Lors de la réponse immunitaire de la drosophile, la voie Toll est activée lors d'un challenge immunitaire par des bactéries à Gram positif ou des champignons. Ce mécanisme est initié soit par la reconnaissance de motifs moléculaires associés aux pathogènes (PAMPs) qui activent la voie de reconnaissance, soit par des facteurs de virulence et des protéases produits par les agents pathogènes qui activent la voie des signaux de danger. Le travail que j'ai effectué a pour but de caractériser les différentes molécules impliquées dans ces cascades protéolytiques en amont de Toll. Cela permettra de reconstituer ces cascades in vitro et de comprendre comment elles sont organisées, comment et où des complexes peuvent être formés. La première partie concerne les approches génétiques utilisées pour générer des mutants des gènes pouvant être impliqués dans l'activation de la voie Toll par la voie des PAMPs. La deuxième partie se concentre sur un homologue inactif de protéase à sérine appelé spheroide et sur son implication dans la voie de reconnaissance des signaux de danger. Pour la première fois, nous avons pu démontrer qu'une protéase inactive est requise dans la cascade protéolytique, et plus particulièrement dans la détection des signaux de danger après un challenge immunitaire par des bactéries pathogènes à Gram positif. / The Toll pathway in Drosophila immune response is activated upon immune challenge with Gram positive bacteria and fungi. This can be achieved either through recognition of Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs), which triggers the recognition cascade; or by virulence factors and proteases produced by the pathogens, which triggers the danger signal cascade. The work I have done aimed to characterize the various molecules involved in proteolytic cascade supstream of Toll. This will help to reconstitute these cascades in vitro and understand how they are organized, how and where complexes could be formed. The first part focuses on genetic approaches used to generate mutants for genes suggested to be involved in the activation of Toll pathway via the recognition cascade. The second part focuses on an inactive serine protease, aserine protease homolog spheroide and its involvement in the danger signal cascade. For the first time, we could demonstrate that an inactive protease is required in the proteolytic cascade,involved in the sensing of danger signais upon immune challenge with pathogenic Gram-positive bacteria.

La dérégulation des facteurs NF-κB, impliqués dans la survie cellulaire et l'inflammation, peut entraîner des pathologies inflammatoires chroniques et des cancers. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse était d'identifier des régulateurs négatifs des voies NF-κB conservées au cours de l'évolution, Toll et Imd, chez la drosophile. De nombreux éléments de ces voies sont régulés par ubiquitination. Les « Ubiquitine Specific Proteases » (USPs) constituent ainsi un nouveau champ d'investigation pour rechercher des régulateurs de ces voies. J'ai réalisé le crible d'une collection d'ARN interférents permettant l'inactivation des 21 USPs de drosophile en cellules S2. Ce crible a mis en évidence trois régulateurs négatifs de la voie Imd, dont un montre également une activité sur la voie Toll. Parmi ces candidats, dUSP36, un homologue de la protéine humaine USP36, avait été préalablement sélectionné par un crible génétique au laboratoire. Des études de l'équipe auxquelles j'ai contribué, montrent son rôle in vivo dans la régulation négative de la protéine adaptatrice Imd via son activité catalytique. Afin de caractériser la fonction des deux autres USPs, j'ai mené des expériences de transgénèse chez la drosophile qui prouvent que ces deux USPs répriment la voie Imd en cas d'infection et qu'elles sont requises pour maintenir l'état inactif de la voie Imd en l'absence d'infection. J'ai également entrepris de caractériser l'activité catalytique des deux USPs in vitro. L'originalité de mon travail a consisté à limiter le crible à une famille de gènes, ce qui a permis de détecter de nouveaux régulateurs qui n'avaient pas été mis en évidence dans des cribles antérieurs.

Le cycle lytique de l'EBV joue un rôle important dans les pathologies associées à ce virus. Participant à la fabrication de la capside virale, la protéase (PR) est essentielle à la production de virions infectieux. Elle représente ainsi une cible de choix pour une stratégie thérapeutique visant à inhiber la réplication virale. Dans ce travail, l'efficacité thérapeutique de siRNA ciblant EBV-PR a été évaluée sur des cellules épithéliales 293 transfectées avec le génome d'EBV B95-8. La diminution de l'ARNm PR a été mesurée par RT-PCR quantitative, la quantité de protéine exprimée, par Western blot, et le nombre de particules virales infectieuses produites, par sur-infection de cellules Raji. L'efficacité du meilleur siRNA anti-PR a été comparée à celle de drogues anti-ADN polymérase anti-CMV puis évaluée en combinaison avec des siRNA ciblant d'autres protéines du cycle lytique d'EBV. Les siRNA anti-PR testés ici permettent d'obtenir une diminution de 70% de l'ARNm PR, de 35% de la protéine et de 95% du nombre de particules virales infectieuses. Comparés aux anti-ADN polymérase, seul le siRNA anti-PR permet d'obtenir une diminution significative de nombre de particules virales infectieuses et son association au ganciclovir permet encore d'augmenter cette efficacité (p<0,05).De même, l'association avec des siRNA ciblant d'autres protéines du cycle lytique permet d'améliorer l'inhibition de la production de particules virales infectieuses. L'ARNi ciblant EBV-PR semble une piste thérapeutique intéressante, éventuellement en association aux thérapeutiques conventionnelles et/ou avec d'autres siRNA anti-EBV, pour limiter la réplication virale dans les pathologies associées à EBV.

PML et les corps nucléaires (CN) sont impliqués dans la défense antivirale. En effet, notre équipe a montré que la surexpression de PMLIII confère la résistance au virus de la stomatite vésiculaire, au virus de l'influenza, au virus foamy mais pas au virus de l'encéphalomyocardite (EMCV). J'ai montré dans mon travail de thèse que l'EMCV contrecarre le pouvoir antiviral de PMLIII en induisant sa dégradation par un processus dépendant du protéasome et de SUMO. Cependant, les cellules de souris invalidées pour PML sont plus sensibles à l'infection par l'EMCV que les cellules issues de souris parentales. Pour déterminer l'isoforme de PML responsable de cet effet antiviral, j'ai analysé l'effet des sept isoformes de PML (PMLI-VII) et j'ai montré que seule l'expression en stable de PMLIV confère la résistance à l'EMCV en séquestrant la polymérase virale 3Dpol au sein des CN PML. De plus la déplétion de PMLIV augmente la production de l'EMCV dans les cellules traitées par l'interféron. Ces données indiquent le mécanisme par lequel PML confère la résistance à l'EMCV et révèlent que PML est l'une des protéines médiatrices des effets anti-EMCV de l'interféron.

La mucoviscidose est une maladie génétique caractérisée par une obstruction des voies respiratoires, des infections et une inflammation pulmonaire résultant du recrutement massif de neutrophiles qui sécrètent des protéases : l’élastase, la protéase 3 et la cathepsine G. Ces protéases peuvent être sécrétées selon deux voies, la dégranulation ou la sécrétion de NETs (Neutrophil Extracellular Traps), qui sont des fibres de chromatine auxquelles elles sont associées et décrites comme des structures antimicrobiennes. Dans le milieu extracellulaire, la dérégulation du contrôle de l’activité des protéases par leurs inhibiteurs conduit à la dégradation progressive du tissu pulmonaire. Nous avons montré que cette dérégulation était modulée par l’interaction des protéases avec l’ADN présent dans les sécrétions bronchiques des patients et que le ciblage de ces protéases par des inhibiteurs exogènes pouvait être amélioré in vitro par de la DNase ou de la polylysine qui compacte l’ADN. Ce polypeptide est également bactéricide vis-à-vis des pathogènes majeurs de la mucoviscidose, S. aureus et P. aeruginosa. Nos travaux montrent également que les NETs sont sécrétés dans les poumons des patients où ils constituent un réservoir de protéases actives potentiellement délétère et n’ont pas d’effet bactéricide vis-à-vis de S. aureus et P. aeruginosa. Nos travaux montrent que les voies de signalisation conduisant à la sécrétion des NETs varient selon le stimulus, générant des structures aux propriétés différentes. / Cystic fibrosis (CF) is a hereditary disease characterized by the obstruction of the airways, infections and a chronic lung inflammation due to a massive recruitment of neutrophils that secrete proteases: the elastase, the proteinase 3 and the cathepsin G. These proteases can be secreted by two mechanisms, namely degranulation and the secretion of NETs (Neutrophil Extracellular Traps), which are chromatin fibers to which they are bound and that have been described as antimicrobial structures. In the extracellular environment, the dysregulation of these proteases control by their inhibitors leads to progressive lung tissue degradation. We have shown that this dysregulation was influenced by the interaction of the proteases with the DNA found in the lung secretions of CF patients and that targeting these proteases with exogenous inhibitors could be improved in vitro by DNase or polylysine, which compacts DNA. This polypeptide also presents a bactericidal effect towards the major CF-associated pathogens, S. aureus and P. aeruginosa. Our work also shows that NETs are secreted in the lungs of CF patients, where they are a potentially deleterious reservoir of active proteases, and that they do not display any bactericidal effect towards S. aureus and P. aeruginosa. Our work shows that the signalization pathways leading to NETs secretion vary depending on the stimulus, generating structures that present different properties.

L’utilisation intensive des antibiotiques a conduit à l’émergence inquiétante de souches bactériennes multi-résistantes, notamment chez les salmonelles et les colibacilles responsables de maladies infectieuses préoccupantes en santé publique et vétérinaire. Les peptides de défense de l’hôte (HDP) constituent les effecteurs antimicrobiens essentiels de l’immunité innée des animaux. La principale famille d’HDPs chez les oiseaux sont les défensines aviaires, dont deux membres (AvBD2 et AvBD7) isolés de la moelle osseuse du poulet présentent un large spectre antibactérien et constituent ainsi des molécules candidates alternatives aux antibiotiques. Pour démontrer l’intérêt thérapeutique de l’AvBD2 et de l’AvBD7, nous avons (1) prouvé leur efficacité antibactérienne in vitro contre des souches cliniques multirésistantes, (2) montré leur stabilité structurale et fonctionnelle face aux protéases digestives majeures, (3) mis en évidence un nouvel effet antimicrobien dans les macrophages infectés, et finalement (4) prouvé le concept thérapeutique en réduisant la mortalité et la charge bactérienne après injection d’AvBD7 dans un modèle de salmonellose systémique létale chez la souris. / Large-scale use of antibiotics has leaded to the emergence of multi drug resistant bacterial strains, particularly in the genus Salmonella and Escherichia coli responsible for infectious diseases outbreaks. This constitutes a major veterinary and public health concern. Host defense peptides (HDPs) represent major effector molecules of the animal’s innate immune system. In birds, the main family of HDPs is composed of avian defensins whose two members (AvBD2 and AvBD7) isolated from chicken bone marrow exhibit large spectrum antibacterial activity. Thus, they both constitute potential candidate molecules as alternative to antibiotics. To demonstrate the therapeutic interest of AvBD2 and AvBD7, we have (1) proved their antibacterial efficiency in vitro towards clinical and multi drug resistant bacterial strains, (2) shown their functional and structural stability when facing major digestive proteases, (3) identified a novel antibacterial effect in infected macrophages, and finally (4) proved the therapeutic concept by reducing mortality and bacterial load after AvBD7 injection in a murine model of lethal salmonellosis.

L'hydrolyse enzymatique des protéines thermosensibles des moûts ou des vins a été envisagée comme une technique alternative à l'utilisation des bentonites dans le cadre de la protection des vins vis à vis de la de la casse protéique.Le Laboratoire d'Œnologie et de Chimie Appliqué possède une collection de levures issues du vignoble champenois dont certaines possèdent une activité protéasique exocellulaire.Dans un premier temps, 40 de ces levures, fermentaires et non-fermentaires, ont été présélectionnées. La quantification de leur activité protéasique exocellulaire a été réalisée et nous a conduit à ne retenir que 10 d'entres elles. Ces 10 levures ont fait l'objet d'une identification précise et parmi elles l'une s'est avérée être une Saccharomyces cerevisiae.Cette souche, baptisée S.cerevisiae PlR1, est en mesure d'exprimer son activité protéasique exocellulaire au cours de la fermentation alcoolique.Les conditions de l'expression de cette activité ont été étudiées de même qu'ont été déterminées les principales caractéristiques de la protéase libérée.Par la suite nous nous sommes attachés à étudier dans quelle mesure cette activité protéasique exocellulaire était capable d'hydrolyser les protéines du moût et à identifier les protéines concernées. / The hydrolysis of thermosensitive proteins of grape juice has been proposed as one of the potential alternative methods to the use of bentonite to prevent haze formation in wine.The Laboratory of Enology and Applied Chemistry owns a collection of yeast isolated from the Champenois vineyard, with some yeast showing an exocellular prototeolytic activity.Out of this yeast collection, 40 yeast strains, either fermentative or non fermentative, were selected first. Based on the determination of their exocellular proteolytic activity, 10 yeast strains (out of the 40 yeast strains selected) were further used for this study. Those 10 yeast strains have been carefully identified, being one of them a Saccharomyces cerevisiae.This wild yeast strain, named S. cerevisiae PlR1, is able to express its exocellular proteolytic activity during the alcoholic fermentation.Parameters required for optimal proteolytic activity were determined. Characterization of the secreted protease was also done.It was then searched whether this proteolytic activity can affect must proteins and a tentative identification of the hydrolyzed proteins was carried out.

Ce projet porte sur la synthèse d'oligonucléotides modifiés décorés par des groupements chimiques rappelant les chaines latérales des acides aminés impliqués dans la catalyse enzymatique des protéases à sérine, à savoir l'acide aspartique (Asp), la sérine (Ser) et l'histidine (His) afin d'en mimer l'activité protéolytique. L'approche synthétique de type phosphoramidite a été mise en oeuvre. De ce fait nous avons synthétisé des phosphoramidites fonctionnalisés avec une fonction acide carboxylique rappelant l'Asp, une fonction hydroxyle pour la Ser ou un imidazole pour l'His, correctement protégés pour être ensuite incorporés au sein de séquences oligonucléotidiques, et des phosphoramidites convertibles, qui portent une fonction chimique réactive permettant une conjugaison post synthèse supportée et automatisée de l'oligonucléotide. Ces deux types de phosphoramidites offrent la possibilité de les combiner et donc d'obtenir des séquences hautement fonctionnalisées. Les séquences oligonucléotidiques ont été choisies afin d'apporter un contrôle topologique structurant. Les structures secondaires envisagées sont de type bulge, épingle à cheveux et jonction trois voies car stables grâce aux appariements Watson et Crick entre les bases tout en ayant une flexibilité importante due à la présence de bases non appariées. Les travaux présentés dans ce manuscrit décrivent la synthèse des phosphoramidites modifiés ainsi que l'incorporation du nucléotide convertible de type alcyne au sein de séquences qui ont été conjuguées par CuAAC, et qui ont permi d'obtenir une jonction trois voies qui a été caractérisée par dichroïsme circulaire, gel de polyacrylamide et par dénaturation thermique. / We are interested in the synthesis of modified oligonucleotides decorated by chemical fonctions mimicking the amino acids side chains involved in enzymatic catalysis of serine proteases, acid aspartic (Asp), serine (Ser) and histidine (His), in order to mimic proteolytic activity. The phosphoramidite synthetic approach was choosen. We synthesised functionnalized phosphoramidites bearing either a carboxylic acid function reminding Asp, a hydroxyle function for Ser or an imidazole for His properly protected for their incorporation in oligonucleotides sequences, and convertible phosphoramidites, bearing a reactive function that permits a conjugation post automated oligonucleotides solid phase synthesis. Oligonucleotides sequences have been choosen in order to have a perfect structural control. The envisaged secondary structures are bulge, hairpin and three way junction because of their stability, thanks to Watson et Crick base pairing, and their flexibility thanks to the unpaired bases. The work presented here regards the synthesis of modified phosphoramidites and their incorporation of the convertible alkyne in sequences then conjugated by CuAAC reaction to form a three way junction whose stability and physico-chemical behavior have been evaluated.

Les sphingolipides et plus particulièrement les bases à longue chaîne (LCBs) jouent un rôle crucial dans l'induction de la mort cellulaire programmée. Chez les végétaux, la fumonisine B1 (FB1), une mycotoxine produite par le champignon nécrotrophe Fusarium moniliforme, perturbe la voie de biosynthèse des sphingolipides ce qui conduit à l'accumulation des deux LCBs majoritaires chez Arabidopsis thaliana, à savoir la phytosphingosine (PHS) et la dihydrosphingosine (DHS). Néanmoins, la voie de signalisation induite par la FB1 demeure largement inconnue à ce jour. En utilisant A. thaliana, l'équipe a récemment montré qu'en réponse aux LCBs ou à la FB1, les protéines 14-3-3 sont phosphorylées par la protéine kinase dépendante du calcium CPK3, à laquelle elles sont associées de manière constitutive. Cette phosphorylation conduit à la dissociation du complexe CPK3/14-3-3s et au clivage de la protéine kinase qui a été identifiée comme étant un régulateur majeur de cette voie de signalisation. L'objectif de mon travail de thèse s'est inscrit dans la continuité de ces travaux et a consisté, de manière générale, à une meilleure compréhension des processus impliquant la protéine kinase CPK3, notamment sa régulation par les 14-3-3s et son devenir après la dissociation du complexe en réponse aux LCBs. A travers mes travaux de thèse, j'ai pu montrer que CPK3 interagit préférentiellement avec les isoformes de 14-3-3s appartenant au groupe non-epsilon de manière phospho- et calcium-dépendante en condition contrôle. Suite à sa perte d'interaction avec les 14-3-3s, j'ai montré que le domaine variable N-terminal de CPK3 est clivé de manière LCB-dépendante. Ce clivage est à corréler avec l'activation, dépendante de la PHS et de la FB1, de la protéase à cystéine de type papaïne, RD21 (responsive-to-dessication 21). De manière intéressante, alors que la forme pleine longueur de CPK3 est principalement associée aux membranes en condition contrôle, la forme clivée de cette protéine kinase est retrouvée exclusivement au niveau de la fraction soluble. Une approche génétique associée à des analyses phénotypiques indique que RD21 agit en tant que régulateur négatif de la PCD induite par la FB1 chez A. thaliana. / The sphingolipids and more particularly the long chain bases (LCBs) play a crucial role in the induction of programmed cell death. In plants, the mycotoxin fumonisin B1 (FB1) produced by the necrotrophic fungus Fusarium moniliforme disrupts sphingolipid biosynthesis, leading to the accumulation of the two major LCBs in Arabidopsis thaliana, i.e. phytosphingosine (PHS) and dihydrosphingosine (DHS). However, the FB1-induced signaling pathway remains largely unknown. By using A. thaliana as a plant model, the team has recently shown that, upon LCB or FB1 treatment, 14-3-3 proteins are phosphorylated by the calcium-dependent protein kinase, CPK3, with which 14-3-3s are constitutively associated. This phosphorylation event leads to the dissociation of the CPK3/14-3-3 complex and to CPK3 cleavage, which was identified as a crucial regulator of this signaling pathway. In this context, the objectives of my thesis were to get a deep further in the knowledge of this signaling pathway involving the protein kinase CPK3, including its regulation by 14-3-3s and its becoming after complex dissociation in response to LCBs. Thus, I have shown that CPK3 preferentially binds to the non-epsilon 14-3-3 isoforms in a phospho- and calcium-dependent manner in control condition. After the CPK3/14-3-3 complex dissociation, I have demonstrated that the N-terminal variable domain of CPK3 is cleaved in a LCB-dependent manner. This cleavage can be correlated with the PHS/FB1-induced activation of the papain-like cysteine protease, RD21 (responsive-to-dessication 21). Interestingly, while full-length CPK3 is mainly associated to membranes in control condition, its FB1-induced cleaved form becomes soluble. A genetic approach associated to phenotype analyses indicates that RD21 acts as a negative regulator of FB1-induced cell death in A. thaliana.

Parce qu’ils sont la première cause virale d’infections des voies respiratoires supérieures et inférieures, les rhinovirus humains (RVH) constituent un problème majeur de santé publique. À ce jour, aucun vaccin ni antiviral n’est disponible pour lutter contre ces agents pathogènes. Un crible en doublehybride chez la levure nous a permis d’identifier un nouveau partenaire peptidique de la protéase virale à cystéine 2A (2Apro), l’hexapeptide LVLQTM. Ce dernier agit comme un véritable pseudosubstrat de la 2Apro et inhibe son activité. Ce peptide a été modifié chimiquement à son extrémité C-terminale avec un groupement réactif électrophile fluorométhylcétone pour former une liaison covalente avec le groupement thiol nucléophile du site actif de l'enzyme viral. Des expériences réalisées ex vivo et in vivo ont montré que le peptide LVLQTM modifié était un puissant inhibiteur de la réplication du RVH dans les cellules A549 et chez la souris. La structure 3D déjà connue de la 2Apro du RVH-2 a ensuite permis de modéliser la fixation de LVLQTM dans la poche de liaison du substrat de la protéase et la comparaison des séquences des 2Apro des espèces RVH-A, -B et -C a révélé que les résidus impliqués dans l'interaction avec le peptide LVLQTM sont relativement bien conservés. Si le peptide inhibiteur semblait donc agir contre tous les sérotypes de RVH, son utilisation à des fins thérapeutiques pouvait être étendue à d'autres entérovirus puisqu’il inhibait également la 2Apro de l’entérovirus 71 (EV-71) et par conséquent la réplication virale. De plus, la comparaison de la séquence des protéases 2A de l’EV-71 avec celle du RVH-A2 n’a révélé aucune différence majeure. Par conséquent, cette étude ouvre de nouvelles perspectives dans la mise au point d’un antiviral à large spectre d’action contre tous les entérovirus / Human rhinoviruses (HRV) remain a significant public health problem as they are the major cause of both upper and lower respiratory tract infections. To date no vaccine or antiviral are available against these pathogens. Using a high-throughput yeast two-hybrid screening, we identified a six amino acid “hit” peptide, LVLQTM, which acted as a pseudo-substrate of the viral 2A cysteine protease (2Apro) and inhibited its activity. This peptide was chemically modified at its C-terminus with a reactive electrophilic fluoromethylketone group to form a covalent linkage with the nucleophilic active site thiol of the enzyme. Ex vivo and in vivo experiments showed that thus converted, LVLQTM was a strong inhibitor of HRV replication in both A549 cells and mice. Based on HRV-2 2Apro crystallographic data, a virtual docking model was then set up to predict the inhibitor binding mode into the ligand binding pocket of the enzyme. Sequence comparison between different 2Apro from HRV-A, -B and –C species revealed that the aminoacid residues involved in the interaction with the inhibitor are relatively well conserved. If our peptide inhibitor seemed to be of general use against all HRV serotypes, its use for therapeutic purposes could be extended to other enterovirus-associated diseases since it was also active against Human Enterovirus 71 (EV-71) 2A proteases and EV-71 replication. Moreover, comparison of the sequence of these proteases with the one of HRV-A2 revealed only minor differences in the residues involved in the interaction with LVLQTM. Therefore, this study opens new doors in the development of an antiviral against a wide range of enteroviruses