Le botulisme est une maladie nerveuse, commune à l’homme et aux animaux, due à l’action de la toxine botulique produite par Clostridium botulinum. Il existe 8 types de toxines dénommées A à H. Les bactéries capables de produire cette toxine se différencient en six groupe sur la base de leurs caractéristiques phénotypiques et biologiques. Les souches de C. botulinum responsables du botulisme humain appartiennent aux groupes I et II selon qu’elles soient protéolytiques ou non. Elles produisent les toxines A, B, E et F, ainsi que le nouveau type H récemment découvert. C. butyricum et C. baratii sont également capables de produire les toxines botuliques de type F et E et appartiennent au groupe V et VI. C. argentinense appartient au groupe IV et est capable de synthétiser la toxine de type G. Elle a été soupçonnée d’être impliquée dans des cas de botulisme infantile en Argentine. Les souches de C. botulinum responsables du botulisme animal appartiennent au groupe III (C. novyi sensu lato) et produisent les toxines C, D et leurs formes mosaïques C/D et D/C. La toxine botulique est le poison le plus puissant connu à ce jour. La dose létale nécessaire pour tuer une personne en bonne santé par intoxication alimentaire est de 70 µg seulement. C’est pourquoi cette toxine a fait l’objet d’études particulièrement approfondies, notamment celles impliquées dans des cas de botulisme humain. Elle peut également être utilisée pour le traitement de certaine pathologie ou la chirurgie esthétique (Botox). Malheureusement, elle peut également être utilisée à mauvais escient, en tant qu’arme de guerre ou à des fins de bioterrorisme. C’est pourquoi l’emploi de la toxine botulique ou de sa bactérie productrice fait l’objet d’une législation particulièrement stricte. Mon projet de doctorat s’est organisé autour de plusieurs projets de recherche visant à développer des méthodes de détection et de typage de du germe et de sa toxine (projets Européens BIOTRACER et AniBioThreat ; projets NRBC-bio ; LNR botulisme aviaire en France). Lors de mes recherches j’ai concentré mon travail sur le développement de méthodes capable de suivre et remonter à la source d’une contamination, qu’elle soit délibérée, accidentelle ou naturelle. Afin d’y parvenir j’ai investigué les gènes des flagellines de C. botulinum groupe I à III, responsables du botulisme humain et animal. L’analyse des gènes flaA et flaB a mis en évidence 5 groupes majeurs et 15 sous-groupes, certain étant spécifiques de régions géographiques. FlaB s’est montré spécifique de C. botulinum type E. Les gènes flagellines fliC, spécifiques à C. botulinum du groupe III, se divisent 5 groupes, avec fliC-I et fliC-IV associés aux types mosaïques C/D et D/C. J’ai étudié la prévalence des souches productrices de toxine de type mosaïques chez les volailles et les bovins. Les résultats montrent que les types C/D et D/C sont majoritaires en Europe. Enfin, j’ai séquencé 17 génomes provenant de souches responsables de botulisme animal en France (14 types C/D et 3 types D/C). Leur analyse montre que ces souches sont très proche génétiquement, entre elles et avec les souches Européennes. Grâce à ces données j’ai mis en évidence un large contenu extra chromosomique dans les souches C/D, qui peut être utilisé pour créer une carte d’identité génétique. D’autre part, l’étude des séquences Crisps à des fins de typage ne s’est pas avérée suffisamment résolutive, du fait de système Crispr-Cas déficient chez les souches C/D. Enfin, un très haut degré de discrimination a été atteint par typage SNP, qui a permis de distinguer jusqu’à l’origine de chaque souche. L’ensemble de ces résultats est développé dans le présent manuscrit / Clostridium botulinum is the etiologic agent of botulism, a deadly paralytic disease that can affects both human and animals. Different bacteria, producing neurotoxins type A to H, are responsible for the disease. They are separated into different groups (I to VI) on the basis of their phenotypical and biological characteristics. Human botulism is mainly due to Groups I and II producing neurotoxins A, B, E and F, with type H recently discovered. Also C. butyricum and C. baratii species (Groups V and VI), producing toxins type F and E respectively, are scarcely reported. C. argentinense Group IV, producing toxin type G, which has been suspected to be associated with infant botulism in Argentina. Animal botulism is mainly due to Group III, which is constituted by C. novyi sensu lato species. They produce toxin types C, D and their mosaic variants. Botulinum neurotoxins are the most powerful toxin known to date with as little as 70 µg enough to kill a person by food poisoning. Therefore, it received a great deal of attention. Botulinum neurotoxins have been deeply studied, especially human related toxins compared to animal. The toxins found to be useful for medical or cosmetic (Botox) treatments, but it was also used as a biological warfare agent, and for bioterrorism. Its extreme potency is equal to its dangerousness. Therefore, governments show concerns of its potential misuse as a bioterrorism weapon; research programs are funded to study and raise awareness about both the toxins and the producing organisms. My PhD work was structured by the different projects I was involved in, which were related to C. botulinum detection and typing, like BIOTRACER and AniBioThreat European projects, the French national CBRN program, or the NRL for avian botulism. The main transversal objective I followed lead me to develop new methods to trace back the origin of C. botulinum contamination, in case of a deliberate, accidental or naturally occurring botulism outbreak. I investigated flagellin genes as potential genetic targets for typing C. botulinum Group I-II and III, responsible for human and animal botulism respectively. Flagellin genes flaA and flaB showed the investigated C. botulinum Group I and II strains to cluster into 5 major groups and up to 15 subgroups, some being specific for certain geographical areas, and flaB being specific to C. botulinum type E. Flagellin fliC gene investigated in C. botulinum Group III showed to cluster into five groups, with fliC-I and fliC-IV associated to type C/D and D/C respectively, being not discriminative enough to differentiate highly genetically related strains. I also studied the prevalence of mosaic toxin genes in C. botulinum Group III in animal botulism, mainly in poultry and bovine. The results brought out the mosaic toxin types C/D and D/C to be predominant in the samples investigated throughout Europe. Finally, I explored the full genome sequences of 14 types C/D and 3 types D/C C. botulinum Group III strains, mainly originating from French avian and bovine botulism outbreaks. Analyses of their genome sequences showed them to be closely related to other European strains from Group III. While studying their genetic content, I was able to point out that the extrachromosomal elements of strains type C/D could be used to generate a genetic ID card. Investigation of Crispr typing method showed to be irrelevant for type C/D, due to a deficient Crispr-Cas mechanism, but deserve more investigation for type D/C. The highest level of discrimination was achieved while using SNP core phylogeny, which allowed distinguishing up to the strain level. Here are the results I’m going to develop in this manuscript

La polarité apico-basale des cellules épithéliales est maintenue au niveau cellulaire par l’implication de plusieurs complexes protéiques, PAR, SCRIBBLE et CRUMBS, et par l’intégrité des jonctions serrées et adhérentes. La polarité apico-basale est essentielle au bon déroulement des processus de division, d’apoptose et de migration cellulaire, et de nombreuses études montrent que les perturbations de la polarité interviennent dans la progression tumorale. Notre travail a porté sur la recherche d’anomalies biologiques modifiant la polarité apico basale et l’adhésion cellulaire dans les carcinomes mammaires. Nous avons choisi d’étudier deux types spéciaux de carcinomes mammaires infiltrant, dont le phénotype suggère l’existence d’altérations spécifiques de ces processus biologiques: le type lobulaire (ILC) et le type micropapillaire (IMPC). Ces études ont été menées par des analyses combinées phénotypiques, transcriptomiques et génomiques comparatives, par rapport à un groupe de carcinomes mammaires sans autre spécificité (IC-NST).Les carcinomes lobulaires sont caractérisés par les altérations du complexe E cadhérine/ caténine et leur capacité de dissémination métastatique. Nous avons montré qu’ils présentent également une sous-expression de la protéine du complexe PAR, PAR-3, associée à des altérations des gènes impliqués dans l’adhésion cellulaire (ADAM12, LOXL2), l’interaction cellule-matrice extracellulaire (MMP11, COL11A1, etc…) et l’invasion (ACTR2, PAK1). Des défauts quantitatifs des constituants de la matrice extracellulaire ont également été mis en évidence. Nous avons, ainsi, pu établir une signature transcriptomique spécifique de cette entité tumorale, en accord avec les caractéristiques morphologiques observées. Les carcinomes micropapillaires présentent une polarité anormale caractérisée par des marqueurs apicaux positionnés vers la matrice extracellulaire ou absents, la perte de l’orientation de la protéine golgienne GM130, des anomalies des jonctions serrées (occludine) et des protéines du complexe PAR (CDC42 et aPKC). Au niveau génomique, nous avons mis en évidence des mutations somatiques de gènes impliqués dans la régulation de la polarité (DNAH9, FOXO3) et de la ciliogenèse (BBS9, BBS12, SEC63), l’organisation du cytosquelette (HSP90B1, UBR4, ZFYVE26) et la motilité (FMN2). Au niveau transcriptomique, une nette perturbation des gènes impliqués dans l’adhésion cellule cellule, cellule-matrice extracellulaire et l’angiogenèse est observée. Les IMPC présentent également une surexpression spécifique d’une protéine du complexe CRUMBS, LIN7A. Nous avons établi un modèle in vitro et avons montré que LIN7A est un puissant perturbateur de la polarité apico basale. Sa surexpression dans la lignée MCF10A cultivée en 3D induit la formation d’acini multilobés, à forte capacité proliférative et sans lumière centrale. Cette absence de lumière centrale est due à une inhibition de l’apoptose. Les cellules MCF10A-LIN7A présentent également une capacité accrue de croissance en suspension, témoignant d’une résistance à l’anoïkis. Cette résistance est due, entre autre, à une diminution de la phosphorylation de la protéine p38. Cette description approfondie des altérations biologiques de types spéciaux de carcinomes mammaires doit permettre à moyen terme de proposer une prise en charge plus spécifique des patientes, grâce à l’identification de nouvelles possibilités thérapeutiques ou à une stratégie de désescalade thérapeutique. / Apicobasal polarity is maintained by the combined action of several protein complexes – PAR, SCRIBBLE and CRUMBS – together with the structural organisation of adherent and tight junctions. Apicobasal polarity is important for the regulation of cell division, apoptosis and cell migration, and several studies show that disruption of cell polarity is involved in tumour progression. Our work focused on the biological mechanisms responsible for the altered apicobasal polarity and cell adhesion observed in breast cancers. To do so, we studied two types of breast carcinomas – invasive lobular carcinoma (ILC) and invasive micropapillary carcinoma (IMPC) – whose morphology suggests specific alterations of these cell processes. Our approach combined genomic, transcriptomic and phenotypical comparative analyses, using a group of invasive carcinomas not special type (IC-NST) as control.Lobular carcinomas are generally characterized by alterations of the E cadherin/ catenin complex and their ability to disseminate. We have shown that they also present a downregulation of PAR-3, a protein of the PAR complex, associated with deregulation of genes involved in cell adhesion (ADAM12, LOXL2), cell-extracellular matrix interactions (MMP11, COL11A1, etc…) and invasion (ACTR2, PAK1). Quantitative defects in components of the extracellular matrix were also observed. We have thus been able to establish a transcriptomic signature for this tumour entity, in agreement with the phenotypical observations.Micropapillary carcinomas show an abnormal polarity characterized by the absence of apical markers or their localization at the inverted apical pole, the loss of Golgi protein GM130 correct orientation and abnormal expression or localization of occludin (tight junctions), CDC42 and aPKC(PAR complex proteins). At the genomic level, we have identified somatic mutations in genes involved in polarity (DNAH9, FOXO3) and ciliogenesis regulation (BBS9, BBS12, SEC63), cytoskeleton organisation (HSP90B1, UBR4, ZFYVE26) and motility (FMN2). At the transcriptomic level, we observed deregulation of genes involved in cell-cell, cell-extracellular matrix adhesion and angiogenesis. IMPC also demonstrate the specific overexpression of a protein of the CRUMBS complex, LIN7A. We established an in vitro model and showed that LIN7A is an efficiently modifier of MCF10A’s polarity. Its overexpression in MCF10A cells cultured in 3-D conditions induces the formation of proliferating multi-lobar acini with no central lumen. This absence of a central lumen is due to an inhibition of apoptosis. MCF10A-LIN7A cells also show an increased ability to grow in suspension, indicating resistance to anoikis. This resistance seems to be linked to a decrease of p38protein’s phosphorylation.This detailed description of biological alterations in special types of breast carcinomas will contribute to more specific treatments provided to the patients, through the identification of new therapeutic targets or therapeutic strategies.

Les maladies à transmission vectorielle sont dues à des agents pathogènes transmis par des arthropodes hématophages. Ces vecteurs assurent une transmission active (mécanique ou biologique) d’un agent infectieux d’un vertébré vers un autre vertébré. A l’échelle mondiale, les tiques sont responsables de la transmission de la plus grande variété d’agents pathogènes, elles transmettent des microorganismes responsables de maladies bactériennes (borréliose de Lyme, rickettsioses) ou parasitaires (babésioses, theilérioses), ou même virales (encéphalite à tiques).Les Antilles se situent au cœur de la zone Néotropicale des Caraïbes, et constituent une zone à risque pour l’émergence de maladies vectorielles en raison des conditions climatiques favorables aux vecteurs et des échanges intercontinentaux importants (flux illégal d’animaux, oiseaux migrateurs,…). La situation épidémiologique de la zone Caraïbe vis-à-vis des maladies transmises par les tiques est très peu documentée. Les études menées sur le terrain portent essentiellement sur des agents pathogènes affectant les animaux comme Ehrlichia ruminantium, Babesia (bovis et bigemina) et Anaplasma marginale et sont donc loin de pouvoir répondre aux questions concernant le risque d’émergence ou de réémergence de maladies à tique. Ainsi, il est nécessaire et urgent de développer des outils efficaces de surveillance épidémiologique qui permettraient la détection des agents pathogènes, nouveaux, connus ou non suspectés présents dans les tiques. C’est dans ce contexte d’amélioration des performances de veille sanitaire des maladies à tiques dans les Caraïbes que prend place le projet de thèse. La visée de la thèse était de faire un état des lieux des agents pathogènes d’intérêt médical et vétérinaire présents dans les tiques caribéennes à l’aide de techniques de détection à haut débit. Pour cela nous avons d’abord réalisé un séquençage à haut débit d’ARN extraits de tiques collectées en Guadeloupe et en Martinique afin de réaliser un inventaire sans a priori des agents pathogènes (bactéries, parasites, et virus) présents. Cette analyse a permis de mettre en évidence une grande diversité en microorganismes pathogènes au sein de nos échantillons, révélant également la présence de quatre virus appartenant à de nouveaux genres viraux récemment décrits et associés aux arthropodes. Les informations obtenues via le séquençage, additionnées aux données disponibles dans la littérature ont permis de constituer ainsi une liste des agents pathogènes transmis par les tiques nécessitant une surveillance sanitaire dans les caraïbes. A partir de ce répertoire nous avons développé un système de dépistage à haut-débit d’agents infectieux applicable à toute la zone des caraïbes. L’outil de détection est un support microfluidique de type puce à ADN, basé sur la technologie BioMarkTM dynamic arrays (Fluidigm Corporation) qui permet de réaliser de la PCR en temps réel à haut débit afin de détecter simultanément 48 à 96 cibles au sein de 48 à 96 échantillons. Deux puces ont été développées, une première pour le suivi des bactéries et parasites, et une deuxième pour le suivi des virus. Leur performance a été testée sur des échantillons de tiques collectées en Guadeloupe et en Martinique. Ce dépistage à grande échelle a donné un aperçu complet de la situation épidémiologique de 45 bactéries, 17 parasites and 31 virus potentiellement transmis par les tiques dans les Antilles Françaises. La méthode de surveillance développée durant cette thèse représente une amélioration majeure des techniques de veille épidémiologique, permettant la détection rapide et concomitante d’un large panel d’agent pathogène. Elle sera prochainement appliquée au criblage à haut débit des agents infectieux présent dans des tiques collectées à travers la Caraïbe, provenant notamment de Trinité-et-Tobago, Saint-Kitts, la Barbade, et Sainte-Lucie, grâce à la collaboration du réseau CaribVet, et de vétérinaires locaux / Vector-borne diseases are illnesses caused by pathogens transmitted by haematophagous arthropods which provide active transmission (mechanical or biological) of infectious agents from one vertebrate to another. Among these vectors, ticks are known to carry and transmit the greatest variety of pathogens of public health and veterinary importance. They transmit microorganisms responsible for bacterial (Lyme borreliosis, rickettsioses), parasitic (babesiosis, theileriosis), or viral diseases (tick-borne encephalitis).The Antilles are located in the heart of the Caribbean Neotropical Zone. This area can be considered at risk for the emergence of vector-borne diseases mainly due to favorable environmental conditions and intercontinental exchanges (e.g. legal and illegal animal trade, migratory birds). However, the epidemiological situation of the Caribbean area, with regard to tick-borne diseases, is still poorly documented. Indeed, most of field studies only focused on animal pathogens such as Ehrlichia ruminantium, Babesia (bovis and bigemina) and Anaplasma marginale and questions about the risk of emergence or re-emergence of tick-borne diseases remain unanswered. Thus, it is crucial to develop efficient epidemiological surveillance tools that would enable the detection of new, known or unexpected pathogens present in ticks. In this context, the main objective of my thesis was to obtain an overview of pathogens of medical and veterinary interest present in Caribbean ticks using new high-throughput technologies. We first used a high-throughput sequencing approach to determine pathogens present in ticks (bacteria, parasites, and viruses) collected in Guadeloupe and Martinique. This analysis revealed a great diversity of pathogenic agents in our samples and highlighted the presence of four viruses belonging to new viral families recently described and associated with arthropods. Results of sequencing combined with data available in the literature allowed us to make the most exhaustive list of pathogens potentially transmitted by ticks and requiring health surveillance in the Caribbean area. From this pathogen inventory, we developed a system of high-throughput screening of infectious agents applicable to the whole Caribbean area. This molecular tool is a microfluidic system based on the BiomarkTM dynamic arrays technology (Fluidigm Corporation), which enables high-throughput real-time PCR to simultaneously detect 48-96 targets within 48 to 96 samples. Two different chips have been developed, one for bacteria and parasites monitoring, and one for viruses. Their efficiency was tested on tick samples collected in both Guadeloupe and Martinique. This large-scale screening provided a comprehensive overview of the epidemiological situation of 45 bacteria, 17 parasites and 31 viruses potentially transmitted by ticks in the French West Indies. The high-throughput detection tool developed during my thesis represents a major improvement in epidemiological surveillance technology, enabling the rapid and concomitant monitoring of a wide range of pathogens. It will soon be applied to high-throughput screening of infectious agents found in ticks collected throughout the Caribbean, including Trinidad and Tobago, St. Kitts, Barbados, and St. Lucia, thanks to the collaboration with the CaribVet network, and local veterinarians

Les études d'association à grande échelle consistent à étudier la corrélation de plusieurs millions de polymorphismes nucléotidiques avec un risque de cancer chez des milliers d'individus, sans avoir besoin de connaissances préalables sur la fonction biologique de ces variants. Ces études ont été utiles pour établir des hypothèses étiologiques et comprendre l'architecture génétique sous-jacente de plusieurs maladies humaines. Cependant, la plupart des facteurs héréditaires de ces maladies restent inexpliqués. Une partie de cette variation pourrait venir de variants rares qui ne sont pas ciblés par les puces de génotypage actuelles ou encore de variants avec un effet plus modéré voire faible pour lesquels une détection par les études d'association actuelles n'est pas envisageable. Dans ce contexte et comme illustré dans cette thèse, les récentes études d'association peuvent maintenant servir de point de départ pour de nouvelles découvertes, en mettant en place des stratégies innovantes pour étudier à la fois les variants rares et les maladies rares. Nous avons plus particulièrement exploré ces techniques dans le cadre du cancer du poumon, des voies aérodigestives et du lymphome de Hodgkins. L'utilisation de la bioinformatique pour combiner les résultats des études avec d'autres sources d'information, l'intégration de différents types de données génomiques ainsi que l'investigation de la relation entre altérations germinales et somatiques représentent les principales opportunités poursuivies dans ce travail de thèse / Genome-wide association (GWA) studies consist in testing up to one million (or more) single nucleotide polymorphisms (SNPs) for their association with cancer risk in thousands of individuals, without requiring any prior knowledge on the functional significance of these variants. These studies have been valuable for establishing etiological hypotheses and understanding the underlying genetic architecture of human diseases. However, most of the heritable factors of these traits remain unexplained. Part of this variation may come from rarer variants that are not targeted by current genotyping arrays or variants with moderate to low effects for which detection by current GWA studies is impractical. In this context and as illustrated in this thesis, GWA studies can now serve as starting points towards further discoveries, looking for new strategies to study both rarer variants and rarer diseases. We have specifically explored these approaches in the context of lung cancer, head and neck cancer and Hodgkin's lymphoma. The use of bioinformatics to combine recent GWA study results with other sources of information, the integration of different types of genomic data as well as the investigation of the interrelationship between germline and somatic alterations represent the main opportunities pursued in this thesis work