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Toxoplasma gondii est un parasite intracellulaire qui appartient au phylum des Apicomplexa. Il est l'agent pathogène de la toxoplasmose. Ce parasite opportuniste est responsable de la toxoplasmose cérébrale chez les individus immunodéprimés et le fœtus. L'interconversion du parasite de la forme tachyzoïte virulente à la forme bradyzoïte quiescente est au centre de la pathogénèse de cette infection. Ce processus repose sur une régulation fine de l'expression des gènes. Des études suggèrent un contrôle transcriptionnel de l'interconversion avec l'expression exclusive de certains gènes dans un stade donné de différenciation parasitaire. Cependant, ce parasite et son phylum se distinguent des autres eucaryotes par un nombre limité de facteurs spécifiques de transcription. Nous avons émis l'hypothèse que le niveau d'expression des gènes de Toxoplasma gondii est étroitement régulé par la structure physique et la nature chimique de la chromatine. Au début de ma thèse, peu de choses étaient connues sur le remodelage de la chromatine chez Toxoplasma gondii. L'ensemble de nos résultats et ceux d'autres équipes, convergent vers l'idée de l'existence d'un « code histone parasitaire » hautement sophistiqué. Pendant ma thèse, nous avons identifié et caractérisé une histone lysine méthyltransférase de la famille de SET8 responsable de la méthylation de H4K20. Le rôle de H4K20-me dans la stabilité du génome est considérée comme une fonction apparue précocement dans l'évolution tandis que son rôle dans l'hétérochromatine est considérée comme une fonction apparue plus tardivement avec la complexification des génomes. Chez Toxoplasma gondii, TgSET8 est capable de mono-, di-, et triméthyler H4K20 ; ce qui la distingue de son homologue humain SET8 qui catalyse exclusivement la monométhylation. La différence d'activité entre les deux enzymes semble reposer sur un seul résidu du site catalytique. TgSET8 et sa marque H4K20-me1 sont régulées au cours du cycle cellulaire et localisent au niveau des régions d'hétérochromatine péricentriques et télomériques chez T. gondii et P. falciparum. L'ensemble de nos résultats montrent que la fonction de SET8 et H4K20 dans l'hétérochromatine n'est pas restreinte aux métazoaires. Nous avons également étudié le rôle de KMTox, une autre histone lysine-méthyltransferase de Toxoplasma gondii. Localisée dans le noyau, elle possède un domaine HMG capable de se lier à l'ADN. Cette enzyme catalyse la méthylation des histones H4 et H2A in vitro, avec une augmentation de l'activité en conditions réductrices. KMTox interagit spécifiquement avec une 2-cys peroxiredoxine-1 typique et l'interaction semble être favorisée en condition oxydative. Parmi d'autres fonctions cellulaires, KMTox semble réguler majoritairement les gènes impliqués dans la réponse antioxydante et le maintien de l'homéostasie cellulaire. Elle pourrait réguler l'expression des gènes chez Toxoplasma gondii par la mis en place d'un remodelage rapide de régions chromatiniennes et contribuer à la mise en place de la réponse antioxydante via son interaction avec le senseur redox TgPrx1.

La monogamie est un système d'appariement qui lie une seule femelle à un seul mâle. Cette monogamie peut être définie comme sociale et génétique (au-delà de l'observation du couple, la descendance est seulement issue de ce couple, aucun changement de partenaire n'apparaît), ou comme sociale et non génétique (dans ce cas, des infidélités ou des divorces peuvent être observés). Ce système d'appariement est très rare dans le monde animal. Il concerne moins de 1% des animaux et la majeure partie des études sur le monogamie a été réalisée sur des vertébrés (notamment sur les oiseaux dont 90% des espèces présentent ce système monogame). Plus rares sont les études réalisées sur les invertébrés (quelques cas de monogamie étudiée chez des crustacés, des insectes ...). Pourtant l'étude de la monogamie à un niveau taxonomique inférieur permet de comprendre ses caractéristiques en éliminant la complexité sociale (apprentissage, imitation ...) présente chez les vertébrés. Schistosoma mansoni est un parasite (responsable de la bilharziose) qui présente plusieurs aspects intéressants du point de vue système d'appariement : (1) la femelle vit dans le canal gynéchophore de son mâle, nous observons bien un couple formé d'une seule femelle et d'un seul mâle, il s'agit donc d'une monogamie sociale ; (2) S. mansoni est l'espèce monogame de rang taxonomique le plus bas à notre connaissance, ce qui permet d'éliminer au maximum les biais de complexité sociale cités précédemment ; (3) enfin, cette espèce parasite présente des avantages d'un point de vue expérimental : les sexes et génotypes des individus utilisés peuvent et sont contrôlés en laboratoire et des populations "naturellement" clonales sont à notre disposition. C'est pourquoi, nous nous sommes intéressés à la monogamie chez cet invertébré parasite monogame. Plusieurs questions sont développées durant cette thèse : qui est monogame parmi les Schistosomatidae et pourquoi ? Est-ce que une monogamie sociale et génétique ou sociale et non génétique (i.e. des changements de partenaires sont-ils observés) ? Quels sont les facteurs impliqués dans ces changements de partenaire (dissimilarité entre les partenaires du couple, biais de sex ratio en faveur des males, différences neutres, fonctionnelles et phénotypiques entre les mâles, effet du système immunitaire de l'hôte vertébré) ? C'est par l'association de réflexions et d'expérimentations que nous tentons de répondre à ces questions.

La primo-infection est un moment critique de l'établissement du réservoir justifiant de l'initiation d'un traitement précoce. Nous avons initié un essai randomisé évaluant l'impact de deux ans d'un traitement antirétroviral intense (essai ANRS147 OPTIPRIM, trithérapie versus pentathérapie) sur le réservoir et avons initié des études physiopathologiques au cours de cet essai. Nous montrons ainsi la faible diversité génétique des virus en primo-infection dans les compartiments sanguins et rectaux. Le réservoir s'établit dès le premier mois de l'infection par diffusion d'un cluster viral homogène au sein des lymphocytaires T CD4 naïfs (TN) et mémoires centrales (TCM), transitionnelles (TTM), effectrices (TEM) quiescents. Il en résulte une perturbation de l'homéostasie lymphocytaire associée à une faible contribution au réservoir des cellules peu différenciées à longue demi-vie, TN et TCM. Par ailleurs nous montrons que la majorité des patients au moment de leur primo-infection n'ont pas la capacité de développer des réponses T CD8 à même de supprimer la réplication virale comme chez les patients HIV Controllers. Après deux ans de traitement, nous observons que la diversité virale n'a pas évolué, par contre la taille du réservoir est fortement réduite. Les anomalies de l'homéostasie lymphocytaire T CD4 persistent, par contre le traitement très précoce a permis de protéger les TN et TCM. Il n'y a pas de bénéfice additionnel d'une pentathérapie mais nous avons validé le concept qu'un traitement précoce permet d'induire un contrôle virologique au long cours après arrêt de traitement. Nos résultats indiquent qu'un traitement plus long que deux ans permettrait de renforcer la diminution du réservoir. Ces résultats seront à prendre en compte pour l'élaboration de futurs essais en primo-infection visant à réduire le réservoir pour une rémission au long cours.

Candida albicans est un pathogène opportuniste présent à l'état commensal chez 75% de la population. Il s'agit du premier pathogène d'origine fongique (4ème cause d'infections nosocomiales) responsable d'infections superficielles chez les personnes immunocompétentes ou d'infections profondes chez les personnes immunodéprimées. Les protéines à ancre GPI (Glycosyl Phosphatidyl Inositol) de C. albicans, situées à l'interface entre la levure et les cellules de l'hôte, semblent être les plus aptes à moduler la réponse immunitaire. Au cours de cette étude, une banque de surexpression et de sécrétion d'une vingtaine de domaines fonctionnels putatifs issus de protéines à ancre GPI potentiellement exposées à la surface a été construite. Le crible réalisé a permis d'identifier sept polypeptides impliqués dans la modulation de la réponse des cellules macrophages et trois polypeptides ayant des propriétés immunogènes. Dans un deuxième projet, nous avons démontré que la protéine à ancre GPI Rbt1 spécifique des hyphes de C. albicans avait des propriétés d'adhésines aux substrats abiotiques et contribuait à la formation de biofilm et d'agrégats. La caractérisation de cette protéine a permis d'apporter des données nouvelles concernant l'exposition en surface de protéines membranaires suivant la forme morphologique de C. albicans.

Chez les bactéries sporulantes du genre Bacillus, des mécanismes importants tels que la sporulation et la virulence sont régulés par des systèmes de communication cellulaire qui impliquent des peptides de signalisation et des régulateurs de la famille RNPP (Rap, NprR, PlcR, PrgX). L'objectif de mon travail de thèse a été de déterminer le rôle du régulateur NprR chez les bactéries du groupe B. cereus. Ce travail se divise en trois parties complémentaires. La première partie a consisté à montrer que NprR est impliqué dans un système de communication cellulaire. Nous avons montré que NprR est un régulateur transcriptionnel de début de phase stationnaire qui est dépendant du peptide de signalisation NprX. Associé à NprX, NprR active la transcription du gène nprA qui code pour une protéase extracellulaire. Nous avons démontré que le peptide NprX est sécrété, maturé puis réimporté dans la cellule bactérienne par deux systèmes d'oligopeptide perméase (Opp et Npp). Une fois dans la cellule, la forme mature de NprX (vraisemblablement l'heptapeptide SKPDIVG) se lie à NprR et permet la transcription du gène nprA. Nous avons ensuite cherché à déterminer la fonction de ce régulateur au cours du cycle infectieux de B. thuringiensis (Bt) chez l'insecte. Nous avons montré que NprR est actif après la mort de l'insecte et permet aux bactéries de survivre, sous forme de cellules végétatives, dans les cadavres. Une analyse transcriptomique indique que NprR régule l'expression d'au moins 41 gènes qui codent notamment pour des enzymes dégradatives et un locus de gènes impliqués dans la production d'un peptide synthétisé de façon non ribosomique (la kurstakine). Nous avons démontré que les gènes codant pour les enzymes dégradatives s'expriment spécifiquement après la mort de l'hôte et que les produits de ces gènes sont essentiels pour hydrolyser différents substrats (protéines, lipides, chitine), ce qui suggère que Bt a un mode de vie nécrotrophe dans le cadavre. La kurstakine est essentielle pour la survie de Bt pendant son développement nécrotrophe et nous avons montré que cette molécule est nécessaire pour le swarming et la formation de biofilm. Par ailleurs, un mutant du gène nprR ne se développe pas et ne sporule pas efficacement dans le cadavre. L'ensemble de nos résultats indiquent que le necrotrophisme est un mode de vie hautement régulé, qui est essentiel dans le cycle infectieux de Bt car il contribue à la transmission horizontale de ce micro-organisme. Enfin, nous avons étudié la régulation de l'expression des gènes nprR et nprX. Nous avons montré que les gènes nprR-nprX sont co-transcrits à partir d'un promoteur dépendant de sigma-A (PA) situé en amont du gène nprR. La transcription à partir de ce promoteur débute lors de l'entrée en phase stationnaire et est contrôlée par deux régulateurs transcriptionnels: CodY et PlcR. Le répresseur CodY pourrait se lier à l'ADN en amont du promoteur PA et réprimer la transcription des gènes nprR-nprX pendant la phase exponentielle de croissance. Au début de la phase stationnaire, le contrôle négatif de CodY est levé et PlcR active la transcription de nprR-nprX en se liant à une boîte PlcR située en amont de PA. Nos résultats indiquent que nprX est également transcrit indépendamment de nprR à partir de deux promoteurs, PH et PE, respectivement dépendant de sigma-H et sigma-E. Les deux promoteurs permettent d'assurer la transcription de nprX en phase stationnaire tardive alors que la transcription à partir du promoteur PA est achevée. Cette étude met en évidence le role clé des régulateurs CodY, PlcR and Spo0A dans la régulation de l'expression des gènes nprR-nprX.

Lactobacillus sakei est une bactérie lactique qui fait partie de la flore dominante de la viande. Elle possède un équipement génétique inhabituel chez les bactéries lactiques, dédié à l'utilisation du fer : des transporteurs et 3 régulateurs de transcription fer-dépendants de la famille Fur. Nous avons i) évalué la capacité de L. sakei à utiliser les sources de fer de son environnement en développant une méthode de microanalyse du fer par microscopie (EELS) et spectrométrie de masse (Nano-SIMS), ii) réalisé une étude fonctionnelle des 3 régulateurs Fur-like et iii) réalisé une analyse transcriptomique globale en présence de transferrine ou d'hème. Ce travail a montré que le fer sous forme complexé, transferrine ou hème, était internalisé et améliorait la survie de L. sakei. Nous avons montré que la catalase hème-dépendante n'est pas l'acteur principal de cette survie car un mutant ΔkatA survit comme la souche sauvage en présence d'hème. Nos travaux ont montré aussi que le fer et l'hème induisent des réponses globales différentes. L'hème a un effet protecteur alors que le fer induit plus de stress. Nous avons mis en évidence que les 3 régulateurs Fur-like sont fonctionnellement distincts. Le régulateur Mur est impliqué dans l'homéostasie du manganèse, le PerR régule des gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant et le Fur est impliqué dans la séquestration du fer, la morphologie des cellules et la résistance au stress. Cette étude montre que le fer et l'hème conduisent à des réponses cellulaires différentes chez L. sakei et indique que ce métabolisme pourrait être un facteur important pour la compétitivité dans l'écosystème carné.

Les bactéries du genre Deinococcus sont des microorganismes qui présentent des propriétés remarquables de résistance aux conditions extrêmes telles que les radiations ionisantes, les stress oxydatifs, la dessiccation ou encore les températures extrêmes. L'exploitation de leurs capacités présente donc un réel intérêt pour les procédés biotechnologiques de production de métabolites d'intérêt, les biocarburants. Néanmoins, la physiologie et le métabolisme de ces microorganismes ont été très peu étudiés à ce jour. L'objectif de ce travail est d'identifier les exigences nutritionnelles d'une souche de déinocoques, Deinococcus geothermalis, dans le but de définir la composition d'un milieu synthétique permettant une croissance sans limitation. L'étude statistique de quarante huit formulations de milieux de culture a mis en évidence la variabilité qualitative et quantitative des compositions des milieux utilisés pour leur culture. Il ressort que l'ajout de facteurs stimulant la croissance, sous forme d'extrait de levure, est indispensable à la croissance non limitée de la souche Deinococcus geothermalis DSM 11300. En bioréacteur à 45 °C, sur un milieu complexe et substrat glucose, une concentration finale de 2,7 gMS.L-1 a été obtenue en six heures avec un taux de croissance égal à 0,65 h 1. Les résultats ont montré une variabilité intra-espèce importante ; parmi les trois souches de Deinococcus geothermalis étudiées, DSM 11300, DSM 11301 et DSM 11302, la souche Deinococcus geothermalis DSM 11302 présente la meilleure croissance en termes de nombre de générations, en milieu défini ou complexe. L'étude de l'influence des étapes de préparation de l'inoculum a permis de standardiser les conditions de préparation de l'inoculum préalablement aux cultures en bioréacteur. La souche Deinococcus geothermalis DSM 11302 présente une croissance exponentielle durant quatre heures en bioréacteur sur un milieu défini avec 10 g.L-1 de glucose ; le taux de croissance de 0,25 h-1 ne se maintient pas sur une durée plus longue. Le rendement de production de biomasse à partir du glucose atteint 0,25 gX.gGlc-1 soit 0,30 CmolX.CmolGlc-1. L'ajout de sources carbonées, sources soufrées, vitamines ou autres facteurs de croissance ne permet pas d'améliorer la croissance de la souche dans ces conditions. Sur ces bases, la quantification de la physiologie de Deinococcus geothermalis DSM 11302 a été étudiée lors d'une culture en mode discontinu alimenté avec une stratégie d'apport de deux substrats, l'extrait de levure et le glucose. Le mode de conduite a permis de révéler que le glucose n'est pas la source de carbone assimilée préférentiellement et que l'extrait de levure peut être consommé comme source azotée organique et/ou comme source carbonée. Les déinocoques sont caractérisés par un métabolisme principalement protéolytique : il a été possible de confirmer que l'extrait de levure est indispensable à la croissance non limitée de Deinococcus geothermalis DSM 11302. Avec cette stratégie d'alimentation co-substrats, 253 g d'extrait de levure et 26 g de glucose ont été ajoutés pour produire 99 gMS de biomasse soit 9,6 gMS.L-1 en six heures. Les vitesses spécifiques maximales de consommation des substrats, extrait de levure et glucose, atteignent respectivement 0,68 et 0,39 Cmol.CmolX-1.h-1. Le taux de croissance exponentiel maximal obtenu est égal à 1.05 h-1, meilleur résultat décrit à ce jour pour un déinocoque. Ces résultats contribuent ainsi à implémenter l'état des connaissances sur la physiologie et les exigences nutritionnelles de Deinococcus geothermalis et donnent accès aux valeurs de paramètres cinétiques et de rendements, données absentes de la littérature