Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'inflammation chronique en réponse à l'accumulation de lipoprotéines dans la paroi artérielle est centrale dans le développement de l'athérosclérose. L’immunité innée et adaptée sont impliquées dans ce processus. Les cellules Natural Killer (NK), un des éléments clés de l'immunité innée, ont été identifiées dans les lésions athérosclérotiques humaines et murines. Bien que plusieurs études aient cherché à évaluer le rôle des cellules NK dans des modèles animaux expérimentaux d'athérosclérose, les résultats restent contradictoires, certaines rapportant des effets pro-athérogéniques, d’autres anti-athérogéniques. L'une des principales limites de ces études est le manque de spécificité dans le ciblage de la perte ou du gain de fonction des cellules NK. Nous avons utilisé deux approches génétiques sélectives pour étudier le rôle des cellules NK dans l'athérosclérose: 1) des souris Ncr1iCre/+R26lslDTA/+ dans lesquelles les cellules NK ont été déplétées 2) des souris Noé, dont les cellules NK sont hyper-réactives. Les cellules de la moelle osseuse (BM) de ces souris ont été utilisées pour reconstituer le système hématopoïétique de souris Ldlr -/- irradiées. Après une période de récupération de 4 semaines, les souris ont été mises sous un régime riche en matières grasses (HFD) pendant 8 semaines. L'analyse morphométrique de la taille des lésions ‘athérosclérose dans le sinus aortique et l'aorte thoracique n'a montré aucune différence statistiquement significative entre les 3 groupes. De plus, aucune différence n'a été observée dans la composition de la plaque en termes de teneur en collagène, d'infiltration de macrophages ou de profil immunitaire dans le sang et la rate des souris Ncr1iCreR26lsl-DTA, Noé ou contrôles. Nous avons ensuite étudié la sélectivité de des anticorps anti-asialo-GM1 dans la déplétion des cellules NK, qui avaient été utilisés précédemment pour démontrer le rôle pro-athérogène des cellules NK. Nous avons confirmé les effets non spécifiques de cet anticorps, qui déplète non seulement les cellules NK, mais aussi les lymphocytes NKT et CD8+. Enfin, pour déterminer si l'activation des cellules NK par un stimulus externe pouvait avoir des effets sur l’athérosclérose, nous avons traité les souris chimériques (souris Ldlr -/- irradiées reconstituées soit avec les cellules de moelle contrôle ou déficiente en cellules NK) avec du poly IC (un mimétique viral) pendant 8 semaines de HFD. Nous avons trouvé une réduction significative de la taille des lésions au niveau du sinus aortique et de l'aorte thoracique dans les souris déficientes en cellules NK. Nos résultats, à partir de modèles de souris spécifiques, contredisent les études antérieures et démontrent clairement que chez les souris hypercholestérolémiques, les cellules NK n'ont aucun effet direct sur l'athérosclérose, sauf si elles sont pré-stimulée, comme par exemple dans un contexte d’infection virale ou de présence de tumeurs. / Chronic inflammation is central in the development of atherosclerosis. Both innate and adaptive immunity are involved in this process. Although several studies have evaluated the functions of NK cells in experimental animal models of atherosclerosis, it is not yet clear whether NK cells behave as protective or pro-atherogenic effectors. One of the main caveats of previous studies was the lack of specificity in targeting loss- or gain-of-function of NK cells. Here, we used two selective genetic approaches to investigate the role of NK cells in atherosclerosis: 1) Ncr1iCre/+R26lslDTA/+ mice in which NK cells were depleted, 2) Noé mice in which NK cells are hyperresponsive. No difference in atherosclerotic lesion size was found in Ldlr-/- mice transplanted with bone marrow cells from Ncr1iCreR26Rlsl−DTA, Noé or WT mice. Also, no difference was observed in plaque composition in terms of collagen content, macrophage infiltration or the immune profile in blood and spleen, although Noé chimera had more IFN-y-producing NK cells in comparison with WT mice. Then, we investigated the NK cell selectivity of anti-asialo GM1 anti-serum, which was previously used to conclude to the pro-atherogenicity of NK cells. Anti-asialo GM1 treatment decreased atherosclerosis in both Ldlr-/- mice transplanted with Ncr1iCreR26Rlsl−DTA or WT BM, indicating that its anti-atherogenic effects are unrelated to NK cell depletion. Finally, to determine whether NK cells could contribute to the disease in conditions of pathological NK cell overactivation, we treated irradiated Ldlr-/- mice reconstituted with either WT or Ncr1iCreR26Rlsl−DTA BM with the viral mimic Poly(I:C) and found a significant reduction of plaque size in NK-cell deficient chimeric mice. Our findings, using state-of-the-art mouse models, clearly demonstrate that NK cells have no direct effect on the natural development of hypercholesterolemia-induced atherosclerosis, but may play a role when an additional systemic NK cell overactivation occurs.

Certains aliments ou composants des aliments ont des effets physiologiques et psychologiques bénéfiques en plus de leur rôle de base de couverture des besoins nutritionnels. Leur identification dans les produits alimentaires est un axe d'étude et de développement important des industriels de l'agroalimentaire. L'objectif de ce travail était de caractériser les effets induits par la consommation de lactoferrine, de deux souches de bactéries probiotiques (Lactobacillus acidophilus NCFM et Bifidobacterium animalis Bb12) et du SM3 (extrait enrichi en sphingolipides) sur le système immunitaire digestif et périphérique de souris BALB/c. Les ingrédients ont été inclus dans des régimes, seuls ou en association. Nos résultats montrent que les deux souches de bactéries se retrouvent viables en nombre suffisant dans les fèces pour effectuer les fonctions bénéfiques revendiquées. Le SM3 joue un rôle « positif » sur la flore lactobacille. Les différents régimes ont modulé des paramètres immunitaires innés (phagocytose) et adaptatifs (immunoglobulines et la répartition des cellules T et DCs). Notamment, les résultats sur le recrutement des DCs de type Th1 sont originaux par rapport aux travaux déjà publiés. Ces modifications ont été observées aux niveaux local et systémique. Le ratio NON-HDLch/HDLch a été amélioré par les régimes contenant des bactéries et/ou du SM3. Nous avons mis en évidence un effet dose pour le SM3 et un phénomène d'interaction entre le SM3 et les probiotiques. Nos résultats apportent des arguments pour classer ces trois ingrédients parmi les ingrédients fonctionnels mais des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les mécanismes sous-jacents.

Le dioxyde de titane (TiO2) est un pigment blanc couramment utilisé dans l'alimentation (additif E171 en Europe). Les rares études de toxicité orale du TiO2 sont principalement basées sur des substances modèles, comme le P25 Aeroxide (NM-105). Contrairement au E171 qui est composé de particules nanométriques et sub-micrométriques, le P25 est strictement nano-dimensionné. Il est donc nécessaire d'évaluer le devenir et les effets propres de l'additif E171 dans un contexte d'exposition orale via l'alimentation. Dans ce but, des rats ont été exposés par voie orale au E171 ou au NM-105 à une dose proche de l'exposition alimentaire chez l'homme (10 mg/kg/jour) pendant une courte période d'une semaine pour les deux TiO2, par gavage gastrique quotidien, et jusqu'à une exposition sub-chronique (30 et 60 jours) et chronique (100 jours) pour le E171 via l'eau de boisson. Après un traitement de courte durée, l'élément titane est retrouvé au niveau du foie et de l'intestin, notamment au niveau des plaques de Peyer (tissu lymphoïde sentinelle de l'immunité). Dans cet organe, du titane est retrouvé dans le cytoplasme ainsi que dans le noyau des cellules immunitaires. Cependant, aucune génotoxicité du E171 comme du P25 n'est observée dans l'intestin et dans le sang avec le test des comètes après une semaine d'exposition. De même, après 100 jours d'exposition au E171, aucune génotoxicité évalué par le dosage de lésions oxydatives de l'ADN n'est constatée dans l'intestin. En conditions normales, le système immunitaire intestinal organise les défenses de l'hôte contre les pathogènes, tout en maintenant une tolérance envers le microbiote intestinal et les antigènes alimentaires. Dans notre étude, aucun des deux TiO2 n'induit d'inflammation dans la muqueuse intestinale après une semaine de traitement quotidien, alors que le réseau de cellules impliquées dans les fonctions tolérogènes de l'intestin est perturbé. De plus, le profil de sécrétion des lymphocytes est modifié dans les ganglions mésentériques et la rate, témoin d'une activation du réseau pro-inflammatoire, en particulier une réponse de type Th17 connue pour jouer un rôle dans la pathogénicité des maladies auto-immunes. Cependant, après une exposition sub-chronique de 60 jours, l'induction de la tolérance orale n'est pas affectée par l'exposition orale au E171. Toutefois, un effet potentialisateur de la réponse immunitaire est observé au niveau systémique, susceptible de résulter de propriétés " adjuvant " du produit. Enfin dans le côlon, après une exposition chronique de 100 jours, une micro-inflammation est observée dans les muqueuses exposées, ainsi qu'une initiation et une promotion du développement des lésions prénéoplasiques, (correspondant à des foyers de cryptes aberrantes, un stade précoce du développement du cancer dans le côlon), respectivement en l'absence et en présence d'une carcinogénèse chimio-induite. Nos résultats montrent un passage systémique des particules de TiO2 ainsi que l'accumulation de titane dans les cellules immunitaires de l'intestin. De plus, pour la première fois, nos données suggèrent que le E171 et le P25 sont immunomodulateurs et susceptibles de favoriser un terrain inflammatoire typique des maladies autoimmunes. Ces données peuvent être prises en considération pour l'évaluation du risque, dans la susceptibilité face à des pathologies immunitaires et au cancer colorectal, chez l'homme exposé quotidiennement au TiO2 par la voie alimentaire. / Titanium dioxide (TiO2) is a white pigment commonly used as a food additive (E171 in Europe). Few studies have evaluated the oral toxicity of TiO2, and they are mainly based on nanoparticles models such as P25 Aeroxide (NM-105). Unlike E171 which is composed of nanoscale and submicron particles, P25 is strictly nanosized. Therefore, it is necessary to determine the specific fate and effects of E171 additive in an oral exposure through food. For this purpose, rats were orally exposed with E171 or NM-105, at a dose close to dietary exposure in humans (10mg/kg/day), for a short period of a week for the two TiO2, by daily gavage, and up to a sub-chronic exposure (30 and 60 days) and chronic exposure (100 days) for E171 through drinking water. After a short-term treatment, titanium is found in the liver and gut, and more particularly in Peyer's patches (intestinal lymphoid tissue sentinel of immunity). In this organ, titanium was found in the cytoplasm and in the nucleus of immune cells. However, no genotoxicity of E171 as NM-105 is observed in the gut and in the blood with the comet assay. Also after 100 days of E171 exposure, no genotoxicity estimated by the dosage of oxidative DNA damage appears in the gut. In its steady state, the intestinal immune system organizes the defenses of the host against pathogens, while maintaining tolerance to the intestinal microbiota and the food antigens. In our study, the two TiO2 do not induce an inflammation in the intestinal mucosa after one week of daily treatment, however the network of cells involved in the tolerogenic functions of the intestine is disturbed. Furthermore, the cytokine profile of lymphocytes secretion is modified in mesenteric lymph nodes and in the spleen, reflecting an activation of the pro-inflammatory pathways, in particular the Th17 pathway response known to play a role in the pathogenesis of the autoimmune diseases. However, after a sub-chronic exposure of 60 days, the induction of the oral tolerance is not disrupted by the oral exposure to E171. However, an enhancer effect of the immune response is observed at the systemic level, susceptible to result from "adjuvant" properties of the product. Finally in the colon, after a chronic exposure of 100 days, a microinflammation is observed in the exposed mucosa. Moreover, an initiation and a promotion of the development of preneoplastic lesions are found (corresponding to aberrant crypt foci in the colon), in absence and in presence of a chemically-induced carcinogenesis, respectively. Our results show a systemic passage of the particles of TiO2 as well as the accumulation of titanium in the immune cells of the gut. Furthermore, for the first time, our data suggest that E171 and P25 are immunomodulatory and susceptible to favor a typical inflammatory field for the autoimmune diseases. These data could be considered for the evaluation of the risk, in the susceptibility towards immune pathologies and in colorectal cancer, in human daily exposed to TiO2 from dietary sources.

Les troubles bipolaires (TB) sont des troubles chroniques, multifactoriels et multi-systémiques avec une morbidité, mortalité et fardeau socio-économique très élevée. Mieux comprendre le fond génétique et les facteurs environnementaux déclencheurs permettra d'améliorer le diagnostic et la prise en charge thérapeutique. La dysimmunité semble être parallèle à l'apparition, la progression ainsi qu'au développement de comorbidités psychiatriques et somatiques. L'inflammation chronique et l'activation de la microglie sont des mécanismes liant potentiellement l'infection et le stress pendant l'enfance avec la survenue d'un TB, en particulier la plus sévère forme d'apparition précoce. Les variants génétiques des récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires, première ligne de défense immunitaire, pourraient participer à la résilience/vulnérabilité aux facteurs de risque environnementaux tôt au cours de la vie. Nous avons exploré cette possibilité en analysant les associations génétiques entre des acteurs centraux de la réponse immunitaire innée, TLR2, TLR4 et NOD2 et les TB, en testant aussi l'hétérogénéité entre les sous-groupes d'apparition précoce et tardive. Étant donné que l'activation de ces voies augmente la production d'oxyde nitrique (NO) et en vue de son rôle dans l'inflammation, le stress oxydatif et la neurotransmission ainsi que son dysfonctionnement dans les TB et suicide, nous avons analysé simultanément des variants génétiques des trois isoformes de NO-synthase (NOS) chez les patients avec antécédents de conduites suicidaires. Nous avons trouvé que les génotypes TLR4 rs1927914 AA et rs11536891 TT sont significativement plus fréquents chez les patients tandis que l'allèle NOD2 rs2066842 T est significativement plus fréquent chez les témoins suggérant une vulnérabilité génétique à l'exposition aux pathogènes dans les TB. En plus, l'association avec TLR4 est restreinte au sous-groupe à début précoce et le génotype TLR2 rs3804099 TT est significativement plus fréquent chez les patients à début précoce qu'à début tardif, confortant l'hypothèse que les facteurs génétiques ont un poids plus important dans les TB d'apparition précoce. Des associations entre NOS1, NOS2 et NOS3 et TB n'ont pas été observées mais NOS3 rs1799983 T à l'état homozygote a été associé aux tentatives de suicide violentes, chez les patients à début précoce, apportant une preuve supplémentaire de l'implication de variants de NOS3 (endothéliale) dans les conduites suicidaires. En étudiant l'effet de l'interaction entre les variants génétiques de TLR2/TLR4 et les antécédents d'abus dans l'enfance mesurées par le Childhood Trauma Questionnaire (CTQ) sur l'âge de début des TB, nous avons observé un effet combiné du génotype TLR2 rs3804099 T avec antécédents d'abus sexuels sur la détermination d'un âge plus précoce d'apparition des TB. Les effets de l'abus sexuel dans l'enfance sur l'âge d'apparition des TB peuvent être accrus chez les porteurs du génotype TLR2 rs3804099 TT potentiellement médié par des voies liés aux réponses inflammatoires. Nos résultats sont en faveur d'un modèle « multiple-hit » dans lequel une vulnérabilité génétique liée au système immunitaire contribuerait à des réponses anormales aux infections périnatales baissant le seuil pour les effets adverses des stress ultérieurs. La confirmation de ces données par réplication dans des cohortes indépendantes est nécessaire. La caractérisation de la sévérité de la maladie, des phénotypes immunitaires et du type, intensité, fréquence et moment de survenue des stress doivent être prévues dans les futures études. Le développement de modèles animaux pourra aussi permettre de mieux comprendre les mécanismes impliqués à travers la manipulation expérimentale de la génétique et des conditions environnementales. Ces approches pourraient permettre l'identification de biomarqueurs et de signes cliniques prodromiques bien que des nouvelles stratégies de prévention et des cibles thérapeutiques. / Bipolar disorders (BD) are chronic, multisystem and multifactorial disorders with significant lifetime morbidity, mortality and socioeconomic burden. Understanding its genetic background and triggering environmental factors should improve diagnosis and therapeutic management. Immune dysregulation seems to parallel its onset and progression as well as the development of psychiatric and other medical comorbidities. Chronic low-grade inflammation and microglia activation are thought to be important mechanisms linking infection and childhood trauma with BD, in particular the more severe early-onset subform. Genetic variations in pattern-recognition receptors, the first line of immune defence, may thus participate in one's resilience/vulnerability to environmental exposures, particularly early in life. We explored that possibility by investigating genetic associations between central players of innate immune protection, TLR2, TLR4 and NOD2 and BD, taking into account the potential genetic heterogeneity between the early- and late-onset subgroups. Given that the activation of these pathways increases the production of nitric oxide (NO), a potent innate immune effector, by immune cells and taking into consideration the role of NO in oxidative stress and neurotransmission as well as its dysfunction in both BD and suicide, we simultaneously analysed variants of the three isoforms of nitric oxide synthase (NOS) genes with suicidal behaviour in BD. We found TLR4 rs1927914 AA and rs11536891 TT genotypes to be significantly more prevalent in patients than in controls. We also found that NOD2 rs2066842 T allele carrier state may confer some protection against BD as it was more prevalent in controls. These results suggest a genetic vulnerability to pathogen exposure in BD. We also found that the referred association with TLR4 was restricted to the early-onset subgroup and that a TLR2 genotype (rs3804099 TT) was significantly more prevalent in early- than in late-onset patients comforting the hypothesis that genetic factors are of greater importance in early-onset BD. While associations between NOS1, NOS2 and NOS3 with BD were not observed, NOS3 rs1799983 T in homozygous state was associated with violent suicide attempts, seemingly restricted to the early-onset BD bringing further evidence for the potential involvement of endothelial NOS genetic variants in the susceptibility to suicidal behaviour. By investigating the effect of potential interaction between TLR2 and TLR4 and childhood abuses as measured by the Childhood Trauma Questionnaire (CTQ) on the age at onset of BD, we observed a combined effect of TLR2 rs3804099 TT genotype and childhood sexual abuse on determining an earlier age at onset of BD by means of a Kaplan-Meier survival curve. The effects of childhood sexual abuse on age at onset of BD may be amplified in TLR2 rs3804099 risk genotype carriers through immune-mediated pathways.Altogether the present results comfort a multiple-hit model in which immune-related genetic susceptibility contributes to abnormal responses to perinatal infectious insults establishing a lower threshold for subsequent stress-triggered events. Confirmation by replication in independent BD cohorts is warranted. Characteristics of illness severity, immune phenotypes and detailed annotation of type, intensity, frequency and time of stress exposure should be documented in future studies involving large cohorts. Additionally, the development of animal models in conformity with the presented model would facilitate better understanding of the precise mechanisms involved by allowing specific manipulation of genetic and environmental conditions. These approaches may allow the identification of both biological and clinical prodromal manifestations and consequently lead to preventive strategies and novel therapeutic targets.

Le cancer est un problème majeur en santé humaine représentant l’une des principales causes de décès dans le monde. Depuis le début du 20ème siècle, le parasitisme a émergé comme un facteur déterminant pour expliquer la vulnérabilité face au cancer, avec un nombre croissant d’agents infectieux reconnus comme oncogènes. En parallèle, les virus oncolytiques ont attiré une attention considérable pour leur intérêt thérapeutique. Cependant, le rôle des autres agents infectieux dans le développement du cancer est resté largement inexploré même s’ils sont l’un comme l’autre soumis aux pressions du système immunitaire. Ainsi, l’objectif de cette thèse a été d’évaluer l’implication des communautés d’agents infectieux, non-oncogènes et non-oncolytiques, dans le processus cancéreux. Grâce à un modèle de tumeur chez la drosophile, nous avons pu démontrer que les infections sont capables de modifier l’équilibre du système immunitaire avec des conséquences significatives sur l’accumulation des cellules cancéreuses. Considérant que les humains sont exposés à de nombreuses infections de manière successive ou concomitante au cours de leur vie, nous avons pu montrer que l’histoire personnelle d’infection module le risque cancéreux via les perturbations continues qu’elle inflige au système immunitaire. Enfin, les résultats obtenus par l’analyse de jeux de données à l’échelle mondiale suggèrent que les agents infectieux sont également capables d’altérer l’incidence des cancers d’origine infectieuse en interagissant avec les agents oncogènes au sein des communautés infectieuses. À la lumière des interactions réciproques entre infections et cancer, il semble indispensable d’évaluer la pertinence des nouvelles approches de lutte contre le cancer dans le contexte des maladies transmissibles. / Cancer represents a huge public health issue as a major cause of death worldwide. Since the beginning of the 20th century, parasitism has emerged as a fundamental mechanism for cancer causation with a growing number of infectious agents recognized as oncogenic. Meanwhile, oncolytic viruses have also attracted considerable interest as possible agents of tumor control. Nevertheless, the role of other infectious agents in cancer development has been largely neglected even if they are both exposed to immune system pressures. Thus, the main objective of this PhD was to evaluate the implication of infectious communities, formed by non-oncogenic and non-oncolytic agents, in carcinogenesis. Using a drosophila tumor model, we demonstrated that infections are able to jeopardize immune system responses in a way that significantly impacts cancer cell accumulation. Considering that humans are exposed to a myriad of infectious agents both successively and concomitantly throughout their lives, we have shown that personal history of infection can alter cancer risk through continuous perturbations of the immune system. Finally, results obtained from the analysis of worldwide databases have suggested that infections are able to mold population-level incidences of cancers with an infectious origin, through their interactions with oncogenic agents in infectious communities. In light of the reciprocal interactions between cancer and infections, new anit-cancer therapeutic strategies should be evaluated in the context of co-occurring transmissible diseases.

Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine issue du métabolisme secondaire de moisissures, et se retrouve fréquemment comme contaminant naturel de nombreuses denrées d’origine végétale. Les objectifs de nos travaux ont été d’évaluer les propriétés toxiques du DON chez le porc en croissance, sain ou porteur d’agent pathogène, car cette espèce est connue pour sa sensibilité envers la toxine. Nous avons dans un premier temps étudié in vitro les effets du DON sur la réponse immunitaire non spécifique des animaux. Dans un deuxième temps, l’impact de l’ingestion d’un aliment naturellement contaminé sur les performances et la flore intestinale des porcs a été étudié. Enfin, le modèle de portage asymptomatique de salmonelles a été choisi pour caractériser l’effet de l’intoxication sur l’excrétion de ce pathogène. En fonction de la dose de DON utilisée (0,5 - 5µM), la pré-exposition des macrophages à la toxine a entraîné une inhibition de leur activation par l’IFN-? à travers une diminution de l’expression de leurs récepteurs transmembranaires CD14, CD54, CD119 et HLA-DP/DQ/DR, impliqués dans les fonctions de coopération et de signalisation des macrophages. En revanche, le DON n’a pas eu d’effet particulier sur des macrophages préalablement activés par l’IFN-?. L’exposition au DON n’a pas altéré la capacité de phagocytose des neutrophiles. Cependant, le DON (10 - 50 µM) réduit les propriétés de migration de ces cellules, et diminue la production d’IL-8 par les neutrophiles stimulés par du lipopolysaccharide. Nos résultats suggèrent que la diminution de la production d’IL-8 serait due à une inhibition de l’expression de la sous-unité p65 des facteurs de transcription-kB (NF-kB). Dans les études in vivo, nous avons observé une diminution transitoire de la croissance de tous les porcs après une semaine d’ingestion d’un aliment contaminé par le DON (2,7 mg DON/kg d’aliment). Des modifications de profils de flore bactérienne intestinale ont également été mises en évidence par CE-SSCP (Capillary Electrophoresis Single-Stranded Conformation Polymorphism) après 28 jours d’intoxication chronique. Comme attendu, aucun signe clinique ou physiologique important n’a été observé suite à l’inoculation des porcs avec 106 UFC de Salmonella Typhimurium, hormis une augmentation immédiate de la concentration sérique des immunoglobulines A. Une légère accélération de la séroconversion des animaux infectés par Salmonella Typhymurium et exposés au DON a été observée, ainsi qu’une perturbation passagère de la population de coliformes thermotolérants des fécès, deux jours après l’infection. Aucun autre effet synergique de l’intoxication et de l’infection n’a été observé sur la persistance et l’excrétion de la bactérie par les porcs infectés. En conclusion, nos résultats montrent qu’in vitro, le DON diminue les fonctions des cellules phagocytaires (neutrophiles et macrophages) et qu’in vivo, aux doses de DON et de salmonelles administrés, cette mycotoxine altère la flore intestinale des porcs, mais ne semble pas être un facteur aggravant du portage asymptomatique de salmonelles. / Deoxynivalenol (DON), is a mycotoxin produced by several Fusarium species. It is a secondary metabolite and can contaminate all the stages of the food chain. DON is commonly detected in cereal grains and pigs remain the most sensitive animal specie. The aim of the present study was to evaluate the toxicological properties of DON in grower pigs using pathogen-free pigs. In the first place, in vitro studies were performed to evaluate DON effects on the no-specific immune response. In the second place, the impact of the ingestion of naturally DON contaminated food on the performance and pig’s microbiota was explored. Finally, a Salmonella asymptomatic model was used to characterize the effect of DON on pathogen excretion. Depending on the DON dose used (0.5 -5 µM) the preliminary exposition of macrophages with increased concentration of DON inhibited their IFN-y activation, through a decrease in the clusters of differentiation CD14, CD54, CD119, and HLA-DP/DQ/DR, which are implicated in cellular cooperation and signalization of macrophages. However, no DON effect was observed on the preliminary IFN-y activated macrophages. High DON dose (10 - 50 µM) did not affect polymorphonuclear cells (PMNs) phagocytosis but reduced significantly the migration capacity and the IL-8 production of LPS-induced PMNs. Results therefore suggested that IL-8 decrease is due to the inhibition of the p65-NFKB subunit expression. In the in vivo study, consumption of DON-contaminated feed (2.8 mg DON/kg of feed) reduced the animal weight gain during the first week of experiment. Changes in the intestinal microflora were observed by Capillary Electrophoresis Single-Stranded Conformation Polymorphism (CE-SSCP) in DON exposed animals, suggesting an impact of this toxin on the dynamics on the intestinal bacterial communities. In pigs inoculated with Salmonella enterica Typhimurium, DON did not increase the asymptomatic pathogenicity of the bacteria when these animals were fed with the contaminated diet. Only a slight increase of the seroconversion was seen, but no synergistic effects on colonization or excretion of the bacteria was observed during the experiment. It was concluded that low doses of DON have a negative impact on different phagocytics cells functions and could modify the gastrointestinal associated microflora. In contrast, this toxin did not seem to increase an asymptomatic infection of Salmonella enterica Typhimurium in pigs.

Dans les écosystèmes littoraux, l‘activité anthropique, mais aussi le contexte naturel induisent chez les organismes aquatiques des situations de « multistress ». Parmi les sources potentielles de perturbation, trois d‘entre elles ont été étudiées : contamination métallique, infection bactérienne et infestation parasitaire. Une approche intégrée de leurs interactions sur la réponse génétique, protéique, cellulaire et populationnelle chez la coque Cerastoderma edule et la palourde japonaise Ruditapes philippinarum a été entreprise sur le terrain et en laboratoire. In situ, un suivi de deux ans a été mené sur quatre populations de bivalves issues d‘environnements différents afin d‘estimer la santé des populations (paramètres de dynamique de population), de la mettre en rapport avec les niveaux de base des stress subis (métaux, parasites) et d‘évaluer les réponses adaptatives mises en place par les bivalves en termes de détoxication et de défenses immunitaires. Cette approche a permis de décrire un certain nombre de scenarii concernant les relations entre des populations de bivalves et leur environnement. En laboratoire, des expériences de co-infestation contrôlées (parasite trématode Himasthla elongata, bactérie Vibrio tapetis) en milieu indemne de métaux ou contaminé au cadmium ont été menées sur certaines de ces populations et montrent que la réponse des bivalves à ces agressions multiples dépend des espèces, des combinaisons subies, et ne se déduit pas intuitivement à partir des réponses « mono-stress », soulignant ainsi la notion d‘interactions. Malgré la complexité et la diversité de ces dernières, certains mécanismes semblent prédominer quelle que soit l‘espèce étudiée. Alors que l‘infestation par le parasite ne semble pas modulée par la présence du métal ou de la bactérie dans le milieu, la bioaccumulation métallique est fortement influencée par la présence d‘un ou plusieurs agents pathogènes. En plus de perturber l‘accumulation du polluant, la présence d‘organismes pathogènes interfère dans les mécanismes de détoxication cellulaire avec notamment une perturbation de la synthèse des métallothionéines (MT). Des travaux menés plus particulièrement sur la réponse des MT chez la coque exposée à un métal, à travers l‘expression de l‘isoforme Cemt1 et la synthèse de la protéine, confirment la complémentarité des observations (génétique et protéique) ainsi que la nécessité d‘observer les réponses des organismes à différentes échelles afin d‘avoir une vision globale des processus interactifs existants entre polluants et pathogènes. Des interactions fortes sont révélées au niveau génétique, protéique et immunitaire: « cadmium x trématode » chez la coque et « bactérie x trématode » chez la palourde. Enfin ces expériences, en parallèle du suivi in situ, mettent en évidence le rôle majeur de l‘histoire de vie dans la sensibilité des organismes aux interactions polluants-pathogènes. / In coastal ecosystems, man-mediated activity and natural context induce a ?multistress? situation in aquatic organisms. Amongst potential perturbation sources, three of them were studied: metal contamination, bacterial infection and parasite infestation. An integrated approach of their interactions on genetic, protein, cellular and population dynamics responses in the cockle (Cerastoderma edule) and the Manila clam (Ruditapes philippinarum) was undertaken through field and laboratory studies. A two-years monitoring was conducted in four bivalve populations from different environments to estimate the fitness of populations (parameters of population dynamics), in relation with the baseline levels of stressors (metals, parasites) and with the adaptive responses implemented by bivalves in terms of detoxification and immunity. This approach allowed describing different scenarii concerning the relationship between bivalve populations and their environment. In laboratory, co-infection experiments (trematode parasite Himasthla elongata, bacteria Vibrio tapetis) were conducted on these populations in controlled condition with or without metal contamination (cadmium). They showed that the response of bivalves to stress is species-dependent. Combinations were not intuitively deduced from the "mono - stress" responses underscoring the concept of interactions. Despite the complexity and diversity of these interactions, some mechanisms predominated regardless of the studied species. While parasite infestation was not modulated by the presence of metal or bacteria in the environment, metal bioaccumulation in turn was strongly influenced by the presence of one or several pathogens. Beyond disrupting the accumulation of pollutants, the presence of pathogens interfered with the cellular detoxification mechanisms including impairment of the metallothionein (MT) synthesis. A focus on the response of MT in cockles exposed to a metal through the expression of isoform Cemt1 and protein synthesis confirmed the complementary of these observations (gene and protein). They also highlighted the need to analyze responses at different scales to obtain an overview of existing interactive process between pollutants and pathogens. Strong interactions were found: ?Cd x parasite? in the cockle and" bacteria x parasite "in the clam, at the genetic, protein and immune levels. Finally, these experiments highlighted the important role of life history on the sensitivity of organisms to pollutant-pathogen interactions.

Caenorhabditis elegans fait partie des modèles animaux les plus étudiés en laboratoire. La découverte des premiers virus infectant naturellement des Caenorhabditis apporte de nouveaux modèles animal-virus très prometteurs.Le virus d'Orsay, infectant spécifiquement C. elegans, et le virus de Santeuil, infectant spécifiquement C. briggsae, sont des virus à ARN positif simple brins (Hépatites A, C et E, Chikungunya, Coronavirus etc¿) qui provoquent une désorganisation de la structure des cellules intestinales de leur hôte. Par ailleurs, une variation dans la sensibilité à ce virus au sein des espèces est observée. Grâce à une étude statistique d'association pangénomique portant sur la sensibilité au virus d'Orsay de 97 isolats naturels de C. elegans, nous avons pu mettre en évidence une région chromosomique qui contient un polymorphisme responsable de cette sensibilité. Il s'agit une délétion dans le gène drh-1 qui code une protéine similaire à la protéine RIG-I, connue pour initier une réponse antivirale chez les vertébrés. Cependant, C. elegans est incapable de produire la même réponse antivirale que ces derniers. Ainsi, DRH-1 est impliquée dans la reconnaissance des ARN viraux et dans la production d'une réponse spécifique à l'infection virale par les petits ARN. Les gènes impliqués dans l'immunité sont soumis à une forte pression de sélection. Pourtant, de manière surprenante, la délétion du gène drh-1 est présente dans 23% des isolats étudiés. Cette délétion est génétiquement liée à une région plus large de 3 Mb. Cependant, au laboratoire, cette région n’apporte pas d’avantage sélectif qui expliquerait comment cette délétion peut se propager dans les populations. / Caenorhabditis elegans is a commonly studied animal model in laboratories. The discovery ofthe first natural viral infections of Caenorhabditis brings new models to study animal-virusinteractions.The Orsay virus, specifically infecting C. elegans, and the Santeuil virus, specificallyinfecting C. briggsae, are positive single strand RNA viruses (Hepatites, Chikungunya,Coronavirus etc…) disrupting the structure of intestinal cells of their host. However, weobserved a strong variability in the sensitivity to those viruses at the intraspecific level.To identify the genetic basis of the sensitivity, we performed a genome wide association studyon 97 wild isolates of C. elegans. We were able to identify the center of chromosome IV as aregion containing the locus responsible for this sensitivity. A deletion in the drh-1 gene,coding for a RIG-I-Like protein, confers sensitivity to their carrier. RIG-I is known torecognize viral RNA and to trigger an antiviral response through the production of interferonsin vertebrates. However, C. elegans is not able to produce interferons but it appears thatDRH-1 initiates a viral specific siRNA pathway.Immunity genes are under strong selective pressure. Thus, it is surprising that such animportant protein for the antiviral pathway appears to be disrupted in 23% of the wild isolates.This deletion shows high linkage disequilibrium with a broader region of 3Mb, suggestingthat the deletion propagates with this region. However, this region does not seem to provideany advantage to their owner under laboratory conditions.

Les protéines IFITM (« InterFeron Inducible TransMembrane proteins »), et en particulier les membres 1, 2 et 3, sont des facteurs de restriction antiviraux dont l’expression est induite par le système immunitaire inné en réponse à une infection virale. Elles inhibent la réplication de nombreux virus pathogènes pour l’homme parmi lesquels figurent le virus de la grippe A, le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine) de type 1 ou encore le virus de l’hépatite C. Ces virus entrent dans la cellule hôte, soit par fusion directe avec la membrane plasmique, soit par la voie de l’endocytose. Il est à présent communément admis que les protéines IFITM, localisées au sein des membranes plasmiques et endolysosomales, agissent en inhibant la fusion des membranes virales et cellulaires, empêchant par conséquent l’entrée du virus dans la cellule et donc sa réplication. D’autre part, dans le cas du VIH, leur incorporation dans les particules virales produites par la cellule hôte diminuerait la capacité de ces particules à infecter de nouvelles cellules cibles. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les protéines IFITM interfèrent avec le cycle viral ne sont pas encore clairement définis.Parmi les membres de la famille IFITM, IFITM3 est celui qui présente l’effet antiviral le plus systématique selon les différentes études. Il constitue donc un modèle de référence pour étudier la famille IFITM.Déterminer la structure ainsi que la topologie membranaire d’IFITM3 sous sa forme active rendrait alors possible la réalisation d’études fonctionnelles, dont les résultats contribueraient sans nul doute à élucider le(s) mécanisme(s) par le(s)quel(s) IFITM3 exerce son activité antivirale.C’est pourquoi, nous nous sommes tout d’abord attelés à reconstituer IFITM3 au sein de membranes artificielles (liposomes, nanodisques), car contrairement aux micelles de détergent, ces membranes artificielles peuvent mimer l’environnement natif des protéines membranaires et par conséquent, offrir de plus grandes chances de les y étudier sous leur forme active. Nous avons ensuite procédé à la caractérisation biochimique et biophysique d’IFITM3 et avons mis en évidence la formation de dimère de la protéine ainsi que de plus grandes espèces oligomériques. L’analyse structurale d’IFITM3 reconstituée en nanodisques par RMN nous a quant à elle permis d’identifier une courte région hélicoïdale dans la région N-terminale extramembranaire d’IFITM3 encore jamais décrite auparavant et pouvant correspondre à un motif d’internalisation. Nous avons en outre observé, par microscopie électronique à coloration négative, de potentiels effets d’IFITM3 sur la courbure de la membrane de liposomes qui pourraient être à l’origine de son action inhibitrice sur la fusion virale. Et enfin, nous avons montré au travers d’expériences TEVC que lorsqu’IFITM3 est présente dans l’environnement extracellulaire d’ovocytes de xénope, celle-ci est capable d’engendrer des fuites ioniques au travers de la membrane des ovocytes qui pourraient résulter soit, d’une déstabilisation de la membrane par IFITM3 soit, d’une formation de pores membranaires par la protéine. / The host cell first line of defence against viral infections induces the production of interferons. These interferons are then released in the surrounding medium where they bind to target cells and induce the expression of hundreds of genes so called interferon-stimulated genes (ISGs). The interferon inducible transmembrane proteins IFITM are part of the products of these ISGs. IFITM1, 2 and 3 are antiviral factors able to restrict the replication of a broad variety of enveloped viruses, such as influenza virus, HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus) and Hepatitis C virus. These viruses enter in the host cell either by direct fusion with the cell membrane or by endocytosis. IFITM proteins contain two membrane regions for insertion or interaction with plasma and endolysosomal membranes where they block the fusion of virus particles with cellular membranes by a mechanism which is still undefined. In addition, their incorporation into new HIV virions, in virus producing cells, has been correlated with decreased infectivity.Among the IFITM protein family members, IFITM3 is the one showing the most recurrent antiviral effect in the different studies. Therefore it represents a good model to study the whole IFITM family.The determination of its structure and membrane topology is crucial to be able to clarify, through structure-based functional studies, the mechanism(s) by which IFITM3 interfere with the viral cycle.Here we characterized and we studied IFITM3 structure and membrane topology in a lipidic environment close to its native environment such as liposomes and nanodiscs. We demonstrated that IFITM3 can self-associate to form at least a dimer. Some higher order associations of IFITM3 have been observed after its reconstitution into liposomes and big size nanodiscs. We discovered by NMR in solution that the N-terminal region of IFITM3 contains a small helical region, never described until now, which could correspond to an internalization motif. We also observed by negative staining electron microscopy some liposomal membrane curvature changes that could be assigned to the presence of IFITM3 in these liposomes. And we discovered through TEVC experiments that IFITM3 addition in the extracellular environment of xenopus oocytes produces ion leaks through the oocyte membrane which could result either from membrane destabilization or from a pore formation.