Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32. / The Inflammatory bowel diseases (IBD, [MIM 266600]) involve chronic inflammation of the digestive tract and include ulcerative colitis (UC) and Crohn’s disease (CD). IBD may result from defects in the homeostasis of immune system and intestinal epithelium. The latter forms a physical and biochemical barrier to commensal and pathogenic microorganisms. A dysfunction in the epithelial barrier may lead to a sustained immune response against the gut flora. Genome wide association studies (GWAS) have identified 200 susceptibility regions in IBD. Among these, the 1q32 region associated with risk of both CD (p<2x10-11) and UC (p<6x10-7), contains the gene C1orf106. Our targeted re-sequencing study has identified a low-frequency variant, Y333F (p=0.009) in C1orf106, a protein of unknown function and in which tyrosine333 is predicted to be phosphorylated. We demonstrated that its substitution by a phenylalanine may have an effect on C1orf106 protein stability as shown by cycloheximide treatment experiments. Our RNA expression analyses of human tissues and cell lines demonstrated that C1orf106 is mostly expressed in the small intestine and colon. It is also detectable in monocytic cell lines but more highly expressed in colonic epithelial cell lines. Furthermore, its expression is increased by 40% during differentiation of colonic epithelial Caco-2 cells into polarized epithelium. To provide further biological context, we generated colorectal LS174T cells that stably overexpress the Y333F alleles and demonstrated that it is partially localized with ZO-1, used as a tight junction (TJ) marker. We did observe tighter colocalization with E-cadherin, a canonical marker for adherens junctions (AJ), typically located below the TJ complex. AJ and TJ play an essential role in the establishment of epithelial barrier. The localization of C1orf106 at these regions suggests its possible implication in epithelial barrier homeostasis. Using trans-epithelial measurement of ions movement across epithelium, we demonstrated an increased in permeability of an epithelium formed by C1orf106 knock-down Caco-2 cells. Our results suggest that C1orf106 could be the causal gene of the 1q32 susceptibility region.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) sont caractérisées par une sécrétion exagérée de cytokines pro-inflammatoires, une hyperactivation des lymphocytes T effecteurs (Teff) et un contrôle insuffisant par les lymphocytes T régulateurs (Treg). Nous avons montré que le traitement par anti-TNFbetas'accompagne d'une augmentation significative des Treg Foxp3+ dans le sang de patients atteints de MICI en poussée. L'infliximab est associé à une potentialisation de leur fonction suppressive. Dans un 2ème travail nous montrons que les Treg sont incapables de prévenir la colite même s'il existe une augmentation du nombre de Treg dans les ganglions mésentériques ainsi qu'une majoration du nombre et de la fonction suppressive ex-vivo des Treg issus du colon inflammatoire. Cet impact fonctionnel positif sur les Treg issus des ganglions mésentériques était sélectif de la sous-population de Treg NRP1- correspondant aux Treg induits. La diminution significative aussi bien in vitro qu'in vivo de la conversion des LT naïfs en Treg en condition inflammatoire contribue probablement à leur incapacité à contenir la colite. Dans un 3ème travail, nous avons étudié la dynamique des LT Th1, Th17 et Treg et des sous-populations de LT CD4+ co-exprimants IL-17/IFNgamma, IL-17/Foxp3 et IFNgamma/Foxp3 chez des patients MICI en rémission clinique suivis tous les 3 mois. Une élévation des LT Foxp3/IL-17 du sang précédait la rechute de la maladie suggérant un rôle potentiel pathogénique de cette sous-population de LT. Ces éléments illustrent les concepts de conversion et plasticité des Treg au cours des MICI mais aussi leur rôle comme cible pour optimiser et développer de nouvelles biothérapies / Inflammatory bowel disease (IBD) are characterized by an excessive secretion of pro-inflammatory cytokines, hyperactivation of effector T cells (Teff) and insufficient control by regulatory T cells (Treg). We showed that treatment with anti-TNFbeta is accompanied by a significant increase in Foxp3+ Treg in the blood of patients with IBD. Infliximab is also associated with a potentiation of Treg suppressive function. In a second study, we showed that Treg are unable to completely prevent colitis, even as we have shown a significant increase in the number of Treg in the mesenteric lymph nodes and also an increase in number and the ex-vivo suppressive function of Treg cells from the inflammatory colon. The positive impact of intestinal inflammation on the suppressive function of Treg from the mesenteric lymph nodes was selective in the sub-population of Treg NRP1- majority representing iTreg. The significant decrease both in vitro and in vivo neo-conversion of LT to naïve Treg in inflammatory conditions, contributing to the inability of Treg to contain colitis. In a third study, we systematically studied the dynamics of LT Th1, Th17 and Treg as well as subpopulations of CD4+ T cells that co-express IL-17/IFNgamma, IL-17/Foxp3 and IFNgamma/Foxp3 from a cohort of IBD patients in clinical remission followed every 3 months. A rise in the blood of a Treg Foxp3+ mixed population producing IL-17 preceded the onset of a relapse of IBD suggesting a pathogenic potential of this subpopulation of LT. All these elements illustrate the concepts of conversion and plasticity of Treg in IBD but also the key role of Treg as a target to optimize and develop new biological therapies

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

La maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique font partie des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Le principal objectif des traitements anti-inflammatoires est de favoriser la délivrance du principe actif localement, spécifiquement sur les zones enflammées et de limiter les effets indésirables. Ainsi, plusieurs systèmes à libération colonique de molécules actives ont été développés. Parmi eux, les pellets présentent de nombreux avantages par rapport aux formes solides unitaires conventionnelles. Dans un premier temps, des pellets comptant une substance anti-inflammatoire naturelle et nutritive, la rutine, ont été développés. L'intérêt de cette molécule est de réduire considérablement les effets secondaires qui constituent un véritable problème dans les traitements actuels des MICI. Les pellets ont été enrobé avec les polysaccharides naturels se dégradant avec la flore colonique. Les études in vitro ont démontré une libération minimale du principe actif au niveau de l'estomac et du petit intestin. Par contre, une libération rapide et totale a été observée lors de l'exposition des pellets dans les conditions du milieu colonique. Les résultats des tests in vivo ont démontré que la rutine a atténué considérablement l'inflammation au niveau de colon et les pellets enrobés ont été aussi efficaces que les pellets d'acide 5-aminosalicylique (5-ASA) commercialisés. L'administration orale de rutine via les pellets enrobés et préparés avec le chitosan semble être une approche prometteuse, permettant la libération du principe actif au niveau des zones enflammées, pour le traitement des MICI tout en réduisant les effets secondaires. Le deuxième but de notre travail était d'élucider l'impact du chitosan, un polymère mucoadhésif, sur l'efficacité thérapeutique. Les pellets de 5-ASA ont été préparés à partir de cellulose microcristalline avec ou sans chitosan. Un enrobage constitué d'un polymère pH dépendant,1' Eudragit® FS, a ensuite été réalisé autour du noyau. Les tests de dissolution ont montré que le principe actif n'était pas libéré du pellet après 2 h en milieu acide. En revanche,la libération était rapide dans un milieu simulant l'environnement colonique. Les tests ex vivo avec les pellets contenant le chitosan ont montré des propriétés mucoadhésives importantes qui ont été confirmées par la concentration élevée du métabolite de 5-ASA dans les tissus coloniques des rats. De plus, nous avons a démontré que les pellets permettaient d'atténuer de façon significative l'inflammation du côlon. Ainsi, les pellets bioadhésifs enrobés possèdent des propriétés bénéfiques supplémentaires pour la libération du 5-ASA au niveau du côlon par rapport à des formes multidoses commercialisées pour le traitement des MICI. / Crohn's disease and ulcerative colitis are two related but distinct chronic inflammatory disorders of gastrointestinal tract (GIT), commonly denoted as inflammatory bowel disease(IBD). The main goal of the anti-inflammatory treatment of this disorder is to achieve maximal drug concentration in inflamed area and reduce systemic adverse effects. For this purpose several colon-spécifie drug delivery systems have been investigated. In addition, the design of pellets as oral drug delivery systems may provide many advantages over single unit preparations and thus improve patient compliance. It is well known that most existing treatments of IBD are associated with significant side effects and for this reason the formulation with a " food like " composition was designed. In the first part of our study, therapeutic efficiency of rutin/chitosan pellets with coatings based on natural polysaccharides degraded by colonie microbiota compared to commercialized 5-aminosalicylic acid (5-ASA) pellets was investigated. Release profiles ofcoated pellets showed a minimal drug release in simulated stomach and small intestine following by rapid drug release upon exposure to the colonie fluid. The results from in vivo testing showed that rutin attenuated efficiently inflammation in the colon and coated pellets were as effective as 5-ASA pellets in mitigating experimental colitis. The studies demonstrated that rutin administration via chitosan core coated pellets seems to be apromising approach for colon-specific delivery since they could interact easily with the mucin layer and deliver drug especially to the inflamed colonie area to relieve symptoms of IBD omitting side effects related to conventional treatment. The second objective of this thesis was to explore the impact of additional mucoadhesive polymer chitosan in the pellets core on the therapeutic efficiency. For this purpose, 5-ASA loaded pellets were produced by extrusion/spheronisation method and subsequently coated with pH-sensitive polymer Eudragit® FS. No drug release at pH 1.2within 2 h, and release as intended in the simulated distal ileum and colon was observed. Chitosan-core pellets showed efficient mucoadhesive properties in ex vivo bioadhesion testing which were also confirmed by increased concentration of 5-ASA metabolite in the colonie tissues in rats. The pellets were tested in preexisting colitis and the results revealed significant attenuation of the colonie inflammation. We can conclude, that bioadhesive chitosan-corepellets showed additional beneficial properties for colonie 5-ASA delivery in the treatment of IBD over marketed dosage formulation.

IntroductionLa neurostimulation vagale (NSV) à haute fréquence (30 Hz) est utilisée commethérapeutique de certaines formes d'épilepsie et de dépression réfractaires aux traitements chezl'Homme. De plus, la NSV à basse fréquence (5 Hz) a été expérimentée avec succès chez l'animalpour traiter différentes inflammations périphériques, notamment digestives. Des travaux récents ontmis en évidence que cet effet anti-inflammatoire est induit par l'activation des fibres efférentesvagales, libérant en périphérie de l'acétylcholine, inhibant la sécrétion des cytokines proinflammatoires.Cette voie est connue sous le nom de voie anti-inflammatoire cholinergique.Toutefois, le mécanisme d'action de la NSV 5 Hz reste mal connu et d'autres voies pourraient êtremises en jeu impliquant le système nerveux central (SNC) et le système immunitaire périphérique.ButLes travaux réalisés ont eu pour objectif d'étudier l'implication du SNC et du systèmeimmunitaire dans la modulation de l'inflammation induite par la NSV basse fréquence chez unmodèle de rat anesthésié. Tout d'abord, afin d'étudier l'implication du SNC lors de la NSV 5 Hz, uneétude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a été réalisée sur le rat "sain"anesthésié. Ensuite, une étude a été effectuée sur l'effet de la NSV sur les cellules immunitairesspléniques ainsi que sur le tube digestif chez un modèle de rat "sain" puis chez un modèle de ratatteint d'une colite expérimentale induite par une injection intra-colique d'acide trinitrobenzènesulfonique (TNBS).RésultatsLes données obtenues lors de l'étude d'IRMf ont mis en évidence un rôle important desfibres afférentes vagales; elles modulent certaines structures du SNC qui pourraient participer à larégulation de l'inflammation digestive induite par la NSV 5 Hz. Les études réalisées sur les souspopulationslymphocytaires spléniques ont révélé que d'autres cellules immunitaires que lesmacrophages étaient impliquées lors de la NSV. Chez le modèle de rat "sain", les résultats decytométrie en flux ont montré que la NSV 3h 5 Hz induisait une diminution de l'activation deslymphocytes T CD4 ainsi que du pourcentage de NKT par rapport aux lymphocytes T. Ces résultatssont en faveur d'un rôle de la NSV 3h inhibant l'activation lymphocytaire et jouant un rôle sur les NKTpossédant des propriétés immunorégulatrices. La NSV 3h n'a pas le même effet chez le modèle de ratprésentant une colite. En effet, le dosage de cytokines sécrétées par les splénocytes en culturemontre que la NSV augmente le potentiel de sécrétion d'IL-10 (cytokine anti-inflammatoire) dessplénocytes et plus particulièrement des lymphocytes T CD4 spléniques. Parallèlement, l'effet antiinflammatoirede la NSV a été mis en évidence au niveau du côlon transverse (au-dessus de la zonelésée) par une diminution des ARNm de SOCS3 et du TNF-α et de la myéloperoxidase. Ces donnéesont démontré un rôle de la NSV sur la fonctionnalité des lymphocytes T CD4 spléniques. La NSV 3h 5Hz orienterait la réponse immunitaire vers une réponse anti-inflammatoire en phase d'initiationd'inflammation digestive. De plus, l'effet anti-inflammatoire de la NSV est retrouvé au niveau du tubedigestif au-dessus de la zone lésée (côlon transverse).ConclusionCes données expérimentales montrent que d'autres voies impliquant différents typescellulaires sont susceptibles d'être mises en oeuvre par la NSV basse fréquence. Elle induitl'implication du SNC par l'activation des afférences vagales et des cellules immunitaires spléniquestelles que les lymphocytes T CD4 et les NKT. Un effet anti-inflammatoire de la NSV est retrouvé auniveau du côlon transverse, mais pas au niveau des lésions dans le côlon distal. Ces résultatsprésentent des implications thérapeutiques : la NSV basse fréquence est actuellement en essaiclinique pour être utilisée comme traitement dans la maladie de Crohn.

La maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique font partie des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Le principal objectif des traitements anti-inflammatoires est de favoriser la délivrance du principe actif localement, spécifiquement sur les zones enflammées et de limiter les effets indésirables. Ainsi, plusieurs systèmes à libération colonique de molécules actives ont été développés. Parmi eux, les pellets présentent de nombreux avantages par rapport aux formes solides unitaires conventionnelles. Dans un premier temps, des pellets comptant une substance anti-inflammatoire naturelle et nutritive, la rutine, ont été développés. L'intérêt de cette molécule est de réduire considérablement les effets secondaires qui constituent un véritable problème dans les traitements actuels des MICI. Les pellets ont été enrobé avec les polysaccharides naturels se dégradant avec la flore colonique. Les études in vitro ont démontré une libération minimale du principe actif au niveau de l'estomac et du petit intestin. Par contre, une libération rapide et totale a été observée lors de l'exposition des pellets dans les conditions du milieu colonique. Les résultats des tests in vivo ont démontré que la rutine a atténué considérablement l'inflammation au niveau de colon et les pellets enrobés ont été aussi efficaces que les pellets d'acide 5-aminosalicylique (5-ASA) commercialisés. L'administration orale de rutine via les pellets enrobés et préparés avec le chitosan semble être une approche prometteuse, permettant la libération du principe actif au niveau des zones enflammées, pour le traitement des MICI tout en réduisant les effets secondaires. Le deuxième but de notre travail était d'élucider l'impact du chitosan, un polymère mucoadhésif, sur l'efficacité thérapeutique. Les pellets de 5-ASA ont été préparés à partir de cellulose microcristalline avec ou sans chitosan. Un enrobage constitué d'un polymère pH dépendant,1' Eudragit® FS, a ensuite été réalisé autour du noyau. Les tests de dissolution ont montré que le principe actif n'était pas libéré du pellet après 2 h en milieu acide. En revanche,la libération était rapide dans un milieu simulant l'environnement colonique. Les tests ex vivo avec les pellets contenant le chitosan ont montré des propriétés mucoadhésives importantes qui ont été confirmées par la concentration élevée du métabolite de 5-ASA dans les tissus coloniques des rats. De plus, nous avons a démontré que les pellets permettaient d'atténuer de façon significative l'inflammation du côlon. Ainsi, les pellets bioadhésifs enrobés possèdent des propriétés bénéfiques supplémentaires pour la libération du 5-ASA au niveau du côlon par rapport à des formes multidoses commercialisées pour le traitement des MICI.

La maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique font partie des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Le principal objectif des traitements anti-inflammatoires est de favoriser la délivrance du principe actif localement, spécifiquement sur les zones enflammées et de limiter les effets indésirables. Ainsi, plusieurs systèmes à libération colonique de molécules actives ont été développés. Parmi eux, les pellets présentent de nombreux avantages par rapport aux formes solides unitaires conventionnelles. Dans un premier temps, des pellets comptant une substance anti-inflammatoire naturelle et nutritive, la rutine, ont été développés. L'intérêt de cette molécule est de réduire considérablement les effets secondaires qui constituent un véritable problème dans les traitements actuels des MICI. Les pellets ont été enrobé avec les polysaccharides naturels se dégradant avec la flore colonique. Les études in vitro ont démontré une libération minimale du principe actif au niveau de l'estomac et du petit intestin. Par contre, une libération rapide et totale a été observée lors de l'exposition des pellets dans les conditions du milieu colonique. Les résultats des tests in vivo ont démontré que la rutine a atténué considérablement l'inflammation au niveau de colon et les pellets enrobés ont été aussi efficaces que les pellets d'acide 5-aminosalicylique (5-ASA) commercialisés. L'administration orale de rutine via les pellets enrobés et préparés avec le chitosan semble être une approche prometteuse, permettant la libération du principe actif au niveau des zones enflammées, pour le traitement des MICI tout en réduisant les effets secondaires. Le deuxième but de notre travail était d'élucider l'impact du chitosan, un polymère mucoadhésif, sur l'efficacité thérapeutique. Les pellets de 5-ASA ont été préparés à partir de cellulose microcristalline avec ou sans chitosan. Un enrobage constitué d'un polymère pH dépendant,1' Eudragit® FS, a ensuite été réalisé autour du noyau. Les tests de dissolution ont montré que le principe actif n'était pas libéré du pellet après 2 h en milieu acide. En revanche,la libération était rapide dans un milieu simulant l'environnement colonique. Les tests ex vivo avec les pellets contenant le chitosan ont montré des propriétés mucoadhésives importantes qui ont été confirmées par la concentration élevée du métabolite de 5-ASA dans les tissus coloniques des rats. De plus, nous avons a démontré que les pellets permettaient d'atténuer de façon significative l'inflammation du côlon. Ainsi, les pellets bioadhésifs enrobés possèdent des propriétés bénéfiques supplémentaires pour la libération du 5-ASA au niveau du côlon par rapport à des formes multidoses commercialisées pour le traitement des MICI. / Crohn's disease and ulcerative colitis are two related but distinct chronic inflammatory disorders of gastrointestinal tract (GIT), commonly denoted as inflammatory bowel disease(IBD). The main goal of the anti-inflammatory treatment of this disorder is to achieve maximal drug concentration in inflamed area and reduce systemic adverse effects. For this purpose several colon-spécifie drug delivery systems have been investigated. In addition, the design of pellets as oral drug delivery systems may provide many advantages over single unit preparations and thus improve patient compliance. It is well known that most existing treatments of IBD are associated with significant side effects and for this reason the formulation with a " food like " composition was designed. In the first part of our study, therapeutic efficiency of rutin/chitosan pellets with coatings based on natural polysaccharides degraded by colonie microbiota compared to commercialized 5-aminosalicylic acid (5-ASA) pellets was investigated. Release profiles ofcoated pellets showed a minimal drug release in simulated stomach and small intestine following by rapid drug release upon exposure to the colonie fluid. The results from in vivo testing showed that rutin attenuated efficiently inflammation in the colon and coated pellets were as effective as 5-ASA pellets in mitigating experimental colitis. The studies demonstrated that rutin administration via chitosan core coated pellets seems to be apromising approach for colon-specific delivery since they could interact easily with the mucin layer and deliver drug especially to the inflamed colonie area to relieve symptoms of IBD omitting side effects related to conventional treatment. The second objective of this thesis was to explore the impact of additional mucoadhesive polymer chitosan in the pellets core on the therapeutic efficiency. For this purpose, 5-ASA loaded pellets were produced by extrusion/spheronisation method and subsequently coated with pH-sensitive polymer Eudragit® FS. No drug release at pH 1.2within 2 h, and release as intended in the simulated distal ileum and colon was observed. Chitosan-core pellets showed efficient mucoadhesive properties in ex vivo bioadhesion testing which were also confirmed by increased concentration of 5-ASA metabolite in the colonie tissues in rats. The pellets were tested in preexisting colitis and the results revealed significant attenuation of the colonie inflammation. We can conclude, that bioadhesive chitosan-corepellets showed additional beneficial properties for colonie 5-ASA delivery in the treatment of IBD over marketed dosage formulation.

Escherichia coli est une espèce commensale du tube digestif, mais elle peut aussi se révéler être un dangereux pathogène intra ou extra intestinal. Un même clone pouvant passer d'un état commensal à pathogène, la compréhension des mécanismes impliqués dans la diversification d'E. coli dans ces deux habitats représente un enjeu majeur de santé publique. Des expériences d'évolution expérimentale utilisant E. coli ont permis de révéler différentes facettes de l'adaptation bactérienne. Cependant, ces expériences de laboratoire utilisant des conditions artificielles, on peut s'interroger sur la pertinence des observations qui en découlent en milieu naturel et plus globalement s’interroger sur la part de la sélection naturelle dans la diversification de E. coli dans la nature. Pour répondre à ces questions, j'ai analysé les profils génomiques de diversification de E. coli au cours (1) d’une adaptation au tube digestif de souris ou (2) dans des infections extra-intestinales. Dans les deux cas, j’ai pu montrer une importante convergence au niveau du gène : un même gène étant muté plusieurs fois indépendamment, un signe que l’adaptation est active. Dans les infections aigues, des mutations touchant des régulateurs globaux ont été retrouvées, alors que dans le tube digestif les cibles de l’adaptation semblaient plus spécifiques. Enfin, les échantillons issus des infections incluant des souches a fort taux de mutation dites mutatrices, j'ai pu documenter pour la première fois la génomique de l'émergence de bactéries mutatrices en milieu naturel.En conclusion, mes travaux montrent que l’adaptation joue un rôle important dans la diversification de E. coli en milieu naturel et que ce processus s’apparente à celui observé dans des milieux artificiels de laboratoire. L’adaptation semble néanmoins plus active en conditions d’infections aigues que dans le tube digestif de souris. / Escherichia coli is a commensal species living in the digestive tract of vertebrates, but can also be a harmful pathogen involved in both intra and extraintestinal diseases. As clones can behave both as commensals and pathogens, the comprehension of the mechanisms involved in the diversification of E. coli in those two habitats represents a major public health concern. In vitro experimental evolution studies using E. coli have unraveled the different faces of bacterial adaptation. However, as those experiments used artificial conditions, the relevance of these observations and more generally the contribution of adaptation to the diversification of E. coli in the wild remain questionable. To answer these questions, I analyzed the genomic profiles of diversification of E. coli during (1) adaptation to the mice digestive tract or (2) during acute extraintestinal infections. In both cases, I found a strong convergence at the gene level, i.e. observation of several impendent mutations in the same gene, suggesting a dynamic adaptation. In acute infections, mutations in global regulators were recovered, while more specific genes were recruited in the mice gut. Finally, the existence of clones with high mutation rate in the infections, allowed me to document for the first time the genomics of mutator emergence in the wild. In conclusion, my work shows that adaptation is playing an important role in the diversification of E. coli, and that this process is fairly similar to the one observed in the laboratory. Nevertheless, adaptation seems more active during infections than in the mice gut.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin sont caractérisées par une inflammation anormale et récurrente du tractus digestif. De nombreuses études ont démontré des effets bénéfiques de souches probiotiques anti-inflammatoires recombinantes ou non. La première partie de cette thèse décrit différentes stratégies d'optimisation de souches de bactéries lactiques en tant que vecteurs de protéines d'intérêt santé. Nous avons ainsi démontré qu'une modification du peptidoglycane de la paroie de Lactococcus lactis influençant la lyse bactérienne ne permettait pas de moduler l'immunogénicité de l'antigène E7 délivré par L. lactis. Nous avons également démontré que la nature du vecteur bactérien était un paramètre essentiel dans la vectorisation de la protéine délivrée : ainsi l'espèce Bifidobacterium infantis induit une réponse immunitaire spécifique à l'antigène E7 supérieure à celle obtenue avec les vecteurs L. lactis et Lactobacillus plantarum. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude des effets anti-inflammatoires de bactéries recombinantes ou non. Nous avons ainsi démontré que la souche Lb. casei BL23 produisant une superoxyde dismutase à manganèse permettait de diminuer significativement des colites murines induites par administration de dextran sodium sulfate. Enfin, nous avons mis en évidence des propriétés anti-inflammatoires sur divers modèles d'inflammation in vitro / in vivo de Faecalibacterium prausnitzii, première bactérie commensale anti-inflammatoire identifiée sur la base de données cliniques humaines.

Le syndrome de l'intestin irritable (SII) touche près de 10% de la population. Nous avons utilisé un modèle animal de SII induit par le butyrate développé au laboratoire afin de décortiquer les mécanismes de l'hypersensibilité colique (HSC) dans le SII. Le blocage du NGF par des anticorps anti-NGF prévient l'HSC induite par le butyrate, évaluée par le test de distension colorectale. Le NGF, quantifié par immunohistochimie (IHC), est surexprimé dans les ganglions rachidiens dorsaux (GRD) innervant le côlon des rats butyrate. Le blocage des canaux ASIC par amiloride prévient l'HSC induite par le butyrate. L'expression des ARNm ASIC1a et ASIC1b, évaluée par RT-PCR, est augmentée dans les GDR des rats butyrate. Cette augmentation est corrélée à une augmentation de l'expression de la protéine ASIC1A dans les neurones nociceptifs, quantifiée par IHC. Le blocage du NGF par des anticorps anti-NGF prévient la surexpression de ASIC1A dans les GRD. L'absence de variation d'expression du NGF et de ASIC1A au niveau colique suggère que ces moléciles ont une implication dans l'élément présynaptique plutôt que dans les terminaisons libres coliques. L'étude de l'expression spinale de la protéine Fos après stimulation des fibres coliques a montré que l'HSC induite par le butyrate est associée à une activation spécifique des segments thoraciques T10-T11-T12 de la moëlle épinière (MEp). Le blocage spinal du canal ASIC1A par la PcTx1 prévient l'HSC induite par le butyrate. L'expression de ASIC1a, évaluée par RT-PCR et Western blot, est augmentée dans la MEp des rats butyrate. Comme à la périphérie, l'expression de ASIC1a est modulée par le NGF puisque le blocage du NGF prévient la surexpression des ARNm et de la protéine ASIC1A dans la MEp des rats butyrate. En conclusion, ce travail de thèse suggère que le NGF et le canal ASIC1A jouent un rôle critique dans le développement de douleurs viscérales en contribuant à la fois à la sensibilisation périphérique et centrale.