Legionella pneumophila est une bactérie aquatique qui prolifère en se répliquant à l’intérieur de cellules amibiennes. Elle peut persister dans ces environnements en vivant en communauté sous forme de biofilms. L’inhalation par l’Homme d’eau contaminée, vaporisée par les réseaux d’eau chaude ou les tours aéro‐réfrigérantes, peut mener à l’infection des macrophages pulmonaires qui se traduit par une grave pneumonie appelée légionellose. Le di‐GMP cyclique (diGMPc) est impliqué, chez diverses espèces bactériennes, dans la transition entre les modes de vie mobiles et sessiles, et chez certains pathogènes, dans la régulation de la virulence. Mon travail de thèse vise à démontrer l’implication des voies de signalisation à diGMPc dans le contrôle de la virulence et de la formation de biofilms par L. pneumophila. Cette implication a été étudiée grâce à l’inactivation systématique de chacun des gènes codant les protéines du métabolisme du diGMPc chez la souche L. pneumophila Lens. Notre étude a révélé que trois de ces protéines, Lpl0780, Lpl0922 et Lpl1118, sont spécifiquement requises pour le contrôle de la virulence et, plus particulièrement, pour la survie précoce lors de l’infection de cellules‐hôtes via l’orchestration de la sécrétion de facteurs de virulence dans la cellule‐hôte. Lpl1118 participerait également à la biogénèse de la vacuole de réplication. Cinq autres de ces protéines sont impliquées dans la régulation de la formation et de l’architecture des biofilms. L’une d’elles est, plus particulièrement, requise pour la formation de biofilms en présence d’oxyde nitrique. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension de l’organisation complexe et spécifique des voies de signalisation à diGMPc chez L. pneumophila et pourraient permettre d’envisager une lutte plus efficace contre ce pathogène / Legionella pneumophila is a bacterium that proliferates in fresh water environments through the replication within amoebas. These bacteria can persist in these environments through biofilm formation. The inhalation of aerosolized contaminated water through hot water systems or cooling towers can induce the infection of human lungs, leading to a severe pneumonia called legionellosis. Cyclic di‐GMP (c‐di‐GMP) in involved, in various bacterial species, in the motility‐to‐sessility transition, and in some pathogens, in virulence control. My work aims to demonstrate the involvement of signaling pathways that use c‐di‐GMP in virulence control and biofilm formation of L. pneumophila. This involvement was investigated by systematically inactivating each gene encoding a c‐di‐GMP‐metabolizing enzyme in L. pneumophila Lens strain. Our work revealed that 3 of these proteins, Lpl0780, Lpl0922 and Lpl1118 are specifically involved in virulence control and, particularly, in the early survival during host cell infection through the orchestration of virulence factors secretion within host cell. Lpl1118 is particularly required for replicative vacuole biogenesis. Five other proteins, participate in the formation and architecture of biofilms. One of them is more specifically involved in biofilm formation in the presence of nitric oxide. These results help to better understand the complexity and the specificity of c‐di‐GMP signaling pathways in L. pneumophila and should allow the exploration of more effective ways to fight this pathogen

Das humane Magenpathogen Helicobacter pylori (H. pylori) besiedelt den menschlichen Magen und kann zu der Entstehung schwerwiegender Krankheiten wie Magenkrebs und Magengeschwüren führen. Die Pathogenese ist eng mit dem bakteriellen Typ IV Sekretionssystems (T4SS) assoziiert, das die Translokation des Effektorproteins CagA in die Wirtszelle vermittelt. Bisher ist noch unbekannt, in welchem Ausmaß wirtszellspezifische Faktoren die T4SS induzierte Pathogenese beeinflussen. Dieser Aspekt wurde in dieser Arbeit durch die Analyse verschiedenster Zelllinien das erste Mal systematisch untersucht. Interessanterweise unterschied sich die zelluläre Antwort auf die T4SS spezifische Infektion erheblich in Abhängigkeit der verwendeten Zelllinie. Die Ergebnisse beweisen, dass Wirtszellfaktoren eine ebenso große Rolle in der H. pylori induzierten Pathogenese spielen wie bakterielle Effektoren. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit eine genomweite Screening-Methode etabliert, die es ermöglicht, neue Komponenten des T4SSs, translozierte NF-B Effektoren und bakterielle Adhäsine zu identifizieren. Auch der Einfluss von CagA auf den EGF-Rezeptor wurde hier näher untersucht. Der Rezeptor steht ebenfalls eng mit der Entstehung von Krebs in Verbindung. Hierbei stellte sich heraus, dass CagA die Endozytose des EGF-Rezeptors durch die Aktivierung der Nicht-Rezeptor Tyrosinkinase c-Abl hemmt und dadurch die Rezeptorpopulation auf der Wirtszelloberfläche erhöht. Interessanterweise führt dieser Effekt jedoch nicht zu einer Verstärkung der EGF-Rezeptor Signaltransduktion. Vielmehr kommt es zu einer Hemmung der EGF-Rezeptor Transaktivierung und zu einer Blockade der EGF vermittelten Wundheilung. Die Daten weisen auf eine Rolle des EGF-Rezeptors in der H. pylori induzierten Geschwürbildung hin. Auch der zu Grunde liegende molekulare Mechanismus der Rezeptor-Inhibierung konnte hier entschlüsselt werden, der sowohl von CagA als auch von der Phosphatase SHP-2 gesteuert wird. / The human gastric pathogen Helicobacter pylori (H. pylori) elicits a tremendous medical burden because of its causative association with peptic ulcer disease and gastric cancer. The pathogenic potential of H. pylori is intricately linked to the expression of a pathogenicity island encoded type IV secretion system (T4SS), which translocates the bacterial effector protein CagA into the eukaryotic host cell. The role of host cell determinants in T4SS mediated pathogenesis has not yet been systematically examined. To elucidate the role of host cell factors within T4SS induced host cell responses, different eukaryotic cell lines were analyzed systematically for respective phenotypes. Remarkably, T4SS mediated host responses among these cell lines varied considerably, thereby demonstrating the importance of host cell components in H. pylori induced pathogenesis. In addition, a H. pylori genome wide bacterial screen for factors important in pathogenesis, such as unknown T4SS components or novel NF-kappaB effector molecules, was developed and optimized. The precise function of the prominent effector protein CagA remains unclear. To functionally characterize the role of CagA, its impact on the epidermal growth factor (EGF)-receptor pathway was analyzed. The results suggest a mechanism where EGF-receptor endocytosis is completely blocked by a CagA induced activation of c-Abl, leading to an elevated receptor surface exposition. Surprisingly, EGF-receptor transactivation and EGF-dependent wound healing are selectively blocked during prolonged infections as well, indicating that an increased receptor-population on the cell surface does not necessarily promote signaling. This data suggests a role for the EGF-receptor in H. pylori- induced ulcer disease. The underlying molecular mechanism was identified as being SHP-2 and CagA dependent.

Les relations complexes entre un organisme et son microbiome stimulent beaucoup de recherche dans l’univers de la science. Les bases moléculaires des interactions avec le microbiome ne sont pas encore bien comprises et pourraient présenter des cibles potentielles pour différents traitements de maladies. Le cas d’Helicobacter pylori est très pertinent dans ce contexte. La bactérie a déjà été reconnue comme la cause d’ulcères gastriques et du cancer de l’estomac chez l’homme(1). Plus spécifiquement, elle infecte les cellules épithéliales gastriques par le biais de son îlot de pathogénicité du système de sécrétion de type IV (SST4) causant ainsi une réponse inflammatoire maintenue et cette réponse peut être quantifiée par la variation d’interleukine 8 (IL-8) sécrétée (2-4). Afin d’éclaircir la contribution mécanistique de Cagα, une ATPase nécessaire dans le bon fonctionnement du SST4 de H. pylori, un mutant Δcagα a été créé afin d’agir en tant que contrôle négatif lors de l’infection avec les cellules hôtes in vitro (3, 4). Deux façons de le caractériser ont été effectuées : l’identification d’expression protéique du SST4 et la mesure de la production de l’IL-8. Ensuite, une analyse d’expression différentielle a été effectuée avec ou sans une molécule inhibitrice de l’activité de Cagα. En somme, l’étude des interactions du microbiome représente un domaine stimulant et prometteur dans lequel la compréhension des bases moléculaires pourrait ouvrir des perspectives thérapeutiques intéressantes. / The complex relationships between an organism and its microbiome stimulate a lot of research in the field of science. The molecular basis of interactions with the microbiome are not yet well understood and could present potential targets for the treatment of various diseases. The case of Helicobacter pylori is very pertinent in this context. The bacterium has already been recognized as the cause of gastrointestinal ulcers and stomach cancer (1). More specifically, it infects gastric epithelial cells through its pathogenicity island of the type IV secretion system (T4SS), thus causing a sustained inflammatory response, which can be quantified by the variation in secreted interleukin-8 (IL-8) (2-4). To clarify the mechanistic contribution of Cagα, an ATPase necessary for the proper functioning of the T4SS of H. pylori, a Δcagα mutant has been created to act as a negative control during infection with host cells in vitro (3, 4). The strain was characterized using two approaches: analysis of T4SS protein expression and of the induction of IL-8. A differential expression analysis with or without an inhibitory molecule of interest targeting Cagα was conducted. In summary, the study of microbiome interactions represents a stimulating and promising field in which understanding the molecular foundations could lead to intriguing therapeutic prospects.

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