La diarrhée colibacillaire post-sevrage (DCPS) est une infection intestinale endémique dans les fermes porcines à l’échelle mondiale. Cette maladie est causée principalement par la présence et la multiplication au niveau de l’intestin des porcelets d’un pathotype d’Escherchia coli, nommé E. coli entérotoxinogène (ETEC) et en particulier celui qui exprime l’adhésine F4 (K88) (ETEC: F4). Le sérogroupe ETEC: O149 a été le plus isolé à partir des cas de DCPS à travers le monde. Plusieurs études ont rapporté un taux de résistance important des souches O149: F4 contre les antibiotiques qui sont classiquement utilisés pour traiter cette infection et en particulier les aminoglycosides. Ainsi, pour remédier aux échecs thérapeutiques observés dans les fermes porcines au Canada, les vétérinaires ont commencé à utiliser, sous leurs responsabilités, un antibiotique, la colistine sulfate (CS), qui n’est pas homologué en production animale au Canada. Cette étude avait pour buts d’étudier la pharmacocinétique de la CS in vitro et in vivo, de développer une technique sensible pour une quantification plasmatique de la CS, de déterminer son efficacité thérapeutique in vivo dans un modèle d’infection expérimentale de DCPS et de caractériser la résistance d’E. coli consécutive à l’utilisation thérapeutique de la CS chez le porc. Une simulation du liquide gastrique (SLG) a été préparée, et après l’ajout de la CS et de la pepsine à cette solution, les concentrations de la CS ont été mesurées par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS). Une dégradation rapide de CS a été constatée dans la SLG et a été accompagnée par la formation de produits de dégradation qui ont démontré une activité microbienne plus importante par comparaison avec la molécule mère (CS). Dans un volet in vivo, l’infection expérimentale des porcelets sevrés par une souche ETEC: F4 n’a pas augmenté l’absorption digestive de la CS dans un modèle subclinique de DCPS chez le porc. L’administration orale de la CS à la dose thérapeutique de 50,000 UI/kg à raison de 2 fois par jour pendant 5 jours pour traiter la DCPS dans des conditions expérimentales a entraîné une réduction significative de l’excrétion fécale de la souche infectieuse (ETEC : F4), de la population totale d’E. coli et des scores de diarrhée, uniquement pendant la période du traitement. Cependant, ces résultats ont été accompagnés par une légère augmentation dans l’excrétion fécale des E. coli résistants à la colistine, et le traitement n'a pas empêché la perte de poids des porcs infectés. En revanche, l’infection expérimentale des porcelets par ETEC: F4 a augmenté l’absorption digestive de la CS dans un modèle clinique de diarrhée colibacillaire chez le porc. Cette étude a permis de générer pour la première fois des données scientifiques concernant l’efficacité thérapeutique, la pharmacocinétique et la résistance à la colistine dans un modèle de DCPS chez le porc. Elle a également remis en doute la pertinence économique d’augmenter la dose de CS pour accélérer le rétablissement clinique des porcs. Finalement, elle a indiqué que des conditions d’élevage optimales, sans autres facteurs prédisposants, étaient aussi efficaces que la CS dans l’amélioration des symptômes cliniques de la DCPS. / Post-weaning diarrhea (PWD) caused by Escherichia coli is an endemic intestinal infection in pig farms worldwide. This disease is mostly the consequence of the presence and the multiplication in piglet’s gut of an Escherchia pathotype, named enterotoxigenic E. coli (ETEC) and in particular those that express the F4 (K88) fimbrial adhesin (ETEC: F4). The predominant serogroup of E. coli isolated from piglets with PWD worldwide is O149. Several studies have reported a significant resistance rate of O149 ETEC strains against commonly used antibiotics for the treatment of PWD, particularly, aminoglycosides. Thereby, to address therapeutic failures observed in pig farms during PWD treatment, veterinarians in Canada started using, under their responsibilities, the colistin sulfate (CS), an antibiotic not approved for farm animals in Canada. The objectives of this thesis were: to study the pharmacokinetics of CS in vitro and in vivo, to develop a sensitive method for the quantification of CS plasma concentrations in pigs, to determine the therapeutic efficacy of CS in an experimental model of PWD, and to characterize the resistance of E. coli to colistin consecutive to its therapeutic use in pigs. Simulated gastric fluid (SGF) was prepared, and after the addition of CS and pepsin to this solution, the concentrations of CS were followed by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). A rapid degradation of CS in the SGF was observed, and the degradation products showed a greater antimicrobial activity compared to the native CS. On the other hand, the experimental challenge of piglets with an ETEC: F4 strain has not increased the CS intestinal absorption in a subclinical model of PWD in pigs. The oral administration of a therapeutic dose of CS at 50,000 IU/kg twice a day for 5 successive days to treat an experimental PWD in pigs, resulted in a significant reduction of fecal ETEC: F4 and total E. coli shedding, and in diarrhea scores but only during the treatment period. However, CS treatment resulted in a slight increase in fecal shedding of CS resistant E. coli and did not prevent weight loss in challenged pigs. In addition, challenge with ETEC: F4 resulted in an increase of CS intestinal absorption in a clinical model of PWD. This study has generated, for the first time, scientific data regarding CS therapeutic efficacy, its pharmacokinetic and the selection of E. coli colistin resistant in an experimental model of PWD in pigs. It also challenged the economic relevance of increasing CS oral doses to accelerate the clinical recovery of pigs. Finally, it indicated that optimal housing conditions were without other predisposing factors, effective as CS in improving clinical symptoms of experimental PWD in pigs.

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) are a major cause of post-weaning diarrhea. STb is one of two heat-stable toxins produced by ETEC and is mostly associated with pathogenic porcine isolates. For the first time, a variant of the toxin was observed in a study in 2003. Our hypothesis is that STb variants are present in ETEC strains from Quebec. To screen for alterations at the gene level, a collection of 100 STb+ ETEC strains isolated from diseased pigs was randomly selected and analyzed. A total of 23 strains had a change from His12 to Asn. An association between the presence of the variant and virulence factors present in those strains was done. These strains were also positive for STa. Since this variant seems to be widely distributed in Quebec, we hypothesize that the variant has different biological properties compared to the wild-type STb. First, the secondary structure of the variant and wild-type toxin and their thermal stability was determined by circular dichroism. Both show similar structures and thermal stability. In addition, the binding affinity with the toxin receptor, the sulfatide, was determined by surface plasmon resonance. The affinity of the wild-type for the sulfatide is slightly superior to the variant. Finally, the internalization inside IPEC-J2 cells of the variant was compared to the wild-type. The variant is able to internalize more cells than the wild-type. Altogether, these results suggest that both the variant and the wild-type toxin are biochemically and structurally similar.

Le corps humain est un ensemble de microflores où cohabitent bactéries, archées, virus et eucaryotes. Ces écosystèmes complexes sont appelés microbiotes. Parmi ceux-ci figure le microbiote intestinal qui compte 1011 à 1014 bactéries/g de selle. Les modifications de la flore intestinale peuvent être à l'origine de pathologies comme les diarrhées infectieuses. Il s'agit d'un véritable problème de santé publique puisqu'environ 2.16 millions de décès sont liés à cette pathologie chaque année. Les virus intestinaux jouent un rôle prépondérant mais les infections bactériennes restent également importantes. Le diagnostic de ces infections bactériennes reste compliqué puisque le microbiote intestinal comporte 75% d'espèces non cultivables. De plus, on ne dispose pas réellement d'une liste exhaustive des bactéries pouvant être responsables de diarrhées infectieuses. Nous avons donc choisi d'étudier le microbiote intestinal dans des selles normales et pathologiques, par une approche polyphasique alliant une étape préliminaire de concentration des selles diarrhéiques par la lyophilisation, à des techniques de culture et des méthodes de biologie moléculaire. Pour cela nous avons mis au point une nouvelle technologie pour la détection des entéropathogènes par hybridation sur puce à ADN permettant la détection des bactéries et des virus ADN entéropathogènes, en présence d'un témoin archae. Notre outil permet le diagnostic multiplexe des diarrhées infectieuses puisque nous avons correctement identifié un adénovirus et la bactérie Campylobacter jejuni présents dans une même selle. / The human body is a collection of microflora where cohabit bacteria, archaea, viruses and eukaryotes. These complex ecosystems are called microbiota. Among these is the intestinal microbiota that counts 1011 to 1014 bacteria/g of stool. Changes in the intestinal flora can cause of pathologies such as infectious diarrhea. This is a real public health problem since about 2.16 million deaths are related to this disease each year. Enteric viruses play a preponderant role but bacterial infections are also important. The diagnosis of bacterial infections is complicated because the intestinal microbiota includes 75% non-cultivable species. In addition, there is not really a list of bacteria could be responsible for infectious diarrhea. We therefore decided to study the intestinal microbiota in normal stool and also pathological stools by a polyphasic approach combining a preliminary step of diarrheal stools concentration by lyophilization, with cultivation techniques and molecular biology methods. We developed a new technology for the detection of enteropathogens by hybridization on DNA microarray for the detection of bacteria and enteric viruses (DNA) in the presence of a control archaea. Our tool allows multiplexed diagnostic of infectious diarrhea since we correctly identified an adenovirus and Campylobacter jejuni present in a same sample. This is the first DNA microarray for multiplex detection of bacteria and viruses (DNA) enteropathogens. An improvement of our protocol for nucleic acid extraction is proposed to allow the detection of RNA viruses such as rotavirus and calicivirus which are currently dominant.

Les diarrhées syndromiques ont été décrites pour la première fois en 1994. Il s'agit d'un syndrome associant une diarrhée grave rebelle néonatale nécessitant une nutrition parentérale, une dysmorphie faciale, un retard de croissance intra-utéro, des anomalies immunitaires et une atteinte hépatique. Au cours de la décennie suivante, de nouveaux cas ont été décrits avec des dénominations variées, la plus fréquente étant : « syndrome tricho-hépato-enterique ». Du fait de la variabilité clinique et de l'absence de signe spécifique à l'examen anatomopathologique le diagnostic des Diarrhées syndromiques/Syndrome Tricho-hépato-entérique (DS/THE) est difficile. Grâce à une collaboration multicentrique, nous avons pu constituer une cohorte homogène de 15 enfants atteints et de leurs apparentés. Par analyse de liaison et recherche de régions homozygotes dans ces familles, deux régions situées respectivement en 5q et en 6p ont été caractérisées. Dans la première région, le gène TTC37 a été incriminé par la mise en évidence de 12 mutations pathogènes chez 9 des15 patients. Bien que les connaissances sur TTC37 soient fragmentaires, nous avons remarqué qu'il était parfois décrit comme étant l'orthologue de SKI3 chez la levure. SKI3 constitue, avec SKI2 et SKI8, le complexe SKI qui, en tant que cofacteur de l'exosome, intervient dans un des systèmes de dégradation des ARN. L'exploration de SKIV2L, l'orthologue humain de SKI2, chez les 6 patients négatifs pour TTC37 a permis de mettre en évidence des mutations pathogènes pour tous. Nous avons voulu mieux caractériser l'expression des sous-unités du complexe SKI humain. / The Syndromic Diarrhea has been described for the first time in 1994, as a probable congenital syndrome, associating intractable diarrhea of infancy with facial dysmorphism, intrauterine growth restriction, immunological defects and hepatic disease. Since then, several cases have been described, sometime using alternative names, the most common being the tricho-hepato-enteric syndrome. Because of the lack of pathological specific anomaly and the variation in severity of the clinical signs, the diagnosis of Syndromic diarrhea/tricho-hepato-enteric syndrome (SD/THE) remains difficult. Thanks to a multi-centric collaborative work, we have collected samples from 15 affected children and their families. Using linkage analysis and homozygosity mapping, we have isolated two regions in 5q and 6p, thus suggesting genetic heterogeneity. TTC37, a gene located in 5q, has been identified as responsible for SD/THE by the characterization of 12 non-ambiguous mutations in 9 children (out of the 15). At this time, TTC37 function was unknown but we noticed that it was reported as the putative ortholog of SKI3 (a yeast gene) which together with SKI2 and SKI8, constitutes the SKI complex. This complex is a cofactor of the exosome, a quality control RNA system. The analysis of the human ortholog of SKI2, SKIV2L, in the 6 patients negative for TTC37 mutations revealed deleterious mutations in all cases. In order to better characterize the expression of the human SKI complex sub-units, we have tested the expression of TTC37 transcript in a cDNA panel from normal tissues and found a ubiquitous expression excepted in the liver.

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) are a major cause of post-weaning diarrhea. STb is one of two heat-stable toxins produced by ETEC and is mostly associated with pathogenic porcine isolates. For the first time, a variant of the toxin was observed in a study in 2003. Our hypothesis is that STb variants are present in ETEC strains from Quebec. To screen for alterations at the gene level, a collection of 100 STb+ ETEC strains isolated from diseased pigs was randomly selected and analyzed. A total of 23 strains had a change from His12 to Asn. An association between the presence of the variant and virulence factors present in those strains was done. These strains were also positive for STa. Since this variant seems to be widely distributed in Quebec, we hypothesize that the variant has different biological properties compared to the wild-type STb. First, the secondary structure of the variant and wild-type toxin and their thermal stability was determined by circular dichroism. Both show similar structures and thermal stability. In addition, the binding affinity with the toxin receptor, the sulfatide, was determined by surface plasmon resonance. The affinity of the wild-type for the sulfatide is slightly superior to the variant. Finally, the internalization inside IPEC-J2 cells of the variant was compared to the wild-type. The variant is able to internalize more cells than the wild-type. Altogether, these results suggest that both the variant and the wild-type toxin are biochemically and structurally similar.

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Le microbiote gastro-intestinal joue un rôle important dans le maintien de la santé de l’hôte. Il est composé de nombreux micro-organismes tels que des bactéries, des virus, des champignons et des archées. Cependant, la majorité de ces cellules microbiennes sont des cellules bactériennes et, pour cette raison, de nombreuses études se concentrent sur l’exploration des communautés bactériennes en particulier dans le tube gastro-digestif. Un déséquilibre de cette microbiote, appelé dysbiose, a été observé dans plusieurs pathologies telles que la diarrhée, la pneumonie, après l'administration d'antibiotiques ou une modification du régime alimentaire. L’objectif de cette étude était de caractériser la dynamique du microbiote fécal des veaux entrant dans une unité d’élevage. Cinquante veaux Holstein âgés de 8 à 14 jours et arrivant dans une unité de veaux ont été inscrits à cette étude. Des échantillons fécaux ont été collectés à l'arrivée et les jours 4, 10 et 24 après l'arrivée. Les scores fécaux, le poids des veaux et l’administration d’antibiotiques ont été enregistrés au cours de l’étude. Le séquençage a été réalisé à l'aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données analysées à l'aide du logiciel Mothur. Contrairement aux attentes, la richesse et la diversité étaient plus élevées lorsque la proportion d'animaux diarrhéiques était plus élevée (p < 0,001) et, comme prévu, la composition et la structure du microbiote changeaient au fil des jours de collecte (p > 0,001), mais les changements n'étaient pas associés à présence ou non de diarrhée et de traitement antibiotique comme prévu, ils sont associés aux jours de prélèvement. La proportion de diarrhée (nombre de veaux diarrhéiques par jour) était numériquement plus élevée les jours 4, 10 et 24 après l'arrivée. Comme prévu, les abondances relatives de bactéries associées à la santé (par example : Bifidobacterium, Lactobacillus et Faecalibacterium) ont diminué chez les veaux diarrhéiques. Bien que l'analyse de la diarrhée et de l'utilisation d'antibiotiques ne fît pas partie des objectifs de cette étude, il y avait une tendance (p=0,09) dans le poids des animaux ayant eu la diarrhée et ayant reçu des antibiotiques. Le poids final des veaux malades ayant reçu des antibiotiques avant l'abattage étaient inférieurs par rapport au poids final des animaux qui n'étaient pas malades et n'avaient pas reçu d'antibiotiques (p=0,072). La principale limite de cette étude est le manque d'information sur l'origine des veaux avant leur arrivée à l'unité d'élevage. Cette étude contribue à une meilleure compréhension des changements microbiens liés au stress auquel sont confrontés les veaux de boucherie et pourrait servir de base à d’autres études visant à proposer des méthodes alternatives de manipulation du microbiote pour prévenir les maladies et rétablir la santé des veaux. / The gastrointestinal microbiota plays an important role in maintaining the health of the host. It is composed of many microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, and archaea. However, the majority of these microbial cells are bacterial cells, and for that reason, many studies focus on exploring especially bacterial communities in the GIT. Imbalance of the GIT microbiota, termed dysbiosis, has been observed in several conditions such as diarrhea, pneumonia, after antibiotic administration, or diet modification. The objective of this study was to characterize the dynamics of the fecal microbiota of veal calves entering a rearing unit. Fifty Holstein calves ranging from 8-14 days of life and arriving in a veal unit were enrolled in this study. Fecal samples were collected on arrival and on days 4 ,10 and 24 after arrival. Fecal scores, calves’ weight and antibiotic administration were recorded during the study. Sequencing was performed using the Illumina MiSeq platform and data analysed using the software Mothur. Contrary to expectations, richness and diversity were higher when the proportion of diarrheic animals were higher (p<0.001), and as expected, the microbiota composition and structure changed among days of collection (p>0.001), but the changes were not associated to presence or absence of diarrhea and antibiotic treatment as expected, they are associated to the sampling days. Diarrhea proportion (number of diarrheic calves per day) were numerically higher on days 4, 10 and 24 after arrival (As expected, the relative abundances of bacteria associated to health (i.e., Bifidobacterium, Lactobacillus and Faecalibacterium) were decreased in the diarrheic calves. Although analyzing diarrhea and antibiotic usage was not one of the objectives of this study, there was a tendence (p=0.09) in the weigh of the animals that had diarrhea and received antibiotics. The final weight of the sick calves that received antibiotics before slaughter were lower when compared to the final weigh of the animals that were not sick and did not received antibiotics (p=0.072). The main limitation of this study is the lack of information about calves’ origin before arrival at the rearing unit. This study contributes to the better understanding of the microbial changes related to the stress faced by veal calves and might be the basis for further studies to propose alternative methods of microbiota manipulation to prevent disease and restore health in calves.

Escherichia coli produit diverses entérotoxines thermolabiles et thermostables. STb est une toxine de faible poids moléculaire résistant à la chaleur chargée de la diarrhée chez les animaux de la ferme. Une étude antérieure a montré que les cellules ayant internalisé la toxine STb provoquent un dysfonctionnement de la barrière épithéliale par des changements dans les protéines des jonctions serrées (TJ). Ces modifications contribuent probablement à la diarrhée observée. Pour mieux comprendre le mécanisme de l'augmentation de la perméabilité intestinale, nous avons traité les cellules du côlon humain (T84) avec la toxine purifiée STb une fois que les cellules ont été récoltées et les protéines extraites. Après l'utilisation d'une solution contenant 1% de Nonidet P-40 (un détergent non dénaturant, non ionique), nous avons étudié la distribution de la claudine -1, une protéine majeure des TJs, responsable de l'imperméabilité de l'épithélium, entre la membrane (NP40-insoluble) et le cytoplasme (NP40-soluble). En utilisant l’immunoblot et la microscopie confocale, nous avons observé que le traitement des monocouches de cellules T84 avec STb induit la redistribution de la claudine-1. Après 24h, les cellules cultivées en milieu faible en Ca+ (5 uM) et traitées par STb, ont montré qu’environ 40 % de plus de la claudine-1 se sont délogées dans le cytoplasme par comparaison au contrôle. En passant d’un milieu faible à un milieu contenant des quantités physiologiques de Ca++ (1,8 mM) nous avons observé une augmentation du taux de claudine- 1 délogé, comme la délocalisation comparable et ce, après 6h. Un milieu supplémenté avec la même concentration de Mg++ ou Zn++ n'a pas affecté le taux de délogement comparé au milieu contenant une faible teneur en Ca++. En utilisant des anticorps anti-phosphosérine et anti-phosphothréonine, nous avons observé que la perte des claudines-1 de la membrane a été accompagnée par une déphosphorylation de cette protéine des TJs. Dans l'ensemble, nos résultats ont montré une importante redistribution de la claudine-1 dans les cellules traitées par la toxine STb. La perte de la claudine-1 phosphorylée de la membrane est susceptible d'être impliquée dans la perméabilité accrue observée. Les mécanismes par lesquels ces changements sont provoqués restent à élucider. / Enterotoxigenic Escherichia coli produce various heat-labile and heat-stable enterotoxins. STb is a low molecular weight heat-resistant toxin responsible for diarrhea in farm animals. A previous study demonstrated that cells having internalized STb toxin induce epithelial barrier dysfunction through changes in tight junction (TJ) proteins. These modifications contribute probably to the diarrhea observed. To gain insight into the mechanism of increased intestinal permeability we treated human colon cells (T84) with purified STb toxin after which cells were harvested and proteins extracted. Using a 1% Nonidet P-40 (a non-ionic, non-denaturing detergent)-containing solution we investigated the distribution of claudin-1, a major TJ protein responsible for the epithelium impermeability, between membrane (NP40-insoluble) and the cytoplasmic (NP40- soluble) location. Using immunoblot and confocal microscopy, we observed that treatment of T84 cell monolayers with STb induced redistribution of claudin-1. After 24h, cells grown in low Ca++-containing medium (5 μM) treated with STb, showed about 40% more claudin-1 in the cytoplasm compare to the control. Switching from low to physiological Ca++-containing medium (1,8 mM) increased the dislodgement rate of claudin-1, as comparable delocalization was observed after 6h. Medium supplemented with the same concentration of Mg++ or Zn++ did not affect the dislodgement rate compare to the low Ca++-containing medium. Using anti- phosphoserine and anti-phosphothreonine antibodies we observed that the loss of membrane claudin-1 was accompanied by dephosphorylation of this TJ protein. Overall, our findings showed an important redistribution of claudin-1 in cells treated with STb toxin. The loss of phosphorylated TJ membrane claudin-1 is likely to be involved in the increased permeability observed. The mechanisms by which these changes are brought about remain to be elucidated.

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb. / Escherichia coli heat-stable toxin (STb) causes diarrhea in Man and animals. STb binds to sulfatide, its receptor, followed by its internalization. Inside the cytoplasm, through a cascade of events, STb triggers the opening of ion channels allowing ion secretion and water loss leading to diarrhea. Tight junctions (TJs) are well known for controlling paracellular traffic of ions and water by forming a physical intercellular barrier in epithelial cells. Some bacterial toxinz are known to affect adversibly TJs. To date, the impact of STb on TJs has not been investigated. The present study aimed to explore the effect of STb on TJs and the barrier function in intestinal epithelial cells. Human colon intestinal epithelial cells (T84) were treated for 24h with either purified STb toxin or an E. coli strains expressing STb. TransEpithelial Resistance (TER), paracellular flux marker and confocal microscopy were used to analyze the effect of STb toxin on TJs. An E. coli strains expressing STb as well as purified STb caused a significant reduction of TER (p<0.0001) parallely to an increase in paracellular permeability to BSA-FITC (p<0.0001) compared to untreated cells or a commensal non toxinogenic E.coli strain. The increased paracellular permeability induced by STb was associated with a marked general dissolution and condensation of central F-actin stress fibers. F-actin disorganisation was accompanied by redistribution and fragmentation of occludin, claudin-1 and ZO-1 (Zonula Occludens-1) proteins. These changes were also observed following intoxication of T84 cells with an 8 amino acids peptide found in the STb sequence corresponding to a consensus sequence of Vibrio cholerae Zot toxin, shown to be involved in TJs disassembly. This effect was not observed with the scramble peptide and D30V mutant. Our findings suggest that STb induces epithelial barrier dysfunction by changes in tight junction proteins that could contribute to the observed diarrhea. These results provide new insight into the diarrhea pathogenesis caused by STb.

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb. / Escherichia coli heat-stable toxin (STb) causes diarrhea in Man and animals. STb binds to sulfatide, its receptor, followed by its internalization. Inside the cytoplasm, through a cascade of events, STb triggers the opening of ion channels allowing ion secretion and water loss leading to diarrhea. Tight junctions (TJs) are well known for controlling paracellular traffic of ions and water by forming a physical intercellular barrier in epithelial cells. Some bacterial toxinz are known to affect adversibly TJs. To date, the impact of STb on TJs has not been investigated. The present study aimed to explore the effect of STb on TJs and the barrier function in intestinal epithelial cells. Human colon intestinal epithelial cells (T84) were treated for 24h with either purified STb toxin or an E. coli strains expressing STb. TransEpithelial Resistance (TER), paracellular flux marker and confocal microscopy were used to analyze the effect of STb toxin on TJs. An E. coli strains expressing STb as well as purified STb caused a significant reduction of TER (p<0.0001) parallely to an increase in paracellular permeability to BSA-FITC (p<0.0001) compared to untreated cells or a commensal non toxinogenic E.coli strain. The increased paracellular permeability induced by STb was associated with a marked general dissolution and condensation of central F-actin stress fibers. F-actin disorganisation was accompanied by redistribution and fragmentation of occludin, claudin-1 and ZO-1 (Zonula Occludens-1) proteins. These changes were also observed following intoxication of T84 cells with an 8 amino acids peptide found in the STb sequence corresponding to a consensus sequence of Vibrio cholerae Zot toxin, shown to be involved in TJs disassembly. This effect was not observed with the scramble peptide and D30V mutant. Our findings suggest that STb induces epithelial barrier dysfunction by changes in tight junction proteins that could contribute to the observed diarrhea. These results provide new insight into the diarrhea pathogenesis caused by STb.