Dans le contexte actuel de changement global et particulièrement de réchauffement climatique et de pollution chimique chronique, se pose la question de la vulnérabilité des écosystèmes côtiers et notamment des populations d’invertébrés filtreurs jouant un rôle structurant dans la plupart de ces écosystèmes. Dans ces travaux de thèse, une approche couplée d’écophysiologie et de génomique fonctionnelle a été mise à profit afin de mieux comprendre les processus moléculaire, cellulaire et physiologique de réponse à une contamination chimique chronique modérée et d’évaluer la capacité à faire face à une augmentation de température chez des populations naturelles de moules bleues (Mytilus spp.) de la Rade de Brest. Les résultats obtenus révèlent qu’une contamination chronique modérée induit des réponses adaptatives au niveau subcellulaire chez les moules exposées, prévenant ainsi l’apparition de souffrances physiologiques et permettant aux populations de se maintenir dans un environnement variable. Ces réponses impliquent en particulier, une activation des mécanismes de défense cellulaire (métabolisme énergétique et défenses antioxydantes) et d’élimination des xénobiotiques. Par ailleurs, l’exposition à une augmentation de température en conditions expérimentales ne met pas en évidence de sensibilité particulière au stress thermique chez les moules provenant d’un site exposé à une contamination chronique modérée. En revanche, les résultats indiquent que ces dernières pourraient avoir une plus grande capacité à compenser grâce à des réponses adaptatives, les effets délétères générés par une augmentation de température. Cependant, le fort coût énergétique généré par la contamination chimique ainsi que les effets importants du stress thermique mis en évidence dans ces travaux indiquent que la combinaison de ces deux sources de stress pourrait provoquer des dysfonctionnements métaboliques et représenter à l’avenir, une menace pour les populations naturelles de moules bleues. Ces travaux de thèse ont également contribué au développement de nouvelles méthodologies permettant respectivement, de quantifier des contaminants environnementaux dans des tissus biologiques marins, d’étudier des réponses génomiques précoces de stress et de mesurer des paramètres physico-chimiques in situ. Ces méthodologies pourront contribuer à améliorer les performances du diagnostic de l’état de santé des populations naturelles de moules et au delà, d’espèces-sentinelles de mollusques bivalves dans un contexte de contamination chimique mais également de changements climatiques. / In the current context of chronic chemical pollution and on-going climate change, coastal ecosystems, and in particular keystone filter-feeding bivalve populations inhabiting them, appear vulnerable. In this thesis, an approach coupling ecophysiology and functional genomics was used to study the molecular, cellular and physiological responses of wild blue mussel populations of the Bay of Brest to a moderate chronic chemical contamination, and to assess the ability of these populations to face a heat stress. Results indicate a moderate chronic chemical contamination induces adaptive responses in wild mussel populations from the Brest harbour area, which prevents severe physiological disturbances and sustain long-term population survival. These responses include an activation of cellular stress response [energetic metabolism and antioxidant defences) and xenobiotic elimination mechanisms. Furthermore, experimental heat stress exposure does not highlight a higher sensitivity to a temperature increase in mussels sampled in a moderately contaminated area but suggests that these mussels could have a better ability to offset the adverse effects of heat stress thanks to adaptive responses. However, the high energetic cost of chemical contamination and the strong effects of heat stress presented in this work, suggest combined chemical and heat stress could be a future threat for wild blue mussel populations. This work also contributes to the development of new methodologies to, respectively, quantify environmental contaminants in marine biota, study early warning genomic stress responses and to survey physicochemical parameters in situ. These methodologies contribute to improving the health diagnostics of natural mussel populations and thus, appear as useful tools to assess health of bivalve sentinel species populations in biomonitoring studies, in a context of chemical contamination and climate change.

Plusieurs souches cliniques de Candida albicans résistantes aux médicaments antifongiques azolés surexpriment des gènes encodant des effecteurs de la résistance appartenant à deux classes fonctionnelles : i) des transporteurs expulsant les azoles, CDR1, CDR2 et MDR1 et ii) la cible des azoles 14-lanostérol déméthylase encodée par ERG11. La surexpression de ces gènes est due à la sélection de mutations activatrices dans des facteurs de transcription à doigts de zinc de la famille zinc cluster (Zn2Cys6) qui contrôlent leur expression : Tac1p (Transcriptional activator of CDR genes 1) contrôlant l’expression de CDR1 et CDR2, Mrr1p (Multidrug resistance regulator 1), régulant celle de MDR1 et Upc2p (Uptake control 2), contrôlant celle d’ERG11. Un autre effecteur de la résistance clinique aux azoles est PDR16, encodant une transférase de phospholipides, dont la surexpression accompagne souvent celle de CDR1 et CDR2, suggérant que les trois gènes appartiennent au même régulon, potentiellement celui de Tac1p. De plus, la régulation transcriptionnelle du gène MDR1 ne dépend pas seulement de Mrr1p, mais aussi du facteur de transcription de la famille basic-leucine zipper Cap1p (Candida activator protein 1), un régulateur majeur de la réponse au stress oxydatif chez C. albicans qui, lorsque muté, induit une surexpression constitutive de MDR1 conférant la résistance aux azoles. Ces observations suggèrent qu’un réseau de régulation transcriptionnelle complexe contrôle le processus de résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans. L’objectif de mon projet au doctorat était d’identifier les cibles transcriptionnelles directes des facteurs de transcription Tac1p, Upc2p et Cap1p, en me servant d’approches génétiques et de génomique fonctionnelle, afin de i) caractériser leur réseau transcriptionnel et les modules transcriptionnels qui sont sous leur contrôle direct, et ii) d’inférer leurs fonctions biologiques et ainsi mieux comprendre leur rôle dans la résistance aux azoles. Dans un premier volet, j’ai démontré, par des expériences de génétique, que Tac1p contrôle non seulement la surexpression de CDR1 et CDR2 mais aussi celle de PDR16. Mes résultats ont identifié une nouvelle mutation activatrice de Tac1p (N972D) et ont révélé la participation d’un autre régulateur dans le contrôle transcriptionnel de CDR1 et PDR16 dont l’identité est encore inconnue. Une combinaison d’expériences de transcriptomique et d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à l’hybridation sur des biopuces à ADN (ChIP-chip) m’a permis d’identifier plusieurs gènes dont l’expression est contrôlée in vivo et directement par Tac1p (PDR16, CDR1, CDR2, ERG2, autres), Upc2p (ERG11, ERG2, MDR1, CDR1, autres) et Cap1p (MDR1, GCY1, GLR1, autres). Ces expériences ont révélé qu’Upc2p ne contrôle pas seulement l’expression d’ERG11, mais aussi celle de MDR1 et CDR1. Plusieurs nouvelles propriétés fonctionnelles de ces régulateurs ont été caractérisées, notamment la liaison in vivo de Tac1p aux promoteurs de ses cibles de façon constitutive et indépendamment de son état d’activation, et la liaison de Cap1p non seulement à la région du promoteur de ses cibles, mais aussi celle couvrant le cadre de lecture ouvert et le terminateur transcriptionnel putatif, suggérant une interaction physique avec la machinerie de la transcription. La caractérisation du réseau transcriptionnel a révélé une interaction fonctionnnelle entre ces différents facteurs, notamment Cap1p et Mrr1p, et a permis d’inférer des fonctions biologiques potentielles pour Tac1p (trafic et la mobilisation des lipides, réponse au stress oxydatif et osmotique) et confirmer ou proposer d’autres fonctions pour Upc2p (métabolisme des stérols) et Cap1p (réponse au stress oxydatif, métabolisme des sources d’azote, transport des phospholipides). Mes études suggèrent que la résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans est intimement liée au métabolisme des lipides membranaires et à la réponse au stress oxydatif. / Many azole resistant Candida albicans clinical isolates overexpress genes encoding azole resistance effectors that belong to two functional categories: i) CDR1, CDR2 and MDR1, encoding azole-efflux transporters and ii) ERG11, encoding the target of azoles 14-lanosterol demethylase. The constitutive overexpression of these genes is due to activating mutations in transcription factors of the zinc cluster family (Zn2Cys6) which control their expression. Tac1p (Transcriptional activator of CDR genes 1), controlling the expression of CDR1 and CDR2, Mrr1p (Multidrug resistance regulator 1), regulating MDR1 expression and Upc2p (Uptake control 2), controlling the expression of ERG11. Another determinant of clinical azole resistance is PDR16, encoding a phospholipid transferase, whose overexpression often accompanies that of CDR1 and CDR2 in clinical isolates, suggesting that the three genes belong to the same regulon, potentially that of Tac1p. Further, MDR1 expression is not only regulated by Mrr1p, but also by the basic-leucine zipper transcription factor Cap1p (Candida activator protein 1), which controls the oxidative stress response in C. albicans and whose mutation confers azole resistance via MDR1 overexpression. These observations suggest that a complex transcriptional regulatory network controls azole resistance in C. albicans. My Ph.D. studies are aimed at identifying the direct transcriptional targets of Tac1p, Upc2p and Cap1p using genetics and functional genomics approches in order to i) characterize their regulatory network and the transcriptional modules under their direct control and ii) infer their biological functions and better understand their roles in azole resistance. In the first part of my studies, I showed that Tac1p does not only control the expression of CDR1 and CDR2, but also that of PDR16. My results also identified a new activating mutation in Tac1p (N972D) and revealed that the expression of CDR1 and PDR16 is under the control of another yet unknown regulator. The combination of transcriptomics and genome-wide location (ChIP-chip) approaches allowed me to identify the in vivo direct targets of Tac1p (PDR16, CDR1, CDR2, ERG2, others), Upc2p (ERG11, ERG2, MDR1, CDR1, others) and Cap1p (MDR1, GCY1, GLR1, others). These results also revealed that Upc2p does not only control the expression of ERG11 but also that of MDR1 and CDR1. Many new functional features of these transcription factors were found, including the constitutive binding of Tac1p to its targets under both activating and non-activating conditions, and the binding of Cap1p which extends beyond the promoter region of its target genes, to cover the open reading frame and the putative transcription termination regions, suggesting a physical interaction with the transcriptional machinery. The characterization of the transcriptional regulatory network revealed a functional interaction between these factors, notably between Cap1p and Mrr1p, and inferred potential biological functions for Tac1p (lipid mobilization and traffic, response to oxidative and osmotic stress) and confirmed or suggested other functions for Upc2p (sterol metabolism) and Cap1p (oxidative stress response, regulation of nitrogen utilization and phospholipids transport). Taken together, my results suggest that azole resistance in C. albicans is tightly linked to membrane lipid metabolism and oxidative stress response.

Candida albicans, une levure pathogène de l’humain, cause des infections envahissantes chez les individus immunodéprimés. C. albicans peut changer sa morphologie entre les formes levures et filamenteuses, un déterminant de virulence considérable qui est influencé par plusieurs facteurs environnementaux comme le pH, le sérum, les nutriments, et le farnesol, une molécule de la détection du quorum. Le génome de C. albicans a été séquencé et à date, plusieurs gènes codant des régulateurs de transcription (RT) restent incaracterisés. Basé sur des criblages à grande-échelle, il a été possible d’attribuer des phénotypes à certains des RT incaractérisés, cependant, leurs cibles traduisant ces phénotypes restent inconnues. Le but de cette thèse était d’étudier les fonctions biologiques de RT sélectionnés et d’établir des réseaux transcriptionnels chez C. albicans. J’ai utilisé des approches génétiques et génomiques afin d’identifier et de caractériser le regulon de ces RT, ce qui a permis de déterminer leur fonctions biologiques. Notre groupe avait identifié Fcr1p, un RT dont la délétion augmente la filamentation et la tolérance à plusieurs antifongiques. Cependant, le mécanisme sous-jacent reste inconnu. Dans le Chapitre 2, j’ai identifié le régulon d’Fcr1p et j’ai trouvé qu’il régule ses cibles de façon complexe étant en même temps un activateur et un répresseur d’expression de gènes. J’ai démontré que Fcr1p agit comme répresseur direct des gènes de l’assimilation et du métabolisme de l’azote. L’expression de plusieurs de ces cibles était dépendante d’Fcr1p en conditions d’épuisement d’azote. J’ai montrés que Fcr1p agit aussi comme répresseur indirect de gènes hyphe-spécifiques ainsi qu’un activateur indirect de transport et de métabolisme du carbone et de gènes levure-spécifiques. De plus, la suréxpression d’Fcr1p abolit la filamentation sur le milieu Spider, confirmant que c’est un répresseur de filamentation. Dans le Chapitre 3, j’ai décris un crible génétique basé sur un principe de co-culture pour identifier des mutants de RT défectueux en production de farnesol. Conséquemment, les RT Ada2p, Cas5p, Fgr15p, Cas1p, et Rlm1p, impliqués dans le maintien de la paroi cellulaire, ont été identifiés. La quantification du farnesol intracellulaire de ces mutants a confirmé que le défaut observé peut être attribué à un défaut de la biosynthèse de farnesol plutôt qu’à un défaut de sécrétion de celui-ci. Pour comprendre le mécanisme responsable de ce défaut, nous avons commencé par caractériser le régulon de Cas5p par des analyses de profilages d’expression et de localisation. J’ai montré que Cas5p se lie à des gènes impliqués dans le catabolisme des hydrocarbures et la production d’énergie. Cas5p induit aussi des gènes impliqués dans le catabolisme des hydrocarbures et des lipides et réprime des gènes impliqués dans le métabolisme primaire, montrant que Cas5p régule plusieurs voies métaboliques, notamment celle du carbone. En plus des fonctions d’Ada2p et Rlm1p dans la liaison et/ou la régulation de gènes du catabolisme des hydrocarbures, nos résultats appuient avec la proposition que le farnesol constitue une traduction du métabolisme du carbone cellulaire. Dans l’ensemble, ces résultats ont aidé à élucider le rôle d’Fcr1p ainsi que 5 autres RT dans la régulation de voies métaboliques fondamentales influençant le dimorphisme, un attribut crucial de la virulence chez C. albicans. / Candida albicans, an important human fungal pathogen, causes life-threatening invasive infections in immuno-compromised individuals. It switches between yeast and filamentous forms. This dimorphism is a considerable virulence attribute and one that is influenced by many environmental factors, such as pH, serum, nutrients and farnesol, a quorum sensing molecule. The genome of C. albicans has been sequenced and to date, many of the genes encoding transcriptional regulators (TRs) remain uncharacterized. Based on large-scale screens, it was possible to assign phenotypes to some of the uncharacterized TRs, however the targets of these TRs that mediate these phenotypes remain to be identified. The aim of this thesis work was to understand the normal biological function of selected TRs and construct transcriptional networks in C. albicans. I used genetic and genomic approaches to identify and characterize the regulon of these TRs, which helped to define their biological functions. Our group has previously identified Fcr1p, a zinc cluster TR whose deletion increases cell tolerance to multiple drugs and enhances filamentation. However, the mechanism by which it mediates these phenotypes is still unknown. In Chapter 2, I identified the regulon of Fcr1p and found that it regulates its targets in a complex manner since it can act both as an activator and as a repressor of gene expression. I have shown that Fcr1p acts as a direct negative regulator of genes involved in nitrogen source assimilation and metabolism. The Fcr1p-dependent expression of a number of its targets also occurs under nitrogen starvation conditions. Results also showed that Fcr1p is an indirect negative regulator of hyphal-specific genes, and an indirect positive regulator of carbon source transport and metabolism, as well as yeast-specific genes. Furthermore, Fcr1p overexpression abrogates filamentation on Spider medium confirming that it is a negative regulator of filamentation. In Chapter 3, I describe a genetic screen based on a co-culture assay with A. nidulans to identify TR mutants defective in farnesol production. Our results identified Ada2p, Cas5p, Fgr15p, Cas1p, and Rlm1p, five TRs involved in cell wall integrity. Intracellular farnesol quantification in these mutants confirmed that the observed defect in farnesol production could be attributed to impairment in farnesol biosynthesis rather than export of this molecule. To get an insight into the molecular mechanism responsible for this defect, we started by identifying the regulon of Cas5p using expression and location profiling. Results showed that Cas5p binds genes involved in carbohydrate catabolism and energy production. Cas5p also upregulates genes involved in carbohydrate and lipid catabolism and downregulates genes involved in primary metabolism, indicating that Cas5p is involved in the regulation of many pathways, with a clear involvement in carbon metabolism. Coupled to the known function of Ada2p and Rlm1p in binding and/or regulating genes involved in carbohydrate catabolism, our results support the proposition that farnesol is a metabolic read-out of the cell carbon metabolic activity. Taken together, these results helped elucidate the role of Fcr1p as well as five other TRs in the regulation of central metabolic pathways that influence morphological switching, a crucial attribute of C.albicans virulence.