Les Métallo Protéases Matricielles (MMP) en tant qu'endopeptidases à zinc ont une large gamme de fonctions biologiques allant du remodelage tissulaire à la modulation de la réponse cellulaire. Une modification de leur activité protéolytique est souvent associée à de nombreux désordres biologiques. In vivo, ces protéases sont soumises à de nombreuses modifications post-traductionnelles. Elles sont sécrétées sous formes latentes à l'extérieur des cellules pour être ensuite transformées en forme fonctionnelles. Ces dernières sont ensuite inhibées par des inhibiteurs endogènes. En raison de leur sécrétion dans l’espace extra cellulaire, les MMP sous formes actives ont longtemps été considérées comme de simples ciseaux moléculaires capable de dégrader uniquement la matrice extracellulaire. Cependant, le remodelage tissulaire ne constitue pas la fonction unique et encore moins la fonction principale de ces enzymes. Elles peuvent en effet cliver une grande variété de substrats non matriciels et à ce titre sont impliquées dans la progression tumorale, l'immunité et l'inflammation. Pour ajouter une complexité supplémentaire à la biologie des MMP, il a été récemment montré que certaines MMP ont une localisation intracellulaire associée à des fonctions non protéolytiques. Ces observations, mais aussi celles montrant que ces protease participent à la progression de la maladie alors que d'autres ont une fonction protectrice, soulignent la nécessité de mieux documenter leur activation spatiale et temporelle dans divers contextes biologiques.Le profilage protéique basé sur l'activité vise à analyser l'état fonctionnel des protéines dans des échantillons biologiques complexes. À cette fin, des sondes basées sur l'activité (ABP), qui réagissent avec les enzymes en s’appuyant sur leur mécanisme catalytique, ont été développées pour la détection d’enzymes sous formes actives, notamment dans le cas des protéases à sérine et à cystéine. Une sonde basée sur l’activité (ABP) est classiquement composée : i) d’un groupement réactif conduisant à la modification covalente de résidus au sein du site actif de l’enzyme, ii) d’un motif de liaison imposant la sélectivité au groupement réactif et iii) d’un groupement rapporteur permettant la détection des enzymes ciblées. Cette approche ne s’applique toutefois pas aux MMP, pour lesquelles il n’existe pas de résidus nucléophiles conservés au sein du site actif. À cet égard, tous les ABP ciblant les MMP comportent un groupement photo activable qui, sous irradiation UV, favorise la formation du complexe covalent. De telles sondes photo sensibles ont permis de détecter les MMP sous leurs formes actives dans des tissus et des fluides, mais pas chez les animaux vivants au sein desquels l’étape de photo-activation ne peut être réalisé.Dans ce contexte, en nous appuyant sur un contexte structural favorable et en exploitant la chimie de l'acyl imidazole (LDAI) dirigée par un ligand, nous avons identifié une nouvelle série de sondes capables de modifier de manière covalente les MMP sans recourir à la photo-activation. Nous avons ainsi validé la capacité de ces sondes à marquer de manière sélective et efficace la MMP12 humaine in vitro et dans des protéomes complexes. Dans ce dernier cas, jusqu’à 50ng de hMMP12 correspondant à 0,05% du protéome total peuvent être détectés. Nous avons également déterminé l'identité de l’unique résidu modifié de façon covalente au sein du site actif de la hMMP-12 et vérifié que cette modification avait peu d'impact sur l’activité protéolytique de cette dernière. Nous avons démontré que cette approche permettait de détecter des MMP endogènes. Enfin, nous avons étendu cette stratégie de marquage à un panel plus large de MMP.En développant la première stratégie de marquage des formes actives de MMP «sans photo-activation», il semble maintenant possible d’envisager la détection de ces enzymes à la fois dans les protéomes complexes et in vivo. / Matrix MetalloProteases (MMPs) as zinc endopeptidases have a wide range of biological functions, and changes in their proteolytic activity underlie many biological disorders. Since their proteolytic activity has to be tightly controlled to prevent tissue destruction, theses proteases are subjected to numerous posttranslational modifications in vivo. They are secreted under latent forms outside of the cells, and are subsequently processed into their functional form that can be further inhibited by endogenous inhibitors. Due to their delineated area of activation, MMP active forms have long been considered for their unique ability to degrade extracellular substrates. However, turnover and breakdown of the extracellular matrix are neither the sole nor the main function of MMPs. These enzymes can indeed process a wide variety of non-matrix substrates and are involved in the regulation of multiple aspects of tumor progression, immunity and inflammation. To add further complexity to MMPs biology, some members within the family were recently reported to have intracellular localization associated to non-proteolytic functions. These observations but also those evidencing that some MMPs participate in disease progression while others have a protective function, stress the need to better document their spatial and temporal activation in various biological contexts.Activity-based protein profiling (ABPP) aims to analyze the functional state of proteins within complex biological samples. To this purpose, activity-based probes (ABPs) that react with enzymes in a mechanism-based manner have been successfully developed for the profiling of several enzymes including serine and cysteine proteases. A typical Activity-Based probe (ABP) is composed of i) a reactive warhead, which reacts in a covalent manner with enzyme active site residues, ii) a targeting moiety that imposes selectivity upon the reactive group and iii) a detectable group for subsequent analyses. This approach is not applicable to MMPs, which lack a targetable nucleophile involved in the catalysis. In this respect, all ABPs directed to MMPs are affinity-based probes (AfBPs) containing within their structure a photo cross-linking group that promotes the formation of a covalent complex upon UV-irradiation. Such photoactivatable probes have been successfully developed for the detection of MMPs under their active forms in fluids and tissue extracts, but not in living animals where the photo-activation step is not feasible.By relying on a favorable structural context and by exploiting the ligand-directed acyl imidazole (LDAI) chemistry, we have identified a novel series of AfBPs capable of covalently modifying matrix metalloproteases without making use of photo-activation. These active-site-directed probes whose structure was derived from that of a MMP12 selective inhibitor harbored a reactive acyl imidazole in their P3' position. They demonstrated their labelling specificity in vitro by covalently modifying a single Lysine residue within the MMP-12 S3' region. We also showed that these probes only targeted functional states of hMMP-12 and spared forms whose active site was occluded either by a synthetic or a natural inhibitor. We have validated the ability of these chemical probes to efficiently label human MMP12 in complex proteomes. In this case, down to 50 ng of hMMP12 corresponding to 0.05% of the whole proteome can be labelled and detected by in-gel fluorescence analysis. We demonstrated that this approach also allowed detecting endogenous MMPs secreted by stimulated-macrophages. In addition, by modifying the nature of the targeting moiety, we have extended this affinity-labeling approach to six other MMPs.By developing the first “photo activation-free” strategy to covalently modify active forms of MMPs, the unresolved proteomic profiling of native MMPs should be now accessible both in complex proteomes and in preclinical model in which MMPs are potential relevant targets.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le projet de thèse à pour but de produire et caractériser un nouvel allergène de pollen d'ambroisie. Le projet est décliné en cinq axes: production d'une forme recombinante mature et en conformation native, caractérisation structurale, étude de la fonction enzymatique, étude de l'allergenicité et l'immunogénicité et évaluation du potentiel thérapeutique. / The goal of the thesis project is to product and caracterize a novel ragweed pollen allergen.The project have five axes: production of recombinant mature and native form,structurale caracterization, study of enzymatique function, study of allergenicity and immunogenicity and evaluation of therapeutic potential.

Parmi les insectes phytophages, les pucerons sont particuliers car ils se nourrissent de sève élaborée. Leurs pièces buccales leur permettant d'effectuer des piqûres dans la plante et d'atteindre les faisceaux du phloème, un compartiment dont le ratio protéines/acides aminés est très déséquilibré. C'est pourquoi, dans ce contexte, les pucerons sont réputés comme ne possédant pas l'arsenal enzymatique permettant une bonne utilisation des protéines. Aussi les stratégies utilisant les inhibiteurs de protéases (IP) comme polypeptide entomotoxique ne semblent pas adaptées a priori à ce groupe d'insectes. Or plusieurs IP ont montré des toxicités paradoxales contre les pucerons.<br />Cette étude a pour objectif d'accroître la disponibilité des gènes d'IP originaux et d'en comprendre le mode d'action afin d'en maîtriser l'introduction raisonnée dans les programmes de lutte variétale. <br />Au cours de ce travail de thèse, des informations sur la protéolyse digestive des Homoptères ont été apportées : des protéases à cystéine, les cathepsines (enzymes lysosomiales) sont spécifiquement exprimées dans le tube digestif et dans un organe spécialisé, le bactériocyte. Elles sont la cible potentielle d'inhibiteurs de protéases à cystéine. Lorsque l'Oryzacystatine (inhibiteur de protéase à cystéine, isolé du grain de riz) est exprimé dans le colza, la fécondité du puceron Mysus persicae diminue de 25%. Ce résultat démontre qu'il est donc possible d'exprimer des IP dans le phloème pour lutter contre les pucerons. L'amélioration, par mutagenèse dirigée, d'un inhibiteur de protéases à sérine, isolé du pois, a aussi été effectuée mais son expression hétérologue dans Pichia pastoris ou Arabidospsis thaliana n'a pas permis d'obtenir une forme active. <br />Nous avons cherché à élargir le pool de gènes disponible pour lutter contre les pucerons. L'isolement d'un inhibiteur de protéases à cystéine de l'hémolymphe du puceron a été entrepris au niveau moléculaire et biochimique. Ces résultats démontrent que les IP constituent une nouvelle voie pour lutter contre les pucerons.

L’objectif de ce travail a été de caractériser la souche MPEC Escherichia coli P4. Une étude phylogénétique a montré qu’elle appartenait au groupe phylogénétique A de l’espèce E. coli et que son génome “core” se rapprochait de celui de la souche commensale non pathogène E. coli K12 MG1655 appartenant également au groupe A. Une recherche au sein de son génome de gènes codant différents facteurs de virulence connus chez les autres pathotypes de l’espèce E. coli a permis de détecter uniquement la présence du gène traT, codant un facteur de résistance au sérum. Un criblage de quinze loci d’ARNt connus pour accueillir fréquemment des îlots génomiques, effectué au sein de son génome, a révélé, pour sept d’entre eux la présence de telles structures. Le séquençage partiel ou complet des régions aval à ces sept loci a montré la présence systématique de séquences nucléotidiques différentes de celles présentes chez E. coli K12 MG1655. Si l’analyse du contenu de ces îlots n’a pas encore permis d’expliquer directement la virulence d’E. coli P4, leur mise en évidence est une première de ce type au sein du pathotype MPEC et laisse envisager la découverte d’autres régions génomiques spécifiques à ce pathotype, pouvant expliquer son tropisme et sa nature. Par ailleurs, afin d’évaluer le rôle d’E. coli P4 dans la caséinolyse élevée du lait observée lors d’une mammite bovine, une sécrétion apparemment constitutive de quatre protéases extracellulaires a été mise en évidence par zymographie caséines. L’activité caséinolytique de ces enzymes ne semble toutefois pas significative, laissant envisager plutôt un rôle dans la virulence de la souche / The objective of this work was to characterize the MPEC Escherichia coli P4 strain. A phylogenetic study showed that it belongs to the phylogenetic group A of the E. coli species and that its core genome is similar to the one of the commensal non-pathogenic E. coli K12 MG1655 strain which also belongs to the group A. A search in its genome of different genes encoding virulence factors known among other pathotypes of the E. coli species was done and only the traT gene, encoding a serum resistance factor, was detected. A screening of fifteen tRNA loci known for frequently hosting genomic islands, made in its genome, revealed for seven of them the presence of such structures. The partial or complete sequencing of the regions downstream from these seven loci showed the systematic presence of nucleotide sequences different from those present in E. coli K12 MG1655. If the content analysis of these islands does not yet explain the virulence of E. coli P4, their highlighting is the first of this kind in the pathotype MPEC and suggests the discovery of other genomic regions specific to this pathotype, which may explain its tropism and its nature. In addition, to assessing the role of E. coli P4 in milk caseinolysis observed during bovine mastitis, a constitutive secretion of four extracellular proteases was highlighted by casein zymography. However, the caseinolytic activity of these enzymes does not seem significant. This fact may suggest a role in virulence of the strain

Ce travail se propose d'étudier le procédé de protéolyse enzymatique « contrôlé » par l'état structural initial du substrat en vue d'évaluer son influence sur la cinétique de protéolyse, ainsi que sur les propriétés physico-chimiques et les bioactivités associées des peptides libérés. Pour l'étude, nous avons utilisé un substrat modèle, une protéine connue pour ses propriétés antimicrobiennes, les napines. Cette catégorie de protéines est issue d'un co-produit de l'industrie oléifère faiblement valorisé : le tourteau de colza. Tout d'abord, un procédé d'extraction sélectif et de purification de napines a été mis en oeuvre et optimisé à l'aide d'un plan d'expériences multicritère approprié. Le procédé d'extraction et de purification, réalisé initialement à l'échelle du laboratoire, a pu être extrapolé à plus grande échelle, en respectant une démarche d'éco-conception pour produire des napines en quantité suffisante pour la suite de l'étude. Ce travail a montré que les conditions opératoires du procédé retenu n'endommagent pas les structures secondaire et tertiaire de la protéine. Des activités antimicrobiennes des napines ainsi produites ont été validées sur différents micro-organismes pathogènes (Bacillus coagulans et Fusarium langsethiae). Dans un second temps, une étude concernant l'influence des paramètres pouvant avoir une action sur la structure de la protéine, a été réalisée. L'objectif a été de voir s'il était possible de placer la protéine dans des conditions de pH et de température permettant une déstructuration évolutive, en fonction du temps, et d'observer un éventuel impact sur la cinétique de la protéolyse des napines extraites et sur la nature des peptides libérés. Les résultats ont montré que pour un couple de pH/T donné, la « durée d'incubation » devient un facteur clé pour la dénaturation de napines. Ce dernier influence significativement la cinétique de la protéolyse, le mécanisme d'action de la protéase et, par conséquent, la composition des mélanges libérés. Par la suite, l'influence des hydrolysats sur la croissance de cellules animales productrices d'anticorps, cultivées en milieu sans sérum, et leurs capacités moussantes et émulsifiantes, ont été évaluées. Les résultats ont montré une influence majeure de l'état structural initial du substrat (via le degré d'hydrolyse atteignable pour chacune des conditions étudiées) sur les dites propriétés. Au final, ces études ont mis en avant non seulement le potentiel d'une valorisation accrue des napines de tourteau de colza mais aussi, et surtout, un paramètre déterminant sur le « contrôle » du procédé de protéolyse enzymatique pour la production dirigée de peptides / This work aims to study the process of enzymatic proteolysis "controlled" by the initial structural state of the substrate in order to assess its influence on the proteolysis kinetics as well as the physico-chemical properties and associated bioactivity of released peptides. For this study, rapeseed meal napins, known for its antimicrobial activity were used as a substrate. First, a selective extraction and purification process of napines were optimized by an appropriate experimental design. The extraction and purification process initially made at laboratory scale was easily scaled-up. We showed that the operating conditions of these processes would not damage the secondary and tertiary structure of the protein. Moreover, we confirmed an antimicrobial activity of the obtained napins on various microorganisms (Bacillus coagulans and Fusarium langsethiae). In a second step, the study on the influence of the parameters can have an effect on the structure of the protein was performed. The objectives were to see if it was possible to place the protein under conditions of pH and temperature for a progressive breakdown in function of time, and observe any impact on the kinetics of the proteolysis of napines extracted and the nature of the released peptides. The results showed that for a couple of pH / T given the "incubation duration" becomes a key factor for the denaturation of napines. This significantly influences the kinetics of proteolysis, the mechanism of action of the protease, and therefore, the composition of mixtures released. Subsequently, the influence of hydrolysates on the growth of antibody-producing animal cells grown in serum-free medium, and foaming and emulsifying capacity, were evaluated. The initial results showed a major influence of the structural state of the substrate (via the degree of hydrolysis achievable for each of the conditions studied) on such properties. Ultimately, these studies have highlighted not only the potential for increased value of napines rapeseed meal but also, and especially, a key parameter "to control" the process of enzymatic proteolysis for production directed peptides

Le traitement du VHC connaît une évolution rapide avec le développement d'antiviraux à action directe plus efficaces et mieux tolérés qui vont modifier les stratégies thérapeutiques, les facteurs prédictifs de réponse et les modalités de suivi des patients. Notre travail s'intéresse aux paramètres de suivi du traitement que sont les dosages pharmacologiques de ribavirine et le suivi des cinétiques virales lors d'une trithérapie. L'étude d'une cohorte prospective incluant 186 patients sous trithérapie par IP montre que 60% d'entre-eux présentent une SVR12 et que les facteurs prédictifs sont le génotype de l'IL28B et la réponse au précédent traitement. Une diminution de la filtration glomérulaire réversible est également observée. La mesure du taux résiduel de ribavirine permet de réduire les risques hématologiques chez des patients insuffisants rénaux, la réalisation de l'ASC témoigne d'une moins bonne exposition à la ribavirine chez des patients co-infectés par le VIH/VHC et la biodisponibilité de la ribavirine et la sévérité des anémies augmentent chez des patients traités par télaprévir. Au sein de la cohorte CUPIC, la négativation ou la diminution >50-70% de la charge virale initiale à S2 de trithérapie sont fortement prédictives de la SVR12. Cette mesure à S2 permet aussi de dépister les échappements viraux précoces. La place de la ribavirine est importante dans les associations thérapeutiques actuelles et futures. Sa surveillance pharmacologique peut avoir un intérêt au cours de futures multi-thérapies exposant à d'éventuelles interactions médicamenteuses / The rapid development of new direct antiviral agents (DAA) against HCV gives hope of more potent and well tolerated treatments. These new compounds will deeply modify therapeutic schedules, virological response prognostic factors and patients’ monitoring. The aim of our work was to define the relevance of ribavirin plasma concentration and viral kinetics monitoring during triple therapy. The study of a prospective cohort including 186 patients under triple therapy showed an SVR12 rate of 60%. Associated predictive factors were IL-28B genotype and previous treatment response. A reversible decrease of glomerular filtration rate was also observed. Ribavirin plasma concentration monitoring reduced hematological risks among patients with renal insufficiency. Early ribavirin plasma exposure showed an underexposure among HIV/HCV patients and ribavirin biodisponibility with severe anemia increased among telaprevir-treated patients. Within the CUPIC cohort, the initial viral load undetectability or decrease up to 50% or 70% at week 2 of triple therapy were predictive of SVR12. Moreover, this week 2 viral load assessment allowed the detection of early viral breakthrough. Ribavirin still plays a major role in current and future therapeutic strategies. Ribavirin monitoring could also be important during future multi-drug therapy that could be associated with drug interactions

Les muscles squelettiques, responsables des mouvements volontaires tels que la locomotion ou le maintien de la posture, représentent environ 40% de la masse corporelle.Cette masse musculaire est maintenue par plusieurs voies de signalisation qui régulent entre autres l’équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines myofibrillaires. En ciblant la voie de signalisation Akt/mTOR, la myostatine est un régulateur négatif de la myogenèse. Elle inhibe la différentiation myogénique et le renouvellement cellulaire. Parmi les différents facteurs moléculaires extracellulaires qui régulent la myostatine, les protéines GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) ont été décrites comme des antagonistes de son activité. L’Unité de Génétique Animale a développé plusieurs stratégies qui permettent d’appréhender les mécanismes moléculaires qui régissent le(s) rôle(s) des protéines GASP au cours du développement musculaire. Ainsi, la création de la lignée murine appelée surGasp-1-20 a permis de montrer que la surexpression de Gasp-1 entraîne un phénotype hypermusclé associé à une hypertrophie des myofibrilles. Une analyse de l’expression génique dans des myoblastes dérivés des cellules satellites montre une surexpression de la myostatine corrélant avec une absence d’hyperplasie chez les souris surGasp-1-20. Des études similaires actuellement en cours pour la protéine GASP-2 devraient permettre de préciser son rôle dans le contexte musculaire. Les protéines GASP sont également définies comme des inhibiteurs composés hétérotypiques caractérisés par plusieurs domaines inhibiteurs pouvant moduler l’activité de différentes protéases. Parmi ces différents domaines,le second domaine Kunitz de GASP-2 a été précédemment décrit comme pouvant inhiber la trypsine. Dans ce travail, nous avons pu montrer que les deux protéines entières conservent cette capacité d’inhibition. Nos résultats indiquent cependant que GASP-1 et GASP-2 présentent une différence de spécificité due à la composition du second domaine Kunitz et non à l’environnement moléculaire présent dans chacune des protéines. Enfin, nous proposons un modèle structural du second domaine Kunitz impliqué dans la dualité fonctionnelle dans l'inhibition anti-trypsine de GASP-1 et GASP-2. / Skeletal muscles, responsible for voluntary movements such as locomotion or posture maintenance, represent about 40% of body mass. This muscle mass is maintened by several signaling pathways that regulate , among other things, the balance between synthesis and degradation of myofibrillar proteins. By targeting the Akt/mTOR pathway, myostatin is anegative regulator of myogenesis. It inhibits myogenic differentiation and cell turnover. Among the various endogenous molecular factors that regulate myostatin, proteins GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) have been described as antagonists of its activity. The Animal Genetics Unit has developed several strategies to understand themolecular mechanisms that govern the role (s) of GASP proteins during muscle development.Thus, the creation of the transgenic mouse line named surGasp-1-20 has shown that overexpression of Gasp-1 results in a hypermuscular phenotype associated with myofibril hypertrophy. An analysis of gene expression in myoblasts derived from satellite cells showed overexpression of myostatin correlating with an absence of hyperplasia in Gasp-1-20 mice.Similar studies currently underway for the protein GASP-2 should clarify its role in the muscular context. Proteins GASP are also defined as compound heterotypic inhibitors characterized by several inhibitory domains that can modulate the activity of different proteases. Among these different modules, the second Kunitz domain of GASP-2 was previously been described asable to inhibit trypsin. In this work, we have shown that the two whole proteins conserve this capacity of inhibition. However, our results indicate that GASP-1 and GASP-2 exhibit a difference in specificity due to the composition of the second Kunitz domain and not to the molecular environment present in each of the proteins. Finally, by modeling, we propose a structural model of the second Kunitz domain of GASP-1 and GASP-2 implicated in the antitrypsin inhibition specificity

Clostridium difficile est une bactérie pathogène responsable de diarrhées nosocomiales et de la plupart des colites pseudomembraneuses. Le principal facteur de risque est la prise d’antibiotiques qui altère la composition du microbiote intestinal, et favorise ainsi l’implantation de la bactérie au niveau colique. Après une étape de colonisation, la bactérie produit ses principaux facteurs de virulence, les toxines A et B. La colonisation est un processus multifactoriel, qui met en jeu différentes protéines de surface dont des adhésines et une cystéine protéase Cwp84.Dans une première partie, nous avons analysé le processus de maturation de la protéase Cwp84, ainsi que sa localisation dans la bactérie, afin de mieux comprendre son rôle dans la virulence de C. difficile. La protéase recombinante, purifiée sous forme de zymogène, présente un processus de maturation particulier comprenant des clivages successifs, qui aboutissent à la forme mature de 47 KDa. La protéase ainsi activée présente une activité protéolytique sur la fibronectine. Dans la bactérie, Cwp84 existe sous deux formes majoritaires, associées à la surface de la bactérie : une première forme, d’environ 80 KDa, associée aux protéines de la couche S, dont le rôle serait de cliver le précurseur des protéines de la couche S en deux protéines matures ; une deuxième forme, d’environ 50 KDa correspondant vraisemblablement à la forme mature de la protéase recombinante de 47 KDa, est retrouvée à la fois dans la fraction extracellulaire et associée à la surface de la bactérie. Nous avons montré que la protéase rélarguée est capable de se ré-associer sous sa forme mature de manière spécifique à la surface de C. difficile. Dans une deuxième partie, nous avons analysé l’impact de conditions environnementales mimant celles rencontrées par la bactérie au cours de son transit dans le tractus digestif de l’hôte, sur la modulation de facteurs de colonisation, dont la protéase. Nous avons montré qu’un pH acide favorise à la fois l’expression et le processus de maturation de la protéase vers sa forme mature de 47 KDa. Des analyses protéomiques et transcriptomiques ont montré que d’autres protéines impliquées dans colonisation sont surexprimées dans un milieu avec glucose, cette régulation étant vraisemblablement liée à la diminution du pH résultant de la fermentation du glucose plutôt qu’à un effet direct de ce sucre. Cette régulation des facteurs de virulence par le pH acide est probablement un élément favorable au processus de colonisation de l’hôte. Ces différentes analyses ont également permis l’identification de facteurs de virulence potentiels, qui devront être caractérisés par la suite. / Clostridium difficile, a gram-positive spore-forming, anaerobic bacterium, is the etiological agent of pseudomembranous colitis and of many cases of nosocomial diarrhea. The main risk factor is the use of antibiotics that alters the intestinal microbiota, predisposing to C. difficile intestinal colonization. C. difficile pathogenicity is mediated mainly by its A and B toxins, secreted after host colonization that involves various surface proteins, including different adhesins and proteolytic enzymes as the cysteine protease Cwp84.We sought to analyze the localization and the maturation process of the proteaseCwp84. We showed that the recombinant protein Cwp8430-803, purified as zymogen form, presents a particular maturation process including consecutive cleavages, leading to the mature form of 47 kDa. This protease has a proteolytic activity against the fibronectin. Two identifiable forms of the protease were found to be associated in the bacteria: a form of about 80 kDa and a cleaved one of 47 kDa, identified as the mature protease. They were found mainly in the bacterial cell surface fractions, and weakly in the extracellular fraction. The 80 kDa protein was non covalently associated to the S-layer proteins, while the 47 kDa form was found to be tightly associated with the underlying cell wall. Our data supported that the anchoring of the Cwp84 47 kDa form is presumably due to a re-association of the secreted protein.We also studied the regulation of virulence factors depending of environmental conditions that mimic those encountered by the bacterium in the digestive tract. We showed that an acidic pH affects the expression and the proteolytic process of Cwp84. The mature form was only recovered with an acidic pH. Proteomic and transcriptomic analysis of some surface proteins involved in colonization revealed that their expression was increased in media containing glucose. However, this regulation is probably related to the decrease in pH resulting from fermentation of glucose, rather than a direct effect of glucose. The acidic pH could lead in vivo to modulation of virulence factors expression and is probably a favorable feature in the colonisation process. We also identified new surface associated-proteins, that could represent potential virulence factors; they will be characterized later.

Clostridium difficile est responsable de vingt-cinq pour cent des diarrhées post-antibiotiques et de la majorité des cas de colite pseudomembraneuse. C'est un bacille anaérobie à Gram positif sporulant. La bactérie est recouverte par un réseau cristallin bidimensionnel appelé couche S. Elle est formée par deux sous-unités de haut et bas poids moléculaire issues du clivage du précurseur SlpA par la protéase Cwp84. Ces deux protéines sont codées par des gènes situés dans le locus cwp et sont sécrétées par le système de sécrétion de type SecA2. Elles sont impliquées dans l'adhésion/colonisation du côlon par C. difficile. L'adhésion est une étape commune avec la formation du biofilm par les bactéries. Le biofilm est une communauté bactérienne enchâssée et protégée par une matrice extracellulaire produite par les membres de la communauté. C'est le mode de vie principal des bactéries. Nous avons caractérisé la voie de sécrétion de type SecA2 de C. difficile. La protéine SecA2 (codée également par un gène du locus cwp) est essentielle pour la survie de C. difficile. Elle a une double localisation : le cytoplasme et la membrane intracellulaire. SecA2 de B. anthracis est capable de dimériser avec les protéines SecA1 et SecA2 de C. difficile. De plus, la complémentation du mutant secA2 de B. anthracis par le gène secA2 de C. difficile est fonctionnelle. Le rôle de la couche S, de la protéase Cwp84 et de la mobilité dans le biofilm de C. difficile ont été également étudiés. La souche 630∆erm forme un biofilm fin et fragile tandis que le mutant 630∆ermcwp84::erm forme un biofilm épais et robuste. Nous avons montré que l'activité protéolytique de Cwp84 était impliquée dans la formation du biofilm. De plus, une inhibition de la traduction de l'ARN slpA avec un ARN antisens spécifique permet une augmentation de la taille du biofilm formé par la souche 630∆erm. Similairement, l'expression de l’allèle secA2 muté dominant qui bloque au moins partiellement la voie de sécrétion de type SecA2 augmente la taille du biofilm. Nos résultats suggèrent que la couche S, la protéase Cwp84 et la protéine SecA2 sont impliquées dans la formation du biofilm de C. difficile. Par ailleurs nous avons testé un panel de souches dans leur capacité à former un biofilm. Les résultats montrent que les souches non mobiles ne seraient pas capables de former un biofilm épais. Enfin, nous avons étudié la capacité de C. difficile à se développer en aérobiose au sein d’un biofilm mixte avec Bacillus cereus. Nous avons mis en évidence un recrutement et une multiplication de C. difficile dans la pellicule formée à l'interface air/liquide par B. cereus. Un rapport optimal des spores des deux espèces est requis pour le développement de C. difficile dans ces conditions. La présence de spores de C. difficile dans la pellicule suggère que les biofilms de l'environnement pourraient être des réservoirs de spores de C. difficile, et à l'origine de contaminations humaine et animale. / Clostridium difficile is responsible for twenty-five percent of post-antibiotics diarrhea and for most cases of pseudomembranous colitis. It is an anaerobic, sporulating, Gram-positive bacillus. The bacterium is covered by a two-dimensional lattice called S-layer. It is formed by two subunits of high and low molecular weight after the cleavage of the SlpA precursor by the Cwp84 protease. These two proteins are encoded by genes located in the locus cwp and are secreted by the SecA2 secretion system. They are involved in colonic adhesion/colonization by C. difficile. Adhesion is a common step with biofilm formation by bacteria. The Biofilm is a microbial community embedded in and protected by an extracellular matrix produced by the community members. The biofilm is the main bacterial way of life.We have characterized the SecA2 secretory pathway of C. difficile. The SecA2 protein (as encoded by a gene locus cwp) is essential for the survival of C. difficile. It has a dual location: cytoplasm and intracellular membrane. SecA2 of B. anthracis is able to dimerize with SecA1 and SecA2 proteins of C. difficile. Moreover, the complementation of B. anthracis secA2 mutant with secA2 gene of C. difficile is functional.The role of the S-layer, of the Cwp84 protease and of the motility in the biofilm of C. difficile have also been studied. The 630∆erm strain forms a thin and weak biofilm while the 630∆ermcwp84::erm mutant forms a thick and robust biofilm. We have shown that proteolytic activity of Cwp84 was involved in biofilm formation. Furthermore, a decrease in the translation of slpA RNA with an antisense RNA specific permits an increase in the size of the biofilm of the strain 630∆erm strain. Similarly, the expression of the dominant mutated secA2 allele, which at least partially blocks the SecA2 secretory pathway, increases the biofilm size. Our results suggest that the S-layer, the Cwp84 protease and the SecA2 protein are involved in biofilm formation of C. difficile. On the other hand, we have tested a panel of strains in their capacity to form a biofilm. The results show that non-motile strains are unable to form a thick biofilm.Finally, we have studied the ability of C. difficile to grow aerobically in a mixed biofilm with B. cereus. We highlighted a recruitment and proliferation of C. difficile in the film formed at the air/liquid interface with B. cereus. An optimal ratio of spores of both species is required for the development of C. difficile in these conditions. The presence of C. difficile spores in the film suggests that the environment biofilms could be reservoirs of spores of C. difficile, and the source of human and animal contamination.