Les intégrons sont des éléments génétiques capables d'intégrer et de disséminer, par un mécanisme de recombinaison spécifique de site, des gènes de résistance aux antibiotiques trouvés sous la forme de cassettes. Ils contiennent un gène qui code pour une intégrase (intl) qui effectue la recombinaison en agissant sur deux sites cibles : le site attl en cis avec le gène d'intégrase et le site palindromique attC d'une cassette. Les intégrases d'intégrons sont donc directement impliquées dans l'accumulation et la formation de nouvelles combinaisons de cassettes de résistance dans la région variable des intégrons plasmidiques et il est donc important de mieux comprendre leur fonctionnement. Les travaux présentés à l'intérieur de cette thèse visent l'étude des interactions entre les intégrases d'intégrons et leurs sites d'attachement. Le premier objectif est de vérifier si la substitution de certains résidus peut permettre de modifier la capacité d'une intégrase d'intégron à exciser différentes cassettes. Pour ce faire, nous avons étudié l'intégrase chromosomique, SamlntLA, trouvée chez Shewanella amazonensis SB2BT afin de déterminer si cette enzyme est capable d'exciser différentes cassettes, de comparer son activité avec celles des intégrases SonIntIA et IntI2*179E et finalement de comparer les propriétés de l'enzyme sauvage avec celles de quelques enzymes mutantes. Nous avons donc testé la capacité de ces trois intégrases sauvages et de quelques mutantes à exciser plusieurs cassettes contenant différents sites attC. Les résultats démontrent que l'intégrase SamlntLA est beaucoup moins active que les intégrases SonIntIA et IntI2*179E pour effectuer l'excision des cassettes. Ils démontrent aussi que les substitutions V206R, V206K et V206H permettent d'augmenter l'efficacité de SamlntLA à exciser certaines cassettes mais que l'activité de ces intégrases mutantes est inférieure à celle montrée par les intégrases SonIntIA et IntI2*179E. Le deuxième objectif est d'analyser l'influence de l'identité des bases protubérantes et de l'espacement qui les sépare sur l'excision des cassettes par les intégrases d'intégrons. Nous avons ainsi effectué la mutagenèse du site attCdfrAi en amont de la cassette sat2 pour obtenir des variantes de séquences et d'espacement entre les bases protubérantes afin de déterminer comment ces modifications influencent la capacité des intégrases Intll, IntI2*179E, IntI3 et SonIntIA à exciser les cassettes. Nous avons ainsi démontré que l'intégrase Intll est plus efficace pour exciser les cassettes contenant des sites attC caractérisés par des bases protubérantes T et G séparées par 6 nucleotides tandis que l'intégrase IntI3 excise les cassettes contenant un nombre limité de sites attC. Nous avons aussi démontré que les intégrases IntI2*179E et SonIntIA tolèrent les changements de bases protubérantes et qu'elles excisent une plus grande variété de cassettes que les intégrases Intll et IntI3.

Aeromonas salmonicida ssp. salmonicida est un agent pathogène aquatique causant la furonculose chez les salmonidés, particulièrement les poissons d’élevage. L'antibiothérapie est la méthode couramment utilisée pour traiter cette maladie dans le monde entier. Toutefois, son efficacité est menacée par l’apparition de souches résistantes, voire multirésistantes, aux antibiotiques. L’étude de ces souches bactériennes devient donc nécessaire afin d’identifier les éléments génétiques responsables de ces résistances et comprendre comment ils contribuent à la propagation de l’antibiorésistance. C’est dans cette démarche que se positionne la présente étude qui a pour objectif de caractériser de nouveaux éléments génétiques porteurs de résistances aux antibiotiques chez A. salmonicida ssp. salmonicida à l’aide du séquençage à longues lectures. Plus spécifiquement, au centre de ce projet se trouve la souche SHY16-3432 dont l’étude a permis d’identifier trois nouveaux variants de plasmides nommés pAsa9b, pAsa5-3432 et pRAS3-3432, où ces deux derniers confèrent les résistances aux antibiotiques observées. L’analyse des séquences de ces trois variants a révélé qu’ils se distinguent tous de leur contrepartie classique par leur contenu en éléments génétiques mobiles. Le plasmide pAsa5-3432 possède une nouvelle région de multirésistances composée de plusieurs éléments génétiques mobiles. Celle-ci semble avoir été acquise à la suite d’une recombinaison entre deux plasmides. De son côté, pRAS3-3432 porte un nouvel élément inséré qui a uniquement été identifié chez l’agent pathogène porcin Chlamydia suis. Quant à pAsa9b, il se différencie du plasmide de référence par l’absence d’une séquence d’insertion. Ces découvertes soulignent ainsi l’importance des éléments mobiles sur la plasticité génomique d’A. salmonicida ssp. salmonicida ainsi que sa grande capacité d’interactions avec d’autres bactéries incluant des agents pathogènes animaux. En outre, les données obtenues dans ce projet suggèrent qu’il est nécessaire d’utiliser le séquençage à lectures longues pour caractériser complètement le génome de bactéries au plasmidome complexe comme A. salmonicida ssp. salmonicida. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is an aquatic pathogen that causes furunculosis to salmonids, especially in fish farms. Antibiotherapy is a common method used to treat this worldwide disease. Unfortunately, its effectiveness is becoming limited due to the presence of drug-resistant strains and even multidrug-resistance strains of the bacterium. The study of these bacterial strains becomes necessary in order to identify the genetic elements responsible for this resistance and to understand how they contribute to the spread of antibiotic resistance. In this study, we focused on the A. salmonicida subsp. salmonicida strain SHY16-3432 to characterize novel genetic elements conferring resistance to antibiotics using long-read sequencing technologies. It allowed us to identify three novel plasmid variants named pAsa9b, pAsa5-3432 and pRAS3-3432, the latter two being responsible for the observed antibiotic resistance. The sequence analysis of these three variants revealed that they all differ from their classical counterparts through the presence or absence of mobile genetic elements. The plasmid pAsa5-3432 carries a new multi-drug resistance region composed of numerous mobile genetics elements that appears to have been acquired through plasmid recombination. As for pRAS3-3432, it contains a new inserted element that has only been reported in the swine pathogen Chlamydia suis. Lastly, the only variation between pAsa9b and the reference plasmid is the absence of an insertion sequence in pAsa9b. Overall, these discoveries highlight the significant implication of mobile genetics elements in the genomic plasticity of A. salmonicida subsp. salmonicida and suggest that this aquatic bacterium has a high capacity to interact with other bacteria, including animal pathogens. Furthermore, the data obtained suggest that the use of long-read sequencing technologies is required to fully decipher the genome of bacteria possessing complex plasmid repertoire, such as A. salmonicida subsp. salmonicida.

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

De 1956 à 1986, l'utilisation des glycopeptides en thérapeutique infectieuse a été marquée par de francs succès dans le traitement des infections graves dues à des bactéries à Gram positif. La vancomycine et la téicoplanine sont des antibiotiques de grande importance thérapeutique utilisés à travers le monde pour traiter les infections graves dues aux staphylocoques, aux entérocoques, aux streptocoques et à Clostridium difficile à cause de la résistance de ces bactéries à d'autres antibiotiques. Malheureusement, depuis 1986, on a assisté à l'émergence et la dissémination de la résistance aux glycopeptides chez un grand nombre d'espèces pathogènes telles que les entérocoques et plus récemment Staphylococcus aureus résistant à la méticilline. Dans ce contexte de dissémination de la résistance aux glycopeptides, mon projet de doctorat fournit d'importantes données grâce à la mise en évidence d'un réservoir des gènes vanB, vanD et vanG dans la flore intestinale humaine. Nous avons caractérisé pour la première fois plusieurs allèles du gène vanG dans la flore humaine. Puis, nous avons isolé et caractérisé deux nouvelles espèces bactériennes anaérobies résistantes aux glycopeptides. Les analyses phylogénétiques ont montré que ces nouvelles espèces appartiennent au groupe phylogénétique XlVa des Clostridium. La première espèce a été nommée Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-9842T . Cette souche est résistante à la vancomycine du fait de la présence du locus vanB2 porté par le transposon Tn5382. La deuxième espèce isolée a été nommée Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-161101 . Cette souche est résistante à la vancomycine et à la téicoplanine et contient le locus vanD qui confère la résistance aux glycopeptides ainsi qu'un locus apparenté au locus vanG décrit chez les ERG. Il s'agit de la première description du locus vanD de résistance aux glycopeptides dans une espèce autre que les entérocoques habituellement connus comme réservoir de ce locus de résistance. De plus, un nouvel allèle du gène vanG a été caractérisé dans la souche R. gauvreaui CCRI-16110'. Ainsi les résultats de nos travaux ont permis de montrer que le tube digestif humain représente un important réservoir des gènes de résistance aux glycopeptides qui sont parfois présents dans des espèces bactériennes encore inconnues du tube digestif. Ces nouvelles données vont permettre de mieux adapter les outils de contrôle des infections dues à des bactéries résistantes aux glycopeptides. / From 1956 to 1986, glycopeptide use in infectious disease therapy was marked by astounding success for the treatment of serious Gram-positive bacterial infections. Vancomycin and teicoplanin are considered as the last resort glycopeptide antibiotics presently in use for the treatment of serious Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Streptococcus spp. and Clostridium difficile drug-resistant infections. Unfortunately, the last twenty years have seen the emergence and dissemination of glycopeptide-resistant pathogenic strains such as methicillin-resistant Enterococcus spp. and, more recently, methicillin-resistant Staphylococcus aureus. In this context of glycopeptide resistance dissemination, my thesis serves as an important contribution through the identification of vanB, vanD and vanG reservoir genes in the human intestinal flora. We have, for the first time, characterized several alleles of the vanG gene in the human flora and have isolated and characterized two new anaerobic glycopeptide-resistant bacterial strains. Phylogenetic analyses have shown that these new strains belong to the Clostridium XlVa phylogenetic group. The first strain was named Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-98421 . This strain is resistant to vancomycin, due to the presence of the vanB2 locus carried by Tn5382/1549 transposon. The second strain was named Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-16110r and is resistant to vancomycin and teicoplanin. Ruminococcus gauvreaui CCRI-161101 contains the vanD locus, which confers glycopeptide resistance in enterococci, along with a vanG-like locus described for vancomycin-resistant Enterococcus. This is the first description of a glycopeptide resistance vanD locus in a non-Enterococcus strain, the usual vanD locus reservoir. In addition, a new allele of the vanG gene was characterized in the R. gauvreaui CCRI-16110T strain. Therefore, our results demonstrate that the human digestive tract represents an important reservoir of glycopeptide resistance genes, present in yet-to-be-described intestinal bacterial strains. These data will allow the fine tuning of infection control tools against glycopeptide-resistant bacteria.

Le cancer de la prostate est une maladie très hétérogène dont le développement est principalement médié par l'action du récepteur aux androgènes. Ceci a donc résulté en une émergence de thérapies ciblant spécifiquement la voie du récepteur aux androgènes afin de traiter la maladie. Toutefois, tous les patients traités avec ces stratégies thérapeutiques développeront une résistance à celle-ci par des mécanismes dépendants et indépendants du récepteur aux androgènes. Comme la réponse clinique peut seulement être évaluée trois mois après le début de la thérapie, il est primordial de développer un test permettant de prédire précocement la réponse aux traitements. Ceci permettrait d'orienter, le plus rapidement possible, les patients réfractaires vers des thérapies alternatives. L'objectif principal de cette thèse était donc de développer des outils moléculaires afin d'étudier la réponse thérapeutique et l'impact des différents mécanismes de résistance sur celle-ci. Mes travaux présentés dans le chapitre 1 ont démontré qu'il était possible de suivre dynamiquement par imagerie à bioluminescence la réponse aux traitements de cellules cancéreuses prostatiques en immobilisant les cellules isolées grâce à un biofilm de matrice extracellulaire. Afin de suivre la réponse aux anti-androgènes spécifiquement dans les cellules cancéreuses prostatiques, un premier biosenseur basé sur l'activité de deux promoteurs spécifiques a été développé dans le chapitre 2. Celui-ci intègre l'activité du promoteur PCA3, qui est spécifique au cancer de la prostate, et du promoteur PSEBC, qui est sensible aux androgènes, afin de générer un signal luminescent quantitatif et représentatif de la réponse androgénique. Grâce à ce système, la sensibilité de cellules cancéreuses prostatiques isolée de patients naïfs et résistants aux anti-androgènes a pu être corrélée avec la réponse clinique des patients. L'applicabilité de ce biosenseur est toutefois limitée aux cellules exprimant un récepteur aux androgènes transcriptionnellement actif. Un deuxième système exploitant les capacités de la Cre recombinase à décoder l'activité des promoteurs PCA3 et PSEBC en deux signaux bioluminescents spectralement distincts a donc été développé dans le chapitre 3. Ce deuxième système combine tous les avantages et capacités du premier, tout en permettant la détection de cellule n'ayant pas d'activité androgénique. Celui-ci permet donc de visualiser des mécanismes de résistance complexes qui peuvent être indépendants ou dépendants du récepteur aux androgènes et qui collaborent pour échapper aux effets inhibiteurs des anti-androgènes. Les outils développés peuvent cibler et détecter avec précision les cellules épithéliales de cancer de la prostate ainsi que leur réponse aux thérapies. Les travaux de cette thèse ont ainsi ouvert la voie à de nouvelles techniques et connaissances sur des méthodes de diagnostic et de pronostic pour le cancer de la prostate. Ultimement, cela permettra d'améliorer le choix des traitements disponibles afin d'augmenter la qualité de vie des patients. / Prostate cancer is a very heterogeneous disease and its growth is driven mainly by the androgen receptor transcriptional activity. This has led to the development of androgen deprivation therapy as the main treatment of this disease to prevent its progression. However, almost all patients receiving these therapies will develop resistance through the acquisition of androgen receptor dependent and independent mechanisms. The challenge of prostate cancer management is largely due to drug-refractory sub-populations with in heterogeneous tumors. Only few biomarkers have been validated for clinical use and none of them address complex anti-androgens response heterogeneity. The main objective of this thesis was to develop bioluminescence imaging systems to detect and monitor prostate cancer cells therapeutic response. In chapter 1, we have developed an extracellular matrix biofilm coating method to dynamically follow by bioluminescence imaging heterogenous treatment response of prostate cancer cells. In chapter 2, a first biosensor based on the activity of two specific promoters was developed to monitor antiandrogens response specifically in prostate cancer cells. This system integrates a transcriptional amplification system and the activities of the PCA3 and PSEBC gene promoters as a single output driving the firefly luciferase gene reporter. The PCA3 promoter provides the specificity to PCa cells, while the PSEBC promoter measures AR transcriptional activity. When tested on different cohorts of patients from primary PCa to mCRPC, our method could discriminate the overall response of a patient to antiandrogens. However, the applicability of this biosensor is limited to cells expressing a transcriptionally active androgen receptor. A second system exploiting the capacities of Cre recombinase and decoding PCA3 and PSEBC promoter activity in two spectrally distinct bioluminescent signals was therefore developed in chapter 3. This second system combines all the advantages and capacities of the first system, but also allows the detection of prostate cancer cells with no androgenic activity. This method visualizes complex androgen receptor independent and dependent resistance mechanisms and their interactions together to escape from antiandrogen inhibitory effects. The tools developed in this thesis can specifically target and detect prostate cancer cells and their response to therapies. Thus, they have the potential to play an important role in patients therapeutic management and therefore improve their overall survival.

Le parasite Leishmania est l'agent étiologique des leishmanioses, maladies négligées qui affectent les régions les plus pauvres de la planète (Inde, Soudan, Iran, Bengladesh, Amérique du Sud) et figurent parmi les priorités de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Chaque année, 1.5 million à 2 millions d'individus sont infectés et on dénombre entre 80 000 etl50 000 décès par année. En l'absence de vaccin, le traitement des leishmanioses repose sur une chimiothérapie relativement limitée. Les traitements à base d'antimoine demeurent en première ligne de l'arsenal thérapeutique dans les pays endémiques. Près de 70 ans après le début de leur utilisation, leur mécanisme d'action reste mal connu. A ceci s'ajoute une toxicité élevée et une résistance qui prend des proportions endémiques dans certaines régions. Les traitements alternatifs, composés principalement de l'amphotéricine B, de la miltéfosine et de la paromomycine, sont soit extrêmement onéreux pour les régions les plus touchées ou encore sont associés à une toxicité élevée. Dans ce contexte, la nécessité d'approfondir les recherches sur ce parasite est évidente, dans l'objectif de mieux comprendre sa biologie et d'éventuellement définir des nouveaux moyens de lutte. Trois objectifs de recherche ont été définis au cours de mon doctorat et sont présentés dans cette thèse : les deux premiers objectifs concernaient les rôles éventuels de la ptéridine reductase PTR1 et des ptérines réduites dans la résistance aux stress oxydatifs et dans la métacyclogénèse du parasite. Le métabolisme des ptérines est relativement peu connu et le rôle de ces composés reste mystérieux. La métacyclogénèse, processus par lequel le parasite acquiert sa forme infectieuse, est également peu comprise. Les ptérines réduites étant connues chez d'autres organismes pour leur propriété anti-oxydante et ayant été associées à la métacyclogénèse du parasite, nous avons souhaité mieux définir leur rôle dans ces deux aspects essentiels de la biologie du parasite. Le troisième objectif était également relié au stress oxydatif, s'intéressait aux mécanismes d'action des drogues anti-Leishmania et à l'acquisition de la résistance à ces drogues. Effectivement, plusieurs drogues connues pour induire l'apoptose induisent un stress oxydatif. Nous avons émis l'hypothèse qu'un mécanisme commun de mort cellulaire pouvait être induit par ces 11 drogues et que l'existence d'un tel mécanisme pouvait favoriser l'acquisition de multi-résistances chez les mutants résistants. Une étude du rôle des ptérines réduites dans la résistance aux stress oxydatifs a ainsi montré que ces composés pouvaient être ajoutés à la liste des antioxydants dont dispose le parasite. En effet, nous avons montré que les ptérines réduites contribuaient à la survie du Leishmania lorsque celui-ci est soumis à des stress de nature oxydatifs ou nitrosatifs, tant exogène que cellulaire, c'est-à-dire générés par un macrophage activé. Les ptérines contribuent donc également à l'infectivité du parasite. Nous avons ainsi pu proposer un nouveau rôle pour ces composés. Une étude protéomique de la métacyclogénèse d'une souche de Leishmania sauvage et d'une souche inactivé pour le gène codant la ptéridine reductase PTR1 a permis l'identification de plus de 200 protéines différentiellement exprimées. La mise en évidence de l'augmentation du nombre de protéines différentiellement exprimées suggère indirectement l'implication de PTR1 ou des ptérines réduites dans ce processus de differentiation essentiel à la biologie du parasite. Par ailleurs, la variation de l'expression des protéines associées à la mobilité, à la résistance au stress oxydatif ou encore aux mécanismes d'expressions géniques suggère un rôle important de ses voies dans la métacyclogénèse. Enfin, une étude du mécanisme d'action des drogues anti-Leishmania a mis en évidence un modèle dichotomique de la mort induite par ces drogues. En effet, l'antimoine, la miltéfosine et l'amphotéricine B induisent la mort cellulaire programmée par apoptose avec une accumulation d'oxydants alors que la paramomycine et le methotrexate (drogue modèle) induisent la mort différemment. L'existence de mécanismes d'action communs, et notamment l'induction d'un stress oxydant, a également pour conséquence de faciliter, chez les mutants résistants, l'acquisition de multi-résistances dès lors que la drogue pour laquelle ils sont sélectionnés induit le même type de mort. Ces résultats présentent des conséquences importantes relativement aux mécanismes d'acquisition de la résistance et au développement des thérapies mti-Leishmania.

Cette thèse, organisée en trois essais, porte sur l’économie de la santé des populations et traite l’analyse bioéconomique de la résistance aux antibiotiques. Elle aborde les enjeux sociaux économiques de l’utilisation inter-temporelle des antibiotiques en considérant l’efficacité de traitement comme une ressource renouvelable ou non renouvelable. Nos résultats d’analyse visent une contribution scientifique à la gestion parcimonieuse, efficace et durable des antibiotiques disponibles. Un tel objectif apparait aujourd’hui comme une alternative viable à la capacité limitée du marché à offrir de nouveaux antibiotiques contre les bactéries résistantes. Nous combinons ici (1) une approche épidémiologique, qui permet de modéliser la transmission des maladies infectieuses et l’efficacité de traitement des antibiotiques, et (2) une approche économique qui consiste à modéliser la demande d’antibiotiques et le taux de traitement de la population. Le premier essai (chapitre I) porte sur l’analyse dynamique de l’usage médical d’antibiotiques dans un contexte de la résistance bactérienne. Nous comparons ici le taux de traitement médical avec le taux de traitement socialement optimal. Nous postulons un modèle avec un médecin représentatif qui traite la population avec un seul antibiotique. La demande d’antibiotique dépend de la fraction d’individus prêts à payer pour obtenir le traitement. L’utilité instantanée du médecin dépend du revenu de son travail et du niveau d’altruisme par lequel il intègre le bien-être de la population dans son objectif. Sous ces hypothèses, les résultats de simulation montrent une forte incitation à prescrire l’antibiotique lorsque le médecin est altruiste et lorsqu’il bénéficie d’une rémunération fixe lui garantissant une ressource financière stable en tout temps. Dans cette situation, le médecin accorde une priorité à la guérison des patients et surutilise l’antibiotique, accélérant ainsi l’effet de la résistance bactérienne. Ce qui n’est pas le cas lorsque le médecin est rémunéré à l’acte qui sous-utilise l’antibiotique à court et à moyen termes. En prescrivant moins l’antibiotique, il anticipe qu’une hausse de l’infection augmente son revenu dans le futur. Le second essai (chapitre II) analyse la demande d’antibiotiques en accès libre lorsque deux antibiotiques sont disponibles. Le modèle épidémiologique développé à cet effet montre une interaction entre les réservoirs d’efficacité de traitement. Les fonctions d’interaction spécifiées ici peuvent avoir un effet positif (mutualisme) ou défavorable (prédation) à l’évolution des efficacités de traitement des antibiotiques. Les résultats de simulation montrent que les patients utilisent d’abord l’antibiotique doté d’un rapport qualité cout élevé (qualité relative) et ayant la plus forte guérison additionnelle. Cet avantage de traitement tend vite à diminuer sous l’effet de la résistance alors que l’efficacité de traitement de l’antibiotique substitut s’apprécie. Les patients vont ensuite utiliser les deux antibiotiques en même temps. Cet effet de substitution est en particulier favorisé par l’interaction positive entre les efficacités de traitement. A l’état stationnaire, cet effet mutualisme disparait et l’un des antibiotiques ne sera plus utilisé. Le troisième essai (chapitre III) examine l’ordre optimal de l’utilisation des antibiotiques dans un cadre social. L’objectif du planificateur social consiste à maximiser le bien-être agrégé de la population, y compris celui des individus en bonne santé. Le cout social d’utilisation d’un antibiotique inclut à la fois le cout de production pharmaceutique et les couts externes de traitement liés à la résistance aux antibiotiques et au risque de contagion des infections. Les résultats d’analyse montrent qu’on doit utiliser les antibiotiques par ordre séquentiel lorsqu’un antibiotique domine sur l’autre à la fois en termes de qualité relative (rapport qualité-coût social) et de qualité nette (différence qualité-coût social). En revanche, il convient d’utiliser les deux antibiotiques simultanément lorsqu’ils ont chacun un avantage de traitement sur l’autre, l’un en termes de qualité relative et l’autre en termes de qualité nette. / This thesis adds to the literature of population health by taking an economic perspective. Specifically, it focuses on the bioeconomic analysis of antibiotic resistance. It addresses the socioeconomic issues of the inter-temporal use of antibiotics by considering treatment efficacy of an antibiotic as a renewable or non-renewable resource. Our analysis informs the scientific debate on the parsimonious, effective and sustainable management of available antibiotics. This type of management now appears as a viable alternative to the limited ability of the market to offer new antibiotics capable of dealing with resistant bacteria. We combine (1) an epidemiological approach, which allows the modelling of the transmission of infectious diseases and antibiotic efficacy treatment, and (2) an economic approach, which consists in modelling the demand for antibiotics as well as the private and socially optimal treatment rate of antibiotics. This thesis is organized in three essays. The first essay (Chapter I) focuses on the dynamic analysis of a physician’s prescription rate/ use of antibiotics in a context of bacterial resistance. We compare the physician’s treatment of medical treatment with the socially optimal treatment rate. We postulate a model with a representative physician who treats the population with a single antibiotic. The demand for antibiotics depends on the fraction of individuals willing to pay for the treatment given a prevailing level of antibiotic resistance. The physician's instant utility depends on the income from his work and the level of his/her altruism towards the population welfare. Under these hypotheses, the results show a strong incentive to prescribe the antibiotic when the physician is altruistic and receives a fixed remuneration at all times. In this case, the physician gives priority to healing patients and overuses the antibiotic, accelerating therefore the effect of bacterial resistance. This is not the case when the physician is paid via a fee for services, he/she underutilizes the antibiotic in the short and medium term. By prescribing the antibiotic less, he/she anticipates that an increase in infection will increase his/her remuneration in the future. The second essay (Chapter II) analyzes the demand of the antibiotics available under open access (generic industry) when two antibiotics are available. The epidemiological model developed for this purpose shows an interaction between the reservoirs of treatment efficiency. The interaction functions specified here may have a positive (mutualism) or unfavourable (predation) effect on the evolution of antibiotic treatment efficiencies. Simulation results show that patients first use the antibiotics with the high quality-cost ratio (relative quality) and the greatest additional recovery rate. This advantage tends to decrease under the effect of rising bacterial resistance while the treatment efficiency of the substitute antibiotic increases. Patients will then use both antibiotics simultaneously. This substitution effect is in particular favoured by the positive interaction between the treatment efficiencies. At steady state, this mutualism effect disappears and only one of the antibiotics (depending on the bio-economic parameters) will be used. The third essay (Chapter III) examines the optimal order of the use of antibiotics from social point of view. The goal of the social planner is to maximize the aggregate welfare of the population, including that of healthy individuals. The social cost of using an antibiotic includes pharmaceutical production costs, the external costs of treatment related to antibiotic resistance and the risk of contagion. The results of the analysis show that the antibiotics should be used in sequential order when one antibiotic dominates the other in terms of relative quality (social quality-cost ratio) and net quality (social quality-cost difference). On the other hand, both antibiotics should be used simultaneously when one dominates in terms of relative quality and the other in terms of net quality.

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Le taux de survie à 5 ans est d'environ 90%. La cause principale d'échec au traitement demeure la rechute survenant dans environ 20% des cas. Avec le plafonnement du taux de survie, considérer de nouvelles approches pour mieux prévenir, anticiper et gérer la chimiorésistance entraînant l'échec thérapeutique est nécessaire. La pharmacoépigénomique est une discipline émergente qui étudie comment les changements de l'épigénome, dont la méthylation de l'ADN (meADN), influencent la réponse aux médicaments. Sachant que les signaux environnementaux peuvent changer la meADN, certaines marques de méthylations présentent en LLA au diagnostic ou acquises durant le traitement pourraient prédire la réponse initiale au traitement ou l'évolution vers la chimiorésistance.Le but de mon projet était d'identifier des marques de meADN associées à la réponse aux thérapies en LLA pédiatrique. Le premier objectif a identifié dans une cohorte de LLA pédiatrique, 16 sites CpG de pharmacogènes candidats dont la méthylation au diagnostic est associée à un pronostic favorable (*DOK5, PTGS2, VEGFC*) ou défavorable (*ACTG1, ADORA2A, PATZ1*). Le second objectif a évalué les changements de meADN de régions de 100pb dans un modèle cellulaire de LLA chimiorésistant au méthotrexate. Plusieurs changements de meADN ont été observés dans le modèle résistant alors que peu de changements étaient présents dans le modèle sensible après 72 heures d'exposition au méthotrexate (55 445 vs 390 régions). Des analyses d'enrichissement génique de ces régions révèlent des voies liées à des fonctions cellulaires importantes, dont la réponse cellulaire au stress et le métabolisme des carbohydrates. Ces résultats appuient l'intérêt de comprendre la contribution des changements de meADN dans la réponse et la chimiorésistance en LLA pour les exploiter comme outils cliniques. L'étude des mécanistiques par lesquels ces changements mènent à la progression et la chimiorésistance pourrait révéler des cibles thérapeutiques innovantes. / Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common pediatric cancer. The 5-year survival rate is approximately 90%. The main cause of treatment failure is disease relapse, occurring in about 20% of cases. With the survival rate plateauing, it is imperative to consider new approaches to better anticipate and manage chemotherapy resistance, which inevitably leads to relapse. The pharmacoepigenomics is an emerging discipline that studies how changes in the epigenome, including DNA methylation, influence drug response. The methylation marks can change under the influence of environmental signals. Some methylation marks present in ALL at diagnosis could be determinants of the initial treatment response and their evolution during exposure to chemotherapy could participate in chemoresistance acquisition. The goal of my project was to identify DNA methylation marks associated with therapy response in pediatric ALL. Using a pediatric ALL cohort, the first objective has identified 16 CpG sites in pharmacogenes for which the methylation at diagnosis was associated with a favorable (*DOK5, PTGS2, VEGFC*) or an unfavorable (*ACTG1, ADORA2A, PATZ1*) outcome. The second objective was to evaluate the changes in methylation of 100bp DNA regions in an ALL cell model with conferred resistance to methotrexate chemotherapy. While the resistant model gained or lost thousands of methylation marks (55,445 regions), exposing a sensitive model to 72 hours of methotrexate resulted in fewer changes (390 regions). Gene Set Enrichment Analysis of the modified regions showed an enrichment of pathways linked with important cellular functions such as cellular stress responses and carbohydrate metabolism. These results support the need to better understand the role of DNA methylation changes in chemotherapy response and resistance in order to employ them as clinical tools. Investigating the mechanisms by which these changes contribute to the progression or drug resistance in ALL may reveal novel therapeutic targets.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les infections causées par des pathogènes fongiques sont un problème de santé publique inquiétant. Le taux de mortalité des patients avec une infection fongique invasive dépasse souvent 50%, et ce, même s'ils sont traités. Des études ont estimé que plus de décès sont causés chaque année par les maladies fongiques que par la tuberculose et la malaria. Malgré cela, les infections fongiques ont été très peu étudiées comparativement aux autres types de maladies infectieuses. Les antifongiques tels que les azoles sont essentiels pour traiter les mycoses. Cependant, l'évolution de la résistance met en péril notre capacité à traiter les patients infectés. Plusieurs mutations dans la cible moléculaire des azoles, Erg11, sont connues pour conférer la résistance. Pourtant, nos connaissances actuelles ne sont pas suffisantes pour être utilisées en clinique afin d'assister le choix de traitement et pour aider à développer de nouveaux médicaments. Nous avons construit un système pour étudier des variants d'ERG11 de pathogènes fongiques comme Candida albicans dans la levure modèle Saccharomyces cerevisiae. Nous avons remplacé le promoteur natif d'ERG11 de S. cerevisiae (ScERG11) avec un promoteur répressible à la doxycycline afin de supprimer l'expression du gène. Nous avons confirmé qu'ERG11 de C. albicans (CaERG11) complémente la fonction de ScERG11. Nous montrons également que des mutations de résistance telles que G464S dans CaERG11 peuvent être reconstituées dans notre système. De plus, en utilisant une approche de type Deep Mutational Scanning, nous avons construit une librairie exhaustive de CaERG11 comprenant presque 8000 mutants. Finalement, nous avons utilisé notre système pour caractériser des mutations dans CaERG11. Nous avons découvert de nouvelles mutations de résistance au fluconazole tout en décrivant des mutations déjà reportées dans la littérature. Ultimement, nous caractériserons systématiquement les mutations dans CaERG11 qui confèrent la résistance aux azoles et évaluerons leur impact sur la fonction de la protéine. / Infections caused by fungal pathogens are a concerning public health problem. The mortality rate of patients with an invasive fungal infection often exceeds 50%, even when they are treated. Studies estimated that more than 1.7 million deaths are caused by fungal disease each year, which is more than tuberculosis or malaria. Despite this, fungal infections have been understudied in comparison to other types of infectious diseases. Antifungals such as azoles are crucial medications to treat mycosis. However, the evolution of resistance to these molecules jeopardizes our ability to treat infected patients. Many mutations in the azole target Erg11 are known to confer resistance. Yet, our current knowledge is not sufficient to be used in clinics to assist the choice of treatment and to help in the development of new drugs. We built a system to study ERG11 variants of fungal pathogens like Candida albicans in the model yeast Saccharomyces cerevisiae. We replaced the native ERG11 promoter of S. cerevisiae (ScERG11) with a doxycycline repressible promoter to suppress the expression of the gene. We confirmed that ERG11 of C. albicans (CaERG11) complements the function of ScERG11. We also show that the resistance phenotypes due to mutations such as G464S in CaERG11 can be reconstituted in our system. Furthermore, using a Deep Mutational Scanning approach, we constructed an exhaustive library of nearly 8000 variants in CaERG11 and validated its completeness by high throughput sequencing. Finally, we confirmed that our system can be used to characterize azole resistance mutations. We screened the CaERG11 library with fluconazole and isolated resistant variants. We discovered new resistance mutations while describing mutants already reported in the literature. Ultimately, our system will be used to systematically characterize azole resistance mutations in ERG11 and to evaluate the impact of mutations on the protein function.

Raisonnement: Les mécanismes post-transcriptionnels occupent une place importante au sein de la régulation de l’expression génique. L’expression génique est cruciale au bon développement de la cellule, mais également à sa survie. L’altération des mécanismes post-transcriptionnels fait maintenant l'objet de nombreuses études sur la cause ou la conséquence de différentes pathologies humaines telles que le cancer. Récemment, les Granules de Stress (GS) ont été trouvées à agir comme un nouveau mécanisme post-transcriptionnel, qui permet à la cellule de survivre en conditions de stress. Résultats: Notre étude démontre pour la première fois, la formation de GS dans les cellules cancéreuses traitées avec un agent chimiothérapeutique. De cela, nous avons élucidé un sentier spécifique de formation des GS en réponse au Bortézomib (Bz). Nous avons montré que cet inhibiteur de protéasome réduit l’initiation de la traduction via la phosphorylation du facteur de l’initiation de la traduction (eIF2). Cette phosphorylation d’eIF2 se produit via l’activation de la kinase de stress HRI (Heme-Regulated kinase). La suppression de la voie de phosphorylation d’eIF2-GS via la déplétion de HRI favorise une mort cellulaire accrue chez les cellules cancéreuses traitées au Bz. Ces données révèlent donc un rôle important pour HRI dans la résistance des cellules cancéreuses face au Bz, en partie par l’entremise de sa capacité à réguler la formation de GS. Pour faire suite à cette étude, nous décrivons que le facteur anti-apoptotique p21 est séquestré à l’intérieur des GS qui sont induites par le Bz. L’emprisonnement de l’ARNm p21, hautement instable, à l’intérieur des GS permet à cet ARNm d’être protégé, stabilisé et donc accumulé. Nous démontrons que la protéine de liaison à l’ARN, CUGBP1, est responsable de la localisation de l’ARNm p21 à l’intérieur des GS en réponse au Bz. Après un traitement prolongé de Bz, les GS sont désassemblées et ainsi relâchent une grande quantité d’ARNm p21 qui devient alors disponible pour être traduite. Cette traduction massive de p21 apporte alors un élan anti-apoptotique à la cellule cancéreuse ce qui lui permet de survivre au traitement chimiothérapeutique de Bz. Conclusions et perspectives: En somme, ces études décrivent une nouvelle voie spécifique de survie cellulaire qui implique un rôle potentiel pour les GS dans le cancer et qui pourrait être ciblée en thérapie. En perspective, des tumeurs xénogreffes chez la souris seront utilisées pour tester si (i) la suppression des GS via l’inactivation de HRI, et (ii) l’inactivation de la voie CUGBP1-p21, qui est régulée par les GS, sensibiliseraient les tumeurs au Bz, validant ainsi notre modèle in vivo. Ces études apporteraient des preuves de concept pour le développement de nouvelles stratégies ciblant les voies associées au GS et qui pourraient être utilisées en thérapie combinatoire pour diminuer le risque de résistance face au traitement de Bz. / Rationale: Post-transcriptional mechanisms play an important role in the regulation of gene expression. Gene expression is crucial for the proper development of the cell but also for its survival. The alteration of post-transcriptional mechanisms is now the subject of numerous studies on the cause, or on the consequence, of various human diseases such as cancer. Recently, Stress Granules (SG) have been found to act as a new post-transcriptional mechanism, which allows the cell to survive in stress conditions. Results: Our study demonstrates for the first time, the formation of SGs in cancerous cells, in response to a chemotherapeutic agent. From this we have elucidated a specific pathway of SG formation in response to Bortezomib (Bz). We demonstrate herein that this proteasome inhibitor reduces translation initiation via the phosphorylation of the initiation factor (eIF2). This phosphorylation of eIF2 is controlled through the activation of the heme-regulated kinase (HRI). The alteration of the pathway phospho-eIf2-SG, through depletion of HRI, causes massive cellular death in Bz treated cancerous cells. These data thus reveal a crucial role for HRI in the resistance of cancerous cells against Bz, in part via its capacity to regulate SG formation. Furthermore, we describe the anti-apoptotic factor p21 to be trapped inside Bz-SGs. This sheltering of the highly unstable p21 mRNA allows this one to be protected from degradation, which can be stabilized and accumulated. We also demonstrate, herein, that the RNA-binding protein CUGBP1 acts as a factor responsible for the localization of the p21 mRNA inside Bz-SGs. After prolonged treatment of Bz, SGs disassemble and release a high dose of p21 mRNA that becomes available for translation. This massive translation of anti-apoptotic p21 gives a boost to the cell that allows it to survive the stress. Perspectives and Conclusion: In sum, our studies describe a new specific pathway of cell survival that implies a potential role for SGs in cancer, which could be targeted in therapy. In perspective, xenograft tumors in mice will be used to test if (i) the inhibition of SG formation via the inactivation of HRI, and (ii) the inactivation of the CUGBP1-p21 pathway that is regulated by SGs, can both sensitize tumors to Bz treatment thus validating our model in vivo. These studies will provide us with a proof of principle for the development of new strategies targeting SG-associated pathways. Combinatorial therapies implicating the termination of such pathways could be developped in order to reduce the risk of recurrence against Bz.