Le système immunitaire muqueux, et plus particulièrement les réponses intestinales IgA sont essentielles non seulement à la défense contre les agents pathogènes, mais aussi au façonnement de la flore intestinale commensale. Dans les modèles murins de déficit en IgA, on observe une dysbiose intestinale majeure associée à une inflammation muqueuse, réversibles après restauration des IgA. Le but de ce travail est de décrire l'impact de l'absence d'IgA chez l'homme sur la composition du microbiote intestinal ainsi que ses conséquences locales et systémiques. L'étude comparative par analyse métagénomique des selles de 17 sujets déficitaires en IgA et de 34 donneurs sains retrouve l'absence de différence majeure en termes de répartition des phyla dominants, de diversité et de richesse génique bactériennes entre les deux groupes. En revanche, en analysant à l'échelon des espèces, on observe dans le déficit en IgA une surreprésentation d'espèces pro-inflammatoires et une sous-représentation d'espèces anti-inflammatoires. En outre, en l'absence d'IgA, nous observons la présence de réponses IgM qui opsonisent partiellement les genres ciblés par l'IgA, mais semblent maintenir la diversité au sein des Actinobactéries. Les patients présentent un biais phénotypique lymphocytaire T circulant (TH17) associé à des stigmates de translocation bactérienne. Enfin, l'absence d'IgA s'associe à une perturbation du réseau bactérien minimal "obligatoire". Ces résultats suggèrent que le déficit en IgA humain s'accompagne d'une dysbiose modérée associée à une altération de l'architecture du réseau bactérien induisant une hyperactivation du système immunitaire, malgré la présence de réponses IgM. / IgA responses play a key role in gut mucosa, defending host against pathogens but also shaping the commensal flora. In order to get insights into the specific contributions of IgA to host/microbial symbiosis in humans, we explored patients that lack only IgA, using gut microbial metagenomics and systems immunology. Microbiota composition was compared between 34 healthy controls and 17 selective IgA deficiency (sIgAd) patients. Contrary to what was observed in murine models of IgA deficiency, we show that human sIgAd is not associated with massive perturbations of gut microbial ecology, regarding phyla distribution, bacterial diversity and gene richness. A clear gut microbial signature is however associated to sIgAd: we found 19 over-represented MGS mainly described to be pro-inflammatory, but also 14 under-represented MGS, mainly known to be beneficial. We also explored local consequences of IgA deficiency, particularly whether IgM could replace IgA at host/bacterial interface. Using a combination of bacterial flow sorting and DNA sequencing, we therefore analysed the composition of IgM-coated microbiomes observed in sIgAd. We show that IgM only partially supply IgA deficiency, as not all typical IgA targets can also be opsonized by IgM, but nevertheless contribute to maintain Actinobacteria diversity. IgA deficiency is associated with a skewed circulating CD4+ T cell profile towards TH17, as well as markers of bacterial translocation. Finally, sIgAd is associated with a perturbation of the minimal bacterial network. Altogether our results suggest that human IgA deficiency is associated with a mild dysbiosis associated to systemic inflammation despite the presence of IgM

Selon l'organisation mondiale de la santé, le diabète de type II (DT2), caractérisé par un défaut de contrôle de la glycémie, est une des causes principales de décès dans le monde. Le GLP-1, sécrété par l'intestin après un repas, contribue au contrôle de la glycémie en stimulant la sécrétion d'insuline par le pancréas et en inhibant la vidange gastrique et la prise alimentaire. Ces actions sont principalement médiées par le nerf vague selon un axe intestin-cerveau-organes périphériques, bien que l'hormone puisse aussi agir de manière endocrine directement sur ses organes cibles via son récepteur (GLP-1r). Des stratégies thérapeutiques basées sur le GLP-1 sont donc utilisées pour traiter les patients diabétiques, mais les réponses sont hétérogènes voire inefficaces pour le contrôle glycémique. Les mécanismes moléculaires responsables sont inconnus mais pourraient être en lien avec la modification du microbiote intestinal, élément déterminant dans le développement des maladies métaboliques. Nous avons d'abord montré que des souris rendues diabétiques (régimes riches en graisse) perdent leur sensibilité aux actions hypoglycémiantes du GLP-1 et présentent une neuropathie entérique, une baisse de l'expression du GLP-1r intestinal et vagal et une altération de l'axe intestin-cerveau. De plus, dans les neurones entériques en culture primaire issus de ces souris diabétiques, la production de NO induite par le GLP-1, est diminuée. Tous ces effets sont retrouvés chez des souris axéniques ou traitées aux antibiotiques sous régime normal démontrant l'implication du microbiote. À l'inverse, des souris sous régime gras traitées aux antibiotiques ont une amélioration de l'action du GLP-1. Cette action hormonale intestinale pourrait aussi dépendre du cycle nycthéméral pour lequel nous avons observé une oscillation de la sécrétion d'insuline, de l'expression du GLP-1r et des bactéries intestinales. De plus, les souris contrôles répondent moins bien à l'hormone au cours du jour que de la nuit et les souris diabétiques, axéniques et antibiotiques - modèles résistants au GLP-1 - ont des variations très marquées et communes de l'expression des "clock genes". L'ensemble de ces résultats montre qu'au cours diabète, l'action du GLP-1 est diminuée. Cette diminution peut s'expliquer par une baisse de l'expression neuronale du GLP-1r et une diminution de la voie de signalisation dépendant du NO capable de réguler la sécrétion d'insuline induite par le GLP-1. Le microbiote et/ou la régulation circadienne semblent déterminants dans la sensibilité au GLP-1. / According to the World Health Organisation, Type II Diabetes, characterized by an alteration of glycemic control, causes numerous death around the world. After a meal, gut secretes Glucagon-Like Peptide one (GLP-1) which regulates glycemia by stimulation of insulin secretion and inhibition of gastric emptying and food intake. Although GLP-1 acts as an endocrine hormone on its target organs through the GLP1 receptor, its action is mainly mediated by nervous pathway involving vagus nerve and gut-brain-periphery axis. Thus, GLP-1 based therapies are used to control glycaemia in type 2 diabetic patients, but, efficiency of the treatment is heterogeneous defining a state of GLP-1 unresponsiveness. Molecular mechanisms involved in this unresponsiveness are not known but could be linked to the changes in gut microbiota (dysbiosis), key element in the development of metabolic diseases. We first found that diabetic mice (high fat diet) are unresponsive to hypoglycemic action of GLP-1 and present enteric neuropathy, impaired gut-brain axis and reduction of GLP-1r and neuronal NO synthase expression in the ileum. In addition, GLP-1-induced nitric oxide production in primary neuron culture is decreased. These effects were also found in germ-free or antibiotic-treated mice under normal chow diet, indicating the involvement of gut microbiota. By contrast, high fat diet mice treated with antibiotics show an improvement of GLP-1 action. This gut incretin action could also depend on the circadian cycle for which we observed a wavering of insulin secretion, GLP-1r expression and gut microbiota. Moreover, the GLP-1 response of control mice is better in the day than in the night and the different mice model resistant to GLP-1 (HFD, axenic or antibiotics) present the same marked variations in the expression of major clock genes. Overall our results show that in type 2 diabetes GLP-1 action is lowered and can be explained by decreased neuronal expression of GLP-1r as well as the NO-dependent signaling pathway regulating insulin secretion induced by GLP-1. Microbiota or the circadian clock seems essential in this GLP-1 sensitivity.

Le développement de l’allergie peut être influencé par le microbiote intestinal qui est impliqué dans la maturation du système immunitaire de l’hôte lors de la colonisation du tractus digestif dès la naissance. L’objectif de mon travail a été d’étudier l’impact du microbiote intestinal sur le développement d’une sensibilisation allergique à des protéines de lait de vache à l’aide d’un modèle de souris BALB/c gnotoxéniques. Dans une première étude, nous avons montré que les souris axéniques (Ax, sans germe) sont plus réactives que les souris conventionnelles (CV) au potentiel immunogénique et allergénique de la β-lactoglobuline (BLG) et de la caséine (CAS), lorsque ces deux protéines sont injectées intrapéritonéalement sans adjuvant. A l’aide d’un autre modèle de sensibilisation par voie orale au lait, nous avons confirmé que les souris Ax développent des réponses IgE contre la BLG plus fortes que celles des souris CV. Les mécanismes de sensibilisation contre la BLG et la CAS sont alors différemment affectés par la présence ou non d’un microbiote intestinal. Par ailleurs, une colonisation tardive du tractus digestif de souris Ax à l’âge de 6 semaines par le microbiote de souris CV induit chez les souris conventionnalisées (CVd) le développement, après sensibilisation, de réponses humorales toujours plus fortes que celles observées chez les souris CV. A l’inverse, une conventionnalisation des souris Ax au moment du sevrage à l’âge de 3 semaines, induit un niveau de sensibilisation plus faible que celui des souris CV. Dans ce cas, des différences de composition du microbiote intestinal entre souris CV et CVd pourraient jouer un rôle dans le faible niveau de sensibilisation des souris CVd. Nous avons enfin évalué l’impact de l’implantation dès la naissance d’une souche de Lactobacillus casei en monoxénie (souris Mx). La réponse humorale contre la CAS, mais pas contre la BLG, est alors significativement plus élevée chez les souris Mx que chez les souris Ax. Ces différentes études suggèrent que l’influence du microbiote sur le développement d’une sensibilisation aux protéines du lait de vache diffère selon les allergènes et selon le mode d’exposition aux allergènes. Ces résultats soulignent également qu’un retard de colonisation du tractus digestif peut perturber durablement la réactivité du système immunitaire à une sensibilisation contre des antigènes alimentaires. / The development of allergic responses can be influenced by the gut microbiota, which critically stimulates the maturation of the host immune system during colonization of the digestive tract at birth. We thus aimed to study the impact of the gut microbiota on the development of an allergic sensitization to cow's milk proteins by using a gnotobiotic BALB/c mouse model. First, we showed that germ-free (GF) mice are more responsive than conventional mice (CV) to the immunogenic and allergenic potential of β-lactoglobulin (BLG) and casein (CAS) when these proteins are injected intraperitoneally without adjuvant. With another model of oral sensitization to cow’s milk, the development of higher BLG-specific IgE responses in GF mice compared to CV mice was confirmed. We also observed that the mechanisms leading to oral sensitization to BLG and CAS are differentially affected by the absence of gut microbiota. Furthermore, a delayed colonization of the digestive tract of 6-week-old GF mice by a conventional microbiota was studied. The conventionalized mice (CVd) still developed, after sensitization, higher antibody responses than those measured in CV mice. In contrast, GF mice conventionnalized just after weaning, at 3 week of age, displayed a level of sensitization lower than that of CV mice. Differences in the gut microbiota composition evidenced between CVd and CV mice could also play a role in the lower level of sensitization of CVd mice. Finally, we evaluated the impact of the neonatal mono-colonization of mice by a strain of Lactobacillus casei. The antibody responses against CAS, but not against BLG, were then significantly higher in mono-associated mice than in GF mice. These studies suggest that the influence of microbiota on the development of sensitization to cow's milk proteins depends on the nature of the allergens and the mode of exposure. These results also underline that delayed bacterial colonization altered persistently the host immune response to oral sensitization against food antigens.

A l`heure où le cancer a supplanté les maladies cardiovasculaires en tant que première cause de mortalité en France, le CCR représente la deuxième cause de mortalité par cancer. Longtemps dominé par la génétique, le paradigme du cancer colorectal a récemment évolué laissant une place prépondérante aux facteurs environnementaux. Il est néanmoins difficile d’étudier l’impact de l’environnement sur la carcinogénèse colorectale de façon exhaustive compte tenu de la multiplicité de ces facteurs environnementaux. Dans la présente étude, nous avons essayé d’appréhender la contribution de la composition du microbiote intestinal, de la composition métabolomique des eaux fécales et des altérations épigénétiques de l’hôte comme témoin de ces facteurs environnementaux au cours de la carcinogénèse colorectale et d’en évaluer le bénéfice en tant que marqueur diagnostique non invasif. Nous avons ainsi pu montrer au sein d’une population de patients à risque moyen de cancer colorectal qu’il existait une signature microbiologique, métabolomique et épigénétique spécifique du cancer colorectal. Nous avons également pu montrer que ces marqueurs présentaient des performances diagnostiques supérieures au test colorimétrique au guaiac utilisé dans le dépistage organisé du cancer colorectal. / Colorectal cancer (CRC) is a significant cause of morbidity and mortality in developed countries. The majority of CRC are called sporadic, meaning they are due to environmental factors rather than constitutional genetic alterations. Indeed, the role of environment, i.e. western lifestyle, is also underlined by dramatic geographic variations in CRC incidence in both sexes. However, it is difficult to take into account the totality of human environmental exposures for a better understanding of the colorectal cancer pathogenesis. In the present work, we tried to highlight the contribution of the environment in the development of colorectal cancer by studying the role of the intestinal microbiota together with the role of the fecal metabolites and the presence of epigenetic alterations of the host. We also investigated the performance accuracy of the latter changes for colorectal cancer diagnosis as compared to the guaiac fecal occult blood test which is widely used as a non-invasive test in several screening program. We demonstrated a specific signature associated with advanced colorectal neoplasia for the intestinal microbiota and the fecal metabolite profile for colorectal cancer as well as a link between colorectal cancer and Wif-1 gene methylation in urine and/or fecal samples. Those specific signatures disclosed higher diagnostic accuracy compared to guaiac fecal occult blood test as colorectal cancer screening test.

L’accident de désaturation (ADD) est un accident de plongée lié à la charge en gaz diluants pendant la plongée, et à la formation de bulles dans l’organisme au cours de la décompression. Il est susceptible d’engendrer des séquelles neurologiques. Au cours de plongées utilisant l’hydrogène comme gaz diluant, la diminution de la charge tissulaire en hydrogène par l’inoculation au niveau de l’intestin de bactéries métabolisant ce gaz réduit le risque d’ADD.L’objectif de ce travail était d’évaluer si inversement : 1) la fermentation intestinale lors de la plongée peut favoriser la survenue d’un ADD, par l’intermédiaire de la production d’hydrogène endogène ; 2) la stimulation chronique de la fermentation avant plongée majore le risque d’ADD.Nos résultats sont en faveur d’un effet dual de la fermentation intestinale sur la décompression. Délétère à court terme lors de la plongée, la fermentation intestinale prolongée pourrait être favorable en dehors de la plongée en prévenant la survenue et la sévérité d’un ADD. L’hydrogène, molécule aux propriétés antioxydantes, et le butyrate, un acide gras à chaîne courte, sont en effet deux produits de la fermentation des hydrates de carbone qui ont des vertus neuroprotectrices.La prévention des accidents de désaturation pourrait passer par une exclusion des plongeurs présentant une fermentation importante le jour de la plongée, une élimination des gaz produits au niveau de l’intestin ou une modification de l’alimentation dans les 24 heures précédant une plongée. En revanche, tous les facteurs susceptibles de modifier le microbiote intestinal et d’augmenter la fermentation, en dehors de la plongée, pourraient être testés en prévention de l’ADD. En outre, l’hydrogène et le butyrate pourraient jouer un rôle bénéfique dans le cadre du traitement de l’ADD / Decompression sickness (DCS) is a diving accident related to the dissolution of diluent gas in blood and tissues during a dive, followed by bubble formation in the body during decompression. It can lead to neurological damage. In dives using hydrogen as the diluent gas, the concentration of hydrogen in the tissues can be reduced by the presence in the gut of bacteria capable of metabolising this gas and this reduces the risk of DCS.The aim of this work was conversely to check if: 1) fermentation in the gut at the time of diving could exacerbate DCS as a result of endogenous hydrogen generation; 2) long-term stimulation of fermentation before diving raises the risk of DCS.Our findings point to a two-edged effect of intestinal fermentation on decompression: although deleterious in the short term, i.e. at the time of diving, longer-term intestinal fermentation between dives might have a positive effect by preventing the occurrence of DCS and limiting its severity. Indeed, hydrogen which has antioxidant properties and butyrate, a short-chain fatty acid, are both by-products of the fermentation of carbohydrate and both have neuroprotective activity.DCS prevention could be promoted by excluding divers exhibiting strong fermentation on the day of a dive, by the elimination of gases being produced in gut or by modification of diet in the 24 hours before a dive. On the other hand, any factor that might affect the gut microbiota and stimulate fermentation between dives could be tested to investigate its potential in protecting against DCS. Furthermore, hydrogen and butyrate could play a positive role when it comes to treating DCS

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont des pathogènes zoonotiques responsables de toxi-infectionsalimentaires pouvant évoluer vers des atteintes potentiellement mortelles chez l’Homme. La survie des EHECet l’expression des gènes de virulence dans l’environnement digestif humain sont des facteurs essentiels dans laphysiopathologie de ces infections mais sont mal connus, essentiellement par manque de modèles d’études adaptés.L’absence de traitement spécifique a conduit à s’intéresser à des moyens préventifs et/ou curatifs alternatifs, commel’utilisation de probiotiques. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le comportement de souches EHEC dansl’ensemble du tractus digestif et l’influence de souches probiotiques, en utilisant des approches in vitro et in vivocomplémentaires.In vitro, dans le tractus gastro-intestinal supérieur, on observe une mortalité bactérienne dans l’estomac, suivie d’unereprise de croissance dans les parties distales de l’intestin grêle. De plus, la survie des EHEC dépend à la fois de lasouche/sérotype étudié et de la matrice alimentaire dans laquelle les bactéries sont ingérées. En conditions coliqueshumaines simulées, les EHEC sont progressivement éliminés du milieu colique et leurs principaux gènes de virulence(stx1 codant la Shiga-toxine 1 et eae codant l’intimine) sont surexprimés dans les heures suivant l’inoculation dupathogène. L’ajout de levures probiotiques du genre Saccharomyces ne modifie pas la survie du pathogène dansl’environnement colique, que celles-ci soient administrées en traitement « curatif » ou « prophylactique ». Parcontre, l’administration de S. cerevisiae CNCM I-3856 permet (i) de moduler favorablement l’activité fermentairedu microbiote intestinal, en augmentant la production d’acétate et en réduisant celle du butyrate et (ii) de diminuersignificativement l’expression de stx1. Par ailleurs, l’effet du pathogène et des probiotiques sur le microbiote coliqueest individu dépendant, confortant l’hypothèse que des facteurs associés à l’hôte, comme le microbiote, pourraientconditionner l’évolution clinique des infections à EHEC et l’efficacité d’une stratégie probiotique. Enfin, dans unmodèle murin d’anses iléales, l’administration préventive de S. cerevisiae CNCM I-3856 limite significativementl’interaction d’O157:H7 avec les plaques de Peyer et les lésions hémorragiques associées.Ces résultats confirment donc l’intérêt d’une stratégie probiotique dans le contrôle des infections à EHEC. Uneétude plus approfondie du transcriptome du pathogène dans l’environnement digestif humain, en présence ou non deprobiotiques, permettrait de mieux comprendre la physiopathologie des infections à EHEC et les mécanismes associés / The enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are zoonotic pathogens that cause food-borne infection withwhich leads to life-threatening damage in humans. EHEC survival and expression of virulence genes in the humandigestive track are key factors in the pathogenesis of these infections, but little is known, mainly due to lack ofappropriate study models. The absence of specific treatment has led to an interest in preventive and/or alternativemeasures healing, such as the use of probiotics. The objective of this study is the behavior of EHEC strains in theentire digestive tract and the influence of probiotic strains, using in vitro and in vivo complementary approaches.In vitro, in the upper gastrointestinal tract, a bacterial mortality was observed in the stomach, followed bya bacterial resumption in the distal segment of the small intestine. Moreover, survival depends on both theEHEC strain/serotype studied and the food matrix in which the bacteria are ingested. In simulated humancolon conditions, EHEC was progressively eliminated from the bioreactor and the major virulence genes (stx1encoding Shiga-toxin 1 and eae encoding intimin) are overexpressed in the hours following the inoculation ofpathogen. Probiotic yeasts Saccharomyces genus does not modify the survival of the pathogen in the in vitro colonicenvironment, that they be administered in treatment "curative" or "prophylactic". Still, the administration ofS. cerevisiae CNCM I-3856 allows (i) to favorably modulate fermentation activity of the intestinal microbiota, byincreasing the production of acetate and reducing that of butyrate and (ii) reduce significantly the expression ofstx1. Furthermore, the effect of pathogenic and probiotic on colonic microbiota is donor-dependent, supporting thehypothesis that factors associated with the host, as the microbiota could condition the clinical course of EHEC andefficiency a probiotic strategy. Finally, in a murine model of ileal loops, preventive administration of S. cerevisiaeCNCM I-3856 significantly limits the interaction of O157:H7 with the Peyer’s patches and results hemorrhagic lesions.These results confirms the interest of probiotic strategy in controlling EHEC infections. Further transcriptomestudies are warranted for the pathogen in the human digestive environment, with or without probiotics for the betterunderstanding of the pathophysiology of EHEC and so on the mechanisms involved in the antagonistic effect ofprobiotics.

Les relations entre bactéries intestinales, aliments et hôte jouent un rôle crucial dans lemaintien de la santé humaine. La caractérisation fonctionnelle d’Uhgb_MP, une enzyme dela famille 130 des glycoside hydrolases découverte par métagénomique fonctionnelle, arévélé une nouvelle fonction de dégradation par phosphorolyse des polysaccharides de laparoi végétale et des glycanes de l'hôte tapissant l'épithélium intestinal. Les déterminantsmoléculaires de la spécificité d’Uhgb_MP vis-à-vis des mannosides ont été identifiés grâce àla résolution de sa structure cristallographique, sous forme apo et en complexe avec sesligands. Un nouveau procédé de synthèse par phosphorolyse inverse d'oligosaccharidesmannosylés à haute valeur ajoutée, a aussi été développé. Enfin, la caractérisationfonctionnelle de la protéine BACOVA_03624 issue de Bacteroides ovatus ATCC 8483, unebactérie intestinale hautement prévalente, a révélé que la famille GH130 comprend à la foisdes glycoside-hydrolases et des glycoside-phosphorylases capables de dégrader lesmannosides et les galactosides, et de les synthétiser par phosphorolyse inverse et/outransglycosylation. L’ensemble de ces résultats, ainsi que l’identification d’inhibiteurs desenzymes de la famille GH130, ouvrent de nouvelles perspectives pour l'étude et le contrôledes interactions microbiote-hôte / The interplay between gut bacteria, food and host play a key role in human health. Thefunctional characterization of Uhgb_MP, an enzyme belonging to the family 130 of glycosidehydrolases, discovered by functional metagenomics, revealed novel functions of plant cellwall polysaccharide and host glycan degradation by phosphorolysis. The moleculardeterminants of Uhgb_MP specificity towards mannosides were identified by solving itscrystal structure, in apo form and in complex with its ligands. A new process of high addedvalue mannosylated oligosaccharide synthesis by reverse-phosphorolysis was alsodeveloped. Finally, the functional characterization of the BACOVA_03624 protein fromBacteroides ovatus ATCC 8483, a highly prevalent gut bacterium, revealed that GH130 familyboth contains glycoside phosphorylases and glycoside hydrolases, which are able to degrademannosides and galactosides, and to synthesize them by reverse-phosphorolysis and/ortransglycosylation. All these results, together with the identification of GH130 enzymeinhibitors, open new perspectives for studying, and potentially also for controlling,interactions between host and gut microbes

Au cours des dernières années, de nombreuses études ont porté sur les relations entre le microbiote intestinal et l'obésité. Des groupes bactériens ont été incriminés et des hypothèses proposées mais les mécanismes liant microbiote et obésité restent en grande partie inconnus. Le microbiote intestinal est constitué de plusieurs centaines d’espèces et est spécifique de chaque individu. Récemment, il a été révélé l’implication potentielle de ce microbiote dans le développement de l’obésité. Lors d’une étude précédente, notre équipe a ainsi montré que les souris sans germes (dites « axéniques ») sont résistantes à l’obésité et aux désordres métaboliques induits par un régime hypercalorique (Roy et al. 2012). Par ailleurs, nous avons observé que certaines souris conventionnelles soumises à un tel régime développent une obésité et une insulinorésistance importantes (phénotype dit répondeur) tandis que d'autres restent minces et tolérantes au glucose (phénotype dit non répondeur) indépendamment de la quantité de nourriture consommée. Les mécanismes expliquant cette hétérogénéité de phénotype sont actuellement peu connus. Ce projet de thèse vise donc à élucider les mécanismes liant le microbiote intestinal au développement de l'obésité et des désordres associés en partant du principe que l'hétérogénéité (en termes de composition et de fonctions) du microbiote intestinal, spécifique de chaque individu (aussi bien chez l'homme que chez le rongeur), joue un rôle dans ces réponses différentes à un même régime hypercalorique. Pour ce faire, des souris conventionnelles ont reçu un régime contrôle ou un régime hyperlipidique pendant 12 semaines. A l’issu de ce régime, des souris ont été sélectionnées en tant que répondeuses ou non-répondeuses Une approche par métagénomique à partir d’échantillons fécaux prélevés avant et après régime hyperlipidique et issus des souris répondeuses et non-répondeuses ont été analysés. Les profils de microbiotes avant et après régime hyperlipidique ont été comparés afin de déterminer les effets de ce régime sur le microbiote intestinal. De plus, le profil du microbiote des souris répondeuses a été comparé à celui des souris non-répondeuses afin de détecter des espèces bactériennes, des gènes ou des voies métaboliques sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. Par ailleurs, des échantillons de fèces, d’urine et de plasma prélevés avant et après le régime hyperlipidique ont été analysés par métabolomique et nous avons ainsi analysé les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime. L’ensemble de ces travaux a eu pour but d’identifier s’il existe un microbiote de prédisposition au développement ou à la résistance du développement d’une obésité induite. Au cours de ce projet de thèse nous avons utilisé l’approche de métagénomique à partir d’échantillon fécaux afin d’identifier les profils du microbiote intestinal des souris NR et des souris R avant et après régime hyperlipidique en vue de mesurer l’impact de ce type de régime sur le microbiote, et surtout de détecter les espèces bactériennes, les gènes ou les voies métaboliques potentiellement sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. D’autre part, l’approche de métabolomique a été utilisée sur des échantillons d’urine, de fèces et de plasma avant et après régime afin de visualiser les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime d’une part et d’identifier les métabolites (biomarqueurs) associés à chacun des phénotypes d’autre part. / In recent years, numerous studies have examined the relationship between the gut microbiota and obesity. Bacterial groups have been incriminated but the mechanisms linking microbiota and obesity remain largely unknown. Intestinal microbiota consists of several hundred species and is specific for each individual. Recently, it was revealed that the potential contribution of microbiota in the development of obesity. In a previous study, our team has shown that mice without germs (called "germ-free") are resistant to obesity and metabolic disorders induced by a high calorie diet (Roy et al. 2012). Furthermore, we observed that certain conventional mice subjected to such a plan develop an important obesity and insulin resistance (responder phenotype) while others remain thin and glucose tolerant (non responder phenotype) regardless of the amount of food consumed. The mechanisms explaining this phenotype heterogeneity are currently poorly known. This PhD project aims to elucidate the mechanisms linking the intestinal microbiota in the development of obesity and disorders associated with the assumption that heterogeneity (in terms of composition and functions) of the intestinal microbiota, specific for each individual ( both in humans than in rodents), plays a role in these different responses to the same high-fat diet. To do this, conventional mice received control diet or a high fat diet for 12 weeks. At the end of this diet, mice were selected as a responder or non-responder A metagenomics approach from fecal samples taken before and after high fat diet and from responder and non-responder mice were analyzed. Microbiota profiles before and after fat diet were compared to determine the effects of this diet on the intestinal microbiota. In addition, the profile of the microbiota of responder mice was compared to that of non-responder mice in order to detect bacterial species, genes or pathways under- or over-represented in both phenotypes. Furthermore, samples of feces, urine and plasma collected before and after fat diet were analyzed by metabolomics and we have analyzed the metabolic changes induced by the effect of diet. All of this work has been aimed to identify if there is a predisposition microbiota to the development or the resistance of induced obesity. In this PhD project we used the metagenomic approach from fecal sample to identify the profiles of the intestinal microbiota in mice NR and R mice before and after fat diet in order to measure the impact of this type of diet on the microbiota, and especially to detect bacterial species, genes or metabolic pathways potentially under- or over-represented in both phenotypes. On the other hand, the approach of metabolomics has been used on samples of urine, feces and plasma before and after diet in order to visualize the metabolic changes induced by the effect of diet on the one hand and to identify metabolites (biomarkers) associated with each other hand phenotypes.

Les hépatopathies métaboliques regroupent les maladies non alcooliques du foie (NAFLD) et les maladies alcooliques du foie (MAF) causées respectivement par l’obésité ou une consommation excessive d’alcool. Ces pathologies vont de la simple stéatose à des formes aggravées pouvant aller jusqu’au carcinome hépatocellulaire. D’autres facteurs que le surpoids ou l’abus d’alcool jouent un rôle dans la susceptibilité des patients à développer une NAFLD ou une MAF. Cette thèse a pour objectif de clarifier et d'étudier les mécanismes et les facteurs participant à l’installation de l’inflammation dans ces deux pathologies. Mes travaux ont porté d’une part sur le rôle de la cellule de Kupffer dans les étapes précoces de la NAFLD et d’autre part sur l’étude du microbiote intestinal comme cofacteur déclenchant de la MAF. La cellule de Kupffer lors de la stéatose, étape précoce de la NAFLD, présente une dérégulation de son homéostasie lipidique qui participe à son phénotype pro-inflammatoire et favorise l’inflammation hépatique. L’impact du fructose, largement utilisé dans notre alimentation actuelle, a été étudié et aggrave l’inflammation hépatique lors d’un régime hyperlipidique et ceci est associé à une dysbiose spécifique. Dans la MAF, une dysbiose intestinale, une diminution des Bacteroides, a été associée aux lésions hépatiques dans un modèle murin d’alcoolisation. L‘utilisation de traitements permettant de maintenir cette population à des taux élevés a corrigé cette dysbiose et protégé les animaux face aux lésions hépatiques. Ces travaux permettent d‘envisager le MI comme une cible prometteuse permettant de contrôler l’évolution des hépatopathies métaboliques vers des formes sévères. / Metabolic hepatopathies is including Non Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD) and Alcoholic Liver Disease (ALD) due to an excessive consumption of alimentation or alcohol. The pathologies range from simple steatosis to aggravated forms until hepatocellular carcinoma. Other factors than overweight or alcohol abuse play a role in sensitivity of patients to develop NAFLD or ALD. The aim of this thesis is to clarify and study the mechanisms and factors that lead to the installation of inflammation in those pathologies. My work covered in part on the role of Kupffer cell in the early stages of NAFLD and secondly on the study of intestinal microbiota as a cofactor triggering the MAF.The Kupffer cell role in steatosis, the early stages of NAFLD, showed a deregulation of its lipid homeostasis involved in the pro-inflammatory phenotype and promotes liver inflammation. The impact of fructose, widely used in our current diet, was studied and worsening liver inflammation during high fat diet. This is associated with a specific dysbiosis. In ALD, intestinal dysbiosis, a decrease of Bacteroides, leading to liver damage has been established. The use of treatments to maintain this population with high levels corrected the dysbiosis and has protected animals against liver damages. Both works on the NAFLD and ALD establish MI is a promising target to control the evolution of metabolic liver diseases toward aggravated forms.

La réduction du taux de cholestérol (CH) sanguin est un point clé dans la lutte contre les maladies cardiovasculaires. L’efficacité contrastée des médicaments disponibles actuellement ainsi que l’intérêt porté autour du microbiote intestinal dans la régulation de la physiologie de l’hôte nous amènent à envisager cette voie comme alternative thérapeutique. La production de coprostanol (CO), dérivé très peu absorbé du CH, par des bactéries de ce microbiote a été corrélée positivement à une faible cholestérolémie. Les objectifs de cette thèse sont i) d’isoler et d’identifier de nouvelles souches bactériennes ayant cette activité, ii) d’identifier les gènes bactériens responsables de cette transformation et iii) de détereminer l’impact de ce métabolisme sur la physiologie de l’hôte. Nous avons isolé 22 nouvelles souches productrices de CO à partir des selles d’un individu en produisant beaucoup. Nous avons choisi les souches Bacteroides sp. D8 et Bacteroides sp. BV pour la construction de deux banques génomiques et huit autres pour des essais d’implantation in vivo dans le tractus gastro-intestinal (TGI) de souris axéniques. Nous avons identifié 55 clones potentiellement positifs par le criblage fonctionnel des banques génomiques. Leurs analyses supplémentaires devraient nous apporter des informations sur les gènes impliqués dans cette activité. Toutes les bactéries sélectionnées sont capables de coloniser le TGI de la souris axénique. La souche Parabacteroides distasonis est la meilleure souche productrice de CO in vivo. Nous avons testé son effet sur la cholestéolémie chez des souris axéniques soumises à un régime riche en CH sur 11 semaines en comparaison avec une souche non productrice in vitro, B. dorei, et avec des souris conventionnalisées comme contrôle. La souche B. dorei produit du CO in vivo, soulignant l’importance de l’environnement dans l’activité de production de CO déjà supposée d’après la littérature et nos résultats in vitro. Des gènes impliqués dans l’excrétion du CH de l’organisme vers les selles sont surexprimés chez ces souris et celles colonisées avec P. distasonis. Cependant seules ces dernières présentent une cholestérolémie plus faible que les souris conventionnalisées. Le mécanisme impliqué semble indépendant de la production de CO et de l’excrétion de CH car les mêmes quantités de ces composés sont retrouvées dans les selles indépendamment du statut bactérien. Les concentrations en acides biliaires totaux dans la bile et dans les selles sont supérieures pour les souris monocolonisées comparées au conventionnalisées. Les selles des souris colonisées avec P. distasonis présentent plus d’acides urso- et chénodésoxycholiques que les souris conventionnalisées et plus d’acide cholique que les souris colonisées avec B. dorei. En conclusion, nous avons isolé de nouvelles souches et identifier des clones potentiellement positifs. Les études in vivo tendent à montrer que l’activité de production de coprostanol n’a pas d’effet sur la cholestérolémie. En revanche, la souche P. distasonis semble diminuer la cholestérolémie par un mécanisme encore inconnu. / Cholesterol (CH) level management is a keystone to limit cardiovascular diseases. The contrasted efficiency of the drugs currently available as well as the interest around the intestinal microbiota in regulating the host physiology lead us to consider this pathway as a therapeutic alternative. The production of coprostanol (CO), a very poorly absorbed CH derivative, by bacteria of this microbiota has been positively correlated with low CH plasma level. The aims of this thesis are (i) isolate and identify new bacterial strains possessing this activity, (ii) identify the bacterial genes responsible for this transformation and (iii) determine the impact of this metabolism on host physiology. We isolated 22 new strains producing CO from the stools of a high-coprostanol producing individual. We chose Bacteroides sp. D8 and Bacteroides sp. BV for the construction of two genomic libraries and eight others for in vivo implantation tests in the gastrointestinal tract (GIT) of germ-free mice. We identified 55 potentially positive clones by functional screening of these genomic libraries. Their additional analyzes should provide us with information about the genes involved in this activity. All selected bacteria are capable of colonizing the GIT of germ-free mice. Parabacteroides distasonis is the best strain producing CO in vivo. We tested its effect on blood cholesterol level in germ-free mice subjected to an 11-week CH-rich diet compared to an in vitro non-producing strain, B. dorei, and with conventionalized mice as control. The B. dorei strain produces CO in vivo, emphasizing the importance of the environment in the CO production activity already assumed from the literature and our results in vitro. Genes involved in the excretion of CH from body to feces are overexpressed in these mice and those colonized with P. distasonis. However, only the latter have lower cholesterolemia than conventional mice. The mechanism involved appears to be independent of CO production and CH excretion because the same amounts of these compounds are found in feces independently of bacterial status. Total biliary acids concentrations in bile and feces are higher for monocolonized mice compared to conventionalized mice. The feces of mice colonized with P. distasonis exhibited more urso- and chenodeoxycholic acids than conventionalized mice and more cholic acid than mice colonized with B. dorei. In conclusion, we have isolated new strains and identified potentially positive clones. In vivo studies tend to show that coprostanol production activity has no effect on plasma cholesterol. In contrast, P. distasonis seems to decrease plasma cholesterol by a still unknown mechanism.