L'épilepsie affecte environ 1% de la population. Il s'agit d'une maladie où les crises d'épilepsie surviennent de façon spontanée et imprévue. La prise en charge de ces crises peut se faire par des antiépileptiques, mais dans environ 20 à 30% des cas, les épilepsies ne répondent pas ou peu aux médicaments. Il s'agit alors d'épilepsies pharmacorésistantes. Un des traitements de recours utilisé pour la prise en charge de ces épilepsies est le régime cétogène. Le régime cétogène consiste à apporter une large quantité de lipides, pour une faible quantité de protéines et de glucides. Le régime possède des propriétés anticonvulsivantes, décrites chez l'Homme et le rongeur, mais les mécanismes d'action restent inconnus à ce jour. Plusieurs mécanismes ont été suggérés tels que : les propriétés anticonvulsivantes des corps cétoniques, la modulation de la neurotransmission, la modulation de l'excitabilité cérébrale via la modulation de canaux ioniques tels que les KATP. L'implication des acides gras poly-insaturés (AGPI) a également été suggérée. Ceux-ci pourraient moduler la fluidité membranaire, l'activité des canaux ioniques ou encore les voies de l'inflammation. Notre hypothèse de travail a été d'explorer des voies supposées être impliquées dans les propriétés anticonvulsivantes du régime cétogène. Nous nous sommes intéressés aux AGPI et à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha (peroxisome proliferator-activated receptor alpha) en comparaison au régime cétogène. Nous avons utilisé un modèle murin d'état de mal épileptique (lithium-pilocarpine) et l'induction de crises épileptiques avec mesure du seuil au pentylènetétrazole.<br />Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.<br />Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha

Tuberculosis (TB) is a potentially fatal contagious disease that can affect almost any part of the body but is mainly an infection of the lungs. It is caused by micro-organisms of the Mycobacterium tuberculosis complex. It is the second greatest killer worldwide due to a single infectious agent, after the Human Immunodeficiency Virus (HIV). Without treatment, fatality is 50% in immune competent persons. TB remains the leading cause of death among HIV positive persons, causing one fifth of the deaths. The World Health Organization estimates that one third of the world population is infected by this micro-organism but only 5 to 10% develop TB disease. Nevertheless, this enormous reservoir leads to around 1.4 millions deaths annually. Standard curative treatment lasts at least 6 months and includes 4 different drugs. Toxicity of the drugs leading to (severe) adverse events and the long duration of the daily administration challenges patient’s compliance. Subinhibitory concentration of the drugs (due to poor adherence) can induce resistance of the mycobacteria to the provided drugs. Unlike most bacteria where resistance is acquired by plasmids, drug resistance of mycobacteria is obtained by genomic mutations. “Multi drug-resistant tuberculosis (MDR-TB)” is strictly defined as TB resistant to specifically isoniazid and rifampicin, the two main first line drugs. “Extensively drug resistance (XDR)” is defined as MDR-TB with additional resistance to any of the fluoroquinolones (such as ofloxacin or moxifloxacin) and to at least one of three injectable second-line drugs (amikacin, capreomycin or kanamycin). The increase of MDR-TB represents an enormous challenge to Public Health globally. This research examined different aspects of tuberculosis resistance performed in the Belgian National Reference Center, a clinical laboratory setting. <p><p>First of all, a profound analysis of the MDR-TB situation in Belgium was conducted. It is the first retrospective population-based survey of MDR-TB in Belgium, covering a 15-year period (1994-2008). It comprises 174 patients representing more than 80% of the culture positive MDR-TB patients reported to the Belgian register, thus this study is considered of national relevance. It includes bacteriological and molecular data on the isolates as well as clinical aspects of the patients and treatment results. Considering only the patient’s first MDR-TB isolate, an increase over time was observed in the number of isolates resistant to a second-line drug as well as the total number of drugs each isolate was resistant to. XDR-TB was detected since 2002 and panresistant TB (resistant to every available antituberculosis drug) since 2009. Overall, a successful treatment outcome was obtained for 67.8% of the MDR-TB cases. Drug susceptibility testing (DST) of Mycobacterium tuberculosis to first line drugs (isoniazid, rifampicin, ethambutol and pyrazinamide) in liquid culture medium has a turn around time of at least two weeks, after identification of the positive culture (obtained after 2 to 4 weeks) from the patient’s clinical isolate. In order to provide the clinician with valuable information about the isolated mycobacteria leading to patient adapted therapy before bacteriological DST results are available, resistance is predicted by detection of mutations in certain genes of the mycobacteria. It is common practice for rifampicin (rpoB gene) and isoniazid (katG gene and/or inhA promoter region). In this MDR-TB collection, rifampicin resistant related mutations were found in 97.1% (168/173) of the clinical isolates and isoniazid resistant related mutations in 94.1% (160/170). The pncA, embB and gyrA genes have been sequenced to identify possible mutations because of their possible involvement with resistance to pyrazinamide, ethambutol and the fluoroquinolones respectively. However, little is known about the resistance prediction value of the mutations in these genes.<p>The study is also the first study on the molecular epidemiology of MDR-TB in the country. DNA fingerprinting showed a large diversity of strains (67% of the patients were infected by a strain with a unique pattern) and further epidemiological examination revealed limited local transmission of MDR-TB in Belgium.<p><p>The second part investigated the pncA gene and its association with pyrazinamide resistance in MDR-TB isolates from Belgium and in vitro cultured spontaneous mutants. The genetic analysis showed that 98.3% (59/60) of the Belgian clinical MDR pyrazinamide resistant (PZAR) isolates present a mutation in the pncA gene. We found 1.7% (1/60) of the PZAR MDR-isolates encoding wild type pncA and flank. A total (PZAR and PZAS) of 41 different amino acid changes, 3 protein truncations and 5 frameshifts were observed including eight novel mutations: 8Asp>Ala, 13Phe>Leu, 64Tyr>Ser, 107Glu>stop, 143Ala>Pro, 172Leu>Arg and frameshifts starting in codon 55 and 82. Analysis of all observed mutations (i.e. in clinical isolates as well as spontaneous mutants) revealed that they are not always associated with drug resistance and that they are not scattered randomly throughout the gene, but occur rather at preferential sites such as in codons with amino acids associated with either iron or substrate binding and catalytic active sites. The frequency of in vitro mutagenesis to pyrazinamide at pH 6.0 was determined and found to be relatively high at 10-5 CFU/ml.<p><p>Finally, the in vitro activity of tobramycin and clarithromycin (with unclear efficacy against M. tuberculosis) was evaluated on 25 M. tuberculosis clinical isolates with various resistance profiles. The effect of the drugs administered together was examined for possible synergistic effect. The median minimum inhibitory concentration (MIC) of 8 µg/ml obtained for both drugs in this study is rather high but are beyond the concentrations obtained in lung tissues. This suggests that both drugs should be investigated further as potential adjuncts to the treatment of resistant TB when other alternatives have failed; in particularly through new drug delivery systems such as the Dry Power Inhaler which allows local drug deposition with high drug concentrations in the lungs but low toxicity due to limited systemic absorption. In addition, for 36% of the tested isolates a decrease of the MIC of clarithromycin by a single or twofold dilution was observed in the presence of a subinhibitory concentration of tobramycin and no antagonistic effect was seen for the remaining isolates.<p><p>This research illustrates different (laboratory) aspects in the fight against drug resistant TB, all using the Belgian TB collection: characterisation of the Belgian MDR-TB situation on bacteriological, molecular and epidemiological level; profound analysis of genomic mutations and their possible association with drug resistance; and investigation of synergistic activity of drugs with low efficacy against M. tuberculosis.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les maladies infectieuses constituent un sérieux problème de santé publique aussi bien dans les pays en développement où elles sont la principale cause de taux de mortalité élevés, que dans les pays industrialisés où les résistances aux antibiotiques existants se développent de façon alarmante. Cette situation engendre un besoin sans cesse croissant de trouver de nouveaux composés antimicrobiens et/ou inhibiteurs de mécanismes de résistances aux antibiotiques. Les plantes médicinales, notamment celles utilisées de façon traditionnelle dans les pays en développement, constituent une source potentielle de ce type de composés. C’est dans ce cadre que l’espèce Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), une plante dont les écorces de racines et les feuilles sont traditionnellement utilisées en République Démocratique du Congo pour combattre les maladies infectieuses, a été étudiée sur le plan tant de ses activités biologiques que de sa composition chimique. Les extraits obtenus à partir des écorces de racines de cette plante ont montré d’intéressantes activités biologiques, (i) un effet antimicrobien direct (bactéricide pour les bactéries gram positif et bactériostatique pour les gram négatif) et indirect (augmentation ou restauration de l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes); (ii) un effet inhibiteur sur deux des gènes impliqués dans le quorum sensing de Pseudomonas aeruginosa, lasB and rhlA; (iii) un effet antiplasmodial sur une souche chloroquino-sensible de Plasmodium falciparum; (iv) un effet antioxydant mis en évidence par réaction avec le radical libre DPPH. Pour les extraits de feuilles, seule l’activité antiplasmodiale a été observée. <p>Les extraits d’écorces de racines, doués d’activité antimicrobienne directe (extrait méthanolique) et indirecte (extrait n-hexanique) ont été soumis à une série de fractionnements dans le but d’isoler et d’identifier les composés actifs. Pour suivre l’activité lors des fractionnements, le milieu de culture utilisé pour la détection des composés actifs sur une plaque chromatographique (CCM-bioautographie) a été optimisé. Le composé férulaldéhyde, isolé de l’extrait méthanolique, a montré des propriétés antimicrobiennes, antioxydantes et antiplasmodiales. De l’extrait n-hexanique ont été isolés deux composés, l’un actif, le lupéol et l’autre inactif, la friedéline. Le lupéol a montré un effet antimicrobien indirect en réduisant la CMI de certains antibiotiques vis-à-vis d’une souche de MRSA. Ces trois composés, s’ils ont déjà été identifiés dans d’autres plantes, sont décrits pour la première fois dans l’espèce Cordia gilletii ;et ce travail constitue le premier rapport de l’effet antimicrobien indirect du lupéol. <p>Dans le but de s’assurer de l’innocuité des extraits de C. gilletii, une recherche d’alcaloïdes pyrrolizidiniques (APs) a été réalisée par GC-MS. Ces alcaloïdes présentent en effet un réel danger pour la santé humaine et la famille des Boraginaceae, à laquelle appartient l’espèce C. gilletii, est connue comme une des principales sources de ces composés. Aucun AP n’a pu être mis en évidence dans les extraits d’écorces de racines et de feuilles de cette plante jusqu’à une limite de détection de 2 ppm, suggérant ainsi une absence de risque toxicologique en relation avec ces alcaloïdes. Ces résultats rassurants restent à confirmer sur d'autres échantillons obtenus dans des lieux de récolte différents.<p>Le présent travail montre que C. gilletii peut agir contre les microorganismes pathogènes par :(i) son action antimicrobienne directe (due entre autre au férulaldéhyde); (ii) son effet antimicrobien indirect (dû au lupéol), effet permettant d’augmenter ou de restaurer l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes ;et (iii) son effet inhibiteur de l’expression des gènes du quorum sensing, effet permettant d’atténuer la virulence d’agents infectieux. Ces actions peuvent permettent de faire face aux infections dues notamment à des microorganismes résistants.<p><p><p><p>Infectious diseases remain a serious public health problem both in developing countries, where they are the main cause of the high mortality rates recorded, and in industrialized countries where there is an alarming incidence of antibiotic resistance. There is thus an increasing need for new compounds that can act by a direct antimicrobial effect or by an indirect effect, inhibiting resistance mechanisms of microorganisms. Medicinal plants, particularly those traditionally used against infectious diseases in developing countries, are a probable source for these types of compounds. In this context, Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), a medicinal plant from which root barks and leaves are traditionally used against infectious diseases in Democratic Republic of Congo, was investigated for biological activities and phytochemical composition. Root bark extracts showed interesting biological activities: (i) antimicrobial properties, acting directly (bactericid and bacteriostatic effects against gram positive and gram negative bacteria, respectively) or indirectly (enhancement or restoration of antibiotic activity on resistant strains); (ii) inhibitory effect on the expression of two Pseudomonas aeruginosa QS genes, lasB and rhlA; (iii) antiplasmodial effect against a chloroquine sensitive strain of Plasmodium falciparum; (iv) antioxidant effect determined by the free radical DPPH quenching. Leaves extracts showed only antiplasmodial activity. <p>Root barks extracts with the highest direct (methanol extract) and indirect (n-hexane extract) antimicrobial properties were fractionated to isolate and to identify the active compounds. To bio-guide the fractionation, the culture medium for the detection of active compounds on chromatographic plates (TLC-bioautography) was optimized. The compound ferulaldehyde, isolated from the methanol extract, showed antimicrobial, antioxidant and antiplasmodial properties. From the n-hexane extract two compounds were isolated, lupeol and friedelin. Lupeol showed indirect antimicrobial effect by decreasing the MIC of some antibiotics against MRSA; whereas friedelin was inactive. Although these three compounds have already been described in other plant species, this is the first report of their occurence in Cordia gilletii; the indirect antimicrobial effect of lupeol is described for the first time in this work. <p>As it belongs to the family of Boraginaceae, a family well known as one of the most important sources of pyrrolizidine alkaloids (PAs), Cordia gilletii is susceptible to contain these toxic compounds that were consequently researched. A GC-MS analysis did not reveal the presence of PAs (detection limit, 2 ppm) in root barks and leaves extracts of C. gilletii, suggesting a lack of PA-related toxicity of this plant. This reassuring finding needs to be confirmed with samples harvested at different locations.<p>This work reveals that C. gilletii may act against pathogenic microorganisms by: (i) a direct antimicrobial effect (partly due to férulaldéhyde); (ii) the enhancement or restoration of antibiotic activity against resistant strains (effect of lupeol); and (iii) an inhibitory effect on the expression of quorum sensing regulator genes, decreasing the virulence of microorganisms. These actions could help to fight infections caused by resistant strains. <p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le programme d’élimination du paludisme de l’OMS est menacé par l’émergence etla propagation potentielle de parasites de l’espèce Plasmodium falciparum résistants à l’artémisinine. Récemment il a été montré que (a) des SNPs dans une région du chromosome 13 subissaient une forte sélection positive récente au Cambodge,(b) plusieurs sous-populations de parasites de P. falciparum résistants et sensibles à l’artémisinine étaient présentes au Cambodge, (c) des mutations dans le domaine Kelch du gène k13 sont des déterminants majeurs de la résistance à l’artémisinine dans la population parasitaire cambodgien et (d) des parasites de sous-populations du nord du Cambodge près de la Thaïlande et du Laos sont résistants à la méfloquine et portent l’allèle R539T du gène de k13.Il est donc nécessaire d’identifier la base génétique de la résistance dans le but de surveiller et de contrôler la transmission de parasites résistants au reste du monde, pour comprendre le métabolisme des parasites et pour le développement de nouveaux médicaments. Ce travail a porté sur la caractérisation de la structure de la population de P. falciparum au Cambodge et la description des propriétés métaboliques des sous-populations présentes ainsi que des flux de gènes entre ces sous-populations. Le but est d’identifier les bases génétiques associées à la transmission et l’acquisition de résistance à l’artémisinine dans le pays.La première approche par code-barre a été développée pour identifier des sous-populations à l’aide d’un petit nombre de loci. Une approche moléculaire de PCR-LDR-FMA multiplexée et basée sur la technologie LUMINEX a été mise au point pour identifier les SNP dans 537 échantillons de sang (2010 - 2011) provenant de 16centres de santé au Cambodge. La présence de sous-populations le long des frontières du pays a été établie grâce à l’analyse de 282 échantillons. Les flux de gènes ont été décrits à partir des 11 loci du code-barre. Le code-barre permet d’identifier les sous-populations de parasites associées à la résistance à l’artémisinine et à la méfloquine qui ont émergé récemment.La seconde approche de caractérisation de la structure de la population de P.falciparum au Cambodge a été définie sur la base de l’analyse de 167 génomes de parasites (données NGS de 2008 à 2011) provenant de quatre localités au Cambodge et récupérés à partir de la base de données ENA. Huit sous-populations de parasites ont pu être décrites à partir d’un jeu de 21257 SNPs caractérisés dans cette étude. La présence de sous-populations mixtes de parasite apparait comme un risque majeur pour la transmission de la résistance à l’artémisinine. L’analyse fonctionnelle montre qu’il existe un fond génétique commun aux isolats dans les populations résistantes et a confirmé l’importance de la voie PI3K dans l’acquisition de la résistance en aidant le parasite à rester sous forme de stade anneau.Nos résultats remettent en question l’origine et la persistance des sous-populations de P. falciparum au Cambodge, fournissent des preuves de flux génétique entre les sous-populations et décrivent un modèle d’acquisition de résistance à l’artémisinine.Le processus d’identification des SNPs fiables a été ensuite appliqué au génome de Babesia microti. Ce parasite est responsable de la babésiose humain (un syndrome de type malaria) et est endémique dans le nord-est des Etats-Unis. L’objectif était de valider la position taxonomique de B. microti en tant que groupe externe aux piroplasmes et d’améliorer l’annotation fonctionnelle du génome en incluant la variabilité génétique, l’expression des gènes et la capacité antigénique des protéines. Nous avons ainsi identifié de nouvelles protéines impliquées dans les interactions hôte-parasite. / The undergoing WHO Malaria elimination program is threatened by the emergenceand potential spread of the Plasmodium falciparum artemisinin resistant parasite.Recent reports have shown (a) SNPs in region of chromosome 13 to be understrong recent positive selection in Cambodia, (b) presence of P. falciparum parasiteresistant and sensitive subpopulations in Cambodia, (c) the evidence that mutationsin the Kelch propeller domain of the k13 gene are major determinants ofartemisinin resistance in Cambodian parasite population and (d) parasite subpopulations in Northern Cambodia near Thailand and Laos with mefloquine drugresistance and carrying R539T allele of the k13 gene.Identifying the genetic basis of resistance is important to monitor and control thetransmission of resistant parasites and to understand parasite metabolism for the development of new drugs. This thesis focuses on analysis of P. falciparum population structure in Cambodia and description of metabolic properties of these subpopulations and gene flow among them. This could help in identifying the genetic evidence associated to transmission and acquisition of artemisinin resistance over the country.First, a barcode approach was used to identify parasite subpopulations using smallnumber of loci. A mid-throughput PCR-LDR-FMA approach based on LUMINEXtechnology was used to screen for SNPs in 537 blood samples (2010 - 2011) from 16health centres in Cambodia. Based on successful typing of 282 samples, subpopulations were characterized along the borders of the country. Gene flow was described based on the gradient of alleles at the 11 loci in the barcode. The barcode successfully identifies recently emerging parasite subpopulations associated to artemisinin and mefloquine resistance.In the second approach, the parasite population structure was defined based on167 parasite NGS genomes (2008 - 2011) originating from four locations in Cambodia,recovered from the ENA database. Based on calling of 21257 SNPs, eight parasite subpopulations were described. Presence of admixture parasite subpopulation couldbe supporting artemisinin resistance transmission. Functional analysis based on significant genes validated similar background for resistant isolates and revealed PI3K pathway in resistant populations supporting acquisition of resistance by assisting the parasite in ring stage form.Our findings question the origin and the persistence of the P. falciparum subpopulations in Cambodia, provide evidence of gene flow among subpopulations anddescribe a model of artemisinin resistance acquisition.The variant calling approach was also implemented on the Babesia microti genome.This is a malaria like syndrome, and is endemic in the North-Eastern USA. Theobjective was to validate the taxonomic position of B. microti as out-group amongpiroplasmida and improve the functional genome annotation based on genetic variation, gene expression and protein antigenicity. We identified new proteins involved in parasite host interactions.

La leishmaniose est une zoonose à transmission vectorielle due au parasite protozoaire Leishmania ; des co-infections avec plusieurs espèces de Leishmania ont également été rapportées. Il a été démontré que les vésicules extracellulaires (VE) de ce parasite jouent un rôle dans l'infection précoce, ainsi que la propagation de la résistance in vitro aux médicaments. Peu de médicaments anti-Leishmania sont disponibles, et la résistance continue de croître chez ce parasite; il est donc impératif de comprendre la propagation de la résistance aux antileishmaniens. Nous avons exploré la capacité des VE xénogéniques de Leishmania à moduler la physiopathologie de l'infection et la sensibilité du parasite aux médicaments après contact in vivo. La co-inoculation de parasites et de VE provenant de souches/espèces de Leishmania présentant divers profils de résistance aux médicaments a été réalisée chez la souris. La physiopathologie et la charge parasitaire ont été suivies, et des tests de sensibilité aux médicaments effectués. Les résultats ont démontré que les VE de Leishmania infantum influencent la physiopathologie de Leishmania major dans le cadre in vivo. Nous avons également constaté que ces VE modulent la sensibilité aux médicaments de L. major après un contact in vivo dans un modèle d'infection précoce, entraînant une diminution significative de la sensibilité à l’antileishmanien antimoine. Nous démontrons ici pour la première fois que les VE des parasites xénogéniques peuvent participer à la propagation de la résistance aux médicaments entre les populations de parasites après un contact in vivo, ce qui pourrait expliquer en partie l'augmentation des taux d'échec des traitements contre Leishmania. / Leishmaniasis is a zoonotic disease caused by the protozoan parasite Leishmania, endemic to 98 countries and territories. There are several manifestations of leishmaniasis, some fatal if left untreated. Furthermore, co-infections with multiple species of Leishmania have also been reported. Extracellular vesicles (EVs) from Leishmania have been demonstrated to play a role in early infection, as well as spread of drug resistance in vitro. Few antileishmanial drugs are available, and drug resistance to those in use continues to grow; as such, there is an urgent need to better understand the spread of Leishmania drug resistance. In this study, the ability of xenogeneic Leishmania EVs to modulate infection pathophysiology and parasite drug sensitivity after in vivo contact was explored. Co-inoculation of parasites and purified EVs from strains/species of Leishmania with contrasting drug resistance profiles was performed in BALB/c mice. Pathophysiology and parasite burden were monitored, and drug-susceptibility testing performed on recovered parasites. Results demonstrated that EVs from Leishmania infantum influence pathophysiology of Leishmania major in in vivo experiments. These EVs were also found to modulate drug sensitivity of L. major after in vivo contact in a 6-hour infection model, leading to a highly significant decrease in susceptibility to antileishmanial antimony. Here it is demonstrated for the first time that EVs from xenogeneic parasites can participate directly in propagating drug resistance between parasite populations after in vivo contact. These findings may help explain current observations of rising rates of Leishmania treatment failure.

La résistance du virus de l’herpès simplex (VHS) aux antiviraux est un problème courant chez les individus immunosupprimés. Des mutations au sein du gène de la thymidine kinase (TK) virale sont principalement à l’origine de la résistance au traitement de première ligne, i.e. les analogues des nucléosides. La cible ultime de tous les antiviraux anti-herpétique demeure cependant l’ADN polymérase (pol) virale. Ces deux gènes viraux (TK et ADN pol) démontrent un certain degré de polymorphisme génétique et il peut devenir difficile d’identifier avec certitude les mutations responsables de la résistance aux antiviraux. Les travaux présentés dans cette thèse de Doctorat démontrent le développement de nouvelles méthodes afin d’établir un lien entre l’apparition de mutations au niveau de gênes viraux et un phénotype de résistance particulier. Un système d’expression du gène de la TK virale chez le parasite Leishmania et un ensemble de cosmides et de plasmides recombinants permettant de générer des virus ADN pol mutants ont été mis au point. Ces nouvelles stratégies nous ont permis de caractériser les mutations virales impliquées dans la résistance aux antiviraux. / Drug resistant HSV isolates are responsible form substantial morbidity among immunocompromised subjects. The genetic basis for resistance to nucleoside analogs such as acyclovir (ACV) have been mapped to point mutations in the viral thymidine kinase (TK) gene while mutations within the viral DNA pol gene, the main target for all anti-herpetic drug actually available, could lead to a multidrug resistance phenotype. However, the distinction between viral mutations (TK and DNA pol) involved in antiviral resistance or part of viral polymorphism can be difficult to evaluate with current methodologies. OBJECTIVE: The aim of this research project is thus to evaluate the role of particular mutations within the HSV TK and DNA pol gene with regard to drug-resistance patterns and viral fitness, by designing new gene expression systems. METHODS: The protozoan parasite Leishmania stably transfected with a TK expression vector (pSP72αNEOα) was used as an heterologous system to evaluate the role of several different point mutations within the coding region of the TK gene in conferring resistance to nucleoside analogs. Susceptibility of TK-expressing parasites to nucleoside analogs can thus be tested very easily by a simple measurement of the optic density of cultures grown in the presence or in the absence of the drug. Finally, a set of overlapping viral cosmids and plasmids for the rapid generation of recombinant HSV-1 DNA pol mutants have been developed. RESULTS: Expression of the TK gene from ACV-susceptible clinical isolates resulted in Leishmania susceptibility to the antiviral, whereas expression of a TK gene with frameshift mutations or nucleotide substitutions from ACV-resistant isolates gave rise to parasites with high levels of antiviral resistance. Twenty HSV-1 recombinants with single or dual mutations within the DNA pol gene were successfully generated with the cosmid/plasmid based approach. Mutations within the central part of the enzyme’s catalytic domain (regions II and VI) were associated with resistance to ACV, FOS, and ADV, whereas mutations inserted within extremities (δ-region C, I, V, and VII) were mostly related to the replicative activity of the enzyme. CONCLUSION: Such new strategies provide an easy, reliable, and sensitive means of evaluating the functional role of viral mutations which should translate in improved management of drug-resistant HSV infections.

Le récepteur à activité tyrosine kinase MET et son ligand le facteur de croissance des hepatocytes (Hepatocyte Growth Factor/Scattor Factor (HGF/SF)) sont essentiels pour la migration, la morphogenèse et la survie des cellules épithéliales. En plus de son implication et son importance physiologiques, la dérégulation de la signalisation de MET favorise la progression et l’invasion tumorales dans plusieurs types de cancers. Au sein des tumeurs, l’hypoxie est également un phénomène crucial qui induit une réponse adaptative menant à l’invasion, la métastase cancéreuses et la résistance aux traitements.Nous avons démontré que dans des conditions hypoxiques, la phosphorylation de MET induite par sa liaison au ligand, des mutations activatrices ou sa surexpression, est diminuée de manière importante in vitro et in vivo dans des modèles de tumeurs expérimentales chez la souris. Cette baisse de phosphorylation est très rapide et est réversible quand les cellules sont replacées en normoxie. Alors que la phosphorylation de GAB1, principal partenaire de MET, est également diminuée en hypoxie, l’activation des voies de signalisation en aval AKT et ERK n’est pas affectée et reste bien dépendante de l’activité du récepteur et du recrutement de GAB1. De la même façon, l’HGF/SF induit des réponses de motilité, de dispersion, de morphogenèse et de survie similaires en normoxie et en hypoxie. De manière intéressante, le traitement par deux inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) ciblant MET (PHA-665752 et SU11274) est moins efficace en hypoxie pour inhiber les voies de signalisation AKT et ERK ainsi les réponses cellulaires induites par MET. Comme pour la phosphorylation de MET, la résistance à ces ITK est un phénomène réversible. Ainsi, alors que l’hypoxie n’affecte pas les voies de signalisation en aval ni les effets biologiques, elle diminue la sensibilité de MET aux ITK induisant donc une résistance immédiate. L’ensemble de ces données pourrait fournir de nouvelles perspectives dans l’utilisation des thérapies ciblant MET dans les tumeurs solides. / The receptor tyrosine kinase MET and its ligand the Hepatocyte Growth Factor/Scattor Factor (HGF/SF) are essential for migration, morphogenesis and survival of epithelial cells. Beside its physiological involvement, deregulation of MET signaling has been shown to promote tumor progression and invasion in many cancers. Inside the tumors, hypoxia is also a crucial phenomenon promoting an adaptive response able to induce invasion, metastasis and resistance to treatment.We show that under hypoxia, MET phosphorylation induced by ligand-stimulation, activating mutation or overexpression, is drastically decreased both in cell culture and in experimental tumors. This decrease in MET phosphorylation occurs within minutes and is reversible when cells are returned to normoxia. While phosphorylation of the proximal signaling adaptor GAB1 is also decreased in hypoxia, activation of the downstream kinases ERK and AKT is not affected, but is still dependent on MET receptor activity. Consistently, several cellular responses induced by HGF/SF, including motility, morphogenesis or survival, are still efficiently induced. Interestingly, treatment with two tyrosine kinase inhibitors targeting MET (PHA-665752 and SU11274) are less efficient to inhibit the downstream kinases ERK and AKT and cellular responses induced by MET in hypoxia compared to normoxia. Similarly to MET phosphorylation, this resistance to TKI is a reversible phenomenon. Therefore, while hypoxia does not affect downstream signaling and cellular responses, it decreases MET sensitivity to TKIs targeting the receptor thus providing an immediate resistance. This may provide new insights in the use of MET targeted therapies in solid tumors.

La tri-thérapie utilisée pour le traitement du VIH-1 est efficace mais limitée par l'apparition de résistances. Par conséquent, des cibles virales alternatives sont nécessaires. Une des cibles les plus prometteuses est la protéine nucléocapside (NC), qui est hautement conservée et qui joue un rôle essentiel dans le cycle viral. Dans ce contexte, le projet européen THINPAD a eu pour but de développer des inhibiteurs de la NC en combinant plusieurs approches : criblage virtuel, criblage secondaire in vitro, tests antiviraux et de toxicité. Pour le criblage in vitro, nous avons utilisé le test de déstabilisation de cTAR, hautement spécifique de l’activité chaperonne de NC. Cinq séries de molécules ont été sélectionnées par les premiers criblages et tests antiviraux. Après des études de relation structure-activité, une seule des cinq séries a été poursuivie jusqu’aux tests d'efficacité chez les souris. Les composés de cette série présentent une activité antivirale à des concentrations nanomolaires, mais ne sont pas actifs dans le modèle murin. Les études de mécanisme d'action ont révélés que leur activité antivirale était bien consécutive au ciblage de la NC. / Highly Active Anti-Retroviral Therapy (HAART) is successfully used for HIV-1 treatment, but is hampered by the appearance of drug resistance. Thereby, alternative drug targets are required. One of the most promising target is the nucleocapsid protein (NC), which is highly conserved and plays essential role in HIV life cycle. In this context, the European project THINPAD was organized with the aim to develop NC inhibitors. To fulfil this objective, several approaches were used, including virtual screening, in vitro secondary screening, in cellulo antivirals tests, and toxicity evaluation. For in vitro screening, the specific NC-promoted cTAR destabilization assay was used. Five series of molecules were selected by the first screenings and antiviral tests. After structure-activity relationship studies, only one series was continued until efficacy testing in mice. The compounds of this series exhibit antiviral activity at nanomolar concentrations but are not active in the murine model. The mechanisms of action studies revealed that their antiviral activity was indeed consecutive to the targeting of the NC.

La résistance aux médicaments constitue un obstacle majeur pour le traitement du cancer. Les systèmes nanoparticulaires de délivrance de médicaments (nanoparticule drug delivery system, NDDS) sont pressentis pour apporter un nouvel espoir dans le traitement du cancer afin de surmonter la résistance aux médicaments en délivrant spécifiquement l’agent anticancéreux dans la lésion tumorale par effet EPR. Cela aura pour effet d’augmenter la concentration locale en médicaments et par conséquent d’améliorer l'efficacité thérapeutique tout en épargnant les tissus sains afin d'éviter les effets secondaires liés à la thérapie. Dans la mesure où la tumeur a souvent un microenvironnement acide, nous souhaiterions en outre doter nos nanoparticules NDDS d’une sensibilité pH-dépendante afin de permettre une délivrance spécifique dans la tumeur. Au cours de cette thèse, nous avons élaboré différents NDDSs sensibles aux variations de pH en employant des stratégies différentes. Ces NDDSs peuvent spécifiquement libérer le médicament au niveau du tissu tumoral et dans les cellules elles-mêmes à des valeurs de pH acides. En augmentant la concentration intracellulaire de médicament, l'objectif de surmonter la résistance aux médicaments pourrait ainsi être atteint. La présente étude a permis de fournir de nouvelles connaissances sur la conception de nano-transporteurs pour surmonter la résistance multidrogue par l’élaboration de NDDS sensibles au pH et constitue donc un exemple illustrant parfaitement le fait que les progrès des nanotechnologies peuvent être avantageusement mis en œuvre pour développer de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Drug resistance presents a great hurdle to cancer treatment. Nanotechnology-based drug delivery systems (NDDSs) are widely expected to bring new hope for cancer therapy to overcome drug resistance by specifically delivering anticancer drugs to tumor lesions via the EPR effect, hence increasing local drug concentrations and consequently enhancing therapeutic efficacy, and at the same time, sparing healthy tissues to avoid side effects. As tumors often have an acidic microenvironment, we would like to further endow the NDDS with a pH-responsive drug releasing property for specific tumor targeting. In this thesis, we established different pH-responsive NDDSs by employing different strategies. These NDDSs could specifically control drug release at tumor tissues and within tumor cells in response to acidic pH. By increasing the intracellular drug concentration, the goal of circumventing drug resistance in cancer was achieved. The present study provides new insights into the design of nanocarriers to overcome drug resistance through pH-responsive drug delivery, and illustrates how advances in nanotechnology can be advantageously implemented to enhance therapeutic outcomes.

The Major Facilitator Superfamily groups a vast number of secondary transporters that import or export distinct substrates. Among these, multidrug antiporters constitute a peculiar class of transporters, both because of their multispecificity, recognizing structurally very diverse substrates, and because of their transport mechanism, that relies on bilayer-mediated extrusion of cytotoxic compounds. An accurate and detailed description of the conformational changes that underlie the transport cycle is still lacking and the structural basis for energetic coupling in these transporters has not been elucidated, with so far only limited crystallographic evidence available. We investigate the molecular basis of secondary multidrug transport with biochemical and biophysical studies on LmrP, a Major Facilitator Superfamily multidrug transporter from Lactococcus lactis. We used extensive continuous-wave electron paramagnetic resonance and double electron-electron resonance measurements on a library of spin-labeled LmrP mutants to uncover the conformational states involved in transport and to investigate how protons and ligands shift the equilibrium between conformers to enable transport. We find that the transporter switches between outward-open and outward-closed conformations depending on the protonation states of specific acidic residues forming a transmembrane protonation relay. We observe that substrate binding restricts the conformational freedom of LmrP and induces localized conformational changes. Our data allows to build a model of secondary multidrug transport wherein substrate binding initiates the transport cycle by opening the extracellular side to protons. Subsequent protonation of membrane-embedded acidic residues induces substrate release to the extracellular side and triggers a cascade of conformational changes that culminates in a proton release to the intracellular side. Parallel to this, we have optimized our purification and expression protocol in order to set up crystallization trials on LmrP. Through extensive screening and optimization of the lipidation state of LmrP, using ad hoc methods for sample preparation, we were able to obtain low-resolution diffracting crystals. By improving our lipidation technique and modifying the lipid composition we further improved crystal quality. Other factors such as ligand addition, the presence of secondary detergent and additives for controlling phase separation and nucleation were tested, paving the way to high resolution structure determination of LmrP. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished