Résumé non communiqué par le doctorant. / Résumé non communiqué par le doctorant.

Parmi les stratégies visant à contrôler la croissance de microorganismes pathogènes dans un aliment, la biopréservation qui s’appuie sur l’utilisation des capacités inhibitrices d’autres microorganismes offre une grande diversité d’opportunités. Il est cependant nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques régissant l’antagonisme du microorganisme protecteur vis-à-vis de la bactérie indésirable. L’objectif de cette thèse était de caractériser l’antagonisme de L. garvieae N201, isolé de fromage, vis-à-vis de souches de S. aureus par des approches in vitro : génomique, transcriptomique (ciblée concernant S. aureus, globale concernant L. garvieae) et phénotypique. Un acteur avait déjà été identifié : le peroxyde d’hydrogène (H2O2) produit par L. garvieae sous un niveau d’aération élevé. Lors de ces travaux de thèse, il a été montré que le peroxyde d’hydrogène serait également produit par L. garvieae sous une faible aération en quantité faible (indétectable par spectrophotométrie) mais suffisante pour induire une inhibition de S. aureus. Les gènes de production du H2O2 de L. garvieae (poxB, sodA) seraient exprimés constitutivement quel que soit le niveau d’aération. Les gènes de dégradation du H2O2 (katA, sodA, ahpC / ahpF) seraient plutôt surexprimés sous une faible aération, suggérant leur rôle dans un mode de contrôle de la concentration en H2O2 autogène par L. garvieae. En parallèle, trois autres mécanismes potentiellement impliqués dans l’antagonisme ont été mis en évidence : i) la répression de gènes de réponse au stress (clpC, ctsR, dnaK) de S. aureus par L. garvieae et l’aération, ii) la répression de gènes de division cellulaire de S. aureus (mraZ, mraW, potentiellement le cluster dcw) par L. garvieae, iii) la production d’un effecteur extracellulaire par L. garvieae dont la nature reste à caractériser. Ajouté à cela, la présence de L. garvieae modulerait l’expression des principaux gènes de virulence de S. aureus, réprimant ceux codant pour les entérotoxines sous une faible aération. Ainsi, la souche L. garvieae N201 s’est révélée être une candidate intéressante comme agent de biopréservation. Cependant, son innocuité pour l’Homme devra être vérifiée et son antagonisme sur S. aureus devra être évalué en matrice alimentaire. Les données générées ainsi que la démarche développée pourront être utilisées afin d’étudier des interactions entre d’autres espèces d’intérêt et dans des écosystèmes différents. / Among strategies aiming to control the growth of spoilage microorganisms in food, the biopreservation is based on the inhibitory capacities of other microorganisms and presents a considerable variety of opportunities. A good understanding of the molecular and physiologic mechanisms underlying the antagonism of the preservative microorganism against the spoilage bacterium is also required. This thesis aimed to characterize the antagonism of L. garvieae N201 dairy strain against S. aureus strains combining in vitro strategies: genomic, transcriptomic (targeted concerning S. aureus, global concerning L. garvieae) and phenotypic. The involvement of hydrogen peroxide (H2O2) produced by L. garvieae under high aeration was already known. Although H2O2 concentration was undetectable using spectrophotometry method, it was produced by L. garvieae under low aeration at sufficient concentration to induce S. aureus inhibition. L. garvieae H2O2 -synthesis genes (poxB, sodA) seemed constitutively expressed whatever the aeration level. L. garvieae H2O2-degradation (katA, sodA, ahpC / ahpF) genes were overexpressed under low aeration, suggesting their involvement in control of autogenous H2O2 level. In parallel, three other mechanisms may be involved in this antagonistic relationship: i) the repression of S. aureus stress-response genes (clpC, ctsR, dnaK) by L. garvieae and / or under high aeration, ii) the repression of S. aureus cell-division genes (mraZ, mraW and probably the dcw cluster) by L. garvieae, iii), the production by L. garvieae of an extracellular effector which has to be characterized. Additionally, L. garvieae can modulate the expression of S. aureus major virulence genes, repressing those coding for enterotoxins under low aeration. Thus, L. garvieae N201 turned out to be an interesting candidate for biopreservative applications. However, its safety for humans should be approved and its antagonism against S. aureus has to be investigated in food matrices. The data resulting from this work may be used to study other interactions between other valuable species and in other ecosystems.

Les légionelles sont un enjeu de santé publique majeur car ces bactéries sont responsables des cas de légionellose, parfois mortels. Les tours aéroréfrigérantes (TAR) peuvent être incriminées car pouvant potentiellement émettre des aérosols contaminés. Un traitement de désinfection de ces eaux est donc nécessaire. Cependant les techniques actuelles conduisent très souvent à des injections importantes de réactifs induisant des rejets écotoxiques dans l'environnement qu'il est nécessaire de limiter. L'application du traitement d'oxydation avancée H2O2/UV – considéré comme innovant pour ce domaine et dont l'impact environnemental est limité (décomposition du peroxyde d'hydrogène en eau et oxygène, peu de production de composés toxiques) – a prouvé son efficacité de désinfection à la fois au sein d'un pilote de laboratoire sur une eau reconstituée, chargée en microorganismes et matière organique, mais aussi lors du traitement de l'eau d'une TAR du secteur tertiaire. Les ultraviolets ont été appliqués de manière continue (10 à 22 J.cm-2 sur le pilote ; 2 à 7 J.cm-2 sur la TAR) avec le maintien d'un résiduel constant en peroxyde d'hydrogène (10 à 50 mg.L-1 sur le pilote ; 3 à 10 mg.L-1 sur la TAR). Sur le pilote de laboratoire, le traitement H2O2/UV a montré une efficacité supérieure à l'application des UV ou du peroxyde d'hydrogène seul. Des abattements plus importants sur les paramètres microbiologiques de l'eau et des biofilms (ATP, bactéries cultivables et totales) et une modification profonde de la matière organique (minéralisation) ont pu être observés. Il a ainsi été conservé les avantages de chaque technique (désinfection reconnue des UV et action bactéricide de H2O2), tout en limitant leurs inconvénients (absence de rémanence des UV, fortes concentrations nécessaires en H2O2) grâce à la génération de radicaux hydroxyles pouvant agir sur les microorganismes et la matière organique. L'étude sur une TAR a confirmé ces résultats et a montré de bonnes performances de désinfection en comparaison avec celles obtenues pour le dioxyde de chlore. Cependant, lors les phases d'optimisation des essais, une adaptation des bactéries au peroxyde d'hydrogène a été observée indiquant la nécessité d'un contrôle régulier de cet oxydant afin de maintenir un résiduel conséquent et d'éviter la mise en place d'une dérive du système. De plus, il a été montré que le traitement n'a eu qu'une faible action sur les produits de conditionnement de l'eau (antitartre, anticorrosion). Une rapide évaluation économique a permis de placer le couplage H2O2/UV dans le même ordre de grandeur que les traitements habituels. / Legionella is a major public health issue as they are responsible for Legionnaires' disease, which can be fatal. Cooling towers are often incriminated because of their potential emission of contaminated aerosols. A disinfection process for treating water is then necessary. However, current techniques often need high concentrations of chemical products which lead to ecotoxic releases into the environment. UV-H2O2 is an advanced oxidation process with a limited environmental impact (hydrogen peroxide decomposition into oxygen and water, low production of toxic compounds). It was shown that this method is an effective technique of disinfection both in a laboratory pilot on water charged with microorganisms and organic matter, and in the water treatment of a cooling tower (service sector). UV irradiation was applied continuously (10 – 22 J.cm-2 on the pilot; 2 – 7 J.cm-2 on the cooling tower) with a constant residual of hydrogen peroxide (10 to 50 mg.L-1 on the pilot; 3 to 10 mg.L-1 on the cooling tower). On the laboratory pilot, UV-H2O2 showed a higher efficacy than UV or hydrogen peroxide treatments applied alone. A more important reduction of microbiological parameters in water and biofilms (ATP, heterotrophic plate and total bacteria counts) and a deep change in organic matter (mineralization) were observed. The advantages of each process (both well-known UV disinfection and bactericidal action of H2O2) were selected by limiting their disadvantages (no residual with UV, need for high concentrations of H2O2) through the generation of hydroxyl radicals, acting on microorganisms and organic matter. The study on a cooling tower confirmed these results and showed good disinfection performances compared with those obtained for chlorine dioxide. However, the optimization phases of the treatment highlighted a bacterial adaptation to hydrogen peroxide. A monitoring of this oxidant is required in order to maintain a residual, and therefore to avoid a drift of the system. Besides, UV-H2O2 showed little effect on scale and corrosion inhibitors. A rapid economic assessment allowed to placing UV-H2O2 in the same order of magnitude as usual treatments.

Le manque de compréhension des réactions liées à l'utilisation de l'ozone a constitué un clair frein au développement de séquences de blanchiment non-chlorées efficaces. Considéré comme un élément central des séquences TCF face aux séquences ECF comprenant du dioxyde de chlore, l'ozone ne permettait pas l'obtention de pâtes cellulosiques de qualité aussi élevée. Le but de ce travail est l'élaboration de séquences de blanchiment non-chlorées permettant l'obtention d'un produit final de haute qualité. Ce type de séquence pourrait présenter de nombreux avantages, parmi lesquels sont envisagés des gains environnementaux indéniables. Afin d'atteindre cet objectif, les réactions liées à l'ozone et au peroxyde d'hydrogène ont été étudiées plus avant. Après une revue bibliographique, cet écrit revient dans un second chapitre sur certaines hypothèses de la littérature qui, confrontées entre elles et avec certains premiers résultats, permettent de mettre en évidence certaines incohérences. Dans une troisième partie, plusieurs pâtes de compositions différentes ont été étudiées, afin de vérifier l'ordre des réactions de l'ozone sur les divers composés d'une pâte kraft, et afin également d'envisager l'ampleur des dégradations subies par la cellulose dans ces différents substrats, qu'il s'agisse de dépolymérisation, ou de modifications fonctionnelles. Ces résultats ont permis de formuler une hypothèse relative aux réactions de l'ozone sur des composés insaturés, tels que ceux des acides hexenuroniques. Par l'utilisation d'une méthode de détection rarement utilisée en papeterie, cette hypothèse a été validée : la réaction de l'ozone sur certains composés insaturés non-aromatiques pourrait générer des radicaux, eux-mêmes à l'origine de mécanismes de modification de la cellulose. D'après les résultats, l'ozone ne serait que marginalement directement responsable des dégradations de la cellulose. L'effet des différents stades alcalin a également été envisagé dans une quatrième partie. C'est ainsi que la dépolymérisation de la cellulose et ses modifications fonctionnelles ont également été analysées à l'issue de ces stades. Les résultats suggèrent notamment l'existence d'un mécanisme de dépolymérisation impliquant les carbonyles cellulosiques et des agents nucléophiles. Une grande partie de la dégradation se produisant dans les stades au peroxyde d'hydrogène lui serait ainsi imputable. Le dernier chapitre revient sur ces différentes considérations, dans l'optique de minimiser les inconvénients liés à ces différents stades, et particulièrement aux stades à l'ozone. Différentes combinaisons des réactifs ont été envisagées pour former des séquences non-chlorées. Les résultats montrent que l'obtention de pâtes de qualité comparable à celle de pâtes issues de séquences de blanchiment chlorées est possible. / The lack of understanding regarding the reactions of ozone with pulp components is one of the reasons why chlorine-free bleaching never really developed. Ozone is actually believed to lead to an extensive degradation of cellulose, contrary to the agent it could replace: chlorine dioxide. However, as the use of chlorinated compounds has many drawbacks, including the generation of toxic compounds, non-degrading chlorine-free bleaching sequences have to be designed. To do so, a better understanding of reactions involving ozone and hydrogen peroxide has to be gained. The first part of this very work consisted of a literature review. In the second part, some of the main hypotheses extracted from the literature were compared with other elements and first results, to show they inevitably led to contradictions and that new theories were needed. The third part was dedicated to ozone. The order of its reactions with pulp components was first of all checked. The properties of pulps of various compositions were then measured through ozonations. This study led to a new hypothesis, which was validated thanks to ESR spectroscopy. The reaction of ozone with some non-aromatic unsaturated compounds seems to give radical species. Those radical species would be in turn responsible for the depolymerization of cellulose, and the formation of carbonyl groups on cellulose as well. The fourth part dealt with the impact of alkaline treatment on cellulose after ozonations. Observations about carbonyl content and degree of polymerization suggest a new mechanism related to carbonyl and nucleophilic agents, explaining a main part of the depolymerization undergone by the cellulose. The last chapter of this work summarizes the trials regarding the optimisation of a chlorine-free bleaching sequence. It proves that high-quality pulps can be obtained by chlorine-free processes.

1. Sphingolipid-cholesterol domains (lipid rafts) in normal human and dog thyroid follicular cells are not involved in thyrotropin receptor signalling. <p>Thyroid hormone regulates growth and development throughout the animal kingdom. The thyroid which secretes it, is controlled by TSH and its receptor TSHR. TSH and its receptor TSHR act through TSHR-coupled G proteins to control thyroid functions, with a stronger coupling of the TSHR with Gs protein than with Gq protein in human thyrocytes. Gq is not activated by TSH/TSHR in dog, whereas dog TSHR activates it in CHO transfected cells. To better understand TSHR and its downstream effectors G proteins, we attempted to answer the questions by the role of “lipid rafts/caveolae” in TSH action.<p>Lipid rafts/caveolae are sphingolipids-cholesterol-enriched microdomains on plasma membrane that have been proposed to play a role in signal transduction. By concentrating the signal molecules, lipid rafts/caveolae increase the efficiency of the interactions between the molecules and sequestrate them from the bulk membranes. The compartmentation of signal proteins in lipid rafts/caveolae might provide a possible explanation for the relationship between TSHR and G proteins in human and dog thyroctyes.<p>To answer these questions, we first tested the existence of such lipid microdomains in human and dog thyrocytes. By northernblot and RT-PCR of caveolin-1 mRNA, we demonstrated its existence in thyrocytes. The immunohistochemistry of caveolin-1 showed that caveolin/caveolae are present on the apical membrane of thyrocytes, opposite to the TSHR localization on the basolateral membranes. The isolation of lipid rafts/caveolae by Triton X-100/OptiPrep density experiments showed that TSHR and Gq are not in the rafts, even though other proteins such as insulin receptor, flotillin-2 and partially Gs are present in these lipid domains, as expected. Testing the function of the TSH receptor on its main cascade (Gs-Adenylyl cyclase-cAMP) after treating the follicles with Methyl β-cyclodextrin (a cholesterol chelator), we observed no modification of the cAMP levels by this treatment. This is in agreement with our conclusion that the TSHR-Gs-cAMP pathway does not involve the lipid rafts/caveolae domain.<p>TSH-activated signalling does not take place in these membrane domains. Therefore, the differences between species, concerning the TSHR-G proteins coupling cannot be explained by the presence of these membrane domains.<p>2. Species specific thyroid signal transduction: conserved physiology, diverged mechanisms<p>As mentioned above, Gq proteins are activated in human but not in dog thyroid, in response to TSHR. However the dog TSH receptor is able to activate Gq, as demonstrated in transfected CHO cells. Thus, different thyroid signal transduction pathways exist in different species. <p>In this study, we investigated the effects of TSH on its two signal transduction cascades, the cAMP pathway and the phospholipase C – IP3 – DAG pathway, as measured by cAMP levels and inositol phosphate generation. We also measured the effects of TSH and of agents stimulating specifically one of these cascades, forskolin for the cAMP pathway and Ca++ ionophore (ionomycin) and phorbolmyristate ester (TPA) for the phospholipase C pathway, on markers of thyroid hormone synthesis (H2O2 generation and iodide binding to proteins) and on thyroid hormone secretion in vitro in the various thyroids. <p>We demonstrated that in all species investigated, the TSH receptor activates both hormone synthesis and secretion. While in some species, including humans, rats and mice, the TSH receptor activates both the cAMP and phospholipase C– IP3 – DAG cascades, in others (e.g. dog) it only stimulates the first. The cAMP pathway activates the limiting step in thyroid hormone synthesis, the generation of H2O2, in dog, rat and mice but not in human, pig, horse and beef. Thus physiology remains but the pathways to achieve it differ. On a practical point of view, these results allow to choose adequate animal models for investigating different aspects of human thyroid signalling.<p><p>3. Duoxes -TPO association and its regulation in human thyrocytes: the thyroxisome<p>Duox (Dual Oxidase) and TPO (thyroid peroxidase) are the crucial enzymes for the thyroid hormones biosynthesis (T3/T4). TPO uses the hydrogen peroxide (H2O2) produced by Duox1 and Duox2 isoenzymes to covalently link oxidized iodide to tyrosines of thyroglobulin and couple the iodinated tyrosines to form triiodothyronine (T3) and thyroxine (T4). An excess of H2O2 is considered to be toxic for cells although at appropriate concentrations H2O2 may carry out signalling functions. Even though thyrocytes show a better resistance to H2O2 than other cells, it would be beneficial for thyrocytes if Duox and TPO localize closely to increase the working efficiency and avoid an excessive H2O2 spillage. In this study, we explored the association of Duox with TPO, and the possible factors affecting their interaction in the human thyrocyte model. This association was established by co-immunoprecipitation approaches on purified plasma membranes from human thyrocytes and COS-7 transfected cells. <p>Our results show that 1) Duox and TPO localize closely at the plasma membranes of human thyrocytes, 2) this association is up-regulated through the Gq-PLC-Ca2+-PKC pathway and down-regulated through the Gs-cAMP-PKA pathway. 3) H2O2 directly increases the association of Duox and TPO. 4) Partial NH2- or COOH-terminal Duox1 and Duox2 proteins show different binding abilities with TPO in COS-7 transfected cells.<p>The association of the two proteins Duox and TPO thus supports our previous hypothesis of the thyroxisome, a pluriprotein plasma membrane complex in which elements of the iodination apparatus localize closely, thus optimizing working efficiency and minimizing H2O2 spillage. Defect in this association, independently of the catalytic efficiency of the enzyme, could therefore impair thyroid hormone synthesis and be harmful to thyroid cells, leading to thyroid insufficiency.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les électrodes en diamant polycristallin dopé au bore (BDD) présentent beaucoup d'intérêts et notamment une large fenêtre de potentiel supérieure à 3 V en milieux aqueux, un faible courant résiduel et une excellente résistance à la corrosion et à l'encrassement. Ces propriétés en font donc un matériau de choix pour le développement de capteurs chimiques. Afin d'exalter la réactivité des électrodes BDD envers certains composés, notre approche a consisté à déposer sur la surface des électrodes des nanoparticules à base de métaux de transition comme le platine ou l'iridium. Ces nanoparticules présentent une activité électro catalytique intéressante, ce qui ouvre la voie à la détection de produits dérivés de réactions enzymatiques, de pesticides ou de bien d'autres espèces non électro-actives sur les électrodes en BDD nues. L'objectif de mes travaux a été de mettre au point une nouvelle méthode de dépôt de nanoparticules métalliques sur la surface d'électrodes et de les caractériser d'un point de vue à la fois structurel et électrochimique. L'objectif est de développer un système de détection multi-capteurs composé d'électrodes BDD chacune fonctionnalisée par un catalyseur métallique différent sous forme de nanoparticules. Le système de détection permet ainsi d'obtenir une signature chimique caractéristique du composé à détecter. Par couplage des différents capteurs, des méthodes algorithmiques d'apprentissage / reconnaissance permettent alors d'apporter de la sélectivité au système de détection, à la manière d'une " langue électronique ". La technique a été appliquée à plusieurs composés d'intérêt, et notamment à l'eau oxygénée, l'indole, le scatol, le paraoxon, et l'imidaclopride. / Boron-doped polycrystalline diamond electrodes (BDD) exhibit a number of advantages, including a wide potential window above 3V in aqueous media, a low background current, and excellent resilience to corrosion and fouling. These properties make it a very interesting material for the development of chemical sensors. In order to enhance the reactivity of the BDD electrodes towards a wider range of chemical compounds, we have studied the possibility to deposit on the electrode surface nanoparticles based on transition metals such as platinum or iridium. These nanoparticles exhibit an interesting electro-catalytic activity and open the way to the detection of products derived from enzymatic reactions, pesticides or many other electrochemically non-active species. The aim of this thesis work has been to propose a new method for the deposition of metallic nanoparticles on the diamond surface and to characterize them from a structural and electrochemical point of view. The objective is to develop a multi-sensor detection system composed of several BDD electrodes each functionalized using a different metal catalyst in the form of nanoparticles. The detection system thus enables to obtain a characteristic chemical fingerprint of the product to detect. By assembling several of such sensors, and coupling them with algorithmic learning / recognition methods, the system provides an improved selectivity, in a similar way to an “electronic tongue”. This was applied to several case studies, including the detection of hydrogen peroxide, scatol, indole, paraoxon and imidaclopride.

La législation européenne impose la recherche d'entérotoxines staphylococciques dans les fromages si le niveau de S. aureus est supérieur à 105 ufc/g. Dans cette optique, l'objectif de cette thèse était de fournir des éléments scientifiques pour contrôler S. aureus par biopreservation. Dans un premier temps, la croissance de S. aureus a été suivie dans des fromages fermiers AOC Saint-nectaire. Dans ces fromages les populations de S. aureus se multiplient essentiellement durant les six premières heures de fabrication pour atteindre un maximum à 24 h. En fromages au lait cru, leur croissance et leur niveau maximal dépendraient de la concentration initiale dans le lait, du pH (en particulier pH à 6 h), de la température, mais le rôle des communautés microbiennes n'a pas pu être mis en évidence. Dans un deuxième temps, les capacités inhibitrices de souches de Lactococcus lactis et de Lactococcus garvieae ont été évaluées en lait microfiltré. L. lactis subsp. lactis inhiberait la croissance de S. aureus par abaissement du pH mais aussi par production d'H2O2 pour certaines souches. Par contre, le pH ne serait pas responsable de l'inhibition de S. aureus par L. garvieae. La compétition pour des acides aminés ne semblerait pas impliquée dans l'inhibition par L. lactis puisque cette espèce en synthétise de grande quantité en lait. Même si la thréonine, la phénylalanine, la méthionine, l’isoleucine et la valine deviennent limitants dans la co-culture de S. aureus avec L. garvieae, cette carence ne serait pas responsable de l'inhibition puisque leur ajout ne lève pas l'inhibition. Cependant du peroxyde d'hydrogène (3 mmol/l) produit par L. garvieae en co-culture en milieu BHI serait responsable de l'inhibition. En milieu de laboratoire, l'inhibition de S. aureus par L. garvieae est effective durant les premières heures de culture et diminue en cours d'incubation. Elle augmente avec la concentration de L. garvieae. Elle est plus forte à 24°C qu'à 30°C. Le rôle de la catalase de S. aureus dans l'interaction avec L. garvieae reste à préciser / The European legislation imposes the staphylococcal search for enterotoxins in cheeses if the level of S. aureus is higher than 105 ufc/g. Accordingly, the objective of this thesis was to provide scientific data to control S. aureus by biopreservation.In a first, the growth of S. aureus was monitored in farm cheeses AOC Saint-Nectaire. In these cheeses the populations of S. aureus multiplied mainly during the first six hours of manufacture to reach a maximum to 24 h. Their growth and their maximum level would depend on the initial concentration in milk, on the pH (in particular pH at 6 h), on the temperature, but the role of the microbial communities could not be highlighted. In the second step, the inhibiting capacities of strains of Lactococcus lactis and Lactococcus garvieae were evaluated in microfiltrated milk. L. lactis subsp. lactis would inhibit the growth of S. aureus by lowering the pH but also by the production of H2O2 for certain strain. On the other hand, the pH would not be responsible for the inhibition of S. aureus by L. garvieae. The competition for amino acids does not seem to be implied in inhibition by L. lactis since this species synthesis a great amount in milk. Even if threonine, phenylalanine, methionine, isoleucine and valin become limiting in the co-culture of S. aureus with L. garvieae, this would not be responsible for inhibition since their addition in milk does not raise inhibition. In laboratory medium the inhibition of S. aureus by L. garvieae was effective during the first hours of culture and decreases during incubation. It increased with the concentrations of L. garvieae. It was stronger at 24°C than at 30°C. It would be due to hydrogen peroxide (3 mmol/l) produced by L. garvieae in Co-culture in medium BHI. The role of the catalase of S. aureus in the interaction with L. garvieae remains to be specified

Les voies métaboliques les plus importantes dans le contrôle du stress oxydant chez la plante restent à élucider. Celles liées au glutathion jouent un rôle important. Cependant, les réactions responsables de l'oxydation du glutathion (du GSH en GSSG) n'ont pas encore été clairement identifiées. L’analyse des données biochimiques, transcriptomiques et génétiques soulèvent des questions pour mieux comprendre comment la régulation redox liée au stress pourrait influer sur la signalisation hormonale chez les plantes. Par une approche de génétique inverse utilisant, notamment, le mutant photorespiratoire conditionnel cat2, nous avons étudié la réponse et l'importance fonctionnelle de trois voies potentielles, médiées par les glutathion S-transférases, les peroxirédoxines dépendant de la glutarédoxine et les déhydroascorbate réductases (DHARs) chez Arabidopsis. Ainsi, l'interaction entre les DHARs semble être nécessaire pour coupler les pools d'ascorbate et de glutathion lors d’un stress oxydant. En complément à l'approche expérimentale, une modélisation mécaniste a permis d'étudier la production de H2O2 et son métabolisme, en lien avec l'activité catalase et la voie ascorbate-glutathion. Le modèle révèle que la catalase et l'ascorbate peroxydase prennent en charge de concert le traitement de H2O2, y compris dans les conditions optimales de croissance. Nos simulations suggèrent que la disponibilité en NADPH peut déterminer l'oxydation du glutathion via la monodéshydroascorbate réductase. Nos résultats expérimentaux et le modèle cinétique valident que la sensibilité du statut du glutathion au stress oxydant constitue un senseur approprié des augmentations du H2O2. / The most important metabolic pathways in the control of oxidative stress remain to be elucidated in plants. Those linked to glutathione play an important role. However, the reactions responsible for its oxidation have not been clearly identified. Here, analysis based on available biochemical, transcriptomic and genetic data emphasized likely important questions to be elucidated for a full understanding of how stress-related redox regulation might impinge on phytohormone-related signaling pathways. Using a reverse genetics approach and the photorespiratory conditional cat2 mutant, we studied the response and functional importance of three potential routes for glutathione oxidation pathways mediated by glutathione S-transferases, glutaredoxin dependent peroxiredoxins, and dehydroascorbate reductases (DHAR) in Arabidopsis during oxidative stress. Hence, interplay between different DHARs appears to be necessary to couple ascorbate and glutathione pools and to allow glutathione-related signaling during enhanced H2O2 metabolism. In addition to experimental work, modelling is another way to investigate H2O2 production and its metabolism related to catalase activity and ascorbate glutathione pathway. This approach led to major conclusions, that catalase and ascorbate peroxidase can share the load in H2O2 processing even in optimal growth conditions. Furthermore, simulations propose that NADPH availability may determine glutathione oxidation through its influence on monodehydroascorbate reduction. Taken together, experimental results and our kinetic model strengthen that the sensitivity of glutathione status to oxidative stress acts as a suitable sensor of increased H2O2.

Dans les neurones et les cellules vasculaires cérébrales, les dérivés réactifs de l’oxygène jouent un double rôle puisqu’ils peuvent avoir à la fois des effets bénéfiques, à faibles concentrations, et des effets délétères, à des concentrations élevées. Chez la souris, la circulation cérébrale se distingue des autres lits vasculaires puisque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est le principal médiateur endothélial relaxant endogène. L’objectif de notre première étude a été de caractériser l’implication physiologique du H2O2 dérivé de la eNOS dans la fonction endothéliale cérébrale de la souris. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués dans la dilatation induite par l’augmentation de débit intra-luminal (flow-mediated dilation, FMD). La FMD est la réponse à un stimulus physiologique endothélial la plus représentative de la situation in vivo. Nous avons démontré que le H2O2, et non le monoxyde d’azote (NO), dérivant de l’activation de la eNOS cérébrale, est le principal médiateur de la FMD. Cependant, nous connaissons très peu de données sur l’évolution de la voie du H2O2 au cours du vieillissement qu’il soit associé ou non aux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires. Au cours du vieillissement, au niveau périphérique, les facteurs endothéliaux constricteurs ou dilatateurs évoluent en fonction de l’augmentation de stress oxydant. La présence de facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires, telle que l’hypercholestérolémie, pourrait accentuer l’augmentation du stress oxydant et ainsi accélérer la dysfonction endothéliale. Au niveau cérébral, très peu de données sont disponibles. Dans le cadre de notre deuxième étude, nous avons émis l’hypothèse qu’un débalancement des facteurs endothéliaux pourrait être à l’origine (1) de la dysfonction endothéliale cérébrale observée au cours du vieillissement et (2) de la dysfonction endothéliale précoce qui apparaît en présence d’athérosclérose. Nos résultats ont montré que l’augmentation de stress oxydant associée au vieillissement conduit à une libération endogène accrue de TXA2 qui diminue la voie du H2O2 au niveau cérébral et, par conséquent, réduit la dilatation dépendante de l’endothélium. De plus, la présence d’athérosclérose accélère l’apparition de la dysfonction endothéliale cérébrale. Le rôle clé joué par le stress oxydant a été confirmé par un traitement préventif avec l’antioxydant catéchine qui a permis de renverser tous les effets délétères de l’athérosclérose sur les fonctions endothéliales cérébrales. Finalement, la dysfonction endothéliale cérébrale précoce, associée avec l’athérosclérose, pourrait non seulement augmenter l’incidence de développer des accidents vasculaires cérébraux (AVC) mais aussi induire une diminution du débit sanguin cérébral et, ultimement, affecter les fonctions neuronales. Dans le cadre de notre troisième étude, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation de stress oxydant est associée avec une diminution du débit sanguin cérébral et un déclin subséquent des fonctions cognitives. Nous avons utilisé des souris athérosclérotiques âgées de 3 mois que nous avons soumises, ou pas, à un traitement chronique à la catéchine. Nos travaux montrent qu’un traitement préventif avec la catéchine peut prévenir les effets néfastes de l’athérosclérose sur la FMD, le débit sanguin et le déclin des fonctions cognitives qui est normalement associé au vieillissement. Nos résultats ont permis de distinguer l’effet du vieillissement des effets de l’athérosclérose sur les fonctions vasculaires cérébrales. Le traitement préventif avec la catéchine a eu des effets bénéfiques marqués sur la fonction endothéliale cérébrale, le débit sanguin cérébral et les fonctions cognitives, démontrant le rôle clé de l’environnement redox dans la régulation des fonctions cérébrales. / Reactive oxygen species can have different roles in neurons and cerebral vascular cells as low concentrations are beneficial while unlikable effects are observed at higher concentrations. Mice cerebral circulation is different from other vascular beds as hydrogen peroxide (H2O2) is a major endogenous endothelium-derived relaxing factor. The objective of our first study was to characterize the physiological implication of H2O2 derived from eNOS activation in mice cerebral arteries. We tried to identify the mechanisms implicated in flow-mediated dilation (FMD), the most physiological reactive endothelial function. Our study suggested that H2O2, but not nitric oxide, derived from cerebral eNOS activity was the main factor implicated in the regulation of FMD. However, the evolution of this dilatory pathway through ageing associated or not with risk factors for cardiovascular diseases is poorly understood. Ageing is associated with increase oxidative stress and endothelial dysfunction, the later characterized by an imbalance in the release of endothelial constricting and relaxing factors. Risk factors for cardiovascular diseases, such as hypercholesterolemia, can increase oxidative stress and could hasten endothelial dysfunction. However, the evolution of the endothelial factors through ageing, particularly H2O2 dilatory pathway, in the cerebral circulation is still not well described. In our second study, we hypothesise that alterations in endothelial factors might be responsible for (1) cerebral endothelial dysfunction observed during ageing and (2) the accelerated endothelial dysfunction associated with atherosclerosis. Our results suggested that increased in oxidative stress associated with ageing leads to the release of endogenous TXA2, which in turn, reduces eNOS activity and, consequently, reduces endothelial-dependent dilation. Furthermore, we found that oxidative stress increase associated with atherosclerosis hastens cerebral endothelial dysfunction in mice. The implication of oxidative stress was confirmed by the beneficial effect of the antioxidant catechin on atherosclerosis associated cerebral endothelial function. Finally, premature cerebral endothelial dysfunction observed during atherosclerosis could not only be associated with increase stroke incidence but also associated with a reduction in cerebral blood flow and, ultimately, a decrease in cognitive function. For our third study, we hypothesise that oxidative stress increase during atherosclerosis is associated with reduced cerebral blood flow and an accelerated cognitive function decline normally associated with ageing. We treated 3 month-old atherosclerotic mice with the antioxidant catechin and used untreated mice as controls. Our results suggested that catechin treatment can prevent the decrease in FMD, the decrease in cerebral blood flow and cognitive function decline observed during atherosclerosis. Taken together, our study allows to distinguish the effect of ageing and atherosclerosis on cerebrovascular function. Catechin treatment had beneficial effects on endothelial dilation, cerebral blood flow and cognitive function suggesting that the redox environment is a key player in the regulation of cerebral function.

La candidose oro-pharyngée (COP) est l’infection opportuniste la plus répandue chez les patients infectés au VIH-1. Un modèle de COP chez la souris transgénique (Tg) exprimant une partie du génome du VIH-1 (CD4C/HIVMutA) est maintenant disponible. Grâce à ce modèle, il est possible d’étudier les perturbations quantitatives et fonctionnelles des macrophages exprimant les gènes nef, rev et env du VIH-1 dans le contexte d’une COP. Cette étude démontre que la présence du transgène n’influence pas le pourcentage des macrophages dans la muqueuse buccale et le petit intestin, malgré le fait que la charge buccale de C. albicans soit significativement plus élevée chez les souris Tg. Cependant, l’expression du transgène cause une diminution de la production de H2O2 par les macrophages, ainsi que l’augmentation de la production de la cytokine proinflammatoire IL-6 et de la chimiokine MCP-1. / Oro-pharyngeal candidiasis (OPC) is the most common opportunistic infection in HIV-1 infected patients. An OPC model using transgenic mice (CD4C/HIVMutA) expressing selected genes of the HIV-1 genome is now available. Using this model, it is now possible to study potential quantitative and functional disturbances in macrophages expressing the nef, rev and env genes of HIV-1 in the context of OPC. This study shows that transgene expression does not affect quantitative percentage values of macrophages in the oral mucosa and the small intestine, although burdens of C. albicans loads are increased in Tg mice. Transgene expression does induce diminished H2O2 production in macrophages, while increasing production of the proinflammatory cytokine IL-6 and the chemokine MCP-1.