Depuis la découverte de la pénicilline par Sir Alexander Fleming, les antibiotiques ont joué un rôle primordial et incontestable en médecine moderne en aidant à combattre les infections bactériennes. Cependant, les bactéries ont la capacité de se protéger par différents moyens des molécules antibiotiques. La surutilisation de ces molécules a accéléré le phénomène de résistance aux antibiotiques, rendant difficile, voire impossible, le traitement de certaines maladies infectieuses par cette approche. La résistance aux antibiotiques est une problématique d’envergure mondiale qui touche aussi négativement l’aquaculture, où les infections bactériennes peuvent causer d’importantes pertes économiques. L’une de ces bactéries est Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, l’agent étiologique de la furonculose. Bien qu’il fût déjà connu que plusieurs souches de cette bactérie étaient porteuses de plasmides conférant des résistances aux antibiotiques, l’ampleur de la problématique était encore inconnue. Les bactériophages (phages) sont des virus infectant spécifiquement les bactéries. Cette capacité à lyser les bactéries leur a valu d’être utilisés dans un contexte thérapeutique presque dès leur découverte au début du 20e siècle. Cependant, l’avènement des antibiotiques a fait en sorte que la thérapie par les phages a été oubliée dans plusieurs pays occidentaux. Maintenant que la résistance aux antibiotiques est devenue une inquiétude pour la pérennité de notre société, plusieurs études suggèrent que la thérapie par les phages pourrait être une alternative ou un complément aux traitements par antibiotiques. La présente thèse avait comme objectifs : (1) d’explorer la diversité génomique causant une résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida et (2) d’investiguer le potentiel d’un traitement par les phages pour contrer les infections causées par cette bactérie. Il a été possible de mettre à jour et de caractériser cinq nouveaux plasmides avec des gènes de résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida. De plus, la présence de deux de ces plasmides (pAB5S9b et pSN254b) causent une résistance à tous les antibiotiques approuvés par le gouvernement canadien pour une utilisation par l’industrie piscicole. Avant d’investiguer la diversité des phages infectant A. salmonicida subsp. salmonicida, il était crucial de mieux connaître la bactérie d’intérêt. Plusieurs phages sont connus pour avoir un spectre lytique étroit, n’infectant ainsi que certaines souches ou certaines sousespèces d’une bactérie. Or, la structure intra-espèce d’A. salmonicida était encore mal définie. De plus, l’une des sous-espèces d’A. salmonicida, pectinolytica, est considérée comme mésophile avec la capacité de croître à 37°C, alors que les autres sous-espèces, comme salmonicida, sont limitées à des températures d’environ 20°C et sont par conséquent qualifiées de psychrophiles. En caractérisant de nouvelles souches mésophiles, mes travaux ont mis en lumière que les séquences d’insertion peuvent être une raison pour expliquer cette dichotomie. De plus, il a été possible de démontrer une grande diversité génétique chez les souches mésophiles, comparativement à celles psychrophiles. Afin de vérifier le potentiel d’un traitement par les phages contre la furonculose, trois phages spécifiques à A. salmonicida subsp. salmonicida ont été isolés de l’environnement. L'ADN de ces phages, en plus de celui de neuf autres disponibles à la collection Félix d’Hérelle, a été séquencé à haut-débit sur un appareil MiSeq d’Illumina. En comparant ces séquences génomiques à celles déjà disponibles publiquement, il a été possible de déterminer six groupes génomiques de phages contre A. salmonicida subsp. salmonicida. Les 12 phages disponibles pour la présente étude ont été testés sur 65 souches d’A. salmonicida (incluant des sous-espèces autres que salmonicida), permettant de dresser un portrait de la capacité lytique de chacun de ces virus. Cette analyse a mis en lumière trois groupes de phages ayant des capacités lytiques variables. De plus, il a été possible de montrer que d’autres sous-espèces d’A. salmonicida psychrophiles peuvent être infectées par les phages isolés à partir de la sous-espèce salmonicida. Cependant, les souches mésophiles d’A. salmonicida sont insensibles à ces phages. Cette étude doctorale a montré que la résistance aux antibiotiques est un problème d’envergure dont l’ampleur était insoupçonnée chez A. salmonicida subsp. salmonicida. Elle a aussi permis d’investiguer le potentiel de la thérapie par les phages. / Since the discovery of penicillin by Sir Alexander Fleming, antibiotics have played a paramount and indisputable role in modern medicine in helping to treat bacterial infections. However, bacteria have the ability to protect themselves against antibiotics by various mechanisms. The overuse of these molecules has accelerated the phenomenon of antibiotic resistance, making it difficult, if not impossible, to treat certain bacterial infections. Antibiotic resistance is a global problem that also negatively affects aquaculture, where bacterial infections can cause significant economic losses. One of these bacteria is Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, the etiologic agent of furunculosis. Although it was already known that several strains of this bacterium were carriers of plasmids conferring resistance to antibiotics, the extent of the problem was still unknown before this study. Bacteriophages (phages) are viruses specifically infecting bacteria. Their ability to lyse bacteria has been used in a therapeutic context almost as soon as they were discovered at the beginning of the 20th century. However, the advent of antibiotics has meant that phage therapy was forgotten in several Western countries. Now that antibiotic resistance has become a significant concern for the sustainability of our society, several studies suggest that phage therapy could be an alternative or supplement to antibiotic treatments. The objectives of this thesis were: (1) to explore the genomic diversity causing resistance to antibiotics in A. salmonicida subsp. salmonicida and (2) to investigate the potential of phage therapy to treat infections caused by this bacterium. Five new plasmids conferring antibiotic resistance to A. salmonicida subsp. salmonicida were discovered and characterized. Two of these plasmids, pAB5S9b and pSN254b, cause resistance to all antibiotics approved by the Canadian government for use in the fish industry. Before investigating the diversity of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida, it was crucial to better know the bacterium of interest. Several phages are known to have a narrow host spectrum, infecting certain strains or subspecies. Until the present doctoral study, the intra-species structure of A. salmonicida was poorly defined. In addition, one of the subspecies of A. salmonicida, pectinolytica, is considered mesophilic with the ability to grow at 37°C, while other subspecies, such as salmonicida, are limited to growth temperatures around 20°C and are therefore considered psychrophilic. By characterizing new mesophilic strains, we found that insertion sequences may be a reason for this dichotomy. In addition, it was possible to demonstrate a high genetic diversity in mesophilic strains compared to psychrophilic strains. In order to verify the potential of phage treatment against furunculosis, three phages specific to A. salmonicida subsp. salmonicida were isolated from the environment. The genomic DNA of these phages, in addition to that of nine other phages available at the Felix d'Hérelle collection, was sequenced on an Illumina MiSeq device. By comparing these genomic sequences to those already available publicly, it was possible to determine six genomic groups of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida. The 12 phages available were tested on 65 strains of A. salmonicida (including subspecies other than salmonicida), providing the host range of each virus. This analysis revealed three groups of phages with variable lytic capacities. In addition, it was possible to show that other psychrophilic subspecies of A. salmonicida can be infected by phages isolated from the subspecies salmonicida. However, the mesophilic strains of A. salmonicida are insensitive to these phages. This doctoral study showed that resistance to antibiotics is a large-scale problem in A. salmonicida subsp. salmonicida, and that phage therapy may represent one of the solutions to the growing concern

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La découverte d’oxyde nitrique synthases (NOS) chez les bactéries a imposé un questionnement quant à la fonction de l’oxyde nitrique (NO) chez les microorganismes. Chez les mammifères, le NO remplit des fonctions de signalisation et de stress pour lesquelles il n’y a aucun équivalent chez les bactéries. Des études ont démontré que in vitro, comme chez les NOS animales (mNOS), les NOS bactériennes (bNOS) peuvent catalyser la conversion du L-arginine en L-citrulline et libérer du NO. Cependant, il a été découvert que les bNOS de Deinococcus radiodurans et Streptomyces turgidiscabies pouvaient catalyser la nitrosation de groupements trytophanyles. Jusqu’à maintenant ces études soutiennent l’hypothèse que les bNOS synthétisent du NO lors d’un processus de catalyse semblable à celui des mNOS. Cependant, elles indiquent que sa fonction pourrait être de modifier une molécule au site du cofacteur. Nous avons proposé l’étude des propriétés cinétiques et structurales des bNOS de Bacillus subtilis (BsNOS) et Staphylococcus aureus (SaNOS) afin d’investiguer le mécanisme catalytique des bNOS, d’approfondir les connaissances de la catalyse chez les NOS en général et d’explorer les particularités de ces enzymes susceptibles de révéler leur fonction. Nos études ont porté sur les caractéristiques structurales du site actif de SaNOS et BsNOS, sur les cinétiques de formation et de disparition du complexe oxygéné chez SaNOS, sur les interactions des substrats avec les ligands de l’hème et sur le rôle du cofacteur chez les bNOS. Nos résultats montrent que SaNOS et BsNOS peuvent catalyser les mêmes réactions biochimiques que les mNOS et apportent des éléments nouveaux permettant de mieux comprendre le mécanisme d’activation du complexe oxygéné, une étape cruciale à la catalyse. Par ailleurs, certaines ressemblances observées entre SaNOS, BsNOS et les mNOS ont révélé des propriétés conservées chez ces enzymes qui sont importantes pour la production et la fonction du produit synthétisé. Notamment la spécificité des interactions des différents substrats avec les ligands de l’hème et la déformation de la molécule d’hème. Cependant des différences reliées aux effets structuraux du cofacteur ont été observées et s’ajoutent à celles découvertes chez les autres bNOS qui indiquent que la fonction de ces enzymes pourrait se distinguer de celle des mNOS. / The discovery of nitric oxide synthases (NOS) in bacteria has raised many questions regarding the function nitric oxide (NO) might fulfill in prokaryotes. In mammals, NO is implicated in signal and stress events for which no equivalent functions exist in bacteria. In vitro studies have revealed that, like mammalian NOS (mNOS), bacterial NOS (bNOS) catalyze the hydroxylation of L-arginine to L-citrulline and release NO. In addition, it has been shown that the bNOS of Deinococcus radiodurans and Streptomyces turgidiscabies catalyse the nitrosation of tryptophanyl compounds. As of now these studies support the hypothesis that bNOS synthesize NO in a catalytic process similar to the one described for mNOS. However, these studies also indicated that the newly synthesized NO might be used to modify a molecule bound to the cofactor binding site. We proposed the investigation of the kinetic and structural properties of the bNOS of Bacillus subtilis (BsNOS) and Staphylococcus aureus (SaNOS) to probe the catalytic mechanism of bNOS, deepen our understanding of catalysis in NOS and explore the distinctive features of these new enzymes that might reveal their function. Our studies targeted the structure of the active site of SaNOS and BsNOS, the kinetics of formation and decay of the oxygenated complex of SaNOS, the interactions of the substrates with heme-bound ligands and the function of the cofactor in bNOS. Our results support the proposal that bNOS are able to catalyze the same biochemical reactions than those carried out by mNOS and bring new information that provide us with a better understanding of the mechanism of oxygen activation, a crucial step during catalysis. In addition the observation of some similarities between SaNOS, BsNOS and mNOS revealed conserved features in these enzymes that are important for the synthesis and function of the product. Notably the specificity of the interactions the two substrates make with the heme-bound ligands and the deformation of the heme molecule. Meanwhile structural differences related to the cofactor have been observed, and in addition to those observed in the other bNOS, point to a novel function for these enzymes.

Les neurones sont les éléments constitutifs du système nerveux. Dans le cortex, les neurones peuvent être divisés en cellules principales qui effectuent des calculs excitateurs via des connexions synaptiques locales et à longue distance et des interneurones qui contrôlent tous les domaines subcellulaires des cellules principales. Les interneurones inhibent les cellules principales en hyperpolarisant la membrane postsynaptique via les récepteurs GABA. En plus de contrôler le niveau d’excitabilité de cellules isolées via une inhibition transitoire ou à long terme, elles coordonnent le déclenchement des ensembles cellulaires principaux pour générer des oscillations de réseau qui traversent les zones du cerveau. Le dysfonctionnement des interneurones entraîne des troubles cérébraux comme la schizophrénie, l'autisme et l'épilepsie. Contrairement aux cellules principales, les interneurones présentent un haut niveau de diversité, cohérent avec leurs différents rôles fonctionnels dans les circuits cérébraux. Pour comprendre leurs fonctions de réseau, les neuroscientifiques ont développé plusieurs critères pour classer les interneurones, notamment la cytomorphologie, la connectivité, les propriétés électrophysiologiques et les marqueurs moléculaires. En général, trois types d’interneurones représentent la majorité des interneurones corticaux: les cellules somatostatine (SOM)+ ciblant la dendrite, les cellules parvalbumine (PV)+ ciblant le soma, et les cellules l'interneurone specifique peptide vasoactif intestinal (VIP)+. Dans l'hippocampe, les cellules VIP+ (hormis les cellules VIP+) jouent un rôle unique dans le réseau, car elles innervent de préférence les interneurones mais évitent les cellules principales. Cependant, leur taxonomie et leurs propriétés physiologiques sont moins claires que celles des autres types d’interneurones. Mon projet de thèse a porté sur deux sous-types de cellules VIP: la cellule VIP+ à cellule longue et la cellule à interneurone de type 3 (IS3). Une nouvelle cellule VIP+ à longue projection (VIP-LRP) a été identifiée dans l'hippocampe CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). Ces cellules ciblent de manière sélective les interneurones dans la zone hippocampique CA1, mais se projettent également dans le subiculum de la zone voisine. En outre, ils sont plus actifs pendant la période stationnaire d'éveil et silencieux pendant les oscillations thêta ou d'ondulation. Cependant, les marqueurs moléculaires qu'ils expriment n'étaient pas clairs. Pour examiner leurs marqueurs moléculaires et développer des lignées de souris spécifiques de type cellulaire en utilisant une approche génétique combinatoire, j'ai d'abord procédé à une immunohistochimie pour déterminer les marqueurs couramment exprimés, notamment le récepteur muscarinique 2, la cholécystokinine, la calbidine nNOS), calrétinine (CR) et SOM dans les cellules VIP dans les striatum oriens (SO) de CA1. Nous avons constaté que les cellules VIP-LRP étaient négatives pour SOM et nNOS, mais que la moitié d'entre elles exprimaient M2R. De plus, une petite fraction des cellules GFP expriment CCK, CB et CR. La proportion de cellules M2R + VIP-LRP était différente entre différentes souches de souris. Ensuite, nous avons effectué le profilage transcriptomique de VIP-LRP identifiés anatomiquement en utilisant le séquençage d'ARN à cellule unique. J'ai identifié plusieurs marqueurs moléculaires, tels que la proenképhaline, le neuropeptide Y et la nétrine G1, ainsi que de nombreux autres gènes appartenant à plusieurs familles de gènes importantes: canaux ioniques, récepteurs de neurotransmetteurs, neuromodulateurs, molécules d'adhésion cellulaire et de myélinisation. De plus, les LRP VIP partagent des gènes communs lors de la comparaison avec les types de cellules VIP, CR et VIP, CCK dans le néocortex. Ensemble, ces données suggèrent que même si les LRP-VIP représentent un groupe intermédiaire dans le sous-type VIP, ils peuvent exprimer des gènes liés à des caractéristiques spécifiques permettant une coordination à longue distance des activités neuronales dans le CA1 et le subiculum. Après cela, j'ai examiné les propriétés synaptiques excitatrices d'un autre sous-type VIP +, la cellule IS3. Des études antérieures ont montré qu’ils fabriquaient des synapses sur les interneurones dans le SO, qui contrôlent à leur tour l’intégration des apports excitateurs reçus par les dendrites proximales et distales des cellules pyramidales. Cependant, les propriétés des entrées excitatrices véhiculant les cellules IS3 restent inconnues. En utilisant l'enregistrement par patch clamp et le recalage du glutamate à deux photons, nous avons évalué les propriétés synaptiques de deux entrées excitatrices formées sur les cellules IS3 par les collatérales de Schaffer (CA) et la voie temporoammonique (TA) du cortex entorhinal. Les résultats ont montré que les courants postsynaptiques excitateurs (EPSC) évoqués dans les cellules IS3 par stimulation électrique de la voie TA avaient une amplitude, une élévation et un temps de décroissance inférieurs à ceux des synapses SC. De plus, la transmission synaptique TA-S3 était médiée par les récepteurs AMPA et NMDA. En outre, les deux AT et SC-EPSC ont montré une facilitation synaptique à court terme en réponse à une stimulation répétitive. Enfin, les voies TA et SC ont montré un degré similaire d'intégration spatiale. Lorsque ces propriétés synaptiques ont été incorporées dans le modèle de calcul IS3 in vivo (Guet-McCreight et al., 2016), l'activation des cellules IS3 peut être provoquée par ces entrées excitatrices au cours des oscillations du thêta et de l'ondulation hippocampique. L'imagerie in vivo à deux photons chez des souris éveillées a montré que le déclenchement des cellules IS3 augmentait pendant le rythme thêta, alors que leurs activités n'étaient pas associées. / Les neurones sont les éléments constitutifs du système nerveux. Dans le cortex, les neurones peuvent être divisés en cellules principales qui effectuent des calculs excitateurs via des connexions synaptiques locales et à longue distance et des interneurones qui contrôlent tous les domaines subcellulaires des cellules principales. Les interneurones inhibent les cellules principales en hyperpolarisant la membrane postsynaptique via les récepteurs GABA. En plus de contrôler le niveau d’excitabilité de cellules isolées via une inhibition transitoire ou à long terme, elles coordonnent le déclenchement des ensembles cellulaires principaux pour générer des oscillations de réseau qui traversent les zones du cerveau. Le dysfonctionnement des interneurones entraîne des troubles cérébraux comme la schizophrénie, l'autisme et l'épilepsie. Contrairement aux cellules principales, les interneurones présentent un haut niveau de diversité, cohérent avec leurs différents rôles fonctionnels dans les circuits cérébraux. Pour comprendre leurs fonctions de réseau, les neuroscientifiques ont développé plusieurs critères pour classer les interneurones, notamment la cytomorphologie, la connectivité, les propriétés électrophysiologiques et les marqueurs moléculaires. En général, trois types d’interneurones représentent la majorité des interneurones corticaux: les cellules somatostatine (SOM)+ ciblant la dendrite, les cellules parvalbumine (PV)+ ciblant le soma, et les cellules l'interneurone specifique peptide vasoactif intestinal (VIP)+. Dans l'hippocampe, les cellules VIP+ (hormis les cellules VIP+) jouent un rôle unique dans le réseau, car elles innervent de préférence les interneurones mais évitent les cellules principales. Cependant, leur taxonomie et leurs propriétés physiologiques sont moins claires que celles des autres types d’interneurones. Mon projet de thèse a porté sur deux sous-types de cellules VIP: la cellule VIP+ à cellule longue et la cellule à interneurone de type 3 (IS3). Une nouvelle cellule VIP+ à longue projection(VIP-LRP) a été identifiée dans l'hippocampe CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). Ces cellules ciblent de manière sélective les interneurones dans la zone hippocampique CA1, mais se projettent également dans le subiculum de la zone voisine. En outre, ils sont plus actifs pendant la période stationnaire d'éveil et silencieux pendant lesoscillations thêta ou d'ondulation. Cependant, les marqueurs moléculaires qu'ils expriment n'étaient pas clairs. Pour examiner leurs marqueurs moléculaires et développer des lignées de souris spécifiques de type cellulaire en utilisant une approche génétique combinatoire, j'ai d'abord procédé à une immunohistochimie pour déterminer les marqueurs couramment exprimés, notamment le récepteur muscarinique 2, la cholécystokinine, la calbidine nNOS), calrétinine (CR) et SOM dans les cellules VIP dans les striatum oriens (SO) de CA1. Nous avons constaté que les cellules VIP-LRP étaient négatives pour SOM et nNOS, mais que la moitié d'entre elles exprimaient M2R. De plus, une petite fraction des cellules GFP expriment CCK, CB et CR. La proportion de cellules M2R + VIP-LRP était différente entre différentes souches de souris. Ensuite, nous avons effectué le profilage transcriptomique de VIP-LRP identifiés anatomiquement en utilisant le séquençage d'ARN à cellule unique. J'ai identifié plusieurs marqueurs moléculaires, tels que la proenképhaline, le neuropeptide Y et la nétrine G1, ainsi que de nombreux autres gènes appartenant à plusieurs familles de gènes importantes: canaux ioniques, récepteurs de neurotransmetteurs, neuromodulateurs, molécules d'adhésion cellulaire et de myélinisation. De plus, les LRP VIP partagent des gènes communs lors de la comparaison avec les types de cellules VIP, CR et VIP, CCK dans le néocortex. Ensemble, ces données suggèrent que même si les LRP-VIP représentent un groupe intermédiaire dans le sous-type VIP, ils peuvent exprimer des gènes liés à des caractéristiques spécifiques permettant une coordination à longue distance des activités neuronales dans le CA1 et le subiculum. Après cela, j'ai examiné les propriétés synaptiques excitatrices d'un autre sous-type VIP +, la cellule IS3. Des études antérieures ont montré qu’ils fabriquaient des synapses sur les interneurones dans le SO, qui contrôlent à leur tour l’intégration des apports excitateurs reçus par les dendrites proximales et distales des cellules pyramidales. Cependant, les propriétés des entrées excitatrices véhiculant les cellules IS3 restent inconnues. En utilisant l'enregistrement par patch clamp et le recalage du glutamate à deux photons, nous avons évalué les propriétés synaptiques de deux entrées excitatrices formées sur les cellules IS3 par les collatérales de Schaffer (CA) et la voie temporoammonique (TA) du cortex entorhinal. Les résultats ont montré que les courants postsynaptiques excitateurs (EPSC) évoqués dans les cellules IS3 par stimulation électrique de la voie TA avaient une amplitude, une élévation et un temps de décroissance inférieurs à ceux des synapses SC. De plus, la transmission synaptique TA-IS3 était médiée par les récepteurs AMPA et NMDA. En outre, les deux AT et SC-EPSC ont montré une facilitation synaptique à court terme en réponse à une stimulation répétitive. Enfin, les voies TA et SC ont montré un degré similaire d'intégration spatiale. Lorsque ces propriétés synaptiques ont été incorporées dans le modèle de calcul IS3 in vivo (Guet-McCreight et al., 2016), l'activation des cellules IS3 peut être provoquée par ces entrées excitatrices au cours des oscillations du thêta et de l'ondulation hippocampique. L'imagerie in vivo à deux photons chez des souris éveillées a montré que le déclenchement des cellules IS3 augmentait pendant le rythme thêta, alors que leurs activités n'étaient pas associées. / Neurons are the building blocks of nervous system. In the cortex, neurons can be divided into principal cells that perform excitatory computations through local and long-range synaptic connections and interneurons that controls all subcellular domains of principal cells. Interneurons inhibit principal cells by hyperpolarizing the postsynaptic membrane via GABA receptors. In addition to controlling the level of excitability of single cells via transient or long-lasting inhibition, they coordinate the firing of principal cell ensembles to generate network oscillations that travel across brain areas. The malfunction of interneurons leads to severe brain disorders such as schizophrenia, autism and epilepsy. In contrast to principal cells, interneurons display high level of diversity, consistant with their various functional roles in the brain circuitry. To understand their network functions, neuroscientists have developed several criteria to classify interneurons, including cytomorphology, connectivity, electrophysiological properties, andmolecular markers. In general, three interneuron types account for the majority of cortical interneurons: dendrite-targeting somatostatin (SOM)+ cells, soma-targeting parvalbumin (PV)+ cells, and interneuron-specific vasoactive intestinal peptide (VIP)+ cells. In the hippocampus, VIP+ cells (excluding VIP+ basket cell) play a unique role in the network, since they preferentially innervate interneurons but avoid principal cells. However, their taxonomy and physiological properties are less clearcompared to other interneuron types. My PhD project focused on two subtype of VIP cells: VIP+ long- projecting cell and type 3 interneuron-specific (IS3) cell. A novel long-projecting VIP+cell (VIP-LRP) has been identified in the hippocampal CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). These cells selectively target interneurons in the hippocampal CA1 area, but also project to the neighbouring area subiculum. In addition, they are more active during the stationary period of wakefulness, and silent during theta or ripple oscillations. However, the molecular markers they express were unclear. To examine their molecular markers and develop cell-type specific mouselines using combinatorial genetic approach, I first performed immunohistochemistry to profile commonly expressed markers including muscarinic receptor 2 (M2R), cholecystokinin (CCK), calbidin (CB), neuronal nitric oxide synthase (nNOS), calretinin (CR), andSOM in VIP cells in the striatum oriens(SO) of CA1. We found that VIP-LRP cells were negative or SOM and nNOS but half of them expressed M2R. Moreover, a small fraction of GFP cells express CCK, CB, and CR. The proportion of M2R+ VIP-LRP cells was different between different mouse strains. Next, we performed transcriptomic profiling of anatomically identified VIP-LRPs using single-cell RNA sequencing. I identified several molecular markers, such as proenkephalin, neuropeptide Y and netrin G1, as well as many other genes that belong to several important gene families including ion channels, neurotransmitter receptors, neuromodulators, cell adhesion and myelination molecules. In addition, VIP-LRPs share common genes when comparing with VIP; CR and VIP; CCK cell types in the neocortex. Together, these data suggest that although VIP-LRPs represent an intermediate group within the VIP subtype, they may express genes related to specific features that allow for long-distance coordination of neuronal activities in the CA1 and the subiculum. After that, I examined the excitatory synaptic properties of another VIP+ subtype-the IS3 cell. Previous studies showed that they make synapses on interneurons in SO, which in turn control the integration of excitatory inputs received by the proximal and distal dendrites of pyramidal cells. However, the properties of excitatory inputs conveying on IS3 cells remain unknown. Using patch clamp recording and two-photon glutamate uncaging, we evaluated the synaptic properties of two excitatory inputs formed on the IS3 cells by the Schaffer collaterals (SC) from CA3 and the Temporoammonic (TA) pathway from entorhinal cortex. The results showed that the excitatory postsynaptic currents(EPSCs) evoked in IS3 cells by electrical stimulation of the TA pathway had a smaller amplitude, slower rise and decay time compared to that of the SC synapses. In addition, TA-IS3 synaptic transmission was mediated by AMPA and NMDA receptors. Furthermore, both TA and SC-EPSCs showed short-term synaptic facilitation in response to repetitive stimulation. Finally, TA and SC pathways displayed similar degree of spatial integration. When these synaptic properties were incorporated into the in vivo-like IS3 computational model (Guet-McCreight et al., 2016), The activation of IS3 cells can be driven by these excitatory inputs during hippocampal theta and ripple oscillations. In vivo two-photon imaging in awake mice showed that the firing of IS3 cells increased during theta rhythm, whereas their activites were not associated with ripples. Together, these data shows that while excitatory inputs are able to drive the firing of IS3 cells during theta, additional mechanisms, such as local inhibition and subcortical modulation may account for the silence of IS3 cells during ripples.

L'inhibition joue un rôle important dans l'organisation spatio-temporelle de l’activité synchronisée des réseaux, ce qui est important pour la performance cognitive. Cependant, la compréhension de l'inhibition corticale a été une tâche difficile, car ce processus est exécuté par une grande diversité de neurones GABAergiques locaux et à longue portée (LRP) (Soltesz, 2006). Dans l'hippocampe, les interneurones spécifiques aux interneurones (IS) exprimant le peptide vasoactif intestinal (VIP+) jouent un rôle de désinhibition local et sont divisés en deux groupes: les interneurones spécifiques de type 2 (IS2) et de type 3 (IS3). Récemment, une nouvelle cellule VIP+ à projection longue portée (VIP-LRP) avec un soma située dans le stratum oriens / alveus (O/A) de la corne d’Ammon (CA1) de l'hippocampe et dont l'axone projette vers le subiculum (SUB) a été découverte. Comme les cibles postsynaptiques et la fonction des cellules GABAergiques à projection sont inconnues pendant différents états chez des animaux éveillés, nous visions à déterminer les cibles des VIP-LRP dans le CA1 et le SUB. J'ai d'abord effectué une libération de glutamate par stimulation à deux photons en combinant la photoactivation des cellules VIP-GFP+ dans le O/A du CA1 et l’enregistrement par patch-clamp de leurs cibles. Nous avons constaté que les VIP-LRP agissent contactent différentes classes d'interneurones dans le O/A et le stratum radiatum (RAD). Cependant, distalement dans le SUB, ils étaient en contact avec cellules pyramidals (PCs) et les interneurones. Ensuite, pour étudier le rôle fonctionnel de ces cellules, nous avons effectué de l’imagerie calcique (Ca2 +) à deux photons in vivo de l'activité des interneurones VIP+ chez des souris fixées par la tête sur un tapis roulant. Nous avons constaté que les cellules VIP-LRPs étaient recrutées pendant les périodes d'immobilité et réduisent leur activité au cours des épisodes thêta lors de la locomotion. Avec ces résultats, nous pouvons considérer les VIP-LRPs comme des régulateurs clés du processus mnémonique, tels que la récupération de la mémoire nécessitant une cohérence entre le CA1 et le SUB lors d'états calmes (Jackson et al., 2011; Roy et al., 2017). Dans l'hippocampe, on sait peu de choses sur l'implication des cellules IS3 dans les comportements dépendant de l'hippocampe tels que la mémoire spatiale et l'anxiété. En utilisant un water T-maze (WTM) pour étudier l'apprentissage spatial, nous avons constaté que pendant l’extinction de ces cellules, la souris offrait sa pire performance. Dans le contexte de la mémoire, la sous-unité α5 des GABAAR (α5-GABAAR) a été considéré comme l'une des cibles pharmacologiques les plus intéressantes, car son blocage améliore la mémoire dépendante de l'hippocampe (Atack et al., 2006; Caraiscos et al., 2004; Collinson et al., 2002). Le blocage de cette sous-unité chez des souris effectuant un WTM a sauvé la perte de mémoire induite par la désactivation de l'entrée du signal des VIP+ confirmant l'implication de l'inhibition tonique dans la régulation de l'apprentissage spatial. Cependant, cette amélioration des performances cognitives est associée à une augmentation de l'anxiété, indiquant que l’activité de ces cellules peut être impliquée dans la régulation de l'anxiété. Finalement, les déficits de mémoire et le déclin cognitif sont considérés comme la marque du vieillissement du cerveau. Jusqu’à présent, il était reporté que les interneurones positifs à la calrétinine (CR) figuraient parmi les premières cibles de modèles de souris associés à l’âge tel que la maladie d'Alzheimer (AD) (Baglietto-Vargas et al., 2010). Compte tenu de ce qui précède, j'ai effectué des enregistrements par patch-clamp d’IS3s pour étudier leur implication dans le déclin de la mémoire lié à l'âge. Les résultats montrent que la morphologie de ces cellules est préservée pendant le vieillissement, mais montre aussi une durée plus longue des potentiels d’action et une réduction du taux de décharge. Ces modifications entraînent une augmentation de l'inhibition des interneurones du O/A ciblés par les cellules IS3. Cela pourrait expliquer l'hyperactivité des PCs associée à une déficience cognitive et une augmentation du risque pour l’AD (Bakker et al., 2012; Busche et al., 2012; El-Hayek et al., 2013). En conclusion, cette étude a révélé de nouvelles propriétés et motifs d’activités des neurones VIP+ de l’hippocampe pendant des états comportementaux spécifiques durant toute la vie de l’animal. Cela devrait être important pour comprendre les mécanismes de l’apprentissage et la mémoire ainsi que les déficiences cognitive pendant le vieillissement / Inhibition plays an important role in the spatio-temporal organization of synchronized network activity, which is important for cognitive performance. However, understanding cortical inhibition has been a challenging task as it is executed through a large diversity of local and long-range projecting (LRP) GABAergic neurons (Soltesz, 2006). In the hippocampus, the interneuron-selective (IS) vasoactive intestinal peptide (VIP)-expressing (VIP+) interneurons play a role of local disinhibition and are subdivided into 2 groups: type 2 and type 3 interneuron-specific (IS2, IS3) cells. Recently, a novel long-range projecting VIP+ cell (VIP-LRP) with the soma located in the hippocampal cornu ammonis (CA1) stratum oriens/alveus (O/A) and axon innervating CA1 and the subiculum (SUB) has been discovered. Since little is known about the postsynaptic targets and function of GABAergic projecting cells during different network states in awake animals, we aimed to determine the targets of VIP-LRP cells in CA1 and SUB. I first performed single-cell two-photon glutamate uncaging-based mapping of connections by combining the photoactivation of CA1 O/A VIP-GFP+ cells and patch-clamp recordings of interneuron and PCs targets. We found that VIP-LRP cells locally act as disinhibitory cells contacting different classes of inhibitory interneurons, either in the O/A or in the stratum radiatum (RAD). However distally in the SUB, they were contacting both pyramidal cells (PCs) and interneurons. Next, to study the functional role of these cells we performed in vivo two-photon calcium (Ca2+) imaging of VIP+ interneuron activity in head-restrained awake mice running on a treadmillI. We found that VIP-LRP cells were recruited during immobility periods and were behaving as theta-off cells, decreasing their activity during theta-run episodes. Based on these findings we can consider VIP-LRPs as important key regulator of mnemonic process such as memory retrieval requiring coherency between hippocampal CA1 and SUB areas during quiet states (Jackson et al., 2011; Roy et al., 2017). Furthermore, in the hippocampal CA1 area, VIP+ IS interneurons, in particular IS3 cells have been characterized intensively based on their cell identity, physiological properties and connectivity pattern (Chamberland et al., 2010; Tyan et al., 2014). However, differently from neocortical VIP+ interneurons very little is known about the involvement of IS3 in hippocampus-dependent behaviors, such as spatial memory and anxiety. Using a water T-maze (WTM) to investigate egocentric and allocentric spatial learning, we found that silencing VIP+ cells worsens mouse performance. This data indicated clearly the involvement of hippocampal VIP+ IS cell in hippocampus-dependent memory tasks. In the context of memory, the alpha5 subunit-containing GABAA receptor (α5-GABAAR) has been seen as one of the most interesting pharmacological targets, as blocking this subunit improves hippocampus-dependent memory (Atack et al., 2006; Caraiscos et al., 2004; Collinson et al., 2002). Blocking the α5-GABAAR subunit in mice performing WTM successfully rescued the memory impairment induced by silencing of VIP+ input, confirming the involvement of tonic inhibition in the regulation of spatial learning. However this improvement in cognitive performance is associated with an increase in anxiety, indicating that phasic inhibition by the α5-GABAAR-containing VIP+ inputs onto CA1 interneurons may be involved in regulating anxiety. Finally, memory deficits and cognitive decline are considered a hallmark of the aging brain, with neocortical circuits being affected the most during age-dependent functional decline (Murman, 2015). So far, it has been reported that calretinin (CR)-positive IS interneurons were among the early targets in mouse models of age-related disorders, such as Alzheimer’s disease (AD) (Baglietto-Vargas et al., 2010). Considering the above, I performed patch-clamp recordings from IS3 cells to study their involvement in age-related memory decline. The results showed that, while the morphology of these cells was preserved during aging, functional remodelling occurred, such as a longer duration of the action potential as well as reduction in the firing rate. These modifications led to an increase inhibitory drive onto O/A interneurons targeted by IS3 cells. This could account for the hyperactivity of PCs associated with cognitive impairment and could increase the risk for AD development (Bakker et al., 2012; Busche et al., 2012; El-Hayek et al., 2013). In conclusion, this study reveals new properties and activity patterns of hippocampal VIP+ neurons during specific behavioral states and across the animal lifespan, which should be important for understanding the circuit mechanisms of learning and memory, as well as cognitive impairments during aging.

Dans l’industrie laitière, la présence de bactériophages dans du lait destiné à la fabrication de fromage peut retarder ou arrêter le processus de fermentation par les bactéries lactiques. La bactérie Lactococcus lactis, largement utilisée comme levain de départ, est la proie de plusieurs de ces virus, dont le phage p2, du groupe sk1-like de la famille des Siphoviridae. À ce jour, le mécanisme d’infection des bactériophages reste incompris. La prise de contrôle de la machinerie cellulaire par les phages est assurée par les gènes précoces et médians de ces derniers. La structure du phage p2 est connue, mais ses gènes précoces et médians codent pour des protéines qui ne possèdent pas d’homologues de structure ou de fonction connue. Ces gènes ont été clonés dans des systèmes d’expression bactériens afin de les exprimer, purifier, et en déterminer la structure par cristallographie aux rayons X. Parallèlement, la protéine codée par le gène orf47 a été synthétisée commercialement pour déterminer sa structure par résonance magnétique nucléaire. Nous espérons que l'obtention de la structure de ces protéines aidera à leur suggérer un rôle par recherche d’homologie structurale avec des protéines de rôle connu. Des cristaux ont été obtenus pour les protéines ORF-24, SaV (exprimée du gène orf26) et ORF-37, mais plus de travaux sont nécessaire afin de pouvoir obtenir leur structure. La structure d’ORF-47 a été déterminée par résonance magnétique nucléaire et démontre une homologie structurale avec les domaines B, C et E de la protéine staphylococcale SpA, domaines liant les immunoglobulines G de l’homme. La liaison de protéines similaires chez L. lactispar ORF-47 reste à être vérifié expérimentalement. / Cheese fermentation is a process in which milk is fermented by the Gram-positive bacteria Lactococcus lactis. However, the fermentation can be slowed or even stopped if specifi lactococcal bacteriophages are present in the medium. To this day, the infection mechanism of bacteriophages is still not fully known. The hijacking of the cell’s molecular machinery is carried out by proteins expressed by the phages’ early- and mid-expressed genes. The phage studied in this thesis is phage p2, of the Caudovirales order, Siphoviridae family and sk1-like group. The structure of phage p2 is known, but most early-and mid-expressed proteins do not have homologues of known structure or function in the public databases. These genes were cloned in a bacterial expression system in order to be expressed and the proteins purified and crystallized to determine their structure by X-ray crystallography. The protein encoded by the gene orf47 was commercially synthesized to be studied by nuclear magnetic resonance. Our overall goal is to suggest roles for these proteins by obtaining their structure and performing a structural homology query. Crystals were obtained for the proteins ORF-24, SaV (expressed from the gene orf26) and ORF-37 but more work is required in order to determine their structure. The structure of ORF-47 was obtained by nuclear magnetic resonance and has been found to have a fold highly similar to domains B, C and E of staphylococcal protein SpA. These domains bind human immunoglobulin G. The binding of similar proteins in L. lactis by ORF-47 has yet to be experimentally confirmed.

Le virus de la mosaïque de la papaye (PapMV) est un virus filamenteux flexible dont son unique protéine structurale est la protéine de capside (CP), composée de 215 acides aminés. La structure tertiaire de cette protéine, tout comme celle de ses homologues, n'est pas connue. Le but de ce projet est de caractériser la structure et la dynamique de la PapMV CP par RMN multidimensionnelle. Afin d'y arriver, une forme de protéine utilisable pour la RMN, d'un poids moléculaire évitant d'outrepasser les 30 kDa, a d'abord été identifiée : la PapMV CP27-215. Un protocole d'expression à haut rendement a été développé et nous avons marqué cette protéine avec le 15N et le 13C, ce qui impliquent une expression en milieu minimum. La RMN est aussi une méthode qui exige une très grande pureté de la protéine. Par conséquent, une approche de purification efficace a été développée. En plus d'une protéine pure et marquée, la RMN exige que celle-ci soit soluble, concentrée et stable. Ces exigences ont été répondues afin de répondre à l'objectif premier de ce projet.

Le lupus érythémateux disséminé (LED) est une maladie auto-immune systémique dont le diagnostic est très complexe. Le clinicien doit baser son diagnostic sur une liste de 11 critères reliés à des observations cliniques et à des mesures sérologiques. Afin de faciliter ce diagnostic, plusieurs groupes recherchent de nouveaux marqueurs biologiques quantifiables. C'est dans ce but que la cytométrie en flux a été utilisée afin de comparer les cellules du sang des patients et celles de sujets sains. La caractérisation exhaustive des sous-populations cellulaires montre que l'expression de HLA-DR est amplifiée chez les patients même si la maladie est inactive. De plus, l'analyse du contenu sérique en cytokines inflammatoires a montré que la quantité de GM-CSF était plus importante chez les patients LED. Nos travaux suggèrent que HLA-DR et GM-CSF pourraient être considérés comme des candidats intéressants dans les études sur le diagnostic du LED.

Les archées sont depuis peu reconnues comme étant des microorganismes ubiquitaires retrouvées dans le système digestif de l’humain et de plusieurs animaux. Les humains peuvent donc être exposés aux archées par leur propre microflore intestinale, mais aussi par le contact avec des fèces animales, dont les composantes peuvent être aérosolisées et inhalées. L’impact de ces archées sur la santé respiratoire et intestinale des humains n’est pas clairement établi. La composition exacte des bioaérosols doit être définie afin de bien comprendre ce à quoi sont exposés les humains. Par ailleurs, l’impact de Methanosphaera stadtmanae (MSS) et Methanobrevibacter smithii (MBS), deux espèces d’archées retrouvées dans le tractus intestinal, est inconnu dans un contexte de maladies inflammatoires de l’intestin. L’étude de la biodiversité des bioaérosols des fermes laitières a démontré la présence de grandes concentrations et de plusieurs espèces de bactéries et d’archées dans l’air de ces environnements. Les mécanismes inflammatoires pulmonaires à la base de la réponse immune causée par les archaea ont été étudiés grâce à un modèle murin d’exposition chronique des voies respiratoires. MSS a démontré un potentiel immunogénique plus fort que MBS, en induisant davantage d’altérations histopathologiques, de cellules inflammatoires et de cellules dendritiques myéloïdes activées que MBS dans les poumons de souris. Le potentiel inflammatoire de MSS et MBS a aussi été confirmé avec un modèle de cellules humaines. Finalement, afin d’étudier le rôle des archées dans l’inflammation intestinale, la présence de MBS et de MSS a été évaluée dans les selles de patients atteints de maladies inflammatoires de l’intestin et de sujets sains. Une prévalence accrue de l’archée inflammatoire MSS a été retrouvée dans les selles des patients. Des anticorps spécifiques à MSS ont aussi été retrouvés en plus grande concentration chez ce groupe de sujets. Ces résultats démontrent que les archées sont présentes à la fois dans les bioaérosols et dans les intestins humains et qu’elles peuvent avoir des impacts sur l’inflammation respiratoire et intestinale. Nous ne commençons qu'à explorer la présence des archées dans l’environnement humain et la réponse à ces agents méconnus. Leur rôle en tant qu'agents protecteurs, pro-inflammatoires ou tolérés mérite d'être approfondi. / Archaea have recently been recognized as ubiquitous microorganisms found in the digestive tract of human and several animal species. Humans can thus be exposed to archaea through several routes such as their own intestinal microflora, but also via exposure to animal manure which components can be aerosolized and inhaled. Archaeal impact on respiratory and intestinal human health is not known. Bioaerosol’s exact composition must be defined in order to better understand what humans are exposed to. Moreover, the role of Methanosphaera stadtmanae (MSS) and Methanobrevibacter smithii (MBS), two archaeal species found in human gut, on the health of the intestinal tract and potentially in inflammatory bowel diseases is unknown. Studies on dairy barns’ bioaerosol’s biodiversity revealed the presence of high airborne concentrations and various species of bacteria and archaea. Pulmonary inflammatory mechanisms of immune response to archaea were studied using a chronic airway exposure mouse model. MSS showed a higher immunogenic potential than MBS, with more severe hitopathological alterations and higher numbers of inflammatory cells and activated myeloid dendritic cells in exposed mice lungs than MBS. The inflammatory potential of MSS and MBS was also confirmed with a human cell model. Finally, to study the role of archaea in bowel inflammation, the presence of MBS and MSS was evaluated in stool samples from inflammatory bowel diseases’ patients and control subjects. A higher prevalence of the inflammatory archaea MSS was detected in stool samples from patients. MSS-specific antibodies were also found in higher concentration in this group. These results show that archaea are present in bioaerosols and human gut and that they can have an impact on respiratory and intestinal inflammation. We are just beginning to explore the presence of archaea in human environment and our response to these unheralded agents. Their role as protective, proinflammatory or tolerated agents awaits further studied.

Les transplanteurs ont actuellement trois options lorsqu'ils doivent choisir une source de cellules pour la greffe de cellules souches hématopoïétiques soit le sang de cordon, la moelle osseuse ou le sang périphérique mobilisé. Les cellules souches hématopoïétiques retrouvées dans le sang des adultes sains pourraient toutefois être une autre option intéressante pour la transplantation. Les résultats de cette présente étude, récemment publié dans la revue Cytotherapy, montrent le potentiel des cellules CD34+ trappées dans les chambres de leucoréduction à générer les différentes lignées cellulaires retrouvées dans le sang. Un système de culture in vitro en milieu sans sérum et en condition hypoxique a été mis a point. La différenciation des cellules dans l'hématopoïèse durant la culture a été caractérisée par analyse multiparamétrique du phénotype avec SPADE. L'expansion a généré une grande hétérogénéité populationnelle mais principalement des progéniteurs engagés vers l'érythropoïèse et la mégacaryopoïèse.