La maladie du greffon contre l’hôte (GVHD) reste la complication majeure de l’allogreffe de cellules soucheshématopoïétiques (allo-CSH). La GVHD résulte de l’activation de la réponse immunitaire et de la reconnaissanced’alloantigènes par les lymphocytes T (LT) du donneur, entrainant ainsi des lésions tissulaires principalement auniveau de la peau, des intestins et du foie. L’interleukine-22 (IL-22) est une cytokine sécrétée par les LT Th1,Th17 et les cellules de l’immunité innée (ILC). Compte tenu des propriétés de l’IL-22 dans les tissus cibles de laGVHD, nous avons évalué sa contribution dans la physiopathologie de la maladie à l’aide de modèlesexpérimentaux murins. Il apparaît que les souris qui reçoivent des lymphocytes T invalidés pour l’IL-22développent une maladie moins sévère, et leur mortalité est diminuée. L’IL-22 issue du greffon participe donc à lasévérité de la GVHD en favorisant l’inflammation systémique, mais aussi locale au niveau des organes cibles. Deplus, dans les intestins, l’IL-22 agit en synergie avec les interférons de type I pour amplifier l’inflammation de typeTh1 au cours de la GVHD. Chez l’homme, la GVHD est associée à une modification du microbiote intestinal.Nous avons montré que l’absence d’IL-22 semble favoriser la colonisation de lactobacilles au détriment declostridiums, ce qui pourrait également participer à la diminution de la GVHD intestinale. Enfin, nous avonsmontré que l’effet anti-tumoral est préservé malgré l’absence d’IL-22. Ces résultats permettent donc d’envisagerde nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement de la GVHD. / Graft-versus-host disease (GVHD) is still the major complication after allogeneic stem cell transplantation. GVHDresults from the activation of the immune response and the recognition by donor T cells of alloantigens leading totissue injury, especially in skin, gut and liver. Interleukin-22 (IL-22) is a cytokine secreted by CD4+ T cells Th1 andTh17 but also by innate lymphoid cells (ILC). Given that IL-22 functions in the GVHD target tissues, weinvestigated its contribution in GVHD physiopathology using mouse experimental models. We showed that IL-22deficiency in donor cells reduced the severity of GVHD by limiting systemic and local inflammation. Moreover, inthe large intestine, IL-22 acts in synergy with type I interferon to increase Th1-like inflammation. In humans,GVHD severity is associated with microbiotal modification in the intestine. We demonstrated that IL-22 deficiencyin donor cells seems to favor lactobacillus colonization instead of clostridium. These changes of microbiotacomposition may reduce the severity of intestinal GVHD. Finally, we showed that the antitumor effect is preservedeven in absence of IL-22 donor cells. Overall, our data support the design of new clinical approaches aiming totarget IL-22 pathways in GVHD patients.

No description available.

Les symbiotes d'insectes peuvent considérablement influencer leurs hôtes de diverses manières. Nous avons étudié ici la communauté de microbes de la mouche du chou (Delia radicum) et plus particulièrement le rôle de son microbiote intestinal et de Wolbachia, une bactérie intracellulaire. La transmission verticale et maternelle de Wolbachia était de 100% et nous n’avons trouvé aucune preuve de manipulation de la reproduction telles que l’incompatibilité cytoplasmique, la parthénogenèse thélytoque, la féminisation ou la dégénérescence des embryons mâles. Les effets de Wolbachia sur D. radicum étaient significatifs mais modérés, et se compensaient mutuellement (réduction du taux d’éclosion, meilleure survie larvo-nymphale, temps de développement plus long et augmentation de la mortalité des femelles en conditions de stress), ce qui suggère une infection quasi neutre chez cette espèce, même si nous avons observé une augmentation de la fréquence d’infection en conditions idéales. L'influence du microbiote intestinal a été étudiée en utilisant un antibiotique, la tétracycline, avec un protocole sur trois générations, ce qui a permis de discerner l’effet direct (toxique) de la tétracycline de ses effets indirects (perte de symbiotes) sur l’hôte. Le traitement antibiotique de D. radicum a eu de multiples effets, généralement négatifs, sur les traits d’histoire de vie des descendants, ces effets pouvant être détectés jusqu'à deux générations après le traitement. La perturbation du microbiote intestinal semble avoir un rôle plus important qu'un simple effet toxique de la tétracycline elle-même. De plus, l’étude suggère que le microbiote semble avoir un rôle bénéfique chez cette espèce, et qu’il est au moins partiellement hérité de la mère. Pour finir, nous avons étudié si Wolbachia pouvait modifier le dialogue plante-insecte entre D. radicum et l’une de ses plantes-hôtes, le colza (Brassica napus). La présence du symbiote a diminué les concentrations de glucosinolates dans les feuilles, ce qui suggère que Wolbachia pourrait améliorer la fitness de son hôte en diminuant les signaux chimiques de la plante pouvant être utilisés par les conspécifiques et/ou ennemis naturels de D. radicum. Cette étude a montré le potentiel d'une bactérie intracellulaire à influencer les relations plantes-insectes et a permis de discuter des interactions tri-trophiques entre les symbiotes, leurs insectes-hôtes et un troisième niveau trophique : la plante. Cette thèse démontre qu'il est maintenant nécessaire de prendre en compte les symbiotes dans de prochaines études, afin de mieux comprendre les relations possibles entre différents partenaires, ainsi que leurs implications écologiques ou évolutives. / Microbial symbionts can deeply influence their animal hosts in various ways. Here, we studied the community of microbes of the cabbage root fly (Delia radicum) and more precisely the role of its gut microbiota and of Wolbachia, an intracellular bacterium. The vertical maternal transmission of Wolbachia was perfect, and we found no evidence of manipulation of reproduction such as cytoplasmic incompatibility, thelytokous parthenogenesis, feminization nor male killing. Wolbachia infection had significant but moderate and mutually compensating effects on D. radicum (reduced hatch rate, improved larvo-nymphal viability, longer development time and increased female mortality in stress conditions), suggesting that infection might be nearly neutral in this strain, although we observed an increase in infection frequency in ideal rearing conditions. The influence of the gut microbiota was studied using an antibiotic, tetracycline, with a protocol spanning three generations, which allowed to discriminate the possible direct (toxic) effect of tetracycline from its indirect effects (due to the loss of gut symbionts). Antibiotic treatment of adults led to multiple and mostly negative effects on life history traits of their offspring and grandchildren. Data suggested a larger role of gut microbiota perturbation than of a toxic effect, that the microbiota was partially inherited maternally, and that the “wild-type” gut microbiota was beneficial in this species. Finally, we investigated whether Wolbachia could modify the insect-plant dialogue between D. radicum larvae feeding on roots of oilseed rape (Brassica napus). The presence of the symbiont decreased glucosinolate concentrations in the leaves, suggesting that Wolbachia could increase the fitness of its host by decreasing plant cues used by D. radicum conspecifics and/or natural enemies. This study showed the potential of an intracellular bacteria to influence plant-insect relationships, and allowed to discuss the tri-trophic interactions between symbionts, their insect hosts and a third trophic level: the plant. This thesis demonstrates the necessity to consider intracellular and extracellular symbionts in further studies, in order to unravel all the possible relationships between different partners, as well as their ecological or evolutionary implications.

La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est une manifestation du syndrome métabolique dont la prévalence est en constante évolution. Les stratégies thérapeutiques sont soit difficiles à mettre en œuvre soit d’une efficacité limitée. Nous avons étudié une approche nutritionnelle avec 3 acides aminés particuliers : la glutamine, l’arginine et la citrulline (Cit) pour leurs propriétés de pharmaconutriments azotés. Dans un modèle de NAFLD modérée induite par le fructose, seule la citrulline (1 g/kg/j) permettait une amélioration du métabolisme lipidique. Toutefois, l’étude de la cinétique de NAFLD suggérait un effet protecteur du simple apport azoté. L’effet spécifique de la Cit par rapport au simple apport azoté (AANE) a donc été déterminé dans un modèle de NAFLD induite par 8 semaines de régime enrichi en fructose. Ceci a permis de confirmer l’effet protecteur de la Cit et des AANE. Toutefois, la Cit exerce un effet plus spécifique sur l’expression de Srebp1c et de Fas et améliore la disponibilité périphérique en Arg, un élément important de l’insulino-sensibilité. La stéatose est associée à une perte de masse maigre, suggérant une oxydation des AA aux dépens de l’anabolisme musculaire, et une accumulation de lipides à l’origine de la stéatose et du gain de masse grasse viscérale ; la Cit et les AANE en agissant sur la NAFLD préviendraient cet effet du fructose. Nous avons ensuite évalué les effets de la Cit dans un modèle de stéatose plus sévère induite par le western diet. La Cit améliore la fonction hépatique (diminution des lipides et de l’inflammation hépatique) et préserve l’axe intestin-foie (restauration du groupe Bacteroides/Prevotella dans la muqueuse colique, diminution de l’inflammation intestinale et augmentation de l’expression de la Claudine 1) mais ne permet pas de prévenir l’ensemble des altérations liées au western diet. Il serait intéressant d’évaluer la relation effet/dose et l’efficacité de la Cit en association avec d’autres traitements. Par ailleurs, les mécanismes cellulaires restent à élucider. / Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a manifestation of the metabolic syndrome whose prevalence is constantly growing. Therapeutic strategies are either difficult to implement or of limited effectiveness. We studied a nutritional approach with three specific amino acids: glutamine, arginine and citrulline (Cit) for their pharmaconutrient properties. In a model of moderate fructose-induced NAFLD, citrulline alone (1 g/kg/day) improved lipid metabolism. However, the study of the kinetics of NAFLD suggested a protective effect of nitrogen supply by itself. The specific effect of Cit compared to that of nitrogen (NEAAs) has been determined in a model of 8 week fructose diet-induced NAFLD. This has confirmed the protective effect of Cit and NEAAs. However, Cit exerted a specific effect on the expression of Fas and SREBP1c and improves peripheral Arg availability, an important component of insulin sensitivity. Steatosis was associated with loss of lean mass, suggesting AA oxidation at the expense of muscle anabolism, and lipid accumulation causing steatosis and visceral fat gain; Cit and NEAAs by acting on NAFLD would prevent this effect of fructose. We then evaluated the effects of Cit in a model of more severe steatosis induced by western diet. Cit improved liver function (reduced fat and liver inflammation) and protected the liver-gut axis (restoration of Bacteroides/Prevotella group in the colonic mucosa, decreased intestinal inflammation and increased expression of claudin 1) but did not prevent all western diet-induced alterations. It would be interesting to assess the dose/effect relationship and the effectiveness of Cit in combination with other treatments. Furthermore, the cellular mechanisms remain to be elucidated.

La qualité des lipides des préparations pour nourrissons est primordiale, notamment en termes d’acides gras polyinsaturés (AGPI) comme l’acide arachidonique (ARA) et docosahexaénoïque (DHA). Ces derniers pourraient favoriser le développement neurosensoriel de l’enfant. Nous avons ainsi évalué 4 standards commerciaux contenant des lipides végétaux ou laitiers et supplémentés ou non en ARA/DHA, sur le développement neurosensoriel au travers d’un modèle d’allaitement artificiel « pups in the cups ». En TEP-cs, nous observons que la supplémentation en ARA/DHA permet de normaliser le fonctionnement cérébral.L’exploration des lipides tissulaires indique des différences en DHA particulièrement bas avec l’allaitement en lipides végétaux purs. Nous proposons un algorithme de prédiction du DHA cérébrale et oculaire via les profils en acides gras érythrocytaires. Dans ces tissus un tiers des espèces à DHA sont affectées et corrélées à l’activité cérébrale. Les neuromédiateurs issus de l’AL, ARA, DHA par la voie LOX sont impactés ainsi que la distribution spatiale en DHA en IMS. Les autres données omiques soulignaient l’impact des interactions fond lipidique x ajout DHA/ARA (transcriptomique) ou fond lipidique (métabolomique) sur la régulation du métabolisme cérébral impactant le métabolisme neuronal et le métabolisme cérébral du microbiote probablement via l’axe de signalisation intestin-cerveau. Nous identifions alors un métagénome sensible à l’ajout DHA/ARA corrélé à la fonction cérébrale. Enfin, des modifications épigénétiques (méthylation du génome et miARN) touchant le groupe FC suggèrent potentiellement un impact à long terme. / The quality of lipids in infant formula is essential, especially in terms of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) such as arachidonic acid (ARA) and docosahexaenoic acid (DHA). These could promote the neurosensory development of the child. We thus evaluated 4 commercial standards containing plant or dairy lipids and supplemented or not with ARA / DHA, on the neurosensory development through an artificially feeding model "pups in the cups". In PET-cs, we observe that the supplementation in ARA / DHA makes it possible to normalize the cerebral functioning. The exploration of tissue lipids indicates differences in DHA which are particularly low with pure plant lipids intake. We propose an algorithm for predicting cerebral and ocular DHA via erythrocyte fatty acids profiles. In these tissues one-third of the DHA species are affected and correlated with brain activity. The neuromediators resulting from AL, ARA, DHA by the LOX pathway are impacted as well as the spatial distribution of DHA in IMS imaging. Other omics data underlined the impact of lipid background x combination DHA / ARA (transcriptomics) or lipid background (metabolomics) on the regulation of cerebral metabolism impacting neuronal metabolism and brain metabolism of the microbiota probably through the signalling of gut-brain axis. We then identify a metagenome sensitive to the addition of DHA / ARA correlated to brain function. Finally, epigenetic modifications (methylation of the genome and miRNA) affecting the FC group potentially suggest a long-term impact.

Le microbiote intestinal joue un rôle primordial dans l’homéostasie du tractus gastro-intestinal, et plus généralement dans celle de son hôte. A ce titre, de nombreuses pathologies humaines sont associées à une dysbiose de ce microbiote intestinal, tels que les cancers colorectaux, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), les troubles du métabolisme ou encore les maladies auto-immunes. Ces pathologies ont une étiologie mal connue et multifactorielle dans laquelle l’environnement semble jouer un rôle clé. Des études récentes ont ainsi mis en évidence un lien entre la pollution atmosphérique et des pathologies humaines telles que les MICI. Parmi les différentes substances polluantes répertoriées, le benzo[a]pyrène (BaP), qui fait partie de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques, est soumis à une surveillance accrue en raison de ses effets toxiques sur la santé humaine. De par ses propriétés pro-inflammatoires et mutagènes, le BaP pourrait modifier la composition du microbiote intestinal, induisant alors à une réponse inflammatoire et à une altération des fonctions intestinales. Dans le cadre de ce travail de thèse, une surexposition orale et chronique au BaP en modèle murin a conduit à une inflammation modérée principalement au niveau de la muqueuse iléale. L’analyse des amplicons du gène codant l’ARNr 16S a mis en évidence des modifications de la composition et de l’abondance relative des communautés bactériennes fécales et associées à la muqueuse intestinale avec notamment une augmentation et une diminution des taxa pro et anti-inflammatoires respectivement. Ainsi, dans des conditions de susceptibilité génétique et/ou en association avec d’autres facteurs environnementaux, l’exposition à ce polluant pourrait déclencher et/ou accélérer le développement de pathologies inflammatoires. L’identification des potentialités métaboliques des différentes populations bactériennes caractérisées précédemment et impactées par le polluant revêt donc un caractère primordial. La reconstruction de génomes directement à partir de l’écosystème microbien peut permettre d’établir ce lien entre structure et fonction. C’est également dans ce contexte, qu’une approche innovante de capture de gènes en solution a été développée. En effet, cette technique d’enrichissement permet de reconstruire de larges portions génomiques pouvant relier un biomarqueur phylogénétique à des gènes fonctionnels, y compris pour des populations bactériennes présentes en très faible abondance dans l’écosystème. / Gut microbiota plays a primordial role in gastro-intestinal tract and host homeostasis. Numerous pathologies are associated with a gut microbiota dysbioses, such as colorectal cancer, inflammatory bowel diseases (IBD), metabolism disorders or autoimmune diseases. The physiopathology of these diseases has multifactorial aetiology in which environmental factors seem to play a crucial role. Recent evidences have highlighted a link between air pollution and human diseases such as IBD. Among the different pollutant listed, benzo[a]pyrene (BaP), which belong to the family of polycyclic aromatic hydrocarbons, is subject to an increase surveillance due to its toxic effects on human health. By its pro-inflammatory and mutagenic proprieties, BaP could lead to modifications of gut microbiota composition, then inducing an inflammatory response and an alteration of intestinal functions. As part of this thesis, BaP subchronic oral exposure in murine model has led to a moderate inflammation mostly in ileal mucosa. The analysis of ARNr 16S amplicons has highlighted composition and abundance alterations of faecal and mucosa-associated microbiota, especially with increase and decrease of pro and anti- inflammatory taxa respectively. Thus, under conditions of genetic susceptibility and/or in association with other environmental factors, exposure to this pollutant could trigger and/or accelerate the development of inflammatory pathologies. Metabolic potential identification of different bacterial populations previously characterized and affected by the pollutant appears therefore primordial. Genome reconstruction directly from microbial ecosystem could allow to establish this link between structure and function. Also in this context, an innovative approach of gene capture in solution was developed. Indeed, this enrichment technique allows to reconstruct large genomic portions that could link phylogenetic biomarker and functional genes, including for bacterial populations present at very low abundance in the ecosystem.

Les pesticides utilisés pour protéger les plantes des insectes nuisibles constituent une menace pour les organismes non cibles tels que les vers de terre. En raison de leur activité de bioturbation de sol, les vers de terre sont en contact direct avec les particules et les micro-organismes du sol, ainsi qu'avec les polluants, notamment les pesticides. L‘objectif de ce travail est d‘étudier (1) l‘effet d‘un organophosphoré (OP) «éthyl-parathion» sur la sensibilité de deux espèces de vers de terre endogés, Aporrectodea caliginosa et Allolobophora chlorotica; et (2) le rôle du microbiote intestinal, en synergie avec les voies de détoxification du ver de terre, dans la tolérance ou la détoxification des pesticides. Dans la première partie, les réponses biochimiques et comportementales ont montré que A. caliginosa est plus sensible à l'exposition à «l‘éthyl-parathion» que A. Chlorotica. Les résultats portent sur l‘analyse de biomarqueurs physiologiques (poids), biochimiques (AChE, CbEs, GST) et comportementaux (production de turricules et activité de creusement). Nous avons montré que la sensibilité de A. caliginosa semble liée à la sensibilité intrinsèque de l‘AChE à «l‘éthyl-parathion». De plus, le rôle des carboxylestérases, capables de piéger les insecticides OP, ainsi que le rôle de détoxification des GST notamment, ne semblaient pas être des mécanismes efficaces impliqués dans la tolérance de A. chlorotica. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé, en présence ou non d‘insecticide, le microbiote dans le sol ingéré, les turricules et les intestins des 2 vers de terre. Nos résultats ont montré des différences dans la composition microbienne de ces compartiments. A cet égard, nous avons suggéré que chacune de ces espèces hébergent un microbiote spécifique de l‘espèce dans leur intestin. Nos résultats ont notamment montré que l‘intestin du ver de terre agit comme un «filtre biologique» pour les communautés microbiennes ingérées lors du passage dans l‘intestin. A ce niveau, nous avons identifié, au niveau bactérien, quatre genres dominants dans l'intestin de A. caliginosa et deux genres dominants dans l'intestin de A. chlorotica. Nous avons notamment identifié une souche de Rhodococcus, très abondante dans l'intestin de A. chlorotica. Des études ont montré que des souches de Rhodococcus peuvent dégrader certains groupes de pesticides. Nous suggérons que la présence de cette souche pourrait contribuer à la tolérance de A. chlorotica. Enfin, nous avons montré que l‘effet de l‘éthyl-parathion sur les activités enzymatiques du sol dépend principalement de la texture du sol et non pas de la présence et/ou de l‘espèce de ver de terre.Selon nos conclusions, il est extrêmement important d'inclure plus d'une espèce pour évaluer la toxicité des insecticides organophosphorés, en raison des différences interspécifiques pouvant se produire au sein d'une même catégorie écologique. De plus, l'identification et l'analyse fonctionnelle des micro-organismes présents au niveau de l‘intestin et susceptibles d'intervenir dans la détoxication des pesticides permettraient d‘améliorer nos connaissances sur le devenir du pesticide dans l'organisme et pourraient constituer un outil important dans les programmes de bioremédiation. / Pesticides used to protect plants from pests, threat grievously non-target organisms such as earthworms. Due to their feeding and burrowing activities, earthworms are in direct contact with soil particles and microorganisms, as well as pollutants including pesticides. This work investigated (1) the effect of an organophosphate “ethyl-parathion” on the sensitivity of two endogeic earthworms’ species, Aporrectodea caliginosa and Allolobophora chlorotica; and (2) the role of the gut-microbiota, in synergy with the earthworm’s detoxification pathways, in pesticide tolerance or detoxification. In the first part, biochemical and behavioral responses showed that A. caliginosa is more sensitive to “ethyl-parathion” exposure than A. chlorotica. The endpoints measured ranged from physiological (weight), biochemical (AChE, CbEs, GST) to behavioral biomarkers (cast production and burrowing activity). Our findings showed that the sensitivity of A. caliginosa could be mainly due to the intrinsic sensitivity of its AChE to “ethyl-parathion”. The role of the carboxylesterases, acting as bioscavenger of OP, and the role of the detoxifying enzymes GST did not appear to be efficient mechanisms involved in A. chlorotica tolerance. In the second part, we aimed to characterize the microbiome within the ingested soil, the cast and the gut tissue of A. caliginosa and A. chlorotica in control or polluted soils. Our results showed differences in the microbial composition between these compartments. In this line, we suggested that these two earthworms’ species harbor a species-specific microbiome in their gut. In particular, our findings showed that the earthworm’s gut acts as a “biological filter” for ingested microbial communities during the gut passage. At the level of the gut, we identified four dominated genus within the gut of A. caliginosa versus two dominated genus in the gut of A. chlorotica. Notably, we identified a Rhodococcus strain, which is highly abundant in the gut of A. chlorotica. Previous studies reported Rhodococcus strains for their ability to degrade some group of pesticides. We suggest that the presence of this strain could contribute to the tolerance of A. chlorotica. Finally, we showed that the effect of ethyl-parathion on soil enzyme activities mainly depend on soil texture rather than the presence and/or the species of earthworms. According to our findings, it is of considerable importance to include more than one species to assess toxicity from organophosphorus insecticides, due to the interspecific differences that can occur within the same ecological category. Moreover, the identification and the functional analysis of the microorganisms found in the earthworm’s gut and able to intervene in pesticide detoxification could enhance our knowledge about the fate of the pesticide inside the organism, and could be an important tool for bioremediation program.

Les chimiothérapies conventionnelles anticancéreuses ont été développées dans le but de traiter le cancer par élimination directe et/ou par inhibition de croissance les cellules tumorales en division. Les cellules endothéliales en prolifération à l’origine de la vascularisation intra-tumorale sont également connues pour être sensibles aux effets cytotoxiques des agents anticancéreux. Depuis, de nombreuses études ont montré que certaines thérapies conventionnelles peuvent être exploitées pour leurs capacités anti-angiogéniques (Browder et al. Cancer Research 2000). La stratégie mise en place consiste à suivre des protocoles où la thérapie est administrée à des doses faibles non myéloablatives et plus fréquemment que les thérapies conventionnelles, appelés dosages métronomiques (Hanahan et al. JCI 2000, Gasparini et al. Lancet Oncology 2001). Le cyclophosphamide (CTX) est un agent alkylant communément utilisé en chimiothérapie dans des protocoles à dosage métronomique. Dans les années 1980, 2 études ont montré que le CTX utilisé à dose métronomique pouvait avoir aussi un rôle sur l’immunité en réduisant la fonction suppressive d’une population de lymphocytes T CD4+ dans un modèle expérimental de tumeur (Awwad et al. Cancer Research 1989) et chez des patients atteints de cancer (Berd et al. Cancer Research 1987). Depuis, les connaissances ont progressé et à présent le CTX métronomique est reconnu pour pouvoir limiter l’expansion et les fonctions des lymphocytes T régulateurs (Treg) (Ghiringhelli et al. EJI 2004, Lutsiak et al. Blood 2005) conduisant à une polarisation des cellules T auxiliaires vers un profil Th1 (Matar et al. Eur J cancer 2000 et Cancer Immunol Immunother 2002). Utilisé en association, le CTX métronomique s’avère donc être un outil intéressant dans le traitement anticancéreux (Hermans et al. Cancer Research 2003, Taieb et al. JI 2006). Nos résultats montrent l’importance des lymphocytes T CD4+ sécréteurs d’IL-17 et d’IFNg dans les effets du CTX. / Conventional cancer chemotherapies were developed to target cancer cells either by directly eliminating them or by inhibiting the growth of dividing tumor cells. Proliferating endothelial cells at the origin of intratumoral vascularization are known to be sensitive to the cytotoxic effects of antineoplastic agents. Many studies have shown that some conventional therapies can be exploited for their anti-angiogenic capabilities (Browder et al. Cancer Research 2000). The adopted strategy, called metronomic chemotherapy, consists of administering low doses of drug that do not induce myelosuppression, on a more frequent schedule as compared to conventional therapies (Hanahan et al. JCI 2000, Gasparini et al. Lancet Oncology 2001). Cyclophosphamide (CTX) is an alkylating agent commonly used as a metronomic chemotherapy. In the 1980s, two studies demonstrated that when used at a metronomic dosing, CTX could impact the immune response particularly in reducing the suppressive function of a CD4+ T lymphocyte population in an experimental tumour model (Awwad et al. Cancer Research 1989) and in cancer patients (Berd et al. Cancer Research 1987). Since then, knowledge has evolved and now CTX used as a metronomic or low-dose therapy is administered to limit expansion and functions of regulatory T cells (Treg) (Ghiringhelli et al. EJI 2004, Lutsiak et al. Blood 2005), leading to a helper T cell polarization toward a Th1 profile (Matar et al. Eur J cancer 2000 et Cancer Immunol Immunother 2002). When used in combination, CTX turns out to be a potent drug in the antineoplastic treatments armamentarium (Hermans et al. Cancer Research 2003, Taieb et al. JI 2006). Our results demonstrate the importance of CTX effects on IL-17 and IFNg secreting CD4+ T lymphocytes.

La biologie des systèmes intègre données et connaissances par des méthodes bioinformatiques, afin de mieux appréhender la physiologie des organismes. Une problématique est l’applicabilité de ces techniques aux organismes non modèles, au centre de plus en plus d’études, grâce aux avancées de séquençage et à l’intérêt croissant de la recherche sur les microbiotes. Cette thèse s’intéresse à la modélisation du métabolisme par des réseaux, et de sa fonctionnalité par diverses sémantiques basées sur les graphes et les contraintes stoechiométriques. Une première partie présente des travaux sur la complétion de réseaux métaboliques pour les organismes non modèles. Une méthode basée sur les graphes est validée, et une seconde, hybride, est développée, en programmation par ensembles réponses (ASP). Ces complétions sont appliquées à des réseaux métaboliques d’algues en biologie marine, et étendues à la recherche de complémentarité métabolique entre Ectocarpus siliculosus et une bactérie symbiotique. En s’appuyant sur les méthodes de complétion, la seconde partie de la thèse vise à proposer et implémenter une sélection de communautés à l’échelle de grands microbiotes. Une approche en deux étapes permet de suggérer des symbiotes pour l’optimisation d’un objectif donné. Elle supporte la modélisation des échanges et couvre tout l’espace des solutions. Des applications sur le microbiote intestinal humain et la sélection de bactéries pour une algue brune sont présentées. Dans l’ensemble, cette thèse propose de modéliser, développer et appliquer des méthodes reposant sur des sémantiques de graphe pour élaborer des hypothèses sur le métabolisme des organismes. / Systems biology relies on computational biology to integrate knowledge and data, for a better understanding of organisms’ physiology. Challenges reside in the applicability of methods and tools to non-model organisms, for instance in marine biology. Sequencing advances and the growing importance of elucidating microbiotas’ roles, have led to an increased interest into these organisms. This thesis focuses on the modeling of the metabolism through networks, and of its functionality using graphs and constraints semantics. In particular, a first part presents work on gap-filling metabolic networks in the context of non-model organisms. A graph-based method is benchmarked and validated and a hybrid one is developed using Answer Set Programming (ASP) and linear programming. Such gap-filling is applied on algae and extended to decipher putative interactions between Ectocarpus siliculosus and a symbiotic bacterium. In this direction, the second part of the thesis aims at proposing formalisms and implementation of a tool for selecting and screening communities of interest within microbiotas. It enables to scale to large microbiotas and, with a two-step approach, to suggest symbionts that fit the desired objective. The modeling supports the computation of exchanges, and solving can cover the whole solution space. Applications are presented on the human gut microbiota and the selection of bacterial communities for a brown alga. Altogether, this thesis proposes modeling, software and biological applications using graph-based semantics to support the elaboration of hypotheses for elucidating the metabolism of organisms.

L’interface hôte/microbiote intestinal est un système d’interactions complexes dont le déséquilibre est associé au développement des maladies inflammatoires chroniques. Les traitements anti-TNFα sont très efficaces dans ces maladies, mais seulement chez certains patients. L’objectif de ce travail était de rechercher un lien entre composition du microbiote intestinal et réponse aux traitements anti-TNFα dans deux types de maladies inflammatoires chroniques, les spondyloarthrites et les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. Nous avons retrouvé des variations de la composition du microbiote intestinal après traitement par anti-TNFα chez des patients atteints de spondyloarthrite et avons identifié un nœud taxonomique prédictif de la réponse thérapeutique à trois mois. Ce nœud taxonomique, l’ordre des Burkholderiales, étant ainsi un biomarqueur potentiellement utilisable en pratique clinique, nous avons déposé une demande de brevet européen, qui est en cours d’instruction. Ce travail a été poursuivi par un nouveau protocole de recherche clinique incluant des patients atteints de spondyloarthrites mais aussi de maladies inflammatoires chroniques intestinales. Ce protocole est financé par le CHU de Bordeaux dans le cadre de l’Appel d’Offre Interne. Il permettra de valider les hypothèses de notre premier travail, en réalisant notamment des PCR quantitatives utilisant des amorces spécifiques de l’ordre des Burkholderiales. Nous avons de plus retrouvé in vitro pour la première fois à notre connaissance une modulation de la croissance bactérienne chez Bacteroides fragilis en réponse au TNFα humain. / The host/gut microbiota interface is a system of complex interactions whose imbalance is associated with the development of chronic inflammatory diseases. Anti-TNFα treatments are very effective in these diseases, but only in some patients. The purpose of this work was to find a link between the composition of the intestinal microbiota and clinical response to anti-TNFα treatments in two types of chronic inflammatory diseases, spondyloarthritis and inflammatory bowel disease. We found variations in the composition of the intestinal microbiota after treatment with anti-TNFα in patients with spondyloarthritis and identified a taxonomic node predictive of the therapeutic response at 3 months. This taxonomic node, the Burkholderiales order, being a biomarker potentially usable in clinical practice, we have filed a European patent application, which is currently under investigation. This work was continued by a new clinical research protocol including patients with spondyloarthritis but also with inflammatory bowel diseases. This protocol is funded by the Bordeaux University Hospital as part of the internal call for tenders. It will validate the hypotheses of our first work, notably by performing quantitative PCRs using specific primers targeting the order of Burkholderiales. In vitro, we have also found for the first time, to our knowledge, a modulation of bacterial growth in Bacteroides fragilis in response to human TNFα.