INTRODUÇÃO: A principal manifestação clínica da doença aterosclerótica é o infarto agudo do miocárdio, caracterizada como emergência médica, que necessita de diagnóstico correto, rápido, preciso e terapia eficaz. Os estudos de transcriptoma e proteoma possibilitam obter informações que nos permite compreender de forma mais abrangente a evolução fisiopatológica das doenças, sendo as cardiovasculares particularmente favorecidas por terem etiologia multifatorial e sem dúvida multigênica, portanto a utilização destas ferramentas num modelo de doença aguda pode auxiliar, de forma singular, na obtenção de novas informações, tais como novos marcadores precoces de injúria. OBJETIVO: Identificar novos biomarcadores de doenças cardiovasculares através da análise do perfil de expressão de RNAm de células do sangue periférico e proteínas plasmáticas de pacientes com SCA. CASUÍSTICA E MÉTODOS: É um estudo caso-controle de pacientes com SCA recrutados no Pronto-Socorro do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia. Foram recrutados 84 indivíduos com Síndrome Coronariana Aguda (SCA), 47 indivíduos sem doença cardiovascular (grupo controle), de ambos os sexos com idade entre 30 a 65 anos, atendidos no Instituto Dante Pazzanese do Estado de São Paulo - Brasil. A avaliação de expressão gênica global de 10 pacientes e 6 controles (pareados) durante as primeiras 48 h após o IAM foi realizada através dos microarranjos de DNA (sistema Affymetrix) e a análise de plasma por separação em sistema de microarranjos (ProteinChip®), seguida da identificação e quantificação por espectrometria de massa, em sistema SELDI-TOF/MS. Os resultados de microarranjo de DNA foram validados tecnicamente (a partir das mesmas amostras processadas por microarranjo de DNA) e, posteriormente validados biologicamente (a partir das outras amostras não processadas por microarranjo de DNA) através da PCR em tempo real. RESULTADOS: Foram observados ao total 599 genes diferentemente expressos nas primeiras 48 h após IAM. Trinta e três genes foram selecionados e submetidos à validação técnica, sendo que destes, 20 genes foram submetidos à validação biológica através da PCR em tempo real. Os validados foram: ALOX15, AREG, BCL2A1, BCL2L1, CA1, COX7B, ECDHC3,KCNE1, IL18R1, IRS2, MYL4, MMP9 e TREML4. Na análise, foram identificados 479 espectros de proteínas plasmáticas diferentemente expressos em relação ao controle, destes destacam-se 16 possíveis proteínas correspondentes ao peso molecular entre 6386.5 Da e 17807,7 Da. CONCLUSÃO: Os resultados desses estudos sugerem novos marcadores para avaliação da síndrome coronariana aguda e provavelmente com valor prognóstico importante. / BACKGROUND: The main clinical manifestation of atherosclerosis is the acute myocardial infarction (AMI), which is a medical emergency that requires prompt diagnosis and efficient therapy. The transcriptomic and proteomic approaches are both powerful tools for the study of AMI and may be instrumental to identify news biomarkers involved in the inflammatory and apoptotic process of cardiovascular diseases. OBJECTIVE: The aim of this study is to determine the gene expression of RNAm and protein in blood cells following an AMI to identify new biomarkers. PATIENTS AND METHODS: For this study eighty four patients with acute coronary syndrome (ACS) and forty seven control individuals were selected among patients of the Instituto Dante Pazzanese, São Paulo state, Brazil. A global gene expression profile by GeneChip® Exon 1.0 ST Array (Affymetrix) and proteomic plasma profile by ProteinChip® Biomarker System and SELDI-TOF/MS were evaluated for ten patients from the ACS group and six from the control group. These patients were followed up for the first 48 h following the AMI. The genes differently expressed by microarray analysis were submitted to technical (same casuistic) and biologic (new casuistic) validation by PCR real time. RESULTS: 599 genes were differentially expressed at the first 48 h after AMI. Thirty-three genes were selected and submitted to the technical validation, and 20 were subjected to biological validation by real time PCR afterwards. The validated ones were: ALOX15, Areg, BCL2A1, BCL2L1, CA1, COX7B, ECDHC3, KCNE1, IL18R1, IRS2, MYL4, MMP9 and TREML4. At proteomic analysis, 479 peaks of plasma proteins differentially expressed were identified. 16 peaks were considered as high potentially biomarkers. Their molecular weight was between 6386.5 Da and 17807.7 Da. CONCLUSION: Results from this study were able to identify changes in gene and protein profiles in the plasma, and suggest new markers for evaluation of acute coronary syndrome and probably with important prognostic value.

Les rapides progrès technologiques en matière de techniques de biologie à grande échelle, comprenant notamment les microarrays, conduisent en 2006 au développement d’une nouvelle génération de puces à très haute résolution, capables de cibler à la fois tous les gènes du transcriptome humain, mais également tous les exons de ces gènes pris individuellement. L’avènement de cette puce, communément appelée puce exon, permit d’obtenir une mesure précise des changements transcriptomiques affectant les cellules cancéreuses, en offrant la possibilité de prendre en compte l’expression relative de différents exons d’un même gène.L’épissage alternatif et la transcription alternative sont les deux principaux mécanismes biologiques à l’origine de l’existence de plusieurs transcrits pour un même gène. Ces processus biologiques ont été mis en évidence depuis longtemps mais leur régulation dans les cellules normales ainsi que leurs dérégulations dans les cancers sont encore mal caractérisées de par la complexité des mécanismes impliqués. Par leur design, les puces exons permettent de mettre en évidence la présence de variations d’expression entre plusieurs transcrits potentiels d’un même gène, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension de ces processus biologiques.A partir d’un important jeu de données d’échantillons de cancers de la vessie dont le profil transcriptomique fut obtenu par puces exons, nous nous sommes intéressés à l’étude des changements d’épissage alternatif et à l’utilisation de promoteurs alternatifs dans les tumeurs de vessie. L’utilisation d’outils statistiques et mathématiques dédiés à l’analyse de ces puces nous a permis dans un premier temps d’identifier de nombreux gènes dont l’expression relative des différents transcrits est spécifiquement dérégulée dans les tumeurs de vessie. Ces transcrits constituent une nouvelle source pour l’identification de cibles thérapeutiques spécifiques des tumeurs. Nous avons pu montrer qu’avec une approche ciblée sur les changements d’expression relative de transcrits alternatifs d’un même gène, il était possible de constituer un panel de potentiels marqueurs tumoraux permettant le développement de nouveaux tests urinaires utiles à la détection des cancers de vessie et à la surveillance des patients.Par une analyse non supervisée des profils d’exons potentiellement dérégulés, nous avons pu observer une stratification des tumeurs similaire à celle observée par l’étude des profils géniques issus de puces classiques, confirmant alors l’existence d’un sous groupe de tumeurs de vessie présentant des caractéristiques transcriptomiques propres. Nous avons pu associer à ce sous-groupe de mauvais pronostic, une signature d’inclusion différentielle de certains exons. Cette signature impliquant 19 gènes permet d’identifier précisément ces tumeurs de manière très spécifique et constitue par conséquent un outil puissant utilisable en clinique.L’étude ciblée d’une voie de signalisation fréquemment dérégulée dans les cancers nous a permis de mettre en évidence une dérégulation globale de l’expression relative des transcrits alternatifs de gènes impliqués dans la prolifération cellulaire, et d’en identifier de probables régulateurs. Enfin, L’analyse des données de puces exons à la lumière des données de méthylation de l’ADN nous a permis d’identifier un mécanisme épigénétique régulant l’utilisation de promoteurs alternatifs dans un sous-groupe de tumeurs de vessie.L’ensemble des résultats obtenus par l’analyse de ces puces exons a par conséquent permis de caractériser à l’échelle du transcrit les dérégulations spécifiques des tumeurs de vessie, et d’en identifier certains mécanismes. Ces dérégulations permettent non seulement d’identifier spécifiquement plusieurs sous-groupe de tumeurs dont un de mauvais pronostic, mais offrent également de nouvelles possibilités quant-à la recherche de marqueurs urinaires pour la surveillance des patients. / The development of microarray technology in the late 1990’s served as an essential tool to comprehend the scope of transcriptomic deregulations occurring in cancer cells. Signals generated from the first generation of transcriptomic microarrays gave simultaneous measures of expression from a large number of genes, therefore enabling to identify candidate genes involved in cancer progression and putative therapeutic targets. In 2006, through a fast de- velopment of high-throughput technologies, the available large scale analysis tools became enriched with a new generation of high resolution microarrays measuring expression signals both at the gene-level and at the exon-level of each gene. The advent of this high-resolution microarray, commonly called exon array, provided the opportunity to get a more accurate meas- ure of transcriptomic changes affecting cancer cells by enabling to consider relative expression changes of the exons from a same gene.Alternative splicing and alternative transcription are the two main biological mechanisms accounting for the production of several transcripts from a same gene. Although these bio- logical processes have been known for a long time, their regulation in normal cells and their deregulation in cancer still remain challenging to well-characterize, mainly due to the complex- ity of the involved mechanisms. Through their design, exon arrays enable to identify variable expression patterns within several potential transcripts of a same gene, therefore bringing new insight into these biological processes.Based on a large dataset of bladder cancer samples that were profiled on exon arrays, we focused on the study of alternative splicing changes and alternative promoter usage in bladder tumours. Analysis of these exon arrays through the use of adapted statistical and mathemat- ical tools initially resulted in the identification of numerous genes showing differential relative expression patterns of their transcripts between cancer and normal samples. These transcripts represent a new opportunity to define tumour-specific therapeutic targets. We demonstrated that using an approach targeted on relative expression changes of transcripts from a same gene, it was possible to build up a panel of potential tumour-specific markers enabling the development of new urinary test to detect bladder cancer and monitor its evolution.Through an unsupervised analysis of putatively deregulated exon profiles, we observed that the partitioning of bladder tumours was similar to the classification resulting from the study of classical gene microarray expression profiles, consequently confirming the existence of a bladder subgroup with peculiar transcriptomic properties. For this subgroup of bad prognosis, we established a signature based on the differential alternative inclusion of several exons. This signature relates to 19 genes and enables to accurately identify tumours from this subgroup, therefore providing a powerful tool to be used in clinical practice.By studying a specific pathway often deregulated in cancer, we highlighted an overall dereg- ulation of the relative expression of alternative transcripts from genes involved in cell prolifer- ation, and identified potential actors involved in the underlying regulatory process. Eventually, the analysis of exon arrays in the light of DNA methylation array data enabled us to identify an epigenetic mechanism regulating the use of alternative promoters in a subgroup of bladder tumours.Together, the results obtained from exon array analysis consequently provided a character- ization at the transcript level of bladder tumour specific deregulations and brought insight into the underlying mechanisms. The highlighted deregulations not only allow to accurately identify two subgroups of tumours, of which one has a bad prognosis, but also offer new possibilities regarding the definition of urinary markers for patient monitoring.

Les composés organiques hydrophobes (HOCs), lipides et hydrocarbures, représentent une part significative de la matière organique dans l’environnement marin. Leur faible solubilité dans l’eau exige de la part des bactéries qui les dégradent des adaptations physiologiques permettant de stimuler leur transfert de masse de la phase organique vers la phase aqueuse où ils sont assimilés. La formation de biofilm à l’interface HOC-eau est l’une de ces adaptations. La bactérie marine Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh), qui est capable d’utiliser un catalogue assez large de HOCs comme les alcanes, les alcools gras et les triglycérides, a été utilisée comme modèle d’étude de la formation de biofilms aux interfaces HOCs-eau. Le but de mes recherches était de : (i) mener la caractérisation fonctionnelle des gènes aupA et aupB, qui sont surexprimés en condition de biofilm sur hexadécane et (ii) dresser, par une étude de transcriptomique, une liste de gènes potentiellement impliqués dans l’adhésion et la formation de biofilm aux interfaces HOCs-eau dans le but d’appréhender les mécanismes moléculaires mis en jeu. L’étude fonctionnelle de aupA et aupB a révélé que ces deux gènes forment un opéron dont l’expression est activée par divers types de HOCs. Il a aussi été démontré qu’ils sont impliqués dans le transport de l’hexadécane et dans la formation de biofilm sur alcanes. La protéine AupA est localisée dans la membrane externe de Mh et AupB, une lipoprotéine présumée, est située dans la membrane interne. AupA appartient à une sous-famille de transporteurs FadL-like, spécifique des bactéries marines hydrocarbonoclastes (HCB). La distribution phylogénétique de l'opéron aupAB limitée aux bactéries marines ayant la capacité de dégrader les alcanes et sa présence en nombreuses copies chez certaines souches d’Alcanivorax sp. suggèrent fortement que les protéines Aup joueraient un rôle primordial dans l’adaptation des HCB à l’utilisation d’alcanes comme sources de carbone et d’énergie. L’analyse transcriptomique des cellules de Mh adhérées (après 15 min ou 3 h de contact) ou formant un biofilm aux interfaces HOCs-eau a révélé une modification importante et précoce de leur transcriptome. De nombreux gènes intervenant dans le métabolisme des HOCs, la production de polysaccharides, la synthèse d’acides aminés et de protéines ribosomales présentent une expression modulée dès 15 min d’adhésion. La surexpression des gènes de flagelle et du chimiotactisme conjointement avec celle de gènes de pili en condition d’adhésion évoquent une possible mobilité des cellules de Mh à l’interface dans les étapes précoces du développement du biofilm. De plus, il semblerait que le facteur de transcription RpoN soit impliqué dans la régulation de la formation de biofilm chez Mh et que les prophages puissent intervenir dans la structure et/ou la dispersion du biofilm. Enfin, le rôle potentiel d’un îlot génomique dans la formation de biofilm sur trioléine a été suggéré. / Hydrophobic organic compounds (HOCs), such as lipids and hydrocarbons, represent a significant part of the organic matter in the marine environment. Their low solubility in water requires from bacteria that degrade them physiological adaptations to stimulate their mass transfer from the organic to the aqueous phase where they are assimilated. Biofilm formation at the HOC-water interface is one of those adaptations. The marine bacterium Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh) which is able to use a broad range of HOCs such as alkanes, fatty alcohols and triglycerides, was used as a model to study the biofilm formation at HOCs-water interfaces. The aim of my research was to (i) conduct the functional characterization of aupA and aupB genes which are overexpressed in biofilm on hexadecane, (ii) draw up a list of genes, through a transcriptomic study, that are potentially involved in adhesion and biofilm formation at HOCs-water interfaces in order to understand the molecular mechanisms involved.Functional study of aupA and aupB revealed that these two genes form an operon whose expression is activated by various types of HOCs. They have also been shown to be involved in the transport of hexadecane and in biofilm formation on alkanes. The AupA protein is localized in the outer membrane and the predicted lipoprotein AupB is located at the inner membrane. AupA belongs to a subfamily of the FadL-like transporters, specific to marine hydrocarbonoclastic bacteria (HCB). The phylogenetic distribution of the aupAB operon restricted to marine bacteria having the ability to degrade alkanes and its presence in multiple copies in somestrains of Alcanivorax sp. strongly suggest that Aup proteins play a key role in the adaptation of HCB to use alkanes as carbon and energy sources. The transcriptomic analysis of Mh cells adhering (after 15 min or 3 h of contact) or forming a biofilm at HOCs-water interfaces revealed significant and early changes in their transcriptome. The expression of many genes involved in the metabolism of HOCs, polysaccharides production, amino acids and ribosomal proteins synthesis is modulated as early as 15 min of adhesion. The overexpression of flagella and chemotaxis genes together with that of pili in adhesion condition suggest a possible motility at the interface during the early stages of biofilm development. In addition, it appears that the transcription factor RpoN is involved in the regulation of biofilm formation in Mh and that prophages could play a role in the structure and/or dispersal of the biofilm. Finally, a potential role of a genomic island in biofilm formation ontriolein was suggested

Les formes sévères de l’infection par les virus de la fièvre jaune (YFV) et de la dengue (DENV) sont caractérisées par une atteinte du foie, plus sévère lors d’une infection YFV. L’objectif de cette thèse est de comparer les infections de YFV et DENV dans un modèle d’hépatocytes humains dérivés de cellules souches (iHeps) afin d’identifier des facteurs à l’origine de cette différence de pathogenèse. Dans un premier temps, nous avons comparé le tropisme de YFV aux 4 sérotypes de DENV dans notre modèle hépatique établi en monocouche cellulaire. Nous avons observé une faible propagation de DENV dans les iHeps par rapport YFV. Les mêmes observations ont été faites dans des hépatocytes primaires. L’utilisation de souches chimériques 17D/DENV a permis de mettre en évidence que cette faible propagation serait liée à une faible efficacité d’entrée de DENV dans les hépatocytes. Nous avons également étudié l’infection dans des sphéroïdes iHeps, métaboliquement plus actifs que les iHeps 2D. Une infection productive a été observée uniquement avec YFV. Ce résultat pourrait s’expliquer par la faible accessibilité des cellules à l’intérieur des sphéroïdes. Dans un 2ème temps, nous avons étudié les réponses cellulaires induites dans les iHeps 2D après infection par les différents virus en utilisant une approche RNAseq. Les résultats préliminaires suggèrent un lien entre le taux de réplication et le nombre de gènes activés. La réponse interféron est plus précocement détectée dans le cas de YFV, mais l’infection par DENV induit un plus grand nombre de gènes. De plus, DENV-1 et DENV-4 induisent une augmentation d’expression de certains gènes impliqués dans la présentation d’antigène comme HLA-E et TAP-2, alors que YFV diminue l’expression de certains gènes de chimiokines et molécules d’adhésion. L’analyse préliminaire des voies liées au métabolisme hépatique révèle une inhibition de la voie de la coagulation dans le cas de l’infection par YFV, qui n’est pas observée lors de l’infection par DENV. Des observations similaires ont été décrites in vivo, au niveau protéique, confirmant la pertinence du modèle iHeps / Severe forms of infection with yellow fever virus (YFV) and dengue virus (DENV) are characterized by liver damage, with more severe symptoms observed during YFV infection. The aim of this thesis is to compare YFV and DENV infections in a model of human hepatocytes derived from stem cells (iHeps) in order to identify factors that could explain their difference in pathogenesis.First, we compared YFV tropism to the four DENV serotypes in 2D iHeps. We observed a low spread of DENV compared to YFV in both iHeps and primary hepatocytes. By using chimeric 17D/DENV strains, we demonstrate that this low propagation is linked to a low DENV entry efficiency in hepatocytes. We also studied infection in iHeps spheroids, metabolically closer to primary cells than 2D iHeps. A productive infection was observed with YFV only. The low accessibility of cells inside the spheroids could explained this result. Second, we studied cellular responses induced following infection by different viruses in 2D iHeps using an RNAseq approach. Preliminary results suggest a link between replication rate and the number of activated genes. The interferon response is detected earlier following YFV infection, but DENV induces a greater number of genes implicated in this pathway. Moreover, DENV-1 and DENV-4 up-regulate some genes involved in antigen presentation such as HLA-E and TAP-2, while YFV down-regulates genes encoding chemokines and adhesion molecules. Preliminary analysis of hepatic metabolism pathways reveals inhibition of the coagulation pathway induced by YFV infection, which is not observed during DENV infection. Similar observations have been described in vivo, at the protein level, confirming the relevance of the iHeps model

La symbiose mycorhizienne à arbuscule (MA) est une association mutualiste s’établissant entre les racines des plantes et des champignons du sol appartenant à l’embranchement des Gloméromycètes. Dans cette association, le champignon agit comme un fertilisant naturel, fournissant à la plante divers minéraux (phosphore, mais aussi azote et soufre …) en échange de sources de carbone indispensables à son développement. Une caractéristique originale de ces champignons est leur très large spectre d’hôte : de l’ordre de 80% des espèces végétales ont l’aptitude à former cette symbiose, et certains espèces de champignons MA ne semblent pas avoir de limitation de spectre d’hôte. Les champignons MA possèderaient-ils des « clés universelles » de compatibilité cellulaire avec leur hôte, ou de contournement de l’immunité végétale ? Pour aborder cette problématique, nous avons entrepris l’étude du sécrétome du champignon MA Rhizophagus irregularis dont plusieurs données génomiques étaient disponibles. Les microorganismes eucaryotes sécrètent en effet dans leur environnement des protéines agissant sur leurs structures exogènes (paroi cellulaire), leur environnement, et pouvant agir sur l’immunité des cellules hôtes. Ces protéines sécrétées (SPs) sont dans ce dernier cas appelées « effecteurs ». Sur la base de deux assemblages différents, un catalogue de 872 SPs de R. irregularis (RiSPs) a été défini pour lesquelles les profils d’expression dans trois plantes hôtes ont été comparés. Nous avons également comparé ces SPs à celles que nous avons définies sur une autre espèce de champignon MA, Gigaspora rosea. Après enrichissement du catalogue de RiSPs avec des séquences de petite taille identifiées sur un assemblage transcriptomique propre, puis sélection des candidats dont les cadres de lecture sont robustes et présentant un niveau d’expression élevé (FC>10) dans les 3 hôtes testés, un jeu de 33 RiSPs d’intérêt a été défini, dont 18 ont été sélectionnées pour effectuer des analyses fonctionnelles. En absence de protocole de transformation de ces champignons, l’analyse fonctionnelle a porté sur la cytolocalisation de protéines de fusion RiSP:citrine dans les cellules végétales par surexpression dans des feuilles de tabac et des racines de luzerne tronquée. Différents compartiments cellulaires sont ciblés par ces RiSPs, très souvent le compartiment vacuolaire. Des approches par surexpression in planta de plusieurs candidats RiSP ont permis d’identifier une activité stimulatrice de 3 RiSPs sur l’établissement de la symbiose. Parallèlement, des essais de stimulation de la symbiose MA par apport exogène de différents SPs sur plantules en cours de mycorhization en chambre ont été initiés. Ils devront être poursuivis sur les 3 candidats issus du crible de surexpression. En perspective, l’évaluation de la spécificité d’action de ces SPs sur la symbiose MA comparativement à d’autres interactions plante-champignon ouvrira la voie à des essais d’application au champ. / Arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis is a mutualistic association established between plant roots and soil fungi belonging to the phylum Glomeromycota. In this association, the fungus acts as a natural fertilizer, supplying the plant with various minerals (phosphorus, but also nitrogen and sulfur) in exchange to carbon sources essential for its development. An original feature of these fungi is their very broad host spectrum: c.a. 80% of plant species have the ability to form this symbiosis, and some species of AM fungi do not seem to have a restrictive host spectrum. Would MA fungi possess "universal keys" for cell compatibility with their host, or to by-pass plant immunity? To address this problem, we studied the secretome of the AM fungus Rhizophagus irregularis from which several genomic data were available. Eukaryotic microorganisms indeed secrete in their environment proteins acting on their exogenous structures (cell wall), on their environment (nutrient recruitment), and even on host plant cell immunity. These last secreted proteins (SPs) are defined as effectors. Based on two different assemblies, a repertoire of 872 SPs of R. irregularis was defined for which transcriptional expression profiles obtained in three hosts were compared, as well with SPs from another species of AM fungus, Gigaspora rosea. After adding sequences of small size identified from an in-house transcriptomic assembly, screening unambiguous open reading frame, and selecting strongly expressed candidates (FC> 10) in the 3 plant hosts analyzed, a set of 33 RiSPs of interest was defined, of which 18 were selected for functional analysis. As genetic transformation protocol is unavailable for AM fungi, RiSP:citrine fusion proteins were overexpressed in tobacco leaves and barrel medic roots for plant cell localization. Different cell compartments were targeted by these RiSPs, and often localised in the vacuolar compartment. In planta overexpression of several candidates allowed identifying 3 RiSPs that stimulate the establishment of the symbiosis. In the same time, attempts to enhance MA symbiosis by addition of exogenous RiSPs on seedlings during mycorrhizal establishment were initiated. Such assays should be pursued on the 3 active candidates revealed by overexpression assays. Evaluating the specificity of action of these RiSPs on AM symbiosis compared to other plant-fungus interactions will open the way to field trials.

Les maladies cardiovasculaires représentent un important problème de santé publique à travers le monde. Parmi ces pathologies, l’infarctus du myocarde (IM) a fait l’objet de nombreux essais visant à diminuer sa sévérité. Néanmoins peu ont remporté leur pari. Cet échec peut avoir plusieurs composantes parmi lesquelles la méconnaissance de la complexité des mécanismes moléculaires impliqués. Notre compréhension de l’IM a cependant été nettement améliorée grâce à des méthodes utilisées pendant les dernières décennies et qui consistaient à étudier séparément un nombre limité d’acteurs moléculaires impliqués dans un mécanisme simple et linéaire. Cependant, l’échec des essais cliniques basés sur ces approches réductionnistes ont montré leurs limites. L’émergence de la biologie des systèmes, ces dernières années, a stimulé les recherches visant à mieux intégrer et comprendre la nature complexe et stochastique des réseaux moléculaires et leur dynamique dans la progression des pathologies. L’objectif général de cette thèse a consisté en le développement et l’amélioration de méthode d’analyses et de combinaison des données spatio-temporelles issus d’expériences réalisées sur un modèle d’infarctus du myocarde chez la souris. L’objectif scientifique visait à caractériser les principaux signaux dynamiques au cours de la séquence d’ischémie-reperfusion. A cet effet, nous avons tout d’abord développé une chaîne de méthode utilisant la clarification d’organe et la microscopie de fluorescence permettant de quantifier, en 3 dimensions, la zone du myocarde soumise au choc oxydant lors de la reperfusion. Dans une seconde partie, nous avons développé une nouvelle chaîne analytique pour caractériser la dynamique d’expression des transcrits. Appliquée aux animaux contrôles (soumis à la chirurgie et l’anesthésie), nous mettrons, grâce à cette chaîne de méthode, le rôle majeur de la voie de l’interleukine 6 dans le développement de la réponse immunitaire et nous concluons ainsi sur la nécessité de réaliser une analyse dynamique du modèle expérimental pour caractériser sa réponse à l’échelle moléculaire et éviter toute surinterprétation de la réponse à l’IM / Cardiovascular diseases represent a major health burden worldwide. According to the World Health Organization, 17 million people are dying each year by heart diseases which account to 31% of total deaths globally. Among these diseases is myocardial infarction (MI). Several efforts have been made to decrease the associated mortality rates but unfortunately, only few has succeeded to date. This failure is contributed to several factors, among them is the misunderstanding of the mechanism responsible for the progression of the disease.Our understanding of the MI pathology has been greatly improved by the approaches that have been widely used in the previous decades, relying mainly on studying molecules/pathways separately. However, this knowledge was not enough to make a difference clinically. Therefore, deciphering the interconnections between molecules has become an urge for better understanding of the diseases’ progression. In this regard, the work in this doctoral thesis involves different aspects of the MI pathology. The general aim of this work is to improve the dynamic analytical approach using systems biology tools, where new mechanistic information is decoded. Firstly, in a 3D heart model, we propose a chain of methods using clarified mouse heart and fluorescence microscopy to molecularly characterize the area at risk in the myocardium of IR and cardioprotected mice based on its redox state. In addition, we aim to develop a new analytical approach using dynamical large-scale transcriptomic data for characterizing the dynamic transcripts expression. Applying this approach on a control mouse model (mice subjected to anesthesia and surgical interventions), we show that Il-6 is a major mediator of the activated inflammatory reaction. In conclusion, this analytical approach highlights the necessity of the sapatio-temporal analysis to characterize the molecular events occurring in response to MI

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes. / Actinobacillus pleuropneumoniae is the etiological agent of porcine pleuropneumonia. Transmission of the disease occurs through direct contact or aerosols. The bacteria possess many virulence factors, namely capsular polysaccharides, lipopolysaccharides, four Apx toxins and iron acquisition mechanisms. To this day, an efficient cross-serotype vaccine has yet to be developed. In order to investigate regulation mechanisms in A. pleuropneumoniae and to identify new potential targets for the synthesis of subunit vaccines, the transcriptomic profile of the bacteria under conditions that simulate the infection and following a natural acute infection in vivo were studied. The experiences relied on first and second generation microarrays (AppChip1 and AppChip2) designed using 2025 ORFs of the draft version of the A. pleuropneumoniae serotype 5b strain L20 genome and 2033 ORFs of the final and annotated version of the same genome respectively. First, experiments were conducted under iron-restricted conditions and 210 genes were deemed differentially expressed, 92 of which were up-regulated. Some new putative iron acquisition mechanisms were identified, including genes homologous to those of the Yersinia pestis YfeABCD chelated-iron acquisition system, as well as other genes homologous to components of the HmbR iron uptake from hemoglobin system of Neisseria meningitidis. When cultured in conditions promoting biofilm production, genes tadC and tadD from a putative tad (« tight adherence locus ») operon, genes pgaABC involved in the biosynthesis of a polysaccharide of the biofilm matrix as well as two ORFs encoding a putative autotransporter adhesins similar to the Haemophilus influenzae Hsf adhesin were all significantly overexpressed. Many of these genes were also overexpressed when lung epithelial cells were infected with A. pleuropneumoniae. While 170 genes were differentially expressed after planktonic growth in the culture medium above the cells, another 131 were identified following direct adhesion to the cells. Genes tadB and rcpA of the tad locus, as well as genes pgaBC and an ORF coding for the Hsf homolog where all found among overexpressed genes. When A. pleuropneumoniae was cultured in contact with broncho-alveolar lavage fluids (BALF), 156 genes were significantly differentially expressed and gene apxIVA, which was up-regulated, was detected for the first time during in in vitro growth conditions. Finally, experiments were conducted in vivo in animals naturally infected with A. pleuropneumoniae in the late stage of the acute phase in order to identify genes that are expressed during the infection of the natural host. While 150 genes were deemed differentially expressed, genes apxIVA as well as two genes from an operon coding for a putative type IV fimbriae were up-regulated. Out of those 72 genes that were overexpressed, 3 encode proteins or lipoproteins of the outer membrane which are conserved among all serotypes of the bacteria. Overall, we were able to identify several new potential virulence factors for A. pleuropneumoniae in the course of our experiments, as well as several new potential targets for the elaboration of an efficient cross-serotype vaccine.

Les plantes se développent et évoluent en interaction avec les organismes du sol. L'impact des vers de terre sur la croissance des plantes, généralement positif, a été attribué à des modifications physiques, chimiques ou biochimiques du sol, souvent sans démonstration rigoureuse. Dans ce travail, les techniques développées en sciences du végétal (culture in vitro, utilisation de mutants et transcriptomique) ont été utilisées afin de comprendre les mécanismes à l'origine de l'effet des vers de terre sur les plantes. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances fondamentales: (1) la production de molécules-signal à l'intérieur des déjections de vers de terre a un impact significatif sur la croissance d'Oryza sativa et Lolium perenne. (2) Ces molécules agissent sur la voie de signalisation fortement liée à l'auxine, comme suggéré par l'effet significatif du ver de terre sur la croissance du double mutant d'A. thaliana aux1-7;axr4-2. (3) L'abondance de ces molécules-signal en présence de vers de terre pourrait être liée à la stimulation de certaines populations bactériennes capables de synthétiser de l'auxine. (4) Le ver de terre induit une accumulation de transcrits pour des gènes sous contrôle de l'acide jasmonique et de l'éthylène. Ces hormones sont notamment impliquées dans un mécanisme de résistance systémique induite (ISR), connu pour être induit par certaines rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes. Enfin, (5) le piétin échaudage, maladie due à un champignon pathogène, déclenche chez le blé (Triticum aestivum) une réaction d'hypersensibilité et une modification de la signalisation hormonale, qui sont considérées comme des mécanismes de contrôle du métabolisme de la plante qui facilitent l'infection du pathogène. La sévérité de cette maladie est réduite en présence de vers de terre. La synthèse de ces résultats indique que les vers de terre, comme d'autres organismes du sol, modifient l'équilibre hormonal de la plante. L'homéostasie hormonale apparaît comme un élément incontournable pour prédire l'issue des interactions multiples que les plantes entretiennent avec les organismes du sol / Plants develop and evolve in interaction with soil organisms. The impact of earthworms, likely positive, has been attributed to modifications of physical, chemical or biochemical soil properties, without rigorous demonstration. In this work, techniques developed in plant science (in vitro culture, use of mutant plants and trancriptomic analysis) were used to understand the mechanism involved in the effect of earthworms on plants. Our results bring new fundamental knowledge: (1) production of signal-molecules within earthworm dejections has a positive impact on the growth of Oryza sativa and Lolium perenne. (2) These molecules act on auxin signaling, as suggested by the positive impact of the earthworm on the growth of A. thaliana double mutant aux1-7;axr4-2. (3) The abundance of these signal-molecules in presence of the earthworms could be related to the stimulation of bacterial communities able to produce auxin. (4) Earthworms induce an accumulation of gene transcripts known to be under control of jasmonic acid and ethylene. These two hormones are most notably involved in the defense mechanism called induced systemic resistance (ISR), known to be induced by plant growth promoting rhizobacteria. Finally, (5) Take-all disease, due to a pathogenic fungus, induced in wheat (Triticum aestivum) a hypersensitive response and a modification on hormone signaling, which are known as manipulations of plant metabolism in a way that facilitates pathogen infection. The severity of take-all disease was alleviated in the presence of earthworms. Synthesis of these results showed that earthworms, like other soil organisms, modify the hormone balance in the plant. Hormone homeostasis appeared to be an important element to predict the issue of the multiple interactions that plants established with soil organisms

Les virus font partie des entités les plus abondantes sur Terre, mais la diversité des virus est très peu connue puisque biaisée en faveur d’hôtes animaux d’intérêts sociétal, agronomique et économique. L’apport des nouvelles techniques de séquençage permet actuellement d’obtenir des informations qui étaient tout simplement inaccessibles. Le but de mon travail de thèse a été l’étude de la diversité virale présente au sein d’un grand nombre d’animaux non-modèles. Pour répondre à cette problématique il m’a fallu mettre en place une méthodologie analytique innovante de découverte de nouveaux virus par une approche de méta-transcriptomique. Ce travail i) montre que la méthodologie bioinformatique mise en place est pertinente, ii) permet de découvrir de nouveaux virus ayant des caractéristiques génomiques particulières relevant de nouveaux genres ou familles de virus, iii) révèle de nouveaux hôtes pour des virus appartenant à des familles virales très étudiées et iv) montre que la gamme d’hôte de virus connus peut être plus étendue qu’attendu grâce à un focus sur la diversité des virus d’hyménoptères. D’une manière plus globale, mon travail permet de combler quelques lacunes existantes dans les connaissances liées à l’étude de la diversité virale et met en évidence l’importance de l’étude des animaux non-modèles. / Viruses are among the most abundant entities on Earth, but the viral diversity remains mostly unknown as currently biased in favour of animals of social, agronomic and economic interest. Next Generation Sequencing technologies provide access to so far inaccessible information. The aim of my PhD thesis was the study of the viral diversity within a large range of non-model animals. To address this question I set up an innovative analytical framework to discover new viruses based on a meta-transcriptomic approach. This work i) shows that this bioinformatics method is efficient and powerful, ii) allows the discovery of new viruses with particular genomic organisations suggesting they belong to new virus genera of families, iii) uncovered new viruses from new hosts in well-known viral families and iv) shows wider viral host range than previously expected based on a particular focus on hymenopteran viral diversity. Overall, my work allows to fill some gaps in the knowledge of viral diversity and shows the importance of studying non-model animal species in virology.

Ce doctorat porte sur l’étude de l’activité antipaludique de la cépharanthine. Deux méthodes écologiques d’extraction, utilisant des micro-ondes et ultrasons, ont été proposées. L'activité antiplasmodiale a été évaluée par le calcul de la concentration qui inhibe 50 % de la croissance parasitaire. Les cibles potentielles ont été évaluées par l’étude de la variation d’expression des gènes. Au niveau microscopique, la cépharanthine a semblé inhiber le développement parasitaire et bloquer les parasites au stade anneau. Au niveau transcriptomique, la cépharanthine semble avoir un impact sur le transport de protéines plasmodiales à la surface du globule rouge ; sur des organelles nécessaires à la survie du parasite, et sur les interactions entre le globule rouge parasité et l’endothélium ou les globules rouges sains. Des études de combinaisons thérapeutiques ont montré que la cépharanthine semble potentialiser certains antipaludiques. Une analyse quantitative de la cépharathine plasmatique a permis d’effectuer une étude pharmacocinétique. La cépharanthine pourrait être un chef de file intéressant pour le développement de nouveaux antipaludiques. / This PhD focuses on the study of the antimalarial activity of cepharanthine. Two green extraction methods, using microwave and ultrasound, have been proposed. The antiplasmodial activity was evaluated by calculating the concentration inhibiting 50 % of parasite growth. Potential targets were evaluated by studying the variation of gene expression. At the microscopic level, cepharanthine seemed to inhibit the parasite growth and to block parasite at the ring stages. The transcriptomic assay showed that cepharanthine seems to have an impact on the transport of Plasmodium proteins to the red blood cell surface, on organellar functions necessary for the survival of the parasite, and on the interactions between infected red blood cells and the endothelium or healthy red blood cells. The study of combination therapies showed that cepharanthine appears to potentiate some antimalarial compounds. A quantitative analysis of cepharathine in mouse plasma allowed performing a pharmacokinetic study. Cepharanthine could be an interesting lead to the development of new antimalarial drugs.