification exacte. L’expérience valide notre approche à étudier le lien entre la signalisation sérotoninergique et pkc-2. En résumé, le but de la thèse était de rechercher la fonction du gène pkc-2 dans les mécanismes moléculaires conduisant à la nécrose musculaire en absence de dystrophine. Les résultats présentés dans la thèse apportent des réponses aux questions fondamentales sur pkc-2 et aussi demandent des expériences supplémentaires afin de élucider plus avant les mécanismes de la dégénérescence musculaire dystrophine-dépendante. / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is an X-linked progressive muscle disease which is caused by mutations in the dystrophin gene. Until now, there is no effective therapy for DMD. As the largest gene in human beings, it produces a 427-kDa cytoskeleton protein: Dystrophin. Dystrophin links actin and dystrophin associated protein complex (DAPC) in muscles. Currently, there are 3 hypotheses to explain the mechanisms of DMD. They suggest that the absence of dystrophin could lead to periodic muscle cell membrane ruptures, or affect the distribution and function of ion channels, or perturb signal transduction pathways. In Caenorhabditis elegans, there is only one homologue of mammalian dystrophin gene named dys-1, and the nematode protein DYS-1 presents 37% similar to the human one. The double mutant dys-1; hlh-1 exhibits a severe progressive muscle degeneration. The protein composition of the sarcomere has been studied and it has revealed a high degree of similarity with mammalian sarcomere. These allow C. elegans be a relevant animal model to study DMD.To understand why the lack of dystrophin induces muscle degeneration in mammals and worms, and to find new drugs that might help in reducing muscle degeneration, L. Ségalat and his coworkers performed several screens for drugs and genes suppressing muscle degeneration. An interesting gene pkc-2 came out and was considered as a possible regulator in the process of muscle degeneration in C. elegans. The protein that is encoded by this gene in C. elegans is an orthologous of the human gene Protein Kinase C Alpha (PKC), which belongs to the family of serine/threonine specific protein kinases. To study the function of pkc-2, we generated different recombinant constructs, analyzed the expression pattern of pkc-2 with immunocytochemistry, and performed yeast two-hybrid to search for PKC-2 binding partners. In addition, a neurotransmitter serotonin (5-HT) was found by drug screening to be an active blocker of striated muscle degeneration. As C. elegans lacking PKC-2 displays a severe blister phenotype in exogenous 5-HT, studying the correlation between PKC-2 and 5-HT therefore seems to be an opportunity to explore the reasons of muscle degeneration. A genetic screen with EMS (ethane methyl sulfonate) to search serotonin resistant mutant in strain pkc-2 (ok328) would help us study further about the role of pkc-2.In this thesis, different clones myo3::pkc-2 and pkc-2::gfp were made to inject into wild-type animals. The results revealed that pkc-2 expressed intensely in neurons and pharynx, but was not found in body-wall muscles. Mutants dys-1;hlh-1 fed with pkc-2 RNAi did not reduce muscle degeneration statistically comparing to triple mutant pkc-2;dys-1;hlh-1. This indicated that PKC-2 may be dominantly acting in neurons. A yeast two-hybrid screen identified the gene Y59A8A.3, which is a homologue to mammalian filamin A interacting protein 1 isoform 3, as a binding partner of PKC-2. Filamin A is a cytoskeleton protein, anchoring various trans-membrane proteins to the actin cytoskeleton and may also function as an important signaling scaffold. The result suggested that PKC-2 may therefore modulate filamin A activity through the filamin interacting protein 1. Genetic screen by EMS presented 8 candidates named cx253, cx254, cx259, cx263, cx267, cx268, cx270, cx276, which were mapped on chromosomes by SNP mapping using a polymorphic C. elegans strain, but time was too short to identify these genes formally. The experiment also offered possibilities of searching links between PKC-2 and serotonin pathways.In summary, this work studied the gene pkc-2 in order to reveal the function of PKC-2 and its involvement in muscle degeneration. The present results answered some questions about pkc-2, and needed further researches to elucidate the in vivo role of PKC-2 protein and its interaction with other proteins in the mechanism of muscle dystrophy in C. elegans.

Le Syndrome de Down, aneuploïdie la plus courante, a pour cause première la présence d'un chromosome 21 surnuméraire. L'établissement de cartes de corrélation génotypes/phénotypes chez les patients atteints du Syndrome de Down a permis de mettre en évidence la kinase DYRK1A, codée par le gène DYRK1A localisé dans la région DCR-1 du chromosome 21, comme candidat pouvant être impliqué dans l'apparition d'un retard mental. Comprendre le rôle et la régulation de DYRK1A est donc essentiel et pour cela, utiliser un test fiable de mesure d'activité de l'enzyme est indispensable. Nous avons développé une nouvelle méthode de dosage de l'activité kinase de DYRK1A utilisant la chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). Cette méthode s'est révélée très sensible et peu coûteuse. En utilisant cette nouvelle méthode, nous avons confirmé les principales données obtenues in vitro sur l'activité de DYRK1A. Nous avons également caractérisé le comportement d'inhibiteurs connus de DYRK1A (harmine) et confirmé les résultats rapportés dans la littérature. En collaboration avec l'équipe du Dr. Dodd nous avons criblé des dérivés hétérocycliques azotés de faible poids moléculaire, inhibiteurs potentiels de DYRK1A. Enfin, le test d'activité a été utilisé ex vivo sur des extraits de cerveau de souris. Nos résultats indiquent que cette nouvelle méthode de dosage d'activité kinase est spécifique, reproductible et rapide. Elle peut potentiellement s'appliquer à d'autres kinases, phosphatases et plus largement à d'autres enzymes catalysant une réaction de modification de protéines. La GnRH joue un rôle essentiel en régulant la sécrétion et la synthèse de LH et de FSH via des récepteurs spécifiques (GnRHR) exprimés à la surface des cellules gonadotropes hypophysaires. L'expression tissulaire spécifique du Gnrhr est contrôlée par une combinatoire bien définie de facteurs de transcription comportant trois acteurs majeurs, SF1, LHX3 et ISL1. Au contraire du Gnrhr, nous montrons que les séquences régulatrices d'Isl1 en amont du site d'initiation de transcription (TSS) sont insuffisantes pour diriger l'expression hypophysaire spécifique, suggérant l'existence de mécanismes additionnels. De fait, les régions régulatrices (ou promoteurs) ainsi que les "corps" des gènes sont altérés par des modifications épigénétiques. Les résultats, obtenus par immunoprécipitation de la chromatine, montrent que dans les lignées cellulaires exprimant Isl1, notamment les cellules gonadotropes, Isl1 est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys4 (H3K4Me3) au niveau du TSS, une marque d'histones corrélée avec les gènes actifs. En revanche, dans les lignées cellulaires où Isl1 est silencieux, il est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys27, marque liée à la répression des gènes. On observe cette même corrélation au niveau du TSS du Gnrhr. De plus, notre étude suggère que la méthylation de l'ADN, en amont de l'îlot CpG est inversement corrélée à l'activité de ce gène. Ces données suggèrent que les modifications épigénétiques sont essentiellement responsables de l'expression hypophysaire spécifique d'Isl1contrairement à l'expression du Gnrhr qui semble principalement dépendante de la présence de facteurs de transcription tissulaires spécifiques majeurs. Mots clefs : ISL1, récepteur du GnRH, antéhypophyse, régulation épigénétiques, modifications des histones, méthylation de l'ADN, protéine LIM à homéodomaine, cellules gonadotropes.

L'amygdale centrale (EAc) est un macrosystème du cerveau antérieur qui joue un rôle important dans la peur, l'anxiété et la douleur. Les deux composants clés, le noyau latéral du lit de la strie terminale (STL) et l’amygdale centrale (CeA), possèdent des caractéristiques neurochimiques, hodologiques et fonctionnelles très similaires. En dépit de cette vision simplifiée du STL et du CeA, de nombreuses questions résident quant à l'organisation mésoscopique des entrées et des sorties des subdivisions de l''EAc chez la souris. En outre, il reste à déterminer si ces similitudes de connexion sont également partagées au niveau cellulaire. Dans ce travail, nous avons abordé ces questions de manière comparative chez la souris. Nous avons trouvé de riches afférences et efférences préférentielles pour les différentes subdivisions de l'EAC, ainsi que des afférences convergentes et divergentes. Nous avons également mis en évidence deux groupes distincts de cellules exprimant la protéine kinase C delta (PKCδ) ou la somatostatine (SOM) qui sous-tendent des circuits neuronaux spécifiques parallèles dans le STL et le CeA, ainsi qu'entre les deux structures. Enfin, des données préliminaires suggèrent que les neurones exprimant la PKCδ dans le STL et le CeA pourraient être impliqués dans la douleur tonique. Ces organisations structurales parallèles, mais aussi différentielles, des circuits neuronaux dans le EAc pourraient sous-tendre des aspects fonctionnels similaires et dissociables de l'anxiété, de la peur et de la douleur. / Central extended amygdala (EAc) is a forebrain macrosystem that plays important roles in fear, anxiety and pain. The two key components, the lateral bed nucleus of stria terminalis (STL) and central nucleus of amygdala (CeA), are highly similar in their neurochemical, connectional, and functional features. Despite this simplified view of STL and CeA, much remains elusive of the mesoscopic inputs and outputs of EAc subdivisions in mouse model. Also, it is not known whether the connectional similarities are also shared at cellular level. Here, we addressed these question in comparative ways in mice. We found rich preferential inputs and outputs to different subdivisions of EAc, as well as convergent and divergent inputs. We also found two non-overlapping cell groups expressing either protein kinase C delta (PKCδ) or somatostatin (SOM) organize the parallel cell-type specific neuronal circuits in STL and CeA. Finally, preliminary data suggest that PKCδ in STL and CeA might be implicated in tonic pain. These parallel but also differential structural organizations of neuronal circuits in EAc might underlie similar and dissociable functional aspects of anxiety, fear and pain.

L'allodynie mécanique est un symptôme cardinal des douleurs persistantes. Elle est due à l’activation de circuits, habituellement bloqués, des couches superficielles de la corne dorsale spinale ou du sous-noyau caudal du trijumeau (Sp5C), par lesquels les afférences mécaniques à bas seuil peuvent accéder aux neurones nociceptifs de projection de la couche I. Un élément déterminant de ces circuits est une classe d’interneurones excitateurs de la couche II interne (IIi) exprimant l'isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ), et recevant des afférences des mécanorecepteurs à bas seuil. La modulation de l’inhibition tonique de ces interneurones PKCγ contribue à l’apparition de l’allodynie mécanique. Cependant la morphologie, les propriétés électrophysiologiques et les caractéristiques des afférences excitatrices et inhibitrices de ces interneurones PKCγ ne sont toujours pas connues. Utilisant des techniques d’électrophysiologie (enregistrements patch-clamp) et d'immunohistochimie sur tranches de Sp5C, nous avons caractérisé les propriétés des interneurones PKCγ de la couche IIi du Sp5C chez le rat adulte et comparé ces propriétés avec celles d’interneurones voisins n’exprimant pas la PKCγ.Cette étude révèle que l’arborisation neuritique des interneurones PKCγ s’étend largement au sein de la couche IIi, et peut se prolonger du coté dorsal jusqu’à la couche II externe, sans jamais atteindre la couche I. En outre, en fonction de cette extension neuritique, au moins deux sous-populations d'interneurones PKCγ peuvent être dissociées – centrales et radiales – qui s’avèrent être aussi fonctionnellement différentes. Comparés aux autres neurones non-PKCγ de la conche IIi, les interneurones PKCγ, dans leur ensemble, présentent un seuil de déclenchement des potentiels d’action plus bas et, souvent associée, plus fréquemment une réponse tonique à un courant dépolarisant, indiquant ainsi qu’ils sont plus facilement excitables. Cependant, ils reçoivent inversement une excitation synaptique plus faible. Quant aux afférences inhibitrices, la plupart des interneurones PKCγ expriment des synapses mixtes associant récepteurs GABAAergiques (GABAAR) et récepteurs glycinergiques (GlyR). Seul un petit nombre d’entre eux exprime des synapses uniquement GABAAR ou GlyR. Pourtant, tous les interneurones PKCγ reçoivent non seulement des mIPSCs mixtes GABAAR-GlyR, mais aussi des mIPSCs uniquement GABAAR ou uniquement GlyR. / Mechanical allodynia, a cardinal symptom of persistent pain, is associated with the unmasking of usually blocked local circuits within the superficial spinal or medullary dorsal horn (MDH), through which low-threshold mechanical inputs can gain access to the lamina I nociceptive output neurons. Key determinants of these circuits are lamina II (IIi) excitatory interneurons that selectively concentrate the gamma isoform of protein kinase C (PKCγ) and receive low-threshold mechanical receptor (LTMR) inputs. Tonic inhibition of PKCγ interneurons is thought to gate circuits underlying mechanical allodynia. However, the morphology, electrophysiological properties and excitatory and inhibitory synaptic inputs on these PKCγ interneurons are still unknown. Using whole-cell patch-clamp recordings and immunohistochemical techniques in slices of adult rat MDH, we characterized these lamina IIi PKCγ interneurons and compared them with neighboring non-PKCγ interneurons. Our results reveal that the neurites of PKCγ interneurons arborize extensively within lamina IIi, can spread dorsally into lamina IIo, but never reach lamina I. In addition, according to cell bodies and the orientation and extent of dendritic arbors, at least two morphologically different classes of PKCγ interneurons can be identified – central and radial – which appear to be also functionally different. Compared with neighboring lamina IIi non-PKCγ interneurons, PKCγ interneurons exhibit a lower threshold for action potentials, consistent with a more frequent tonic spike discharge to depolarizing step current, indicating that they are more excitable than other lamina IIi neurons. On the other hand, they receive a weaker excitatory synaptic drive. According to inhibitory inputs, most PKCγ interneurons display mixed-GABAA (GABAAR) and glycine (GlyR) receptor synapses with only very few of them displaying also GABAAR-alone or GlyR-alone synapses. Interestingly, all PKCγ interneurons exhibit mixed GABAAR–GlyR as well as GABAAR-only and GlyR-only mIPSCs. Altogether, this study indicates that PKCγ interneurons within lamina IIi of MDH are different from other lamina IIi neighboring neurons according to morphology, electrophysiological properties and synaptic inputs. This is consistent with their specific role in the gating of dorsally directed circuits within the MDH underlying mechanical allodynia. Moreover, we have identified two morphological and functional subclasses of PKCγ interneurons which might thus differently contribute to this gating.

Streptococcus pneumoniae (ou pneumocoque) est un agent pathogène humain responsable de maladies invasives et potentiellement mortelles. Les mécanismes impliqués dans le processus d'invasion restent largement inconnus, mais plusieurs observations suggèrent que les processus de signalisation impliquant la phosphorylation des protéines participeraient au caractère invasif du pneumocoque. Le génome de S. pneumoniae code pour une seule tyrosine-kinase (CpsD) et une seule sérine/thréonine-kinase (StkP). Cette dernière serait notamment impliquée dans la virulence, la compétence et la division cellulaire. Elle représente donc une cible thérapeutique potentielle intéressante pour lutter contre les infections liées au pneumocoque. L'objectif de cette thèse a donc été de caractériser le rôle de cette sérine/thréonine-kinase StkP dans la division cellulaire du pneumocoque. StkP est une protéine transmembranaire qui se caractérise par la présence de motifs structuraux conservés dans son domaine catalytique appelés motifs de Hanks. De plus, StkP possède un domaine extracellulaire composé de la répétition de quatre domaines PASTA (Penicillin-binding protein And Serine/Threonine kinase Associated). Le modèle actuel suggère que ces domaines PASTA seraient capables de fixer des fragments de la paroi cellulaire afin de permettre l'activation de StkP qui se comporterait donc comme un récepteur membranaire permettant de réguler la division cellulaire du pneumocoque. Mes travaux de thèse ont permis de revisiter ce modèle en démontrant que les domaines PASTA ne servent pas uniquement à contrôler l'activité protéine-kinase de StkP mais également à contrôler l'épaisseur de la paroi cellulaire et ainsi permettre la constriction de la cellule. Plus précisément, j'ai démontré que le domaine PASTA distal est spécialisé dans l'interaction avec une hydrolase de la paroi cellulaire alors que les trois autres domaines PASTA sont nécessaires à l'activité kinase de StkP mais également au positionnement du domaine PASTA distal. Ainsi, le domaine extracellulaire de StkP se comporterait comme une règle permettant de définir l'épaisseur de la paroi cellulaire de la bactérie. Ces travaux permettent donc de proposer un nouveau modèle d'activation et de régulation de la division cellulaire par la sérine/thréonine-kinase StkP / Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus) is one of the most important human pathogens that causes potentially fatal invasive diseases. Mechanisms required for the pneumococcal invasion process remain largely unknown, but several observations suggest that phosphorylation-based signaling processes will be at play in the invasiveness of the pneumococcus. S. pneumoniae encodes only one tyrosine-kinase (CpsD) and one serine/threonine-kinase (StkP). The latter would be involved in virulence, competence, and cell division. StkP represent therefore a promising target to combat pneumococcal infections. My aims were to better understand the role of StkP in pneumococcal cell division. StkP is a transmembrane protein characterized by the presence of a series of conserved structural motifs called Hanks motifs in its catalytic domain. In addition, StkP possesses an extracellular domain composed of the repetition of four PASTA domains (Penicillin-binding protein And Serine/Threonine kinase Associated). The current model proposes that PASTA domains are able to bind cell wall fragments resulting in StkP kinase activation. StkP would thus behave as an authentic kinase receptor regulating cell division. My thesis works has allowed to revisit this model by showing that PASTA domains do not only serve StkP kinase activation. Rather, they contribute to determine the cell wall thickness and govern cell constriction. More precisely, I demonstrated that the distal PASTA domain possesses unique features for the binding of a cell wall hydrolase whereas the other three contributes to StkP kinase activation and the positioning of the distal PASTA domain. Thus, the extracellular domain of StkP acts as a ruler determining the cell wall thickness. This work allows to propose an alternative model of activation and regulation of cell division by the serine/threonine-kinase StkP

Legionella pneumophila est une bactérie opportuniste qui émerge de l'environnement après multiplication dans des amibes et peut infecter accidentellement les macrophages alvéolaires humains, provoquant une pneumonie sévère, la légionellose. La capacité de L. pneumophila à survivre dans ses cellules hôtes est strictement dépendante du système de sécrétion de type 4 Dot/Icm, qui sécrète un large répertoire d'effecteurs dans le cytosol de l'hôte. Identifier la contribution individuelle de chaque protéine bactérienne sécrétée par le système Dot/Icm, dans le cycle infectieux de L. pneumophila reste un enjeu majeur pour comprendre les bases moléculaires de la virulence des légionelles. Mes travaux de thèse participent à cet objectif en caractérisant la voie cellulaire ciblée par la protéine kinase LegK2. Des tests d'interaction et de phosphorylation ont identifié le complexe nucléateur d'actine ARP2/3 comme cible de LegK2. Suite à l'adressage de LegK2 à la surface de la vacuole après sa translocation dans le cytosol de l'hôte, l'interaction LegK2-ARP2/3 inhibe la polymérisation d'actine sur le phagosome. Cette inhibition permet à Legionella de diminuer le trafic des endosomes tardifs et/ou des lysosomes vers le phagosome et favorise ainsi l'évasion du phagosome à la voie de dégradation endocytique. L'interaction LegK2-ARP2/3 met en évidence un mécanisme original de virulence dans lequel le remodelage local du cytosquelette d'actine de la cellule hôte permet à la bactérie de manipuler le trafic vésiculaire pour échapper aux défenses de l'hôte / Legionella pneumophila is an opportunistic bacterium that emerges from the environment after multiplication in protozoans and can accidentally infect human alveolar macrophages leading to a severe pneumonia, the legionellosis. The L. pneumophila ability to survive within host-cells is strictly dependent on the Dot/Icm Type 4 Secretion System that translocates a large repertoire of effectors into the host cell cytosol. Deciphering the individual contribution of each bacterial protein translocated by the Dot/Icm system in the L. pneumophila infectious cycle remains a major challenge to understand the molecular basis of Legionella virulence. My works contribute to this objective by characterizing the cellular pathway targeted by the protein kinase LegK2. Interaction and phosphorylation assays identified the actin nucleator ARP2/3 complex as the target of LegK2. Following the LegK2 addressing to the vacuole surface after its translocation into host cytosol, LegK2- ARP2/3 interplay inhibits the actin polymerization on the phagosome. This inhibition allows Legionella to decrease the late endosome/lysosome trafficking towards the phagosome and promotes the phagosome evasion from endocytic degradation pathway. LegK2-ARP2/3 interplay highlights an original mechanism of virulence wherein the local actin cytoskeleton remodeling of host cell allows bacteria to hijack the vesicles trafficking in order to escape host-cell defenses

Malgré les modèles établis pour certaines bactéries, la morphogenèse de bactéries de formes atypiques est peu comprise. C'est le cas de la bactérie pathogène pour l'homme Streptococcus pneumoniae, ou pneumocoque, qui possède une forme ovo-diplococcale. Cependant, à mon arrivé au laboratoire, il avait été démontré qu'une sérine/thréonine protéine-kinase membranaire appelée StkP était indispensable à la division cellulaire et à la morphogenèse du pneumocoque. L'objectif de ma thèse a ainsi été de caractériser certains substrats de StkP et d'étudier leur rôle, ainsi que l'impact de leur phosphorylation, au cours du processus de division cellulaire. Dans ce contexte, j'ai montré que le substrat DivIVA et son paralogue GpsB coordonnent l'élongation et la division cellulaire du pneumocoque. Ces travaux permettent de proposer un nouveau modèle de morphogenèse du pneumocoque dans lequel la triade StkP/DivIVA/GpsB organise la synthèse de la paroi cellulaire nécessaire à l'élongation et à la division de la cellule. J'ai également mis en évidence que la protéine MapZ interagit avec la paroi cellulaire lors de l'élongation cellulaire afin de marquer de manière permanente le site de division, où elle recrute la protéine FtsZ. Ces travaux ont ainsi permis d'identifier un système inédit de régulation positive du positionnement du site de division chez les bactéries. Enfin, j'ai caractérisé les déterminants moléculaires du positionnement de MapZ au centre de la cellule. S. pneumoniae étant un pathogène humain important, nous pouvons anticiper que nos données pourraient servir de base fondamentale à des projets plus appliqués de lutte contre les infections bactériennes / Despite the established models for some bacteria, the morphogenesis of bacteria with atypical shapes is poorly understood. This is the case of the human pathogen Streptococcus pneumoniae, or pneumococcus, that displays an ovo-diplococcal shape. However, when I joined the lab, it had just been shown that a membrane serine/threonine kinase named StkP was crucial for the cell division and the morphogenesis of the pneumococcus. The goal of my thesis was to characterize the substrates of StkP and to study their function as well as the impact of their phosphorylation in the cell division process. First, I have shown that the substrate DivIVA together with its paralog GpsB coordinate cell elongation and division of the pneumococcus. Based on these observations, we propose a new model of pneumococcal morphogenesis in which the triad StkP/DivIVA/GpsB organizes cell wall synthesis involved in cell elongation and division. In a second part of my work, I have studied another substrate of StkP that was of unknown function and that we named MapZ. I have shown that MapZ interacts with the cell wall during the cell elongation to position at midcell. Then MapZ recruits the cell division protein FtsZ and controls the closure of the Z-ring. This work has uncovered a new mechanism of positive regulation for the positioning of the division site in bacteria. Finally, I characterized the molecular determinants of MapZ positioning at the division site. S. pneumoniae is an important human pathogen, we can thus anticipate that our work will represent a fundamental base for applied projects in order to develop new strategies against bacterial infections

La placentation humaine est de type hémomonochoriale, le sang maternel est directement en contact avec le syncytiotrophoblaste. Les flux sanguins maternels, dans la chambre intervilleuse, exercent des forces mécaniques de cisaillement (shear stress) sur la surface microvillositaire du syncytiotrophoblaste. Les effets physiologiques du shear stress exercé par les flux sanguins sur l’endothélium vasculaire artériel et veineux ont fait l’objet de nombreux travaux scientifiques. En revanche, les effets biologiques du shear stress sur le syncytiotrophoblaste humain n’ont jamais été explorés. L’objectif de ce travail était premièrement d’évaluer les valeurs du shear stress exercé in vivo sur le syncytiotrophoblaste humain au cours des grossesses normales, puis de mettre au point un modèle de culture primaire dynamique afin de reproduire les conditions physiologique et d’étudier in vitro la réponse biologique du syncytiotrophoblaste au shear stress. En dépit d’un débit sanguin maternel intraplacentaire important, estimé entre 400 et 600 mL.min-1, le shear stress moyen exercée par le syncytiotrophoblaste est estimée entre 0.5±0.2 et 2.3±1.1 dyn.cm-2. Nos résultats montrent cependant que l’intensité du shear stress est très hétérogène tant à l’échelle de la chambre intervilleuse que de la villosité terminale. Nous avons développé un modèle de culture cellulaire dynamique en condition de flux adapté au syncytiotrophoblaste humain. Ce modèle permet d’appliquer un shear stress égal et constant sur toutes les cellules cultivées et reproductible à chaque culture primaire. Aux gammes de shear stress étudiées (1 dyn.cm-2), nous n’avons pas mis en évidence de diminution de la viabilité cellulaire ni de déclenchement des processus précoces d’apoptose en conditions dynamiques comparativement aux conditions statiques. Deux types de chambre de perfusion permettent d’étudier des réponses cellulaires au shear stress à court et long terme selon des temps d’exposition allant de 5 minutes à 24 heures. Ce modèle expérimental a permis de montrer que le syncytiotrophoblaste humain en culture primaire est mécanosensible. La réponse cellulaire à des niveaux de shear stress de 1 dyn.cm-2 est multiple selon les temps d’exposition et le niveau d’intégration étudié. Après 45 minutes de shear stress les taux d’AMP cyclique intracellulaires sont augmentés ce qui a pour effet d’activer la voie de signalisation intracellulaire PKA-CREB. Cette augmentation d’AMP cyclique est secondaire à la synthèse et la libération de prostaglandine E2 qui, par une boucle de régulation autocrine stimule l’adenylate cyclase. L’augmentation de la synthèse/libération de PGE2 est dépendante de l’augmentation rapide du calcium intracellulaire sous shear stress. L’exposition au shear stress de 24 heures stimule l’expression et la sécrétion du PlGF, un facteur de croissance indispensable à l’angiogenèse placentaire et pour l’adaptation maternelle à la grossesse sur le plan vasculaire. Nos travaux montrent que l’augmentation de l’AMPc intracellulaire et l’activation de la PKA contribuent à la phosphorylation de CREB, facteur de transcription régulant l’expression du PlGF. / Human placentation is hemomonochorial, maternal blood circulates in direct contact with the syncytiotrophoblast. In the intervillous space, the maternal blood exerts frictional mechanical forces (shear stress) on the microvillous surface of the syncytiotrophoblast. Flowing blood constantly exerts a shear stress, on the endothelial cells lining blood vessel walls, and the endothelial cells respond to shear stress by changing their morphology, function, and gene expression. The effects of shear stress on the human syncytiotrophoblast and its biological functions have never been studied. The objectives of this study were (1) to determine in silico the physiological values of shear stress exerted on human syncytiotrophoblast during normal pregnancies, (2) to develop a model reproducing in vitro the shear stress on human syncytiotrophoblast and (3) to study in vitro the biological response of human syncytiotrophoblast to shear stress. The 2D numerical simulations showed that the shear stress applied to the syncytiotrophoblast is highly heterogeneous in the intervillous space. In spite of high intraplacental maternal blood flow rates (400-600mL.min-1), the estimated average values of shear stress are relatively low (0.5±0.2 to 2.3±1.1 dyn.cm-2). To study the shear stress-induced cellular responses during exposure times ranging from 5 minutes to 24 hours we have developed two dynamic cell culture models adapted to the human syncytiotrophoblast. We found no evidence of decreased cell viability or early processes of apoptosis in dynamic conditions (1 dyn.cm-2, 24h) compared to static conditions. Shear stress (1 dyn.cm-2) triggers intracellular calcium flux, which increases the synthesis and release of PGE2. The enhanced intracellular cAMP in FSS conditions was blocked by COX1/COX2 inhibitors, suggesting that the increase in PGE2 production could activate the cAMP/PKA pathway in an autocrine/paracrine fashion. FSS activates the cAMP/PKA pathway leading to upregulation of PlGF in human STB. Shear stress-induced phosphorylation of CREB and upregulation of PlGF were prevented by inhibition of PKA with H89 (3 μM). The syncytiotrophoblast of the human placenta is a mechanosenstive tissue.