Les systèmes toxine-antitoxine (STA) sont généralement constitués de deux petites protéines cytoplasmiques : une toxine stable et une antitoxine instable capable de neutraliser la toxine et de réprimer l’expression de l’opéron toxine-antitoxine. Une étude menée au laboratoire avait mis en évidence que la perte du gène hicB3 (ypo3369) de Y. pestis, codant une antitoxine solitaire putative, entraine un retard de la croissance bactérienne in vitro et une atténuation de la virulence dans un modèle murin de peste bubonique (Pradel et al., 2014). Par analyse in silico, nous avons détecté, en amont de hicB3, un petit gène non annoté candidat pour coder la toxine HicA3. La surproduction de HicA3 provoque la bactériostase chez Escherichia coli et Y. pestis et la production subséquente de HicB3 restaure la croissance. HicA3 et HicB3 constituent donc un STA fonctionnel. Cependant, la perte du STA HicA3B3 n’affecte pas la virulence de Y. pestis dans un modèle murin de peste bubonique. Nous avons ensuite purifié et caractérisé les protéines HicA3 et HicB3. La toxine HicA3 est une ribonucléase monomérique de 66 aa qui comporte un résidu histidine catalytique essentiel pour son activité. L’antitoxine HicB3 a une double fonction : elle interagit avec HicA3 pour la neutraliser et elle réprime le promoteur de l’opéron hicA3B3. Des expériences de retard sur gel et de fusions transcriptionnelles avec un gène rapporteur ont révélé que l’antitoxine HicB3 et le complexe HicA3-HicB3 se fixent sur deux opérateurs chevauchant les boîtes -10 et -35 du promoteur PhicA3. Nous avons également résolu la structure cristalline de l’antitoxine HicB3 et celle du complexe HicA3-HicB3. HicB3 est un tétramère qui comporte deux domaines de fixation à l’ADN du type ruban-hélice-hélice et deux domaines de neutralisation de la toxine. / Toxin-antitoxin systems (TAS) are generally constituted by two small cytoplasmic proteins: a stable toxin and an unstable antitoxin which neutralizes the toxin and represses the expression of the toxin-antitoxin operon. In previous research, our lab found that Yersinia pestis lacking the hicB3 (ypo3369) gene, encoding a putative orphan antitoxin, has a growth defect in vitro and is attenuated for virulence in a murine model of bubonic plague (Pradel et al., 2014). In silico analysis revealed a small gene upstream of hicB3, encoding a putative toxin that we called HicA3. HicA3 overproduction generates bacteriostasis of Escherichia coli and Y. pestis, and the subsequent production of HicB3 restores cell growth. HicA3 and HicB3 thus constitute a functional TAS. However, the lack of the HicA3B3 TAS does not affect Y. pestis virulence in a murine model of bubonic plague. We then purified and characterized the HicA3 and HicB3 proteins. The HicA3 toxin is a monomeric 66-aa ribonuclease with a catalytic histidine residue required for its activity. The HicB3 antitoxin has two functions: it binds and neutralizes HicA3 and it represses the hicA3B3 operon promoter. Gel-shift assays and transcriptional reporter fusion experiments showed that both HicB3 and the HicA3-HicB3 complex bind to two operators overlapping the -10 and -35 boxes of the PhicA3 promoter. We also solved the crystal structures of the HicB3 antitoxin and the HicA3-HicB3 complex. HicB3 is a tetramer with two DNA binding domains of the ribbon-helix-helix type and two toxin neutralization domains.

Bacillus anthracis est un bacille Gram positif dont le pouvoir pathogène repose essentiellement sur l'expression de gènes de virulence incluant deux toxines (la toxine létale (LT) et la toxine œdématogène (ET)) ; et la synthèse d'une capsule. Nous avons étudié la migration des différentes populations cellulaires du parenchyme pulmonaire chez la souris au cours d'une infection in vivo dans le but de comprendre les mécanismes cellulaires d'entrée du pathogène et tout particulièrement le passage de la barrière alvéolo-capillaire. L'analyse des différents compartiments cellulaires ciblés par l'infection montre que dès 10 minutes, les macrophages alvéolaires phagocytent les spores. A partir de 30 min après l'infection, les cellules dendritiques pulmonaires (DCpulm) parenchymateuses phagocytent des spores sans avoir migré dans les alvéoles. La migration de DCpulm infectées jusqu'aux ganglions lymphatiques est observée dès 30 min. Ces résultats démontrent la rapidité de l'infection pulmonaire pas des spores de B. anthracis. Nous avons ensuite étudié l'effet des toxines sur les DCpulm murines purifiées ex vivo, étude correspondant physiologiquement aux phases plus avancées de l'infection. Les résultats montrent qu'après infection avec des souches de B. anthracis exprimant LT, l'expression des marqueurs de co-stimulation et du CMH de classe II par les DCpulm est spécifiquement inhibée. De plus, les toxines, secrétées au cours de l'infection par B. anthracis, inhibent la sécrétion de cytokines par les DCpulm, désorganisant ainsi la réponse immunitaire et permettant l'évasion du pathogène.

Bacillus anthracis, agent de la maladie du charbon, est aussi un agent majeur de la menace biologique. Sa virulence est liée à deux principaux facteurs : une capsule et deux toxines, la toxine oedémateuse (ET = EF + PA) et la toxine létale (LT = LF + PA). EF est une adénylate cyclase, calcium et calmoduline dépendante, produisant une élévation de la concentration en AMPc intracellulaire tandis que LF est une métalloprotéase à zinc clivant la majorité des Mitogen Activated Protein Kinase Kinases. Les toxines jouent un rôle central dans la pathogénie de la maladie du charbon et dans la dérégulation des fonctions des cellules du système immunitaire. Le cytosquelette d'actine participe activement aux fonctions de phagocytose et de migration des macrophages et des cellules dendritiques.Cependant, peu d'études analysent l'implication du cytosquelette d'actine des cellules immunitaires dans la physiopathologie des toxines. ET induit une rétraction temps-dépendant des cellules dendritiques et des macrophages normalisés sur des micropatterns de fibronectine, s'accompagnant d'une dépolymérisation de l'actine et d'une perte des points d'ancrage des cellules dendritiques. Précocement, ET active la cofiline par l'activation de la voie de signalisation AMPc – PKA – Protéines phosphatases. Malgré ces altérations du cytosquelette d'actine, ET n'induit pas de modification des capacités phagocytaires des cellules dendritiques, à l'exception d'une dérégulation de la maturation des phagosomes. ET conduit également à une augmentation de la migration des cellules dendritiques in vitro par activation et expression de CCR7 et CXCR4 à la surface des cellules dendritiques.A l'inverse, LT conduit à un étalement temps-dépendant des cellules dendritiques normalisées, accompagné d'une dérégulation de la dynamique de l'actine provoquant des regroupements anormaux d'actine filament. LT active les myosines phosphatases via la voie RhoA-ROCK pour déphosphoryler les myosines II. A la différence de ET, LT inhibe les capacités phagocytaires des cellules dendritiques mais ne conduit pas à une modification de la migration des cellules dendritiques in vitro. / Bacillus anthracis, the agent of anthrax, is also a major agent of biological warfare threat. Its virulence is caused by two main factors : the capsule and two toxins, edema toxin (ET = PA + EF) and lethal toxin (LT = LF + PA). EF is a calcium and calmodulin-dependent adenylate cyclase, producing a rise in intracellular cAMP concentration, while LF is a zinc metalloprotease cleaving the majority of Mitogen Activated Protein Kinase Kinases. The toxins play a central role in the pathogenesis of the disease and the deregulation of the functions of immune cells. The actin cytoskeleton is actively participating in the phagocytosis and the migration of macrophages and dendritic cells.However, few studies analyze the involvement of the actin cytoskeleton of immune cells in the pathogenesis of toxins. ET induces a time-dependent retraction of dendritic cells and macrophages on fibronectin micropatterns, accompanied by actin depolymerization and a loss of the anchor points of dendritic cells. ET early activates cofilin by activating the cAMP - PKA - Protein phosphatases signaling pathway. Despite these alterations of the actin cytoskeleton, ET does not induce any change in the phagocytic capacity of dendritic cells, except for a deregulation of the phagosomes maturation. ET also leads to an increase in the migration of dendritic cells in vitro by activation and expression of CCR7 and CXCR4 on the surface of dendritic cells.In contrast, LT results in a time-dependent spreading of micropatterned dendritic cells, accompanied by a dysregulation of actin dynamics causing abnormal combinations of actin filament. LT activates myosin phosphatase via the RhoA-ROCK pathway to dephosphorylate myosin II. Unlike ET, LT inhibits the dendritic cells phagocytosis but does not lead to a change in dendritic cells migration in vitro.

La Gymnodimine et le 13-desméthyle Spirolide C sont des neurotoxines macrocycliques à imine cyclique. Elles ont été isolées dans des organismes filtreurs tels que les moules et les huitres et sont produites par des algues unicellulaires de type dinoflagellé. Lors d’efflorescences algales, la forte concentration de ces molécules est à l’origine de problèmes de santé publique car les micro-algues sont absorbées puis concentrées par les organismes filtreurs. Elles se retrouvent ensuite transmises aux animaux marins et à l’Homme via la chaîne alimentaire. Dans ce contexte, leur synthèse s’avère indispensable pour disposer de quantités suffisantes à leur étude pharmacologique. Cette thèse a porté sur la synthèse des fragments spiromines du 13-desméthyle Spirolide C et de la Gymnodimine. Plusieurs stratégies unifiées ont été testées au cours de ces travaux. Dans un premier temps, des cyclisations cationiques et radicalaires d’époxy-allylsilanes obtenus par une réaction clé de substitution allylique sont présentées. Dans un second temps, une approche diastéréosélective à la synthèse d’allylsilanes et des cyclisations par ouverture radicalaire d’époxydes ont été testés. Finalement, une stratégie de synthèse basée sur la réaction de Diels-Alder a permis la synthèse d’une imine cyclique modèle et d’un intermédiaire avancé pour la synthèse totale de la Gymnodimine. / The Gymnodimine and the 13-desméthyle Spirolide C are two macrocyclic neurotoxins bearing a cyclic imine. They were isolated in filter organisms such as mussel and oysters and are produced by marine unicellular organisms called dinoflagellates. In the occurrence of algal blooms, a massive production of these molecules creates public health issues. The absorption and concentration by filter organisms, allow this molecules to be delivered to marine wild life and human trough the food chain. To date, the mode of action of spirolides is not fully elucidated and the toxicity toward humans still needs studies. Considering their low bioavailability, their synthesis proves to be crucial to have enough material for pharmacological studies. This manuscript present the synthesis of the spiroimine fragment of the 13-desméthyle Spirolide C and the Gymnodimine. Various unified strategies were tested in this work. In the first part, cationic and radical cyclisations of epoxy-allylsilanes obtained by a key allylic substitution are presented. In the second part, a diastereoselective approach for the synthesis of allylsilanes and cyclisation attempts by radical opening of epoxides are presented. Finally, a Diels-Alder based strategy allowed the synthesis of a model cyclic imine and a highly substituted fragment for the total synthesis of the Gymnodimine.

flasque, est produite par des bactéries anaérobies du genre Clostridium. Les BoNTs, classifiées en 7 types (A à G), forment divers complexes avec des protéines non toxiques, dont le composant non toxique non hémagglutinant (NTNH) et les hémagglutinines (HAs). Les gènes sont organisés, au sein du locus botulique, selon deux opérons divergents, ntnhbont/ A et ha34-ha17-ha70 pour le type A, dont l'expression est positivement régulée par le facteur sigma alternatif BotR. Un pic d'expression synchrone de tous les gènes du locus de type A est mesuré par RT-PCR en temps réel lors de la transition entre les phases exponentielle et stationnaire de croissance, en parallèle avec l'augmentation du titre en toxine du surnageant de culture. Dans un modèle d'épithélium intestinal, BoNT/A purifiée est transcytosée après liaison via le domaine Hc/A à des récepteurs apicaux comprenant des gangliosides et des protéines potentiellement apparentées à SV2. L'intensité de liaison et l'efficacité de transport de la toxine sont supérieures dans les cellules intestinales de type crypte plutôt qu'entérocyte. Injectés dans la lumière d'une anse iléale ligaturée, BoNT/A inhibe les contractions des muscles lisses et le domaine Hc/A fluorescent progresse de la muqueuse, via certaines cellules des cryptes, vers la sous-muqueuse et la musculeuse où il cible certaines terminaisons nerveuses, majoritairement cholinergiques. Hc/A entre par des voies distinctes dans les cellules neuronales (voie clathrine dépendante de la dynamine) et les cellules intestinales (voie non-clathrine, dépendante de Cdc42 et de la dynamine).

La plasticité génomique de Staphylococcus aureus lui permet d'acquérir des gènes codant des facteurs de virulence mais aussi des gènes de résistance aux antibiotiques, notamment la cassette de résistance à la méticilline (SCCmec). La résistance à la méticilline est d'abord apparue dans des souches hospitalières à l'origine de grands clones pandémiques nosocomiaux, puis a ensuite émergé en milieu communautaire chez des souches virulentes possédant la leucocidine de Panton-Valentine. Nous avons observé en 2002, en milieu hospitalier et communautaire, l'émergence inquiétante de S. aureus résistant à la méticilline (SARM) portant le gène tst de la toxine du choc toxique staphylococcique (TSST-1). Notre travail a consisté à : (i) l'élaboration de nouveaux outils contribuant à la description de clones de SARM, notamment d'un outil de typage de la cassette SCCmec, (ii) la caractérisation phénotypique et moléculaire de ce nouveau clone, (iii) l'étude de l'épidémiologie de ce clone, (iv) l'exploration de la pathogénie de ce clone en recherchant les propriétés génétiques qui lui confèrent une telle virulence et épidémicité, et notamment en identifiant le rôle de la TSST-1. Le clone de SARM tst+ est un clone épidémique de fond génétique ST5 en Multi Locus Sequence yping, atteignant principalement les sujets jeunes, et responsable d'infections variées à la fois toxiniques et suppuratives. Il est doté d'une cassette SCCmec atypique de type I tronquée dont le rôle dans le potentiel épidémique et de virulence de ce clone reste à déterminer. Enfin, la TSST-1 ne semble pas jouer un rôle déterminant, direct ou indirect, dans la pathogénie pléiotropique de ce clone

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Les Escherichia coli producteurs de Shiga-toxines (STEC) sont responsables d'infections humaines, allant d'une diarrhée aqueuse bénigne pouvant se compliquer en syndrome hémolytique et urémique (SHU), parfois mortel. La transmission de STEC à l'Homme s'effectue principalement par l'ingestion d'aliments contaminés. Le principal facteur de virulence des STEC est le gène stx (codant la Shiga-toxine), localisé dans le génome d'un prophage. La thèse a été centrée sur les STEC O26:H11, deuxième sérotype à l'origine de SHU dans le monde, et premier retrouvé dans les fromages au lait cru.Le premier objectif était de caractériser génétiquement les STEC O26:H11 et leurs phages Stx (variants du gène stx et sites d'insertion des phages Stx) afin d'identifier d'éventuelles différences entre ces souches selon leur origine. La majorité des souches alimentaires et bovines étudiées possèdent le variant stx1a et leurs phages Stx sont intégrés dans wrbA et yehV. Les souches humaines possèdent les variants stx1a et stx2a en proportions équivalentes. Leurs phages Stx sont aussi intégrés dans wrbA et yehV mais à la différence des souches alimentaires et bovines, le site yecE a été identifié comme site d'insertion. Toutes les souches humaines qui possédaient un phage Stx2a intégré dans wrbA et yecE ont causé des SHU ; ce qui pourrait être un indicateur de haute virulence. Des études ont montré que des souches E. coli Attachant/Effaçant (AEEC) O26:H11 sont isolées à partir d'aliments identifiés comme « stx+ » par PCR. En dehors de l'absence du gène stx, ces souches AEEC sont similaires aux STEC. Leur caractérisation a montré ici que la majorité d'entre elles ont leurs sites d'insertion intacts, caractéristique compatible avec une perte de phage Stx par excision spontanée. La stabilité des phages Stx a donc été évaluée chez les STEC O26:H11. La présence/absence de phages Stx a été quantifiée par PCRq pour chaque souche au niveau de la population bactérienne entière montrant que les STEC ont la capacité de perdre leurs phages Stx. En revanche, cette instabilité n'est pas liée aux sites d'insertion. Plusieurs essais visant à introduire des phages Stx dans les souches AEEC pour les convertir en STEC ont été réalisés mais les résultats ont montré qu'il était difficile d'infecter ces souches. L'étude du taux d'induction des phages Stx in vitro chez les STEC O26:H11 a montré, qu'en présence de mitomycine C, les phages Stx2 étaient plus inductibles que les phages Stx1. En revanche, il n'a pas été mis en évidence de différences en fonction de l'origine des souches testées et du site d'intégration des phages Stx. L'analyse morphologique de quelques phages Stx a montré que le type Stx1 ou Stx2 n'était pas lié à une forme spécifique de phage. L'étude des stress relatifs à la technologie fromagère a montré que le stress salin et le stress oxydatif, lié à la libération potentielle d'H2O2 par d'autres bactéries, entrainaient l'induction des phages Stx. Comme des souches AEEC sont fréquemment isolées à partir d'aliments qualifiés de « stx+» par PCR, le processus analytique d'isolement des STEC a aussi été étudié. La production de phages Stx lors de la phase d'enrichissement semble possible à partir d'un aliment contaminé. En revanche, aucun composant de cette méthode, testé individuellement, n'a pu être identifié comme inducteur des phages Stx. Ces travaux ont permis d'acquérir des connaissances sur la diversité des phages Stx issus de STEC O26:H11 isolées chez l'Homme et dans la filière laitière. Des différences au niveau des variants du gène stx mais aussi des sites d'insertion des phages Stx ont pu être observées en fonction de l'origine des souches. De plus les niveaux d'induction des phages Stx diffèrent selon le variant du gène stx. Ces différences pourraient refléter l'existence de clones distincts, aux potentiels de virulence différents, circulant dans les aliments, chez les bovins et les patients / Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) are responsible for human infections, ranging from mild diarrhea to hemolytic-uremic syndrome (HUS), sometimes with fatal outcome. Transmission of STEC to humans occurs mainly through the ingestion of contaminated food. The main virulence factor of STEC is the stx gene (encodes Shiga-toxin) located in the genome of a prophage. The PhD thesis was focused on STEC O26:H11, which is the second serotype causing HUS in the world, and the first one found in raw milk cheeses. The first objective was to characterize genetically STEC O26:H11 strains and their Stx phages (stx gene subtypes and insertion sites of Stx phages) in order to identify any differences between these strains according to their origin. The majority of the investigated food and bovine strains possessed stx1a subtype and their Stx phages were integrated into wrbA and yehV. Human strains possessed the stx1a and stx2a subtypes in equivalent proportions. Their Stx phages were also integrated into wrbA and yehV but unlike food and bovine strains, yecE site were identified as insertion site. All the human strains carrying an Stx2a phage integrated into wrbA and yecE caused HUS, which could indicate a high virulence. Studies showed that Attaching/Effacing E. coli (AEEC) O26:H11 strains were isolated from foods identified as "stx +" by PCR. Except for the absence of stx gene, these AEEC strains are similar to STEC. Their characterization showed, in this study, that the majority of them had intact insertion sites, in agreement with a possible loss of Stx phage by spontaneous excision. The stability of Stx phages was evaluated in STEC O26:H11. Presence/absence of Stx phages was quantified for each strain in the total bacterial population, showing that STEC were capable of losing their Stx phages. However, this instability was not related to the insertion sites. Several attempts to introduce Stx phages in AEEC strains in order to convert them into STEC were conducted but the results showed that it was difficult to infect these strains. The induction rate of Stx phages in vitro in STEC O26:H11 showed that, with mitomycin C, the Stx2 phages were more inducible than Stx1 phages. However no difference was found with the origin of the strains tested and the Stx phage integration site used. The morphological analysis of some Stx phages showed that Stx1 or Stx2 type was not related to a specific phage shape. Study of various stress related to the cheese-making process showed that the osmotic and oxidative stress related to the potential release of H2O2 by other bacteria, led to the induction of Stx phages. Because AEEC strains are frequently isolated from food qualified as "stx+" by PCR, the analytical STEC isolation procedure was studied for its ability to induce Stx phages. Production of Stx phages during the enrichment phase seemed possible from contaminated food. However, none of the components of this method, tested individually, could be identified as an inducer of Stx phages. This work highlighted the diversity of Stx phages from STEC O26:H11 isolated from humans and dairy sector. Differences in stx subtypes and Stx phages insertion sites present among the STEC O26:H11 strains were observed depending on the origin of the strains. Moreover the induction levels of Stx phages differed according to the stx subtypes. These differences might reflect the existence of distinct clones, with varying virulence potential, circulating in foods, cattle and patients

La toxine diphtérique (DT) une toxine bactérienne sécrétée par Corynebacterium diphtheriae. Lors de l'intoxication d'une cellule, le domaine de translocation (T) de la DT s'insère dans la membrane à pH acide et assiste la translocation du domaine catalytique (C) dans le cytosol. Le domaine T adopte une conformation en molten globule (MG) et devient compétent pour l'interaction membranaire. Nous avons identifié par mutagenèse les résidus du domaine T dont la protonation favorise la formation de l'état MG en solution et l'interaction membranaire. Les résultats montrent que la protonation concertée des six histidines du domaine T est impliquée dans la formation de l'état MG en solution. La paire His223-257 et l'His251 ont un effet prépondérant dans la formation de l'état molten globule en solution, alors que la paire His322-323 (mais également His251) est davantage impliquée dans l'interaction avec la membrane, et en particulier la liaison à la membrane.<br />Nous avons étudié les changements de conformation des deux domaines C et T dans une protéine CT correspondant à la DT tronquée de son domaine R, afin de comprendre les effets du lien covalent sur les conformations respectives de C et T en fonction du pH. Les mutants CTW50/153F et CTW206/281F ont permis de suivre la fluorescence des Trp de chaque domaine dans la protéine CT. Les<br />résultats montrent que le domaine T dirige la translocation de C dans les premières étapes de la translocation (formation de l'état MG, liaison et insertion membranaire), et qu'il pourrait jouer un rôle de chaperon en stabilisant l'état MG du domaine C.