Les séquences d'insertion sont des parasites moléculaires d'ADN codant uniquement pour leur machinerie de transposition et sont retrouvées majoritairement dans les génomes et les plasmides des procaryotes. Le séquençage génomique massif de la dernière décennie nous a permis de détecter chez des souches bactériennes cliniques plusieurs gènes de résistance aux antibiotiques associés aux séquences d'insertion sous forme de transposons composés. Il a été suggéré que les séquences d'insertion jouent un rôle prépondérant dans l'évolution bactérienne et qu'elles possèdent un pouvoir recruteur permettant de sélectionner, réorganiser et propager des gènes conférant un avantage sélectif à l'hôte. Nous avons partiellement caractérisé le potentiel recruteur de deux séquences d'insertion associées à des gènes de résistance, la séquence IS26 de Proteus vulgaris et la séquence ISJO de Salmonella typhimurium, en observant les étapes de recrutement d'un gène chromosomique et leurs distributions épidémiologiques en consultant les banques de données. / Insertion sequences are DNA molecular parasites encoding exclusively their transposition function, and are mainly found within the genomes and plasmids of prokaryotic organisms. The massive genomic sequencing we have witnessed in the last decade has allowed us to detect in clinical bacterial isolates many antibiotic resistance genes associated with insertion sequences in the form of composite transposons. It has been suggested that insertion sequences may act as a primary modulator of bacterial evolution, and that they possess a recruitment capacity allowing them to select, reorganize and spread genes encoding adaptation functions for their hosts. We have partially characterized the recruitment potential of two insertion sequences well known for their association with antibiotic resistance genes, IS10 from Salmonella typhimurium and 1S26 from Proteus vulgaris, by observing the steps involved in the recruitment process of a chromosomal gene and their epidemiological distribution by consulting various databanks.

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 avril 2024) / Recouvrant la glace surélevée de Ward Hunt (traduction libre de *Ward Hunt Ice Rise, WHIR*) (Nunavut, Canada), des trous reconnus comme étant des points chauds de diversité microbienne avec des taux d'infection virale très élevés y sont retrouvés. La WHIR est actuellement stable, mais elle fait face aux conséquences des changements climatiques drastiques. Ce milieu naturel est éloigné des activités anthropiques et peut servir de référence avant d'être irréversiblement impacté. De plus, les communautés microbiennes des cryoconites ont su développer des gènes de résistance aux antibiotiques (GRA) loin de l'influence anthropique. Ainsi, les objectifs seront de caractériser la diversité et l'abondance virale et bactérienne dans l'eau de fonte et les sédiments des cryoconites. De plus, la présence de GRA, associés ou non aux virus sera identifiée. Les hypothèses sont les suivantes ; i) que les sédiments présentent une richesse relativement élevée de taxons viraux et bactériens par rapport à l'eau de fonte ; ii) que l'eau de fonte et les sédiments hébergeront des taxons spécifiques, entraînant un indice de dissimilarité élevé ; et iii) que les sédiments agiront comme un réservoir naturel de multiples GRA et que les virus joueront un rôle dans la dissémination de ces gènes. Une analyse par métagénomique a permis de conclure que l'eau de fonte présente une diversité microbienne plus élevée en comparaison avec les sédiments et que huit familles de GRA ont été retrouvées dans les sédiments de cryoconites, mais aucun GRA n'a été associé aux virus. Cette étude apporte donc de nouvelles données sur la diversité microbienne et recense la présence de GRA des cryoconites de l'Arctique canadien situés sur la WHIR. / Covering the Ward Hunt Ice Rise (Nunavut, Canada), meltwater-filled holes recognized as hotspots of microbial and viral diversity are present. While the Ward Hunt Ice Rise (WHIR) is currently stable, it is experiencing drastic climatic changes. Consequently, this pristine and remote environment can serve as a reference point for the future impacts of climate change. Moreover, cryoconite communities may support antimicrobial resistance gene (ARG) profiles, which have developed in isolation from anthropogenic antimicrobial pollution. Identifying environmentally intrinsic ARGs could serve as a comparative baseline to future community change. The objectives of this work were to characterize viral and bacterial diversity and abundance in meltwater and sediments. Additionally, the presence of ARGs within cryoconites was assessed, as was their association or lack thereof, with viral genomes. The hypotheses are: i) that sediments exhibit a relatively high richness of viral and bacterial taxa compared to meltwater; ii) that meltwater and sediments potentially harbor specific taxa, leading to a high dissimilarity index; and iii) it is hypothesized that sediments will act as a natural reservoir for multiple ARGs, with viruses playing a role in the dissemination of these genes. Metagenomic analyses revealed that meltwater represents the highest microbial diversity compared to sediments. Eight families of ARGs were identified in cryoconite sediments, but none were associated with viruses. This study provides new insights into microbial diversity and documents the presence of ARGs from Canadian Arctic cryoconites in the LIA.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Cette thèse de doctorat présente la problématique de résistance aux antibiotiques parmi les pathogènes bactériens en émergence et en réémergence à travers le monde. En effet, le développement et la propagation des mécanismes de résistance compromet l’efficacité des traitements antibactériens disponibles et met en danger la vie des patients infectés. Cette thèse se concentre sur l’identification de nouvelles cibles antibactériennes et sur le développement de nouvelles classes d’agents antibactériens en utilisant le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa en tan que modèle d’étude. Le premier chapitre aborde l’exploitation des protéines de division cellulaire FtsZ et FtsA en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature détaillée, deux articles scientifiques décrivent la synthèse et la sélection d’inhibiteurs contre FtsZ et FtsA. Ces inhibiteurs représentent des candidats prometteurs en vue du développement d’une nouvelle classe d’agents antibactériens. Le deuxième chapitre du corps de la thèse porte sur l’utilisation des amides ligases MurC, MurD, MurE et MurF essentielles à la biosynthèse de la paroi bactérienne en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature sur la biologie de ces enzymes, trois articles scientifiques relatent la sélection d’inhibiteurs peptidiques par présentation phagique contre les enzymes MurD, MurE et MurF. Le mode d’action innovateur de ces inhibiteurs permet d’envisager le développement de nouveaux agents antibactériens par peptidomimétisme. Le dernier chapitre expose le pouvoir antibactérien des endolysines de bactériophages. Une revue de la littérature résume le mode d’action et la biologie des endolysines en tant qu’agents antibactériens efficaces ciblant l’intégrité de la paroi bactérienne. Par la suite, un article décrit la capacité de l’endolysine du phage ΦKZ à hydrolyser la paroi bactérienne des bactéries à Gram-négatif et à outrepasser les membranes bactériennes. Ainsi, cette enzyme possède un potentiel antibactérien fort intéressant. En conclusion, cette thèse fournit plusieurs pistes attrayantes afin de développer de nouvelles stratégies antibactériennes pour contrer la problématique de résistance aux antibiotiques. / This thesis first presents the critical outcome of antibiotic resistance among emerging and re-emerging bacterial pathogens worldwide. The incessant increase and spread of antibiotic resistance mechanisms compromise the efficiency of available antibacterial therapies and increase the impact of bacterial infections on human mortality and morbidity. This thesis focuses efforts to identify new antibacterial targets in order to develop novel classes of antibacterial agents using the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa as a research model. The first chapter of this thesis reports the exploitation of the cell division proteins FtsZ and FtsA as antibacterial targets. A detailed scientific review is presented along with two articles reporting the synthesis and selection of inhibitors against FtsZ and FtsA. These inhibitors represent potent candidates to develop new classes of antibacterial agents targeting the bacterial cell division process. The second chapter describes the use of the essential bacterial cell wall biosynthesis enzymes MurC, MurD, MurE and MurF as antibacterial targets. A scientific review first summarises the biology of these amide ligase enzymes and three scientific articles report the selection of peptide inhibitors against MurD, MurE and MurF by phage display. The novel mode of action of these inhibitors against the unexploited Mur enzymes can be the basis for future development of antibacterial agents targeting the cell wall biosynthesis pathway by peptidomimetism. The last chapter exposes the antibacterial potential of the phage-encoded endolysin enzymes. A review describes the mode of action and the biology of endolysins as efficient antibacterial agents targeting the integrity of the bacterial cell wall layer. Finally, an article presents the peptidoglycan hydrolytic activity of the P. aeruginosa phage ΦKZ gp144 lytic transglycosylase. This endolysin is able to pass through the bacterial membranes and thus represents a strong candidate for developing new antibacterial therapies against Gram-negative bacteria. In conclusion, this thesis provides various attractive ways to develop new antibacterial strategies and face the problem of antibiotic resistance.

Les intégrons sont des éléments génétiques permettant la capture et l'expression de gènes sous la forme d'unités fonctionnelles nommées cassettes. Une cassette d'intégron est généralement constituée d'un gène suivi d'une séquence de recombinaison nommée site attC. Les cassettes sont mobilisables par un mécanisme de recombinaison spécifique de site qui est catalysé par une intégrase d'intégron. Les intégrons présents sur des éléments mobiles (les intégrons mobiles) sont grandement impliqués dans l'acquisition, l'expression et la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques dans les bactéries à Gram négatif. Malgré toutes les informations dont nous disposons sur les intégrons, les origines des gènes codant pour les intégrases d'intégrons (intl) retrouvés dans les intégrons mobiles demeurent imprécises. De plus, le mécanisme de formation des cassettes reste inconnu. Plusieurs indices suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons retrouvés dans les chromosomes de bactéries environnementales (les intégrons chromosomiques). D'autre part, des éléments génétiques mobiles ciblant les sites attC, nommés introns du groupe UC-attC, pourraient contribuer au recrutement des gènes en les associant avec des sites attC. Les objectifs principaux des travaux de cette thèse ont été divisés en deux volets : i) l'étude des activités de recombinaison d'une intégrase d'intégron chromosomique et ii) l'étude des introns bactériens du groupe UC-attC, dans le cadre de l'évolution des intégrons. L'objectif du premier volet de cette thèse consistait en l'étude des activités d'excision et d'intégration de l'intégrase IntINeu de l'intégron chromosomique de la bactérie environnementale Nitrosomonas europaea ATCC 19718 à l'aide d'un test de recombinaison in vivo. Les objectifs du deuxième volet consistaient en l'étude des introns du groupe UC-attC afin a) de caractériser les promoteurs internes permettant l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques, b) de définir les principes de base de la reconnaissance des séquences cibles (les sites attC), et c) de déterminer leur rôle potentiel dans la formation des cassettes d'intégrons. Les résultats obtenus dans le premier volet ont révélé que l'intégrase IntINeu peut capturer plusieurs cassettes de résistance aux antibiotiques retrouvées dans des intégrons mobiles. Ces résultats suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons chromosomiques de bactéries environnementales. Les résultats obtenus dans le deuxième volet ont révélé que les introns du groupe UC-attC possèdent potentiellement un ou deux promoteurs conservés permettant, à l'occasion, l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques. Ensuite, les études de mobilité de l'intron du groupe UC-attC S.ma.12 provenant d'un isolât clinique de Serratia marcescens ont révélé l'importance de la structure secondaire conservée des sites attC dans la reconnaissance des séquences cibles. Des expériences additionnelles de mobilité ont permis de démontrer que S.ma.12 peut cibler une variété de séquences correspondant à des sites attC, mais également à de possibles terminateurs de transcription. Des études in vitro ont révélé, pour certains des introns à l'étude, les produits d'épissage des exons, les activités de transcription inverse, de même que les activités ADN polymerase de protéines introniques purifiées. Les résultats obtenus dans le deuxième volet de cette thèse ont permis d'élaborer un modèle concret du mécanisme de formation des cassettes d'intégrons.

Les virus influenza comptent parmi les agents pathogènes les plus importants à l'origine d'infections respiratoires graves. Les antiviraux jouent un rôle important dans les infections grippales sévères. Cependant, un usage monothérapeutique de l'oseltamivir (OS), un inhibiteur de la neuraminidase (INA), chez les personnes immunosupprimées (IS) favorise l'émergence fréquente de résistance à ce médicament, ce qui entraîne une mortalité importante chez les individus IS. En revanche, les inhibiteurs du complexe polymérase (baloxavir marboxil (BXM) et/favipiravir (FA)) n'ont pas été bien étudiés en tant que traitement chez les hôtes IS. Par conséquent, une nouvelle stratégie thérapeutique permettant d'éradiquer rapidement les virus influenza chez les patients IS est nécessaire. La combinaison d'antiviraux ciblant différentes étapes du cycle de vie viral peut augmenter l'efficacité antivirale et réduire la fréquence de la résistance aux médicaments par rapport à la monothérapie. Nous avons, dans un premier temps, adapté une souche contemporaine A/Switzerland/9715293/2013 (H3N2) chez des souris C57BL/6 après 15 passages. La caractérisation moléculaire du variant adapté a démontré que la combinaison des mutations dans les gènes PA (K615E) et HA (N122D, N144E, N246K et A304T) constituent des marqueurs important de virulence dans ce modèle. Dans un second temps, nous avons évalué l'efficacité de la combinaison d'OS avec des inhibiteurs de polymérase (BXM et/ou FA) contre le virus influenza A/H3N2 chez des souris pharmacologiquement IS. Nous avons trouvé que les approches de monothérapies avec l'OS ou le FA ont seulement retardé la mortalité, alors qu'un effet synergique sur la survie (80 % de survie) et une réduction des titres viraux pulmonaires ont été observés dans le groupe de la thérapie combinée (OS/FA) comparativement à l'OS. Le BXM simple ou en combinaison avec l'OS et/ou FA a engendré une protection complète (100 % de survie) et une réduction significative des titres viraux pulmonaires. Nous avons également observé que les traitements monothérapeutiques avec l'OS et le BXM ont induit les mutations E119V dans et I38T dans les gènes de la neuraminidase et de la polymérase acide (PA), respectivement, alors que les combinaisons n'ont pas induit de mutation de résistance. Mon projet de thèse démontre que le régime thérapeutique à doses multiples du BXM seul offrait des avantages supérieurs à ceux des monothérapies à base d'OS et de FA contre les virus A/H3N2. De plus, nous avons confirmé le potentiel de la thérapie combinée pour réduire le risque d'émergence de la résistance au sein des populations IS. Le BXM, approuvé en octobre 2018 par la FDA, est un antiviral ciblant la PA des virus influenza. La substitution I38T dans la PA est le marqueur moléculaire de résistance au baloxavir le plus répandu chez les virus de la grippe saisonnière. Le risque pour la santé publique posé par les variants présentant une sensibilité réduite au baloxavir dépend de leur capacité à se répliquer et à se transmettre dans la communauté par rapport aux virus sensibles. Nos objectifs étaient d'étudier : (1) L'impact de la mutation PA/I38T sur la capacité réplicative et la virulence des virus A/Québec/144147/09 (H1N1) et A/Switzerland/9715293/2013 (H3N2) in vitro et in vivo. (2) Le potentiel de transmission par contact direct des virus A/H3N2 de type sauvage (PA/I38) et mutant (PA/I38T) dans un modèle de cochon d'inde afin de prédire la transmissibilité dans la communauté. Nous avons trouvé que la substitution PA/I38T ne modifiait pas la capacité de réplication in vitro dans les cellules ST6GalI-MDCK et A549 dans les deux backgrounds génétiques. Chez les souris, les virus A/H1N1pdm09 et A/H3N2 recombinants portant la mutation PA/I38T ont induit des titres viraux pulmonaires et des pertes de poids comparables au virus sauvage. La substitution PA/I38T-H3N2 a également induit des titres comparables à ceux des virus sauvages dans les lavages naseaux des cochons d'inde et les deux virus se sont transmis de manière équivalente par contact direct. Nous avons trouvé une légère dominance du génotype sauvage (I38) par rapport au génotype mutant (38T) chez des cochons d'inde co-infectés par des mélanges de virus de type sauvage et mutant. Cependant, chez les souris, le génotype mutant a plutôt dominé le génotype sauvage. Collectivement, les virus influenza A contemporains portant la mutation PA/I38T peuvent conserver un niveau significatif de fitness viral, ce qui justifie la surveillance de leur dissémination. / Influenza viruses are among the most important pathogens causing severe respiratory diseases. Antiviral agents are recommended for treatment of severe influenza infections. Virus clearance is usually delayed among high-risk populations, including immunosuppressed (IS) patients. To inhibit virus replication in these individuals, the prolonged use of Oseltamivir (OS), a NA inhibitor (NAI), is required, which frequently leads to the emergence of drug-resistant viruses. In contrast, polymerase inhibitors (baloxavir marboxil (BXM) and favipiravir (FA)) have not been well studied as treatment in IS individuals. Therefore, a new therapeutic strategy to rapidly eradicate influenza viruses in IS patients is needed. Combination therapy with compounds targeting multiple steps in the viral life cycle may improve treatment outcomes and prevent the emergence of resistance. First, we generated a mouse-adapted A/H3N2 virus (A/Switzerland/9715293/2013 (H3N2) by 15 serial passages of mouse lungs. Molecular characterization of the adapted variant demonstrated that the combination of PA (K615E) and HA (N122D, N144E, N246K and A304T) mutations were critical markers of virulence in this model. In a second step, we evaluated the efficacy of OS and polymerase inhibitors (BXM and/or FA) combinations against influenza virus A/H3N2 infections in pharmacologically IS mice. We found that all untreated animals died. OS and FA monotherapies only delayed mortality, while we observed a synergistic improvement on survival (80 %) and lungs viral titers reduction in the OS/FA group compared to OS. BXM alone or in double/triple combination provided a complete protection and significantly reduced lungs viral titers. OS and BXM monotherapies induced the NA/E119V and PA/I38T substitutions, respectively, while we did not detect mutation with combinations. Our study confirms that the multiple dose regimen of BXM alone provided superior benefits compared to OS and FA monotherapies and suggests the potential for drug combinations to reduce the incidence of resistance. BXM, licensed in 2018 by the FDA, is an antiviral targeting the highly conserved cap-dependent endonuclease region of the PA gene. The PA/I38T substitution is the most common molecular marker of BXM resistance in seasonal influenza viruses. The public health risk posed by viruses with reduced susceptibility to BXM depends on their potential capacity to replicate and transmit in the community compared to susceptible viruses. We have two principal objectives: (1) To evaluate the impact of the PA/I38T substitution on the replicative capacity and virulence of A/Quebec/144147/09 (H1N1) and A/Switzerland/9715293/2013 (H3N2) viruses in vitro and in vivo. (2) To evaluate direct contact transmission of wild-type (PA/I38) and mutant (PA/I38T) A/H3N2 viruses in a guinea pig model to predict transmission in the community. We found that the PA/I38T substitution did not alter the in vitro replication capacity in ST6GalI-MDCK and A549 cells in both genetic backgrounds (A/H1N1pdm09 and A/H3N2). In mice, recombinant A/H1N1pdm09 and A/H3N2 viruses carrying the PA/I38T substitution induced viral titers and weight losses comparable to wild-type virus. The PA/I38T-H3N2 substitution also induced titers comparable to wild-type viruses in guinea pig nasal wash samples and both viruses were transmitted equivalently by direct contact. We found a slight dominance of the wild type (I38) over the mutant (38T) genotype in guinea pigs co-infected with mixtures of wild type and mutant viruses. However, in mice, the mutant genotype rather dominated the wild type virus. Collectively, contemporary influenza A viruses carrying the PA/I38T mutation may retain a significant level of viral fitness, warranting their monitoring in the community.

La résistance aux antibiotiques est l'une des principales menaces à la médecine moderne selon l'Organisation mondiale de la santé. Des études effectuées sur l'eau d'usines de traitement des eaux usées (UTE) ont montré qu'elles sont une importante source de gènes de résistance aux antibiotiques (GRA). Cependant, l'air entourant les bassins de traitement d'eaux usées a peu été étudié. Les bioaérosols émis lors de ces traitements ont le potentiel de propager des GRA sur de très longues distances. Ce projet a comme objectif de préciser le rôle des bioaérosols émis par les bassins extérieurs de traitement des eaux usées dans la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques. Des échantillons d'air ont été prélevés en amont et en aval de bassins extérieurs de boues activées et de bassins extérieurs d'aération d'eaux usées. Des échantillons ont également été prélevés à proximité de bassins de décantation intérieurs. Ces échantillons d'air ont été récoltés avec un SASS 3100 Dry Air Sampler ainsi qu'avec un SASS 4100 Two-Stage Aerosol Collector. Les bactéries totales ont été quantifiées par amplification PCR. La PCR quantitative a aussi été réalisée pour 38 gènes de résistance aux antibiotiques et éléments génétiques mobiles sur chaque échantillon. Les gènes conférant des résistances aux Bêta-lactamines, aux tétracyclines, aux sulfamides ainsi qu'aux macrolides ont été retrouvés dans l'air entourant les bassins de traitement des eaux usées. Les bassins de boues activées semblent émettre plus de GRA que les étangs aérés. / Antibiotic resistance is one of the main threats to modern medicine according to the World Health Organization. Studies carried out on water from sewage treatment plants have shown that they are an important source of antibiotic resistance genes (ARGs). However, the air surrounding wastewater treatment ponds has been little studied. The bioaerosols emitted during these treatments have the potential to spread GRAs over very long distances. This project aims to precise the role of bioaerosols emitted by outdoor wastewater treatment ponds in the spread of antibiotic resistance genes. Air samples were taken upstream and downstream of outdoor activated sludge ponds and outdoor wastewater aeration ponds. Samples were also taken near indoor settling ponds. There air samples were collected with a SASS 3100 Dry Air Sampler as well as with a SASS 4100 Two-Stage Aerosol Collector. Total bacteria were quantified by PCR amplification. Quantitative PCR was also performed for 38 antibiotic resistance genes and mobile genetic elements on each sample. Genes conferring resistance to beta-lactams, tetracyclines, sulfamides and macrolides have been found in the air surrounding wastewater treatment ponds. Activated sludge seems to emit more ARGs than aerated ponds.

La leucémie myéloïde chronique (LMC) est une transformation maligne d'une cellule souche hématopoïétique, caractérisée par une anomalie génétique acquise : le chromosome Philadelphie (Ph), résultant de la translocation réciproque t(9 ;22)(q34 ;q11), et son équivalent moléculaire, l'oncogène BCR-ABL. La protéine BCR-ABL présente une activité tyrosine kinase constitutive qui agit sur les voies de survie et de prolifération. La progression de la maladie vers la phase accélérée puis blastique s'accompagne d'anomalies génétiques additionnelles marqueurs d'une instabilité génomique croissante. La responsabilité de BCR-ABL dans la genèse de cette instabilité génomique est fortement suspectée. Dérivé de 2-phénylamino-pyrimidines, l'Imatinib inhibe l'activité tyrosine kinase de BCR-ABL ainsi que la prolifération de lignées cellulaires BCR-ABL positives et induit leur apoptose. Les échecs du traitement par l'Imatinib sont dus à des mécanismes de résistance qui ne sont pas tous entièrement caractérisés. Des nouveaux inhibiteurs de tyrosine kinases (ITKs) ou des associations avec l'Imatinib ont été développés afin de la surmonter. Cependant, une résistance croisée et multiple demeure difficile à traiter et nécessite une meilleure compréhension des mécanismes de résistance afin d'éradiquer la maladie dans un avenir proche. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont montré que la présence de microremaniements génétiques (traduisant une instabilité) au sein de progéniteurs leucémiques CD34+ de patients traités par l'Imatinib corrélait avec la perte de réponse à l'Imatinib chez les patients diagnostiqués en phase chronique, suggérant que la résistance à l'Imatinib pourrait être corrélée aux altérations génétiques survenant précocement dans la physiopathologie de la maladie. 113 gènes affectés ont été détectés dont certains sont localisés dans des régions connues pour être hypervariables (CNV) suggérant un rôle de ces régions dans le développement de la LMC ou la résistance à l'Imatinib. Nous avons mis en évidence la présence d'une anomalie acquise récurrente dans telle région localisée en 8p23.1 qui groupe les gènes de la famille de la Défensine B. Ce microremaniement n'est pas lié à la résistance à l'Imatinib car il est retrouvé dans les populations cellulaires CD34+ Ph+ et Ph-, il peut donc être considéré comme un marqueur de l'instabilité d'une sous-population cellulaire clonale de CD34+ présentant une grande prédisposition à acquérir des altérations génétiques additionnelles, comme la fusion BCR-ABL. Nos études montrent que des altérations secondaires pourraient être le support d'une résistance à l'Imatinib. La résistance à l'Imatinib peut alors être liée à la dérégulation des voies de signalisation en amont ou en aval de BCR-ABL, affectant ainsi la prolifération, la survie, la différenciation et l'intégrité du génome. Il semble donc que le traitement par l'Imatinib seul ne soit pas suffisant pour éradiquer la maladie. Pour cette raison, de nouvelles molécules à associer avec l'Imatinib sont actuellement en cours d'évaluation. Parmi ces associations, les inhibiteurs de la voie Ras ont montré une certaine efficacité dans la restauration de l'activité proapoptotique de l'Imatinib. Il était donc intéressant de chercher une cible thérapeutique régulant négativement cette voie afin de surmonter cette résistance. GILZ (Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper) inhibe la voie Ras/Raf par une interaction directe. Il inhibe également la voie NFκB dont certains antagonistes sont capables de surmonter la résistance à l'Imatinib. Nos résultats montrent, pour la première fois, que l'expression de GILZ est diminuée dans des lignées humaines ou murines exprimant BCR-ABL sensibles ou résistantes aux ITKs ainsi que dans les cellules dormantes résiduelles isolées d'un modèle cellulaire murin développé au laboratoire. L'expression forcée de GILZ dans ces lignées résistantes restaure la sensibilité à l'Imatinib. Nos résultats montrent que le mécanisme passe par une inhibition de la voie mTORC2/Akt Ser473. Elle est due à une interaction directe de GILZ avec mTORC2 permettant l'activation de FoxO3a et l'induction de l'expression de la protéine proapoptotique Bim. Dans ce système, GILZ augmente l'expression de Bim tandis qu'Imatinib, par ses effets "Off-target", diminue celle de Mcl-1 inversant ainsi le rapport des membres antiapoptotiques/proapoptotiques de la famille Bcl-2 et entrainant l'apoptose. Le traitement séquentiel par les glucocorticoïdes puis l'Imatinib induit l'apoptose de cellules souches de patients résistants par le même mécanisme, suggérant que la modulation de l'expression de GILZ pourrait représenter une nouvelle stratégie thérapeutique pour cibler les cellules leucémiques résistantes ou résiduelles. La régulation de la voie mTORC2/Akt Ser473 semble être d'une importance cruciale dans la survie des cellules BCR-ABL+, ainsi que dans la résistance aux ITKs. Parmi les gènes méthylés dans notre étude, on retrouve un gène impliqué dans la régulation de cette voie et qui code pour la phosphatase PHLPP (PH domain and Leucine rich repeat Protein Phosphatase) dont l'activité est de déphosphoryler la sérine 473 d'Akt favorisant son inactivation. Nos résultats montrent que la réexpression du variant 1 de cette phosphatase (PHLPP1) dans notre modèle murin de résistance restaure la sensibilité à l'Imatinib et que la répression de celui-ci n'est pas exclusivement due à l'activité tyrosine kinase de BCR-ABL, mais aussi à des modifications épigénétiques. Nos études ont permis d'identifier des gènes impliqués dans la résistance des LMC aux ITKs et de proposer de nouveaux traitements pour surmonter cette résistance en inhibant la voie Akt Ser473

L'épilepsie affecte environ 1% de la population. Il s'agit d'une maladie où les crises d'épilepsie surviennent de façon spontanée et imprévue. La prise en charge de ces crises peut se faire par des antiépileptiques, mais dans environ 20 à 30% des cas, les épilepsies ne répondent pas ou peu aux médicaments. Il s'agit alors d'épilepsies pharmacorésistantes. Un des traitements de recours utilisé pour la prise en charge de ces épilepsies est le régime cétogène. Le régime cétogène consiste à apporter une large quantité de lipides, pour une faible quantité de protéines et de glucides. Le régime possède des propriétés anticonvulsivantes, décrites chez l'Homme et le rongeur, mais les mécanismes d'action restent inconnus à ce jour. Plusieurs mécanismes ont été suggérés tels que : les propriétés anticonvulsivantes des corps cétoniques, la modulation de la neurotransmission, la modulation de l'excitabilité cérébrale via la modulation de canaux ioniques tels que les KATP. L'implication des acides gras poly-insaturés (AGPI) a également été suggérée. Ceux-ci pourraient moduler la fluidité membranaire, l'activité des canaux ioniques ou encore les voies de l'inflammation. Notre hypothèse de travail a été d'explorer des voies supposées être impliquées dans les propriétés anticonvulsivantes du régime cétogène. Nous nous sommes intéressés aux AGPI et à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha (peroxisome proliferator-activated receptor alpha) en comparaison au régime cétogène. Nous avons utilisé un modèle murin d'état de mal épileptique (lithium-pilocarpine) et l'induction de crises épileptiques avec mesure du seuil au pentylènetétrazole.<br />Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.<br />Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha

Tuberculosis (TB) is a potentially fatal contagious disease that can affect almost any part of the body but is mainly an infection of the lungs. It is caused by micro-organisms of the Mycobacterium tuberculosis complex. It is the second greatest killer worldwide due to a single infectious agent, after the Human Immunodeficiency Virus (HIV). Without treatment, fatality is 50% in immune competent persons. TB remains the leading cause of death among HIV positive persons, causing one fifth of the deaths. The World Health Organization estimates that one third of the world population is infected by this micro-organism but only 5 to 10% develop TB disease. Nevertheless, this enormous reservoir leads to around 1.4 millions deaths annually. Standard curative treatment lasts at least 6 months and includes 4 different drugs. Toxicity of the drugs leading to (severe) adverse events and the long duration of the daily administration challenges patient’s compliance. Subinhibitory concentration of the drugs (due to poor adherence) can induce resistance of the mycobacteria to the provided drugs. Unlike most bacteria where resistance is acquired by plasmids, drug resistance of mycobacteria is obtained by genomic mutations. “Multi drug-resistant tuberculosis (MDR-TB)” is strictly defined as TB resistant to specifically isoniazid and rifampicin, the two main first line drugs. “Extensively drug resistance (XDR)” is defined as MDR-TB with additional resistance to any of the fluoroquinolones (such as ofloxacin or moxifloxacin) and to at least one of three injectable second-line drugs (amikacin, capreomycin or kanamycin). The increase of MDR-TB represents an enormous challenge to Public Health globally. This research examined different aspects of tuberculosis resistance performed in the Belgian National Reference Center, a clinical laboratory setting. <p><p>First of all, a profound analysis of the MDR-TB situation in Belgium was conducted. It is the first retrospective population-based survey of MDR-TB in Belgium, covering a 15-year period (1994-2008). It comprises 174 patients representing more than 80% of the culture positive MDR-TB patients reported to the Belgian register, thus this study is considered of national relevance. It includes bacteriological and molecular data on the isolates as well as clinical aspects of the patients and treatment results. Considering only the patient’s first MDR-TB isolate, an increase over time was observed in the number of isolates resistant to a second-line drug as well as the total number of drugs each isolate was resistant to. XDR-TB was detected since 2002 and panresistant TB (resistant to every available antituberculosis drug) since 2009. Overall, a successful treatment outcome was obtained for 67.8% of the MDR-TB cases. Drug susceptibility testing (DST) of Mycobacterium tuberculosis to first line drugs (isoniazid, rifampicin, ethambutol and pyrazinamide) in liquid culture medium has a turn around time of at least two weeks, after identification of the positive culture (obtained after 2 to 4 weeks) from the patient’s clinical isolate. In order to provide the clinician with valuable information about the isolated mycobacteria leading to patient adapted therapy before bacteriological DST results are available, resistance is predicted by detection of mutations in certain genes of the mycobacteria. It is common practice for rifampicin (rpoB gene) and isoniazid (katG gene and/or inhA promoter region). In this MDR-TB collection, rifampicin resistant related mutations were found in 97.1% (168/173) of the clinical isolates and isoniazid resistant related mutations in 94.1% (160/170). The pncA, embB and gyrA genes have been sequenced to identify possible mutations because of their possible involvement with resistance to pyrazinamide, ethambutol and the fluoroquinolones respectively. However, little is known about the resistance prediction value of the mutations in these genes.<p>The study is also the first study on the molecular epidemiology of MDR-TB in the country. DNA fingerprinting showed a large diversity of strains (67% of the patients were infected by a strain with a unique pattern) and further epidemiological examination revealed limited local transmission of MDR-TB in Belgium.<p><p>The second part investigated the pncA gene and its association with pyrazinamide resistance in MDR-TB isolates from Belgium and in vitro cultured spontaneous mutants. The genetic analysis showed that 98.3% (59/60) of the Belgian clinical MDR pyrazinamide resistant (PZAR) isolates present a mutation in the pncA gene. We found 1.7% (1/60) of the PZAR MDR-isolates encoding wild type pncA and flank. A total (PZAR and PZAS) of 41 different amino acid changes, 3 protein truncations and 5 frameshifts were observed including eight novel mutations: 8Asp>Ala, 13Phe>Leu, 64Tyr>Ser, 107Glu>stop, 143Ala>Pro, 172Leu>Arg and frameshifts starting in codon 55 and 82. Analysis of all observed mutations (i.e. in clinical isolates as well as spontaneous mutants) revealed that they are not always associated with drug resistance and that they are not scattered randomly throughout the gene, but occur rather at preferential sites such as in codons with amino acids associated with either iron or substrate binding and catalytic active sites. The frequency of in vitro mutagenesis to pyrazinamide at pH 6.0 was determined and found to be relatively high at 10-5 CFU/ml.<p><p>Finally, the in vitro activity of tobramycin and clarithromycin (with unclear efficacy against M. tuberculosis) was evaluated on 25 M. tuberculosis clinical isolates with various resistance profiles. The effect of the drugs administered together was examined for possible synergistic effect. The median minimum inhibitory concentration (MIC) of 8 µg/ml obtained for both drugs in this study is rather high but are beyond the concentrations obtained in lung tissues. This suggests that both drugs should be investigated further as potential adjuncts to the treatment of resistant TB when other alternatives have failed; in particularly through new drug delivery systems such as the Dry Power Inhaler which allows local drug deposition with high drug concentrations in the lungs but low toxicity due to limited systemic absorption. In addition, for 36% of the tested isolates a decrease of the MIC of clarithromycin by a single or twofold dilution was observed in the presence of a subinhibitory concentration of tobramycin and no antagonistic effect was seen for the remaining isolates.<p><p>This research illustrates different (laboratory) aspects in the fight against drug resistant TB, all using the Belgian TB collection: characterisation of the Belgian MDR-TB situation on bacteriological, molecular and epidemiological level; profound analysis of genomic mutations and their possible association with drug resistance; and investigation of synergistic activity of drugs with low efficacy against M. tuberculosis.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les maladies infectieuses constituent un sérieux problème de santé publique aussi bien dans les pays en développement où elles sont la principale cause de taux de mortalité élevés, que dans les pays industrialisés où les résistances aux antibiotiques existants se développent de façon alarmante. Cette situation engendre un besoin sans cesse croissant de trouver de nouveaux composés antimicrobiens et/ou inhibiteurs de mécanismes de résistances aux antibiotiques. Les plantes médicinales, notamment celles utilisées de façon traditionnelle dans les pays en développement, constituent une source potentielle de ce type de composés. C’est dans ce cadre que l’espèce Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), une plante dont les écorces de racines et les feuilles sont traditionnellement utilisées en République Démocratique du Congo pour combattre les maladies infectieuses, a été étudiée sur le plan tant de ses activités biologiques que de sa composition chimique. Les extraits obtenus à partir des écorces de racines de cette plante ont montré d’intéressantes activités biologiques, (i) un effet antimicrobien direct (bactéricide pour les bactéries gram positif et bactériostatique pour les gram négatif) et indirect (augmentation ou restauration de l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes); (ii) un effet inhibiteur sur deux des gènes impliqués dans le quorum sensing de Pseudomonas aeruginosa, lasB and rhlA; (iii) un effet antiplasmodial sur une souche chloroquino-sensible de Plasmodium falciparum; (iv) un effet antioxydant mis en évidence par réaction avec le radical libre DPPH. Pour les extraits de feuilles, seule l’activité antiplasmodiale a été observée. <p>Les extraits d’écorces de racines, doués d’activité antimicrobienne directe (extrait méthanolique) et indirecte (extrait n-hexanique) ont été soumis à une série de fractionnements dans le but d’isoler et d’identifier les composés actifs. Pour suivre l’activité lors des fractionnements, le milieu de culture utilisé pour la détection des composés actifs sur une plaque chromatographique (CCM-bioautographie) a été optimisé. Le composé férulaldéhyde, isolé de l’extrait méthanolique, a montré des propriétés antimicrobiennes, antioxydantes et antiplasmodiales. De l’extrait n-hexanique ont été isolés deux composés, l’un actif, le lupéol et l’autre inactif, la friedéline. Le lupéol a montré un effet antimicrobien indirect en réduisant la CMI de certains antibiotiques vis-à-vis d’une souche de MRSA. Ces trois composés, s’ils ont déjà été identifiés dans d’autres plantes, sont décrits pour la première fois dans l’espèce Cordia gilletii ;et ce travail constitue le premier rapport de l’effet antimicrobien indirect du lupéol. <p>Dans le but de s’assurer de l’innocuité des extraits de C. gilletii, une recherche d’alcaloïdes pyrrolizidiniques (APs) a été réalisée par GC-MS. Ces alcaloïdes présentent en effet un réel danger pour la santé humaine et la famille des Boraginaceae, à laquelle appartient l’espèce C. gilletii, est connue comme une des principales sources de ces composés. Aucun AP n’a pu être mis en évidence dans les extraits d’écorces de racines et de feuilles de cette plante jusqu’à une limite de détection de 2 ppm, suggérant ainsi une absence de risque toxicologique en relation avec ces alcaloïdes. Ces résultats rassurants restent à confirmer sur d'autres échantillons obtenus dans des lieux de récolte différents.<p>Le présent travail montre que C. gilletii peut agir contre les microorganismes pathogènes par :(i) son action antimicrobienne directe (due entre autre au férulaldéhyde); (ii) son effet antimicrobien indirect (dû au lupéol), effet permettant d’augmenter ou de restaurer l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes ;et (iii) son effet inhibiteur de l’expression des gènes du quorum sensing, effet permettant d’atténuer la virulence d’agents infectieux. Ces actions peuvent permettent de faire face aux infections dues notamment à des microorganismes résistants.<p><p><p><p>Infectious diseases remain a serious public health problem both in developing countries, where they are the main cause of the high mortality rates recorded, and in industrialized countries where there is an alarming incidence of antibiotic resistance. There is thus an increasing need for new compounds that can act by a direct antimicrobial effect or by an indirect effect, inhibiting resistance mechanisms of microorganisms. Medicinal plants, particularly those traditionally used against infectious diseases in developing countries, are a probable source for these types of compounds. In this context, Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), a medicinal plant from which root barks and leaves are traditionally used against infectious diseases in Democratic Republic of Congo, was investigated for biological activities and phytochemical composition. Root bark extracts showed interesting biological activities: (i) antimicrobial properties, acting directly (bactericid and bacteriostatic effects against gram positive and gram negative bacteria, respectively) or indirectly (enhancement or restoration of antibiotic activity on resistant strains); (ii) inhibitory effect on the expression of two Pseudomonas aeruginosa QS genes, lasB and rhlA; (iii) antiplasmodial effect against a chloroquine sensitive strain of Plasmodium falciparum; (iv) antioxidant effect determined by the free radical DPPH quenching. Leaves extracts showed only antiplasmodial activity. <p>Root barks extracts with the highest direct (methanol extract) and indirect (n-hexane extract) antimicrobial properties were fractionated to isolate and to identify the active compounds. To bio-guide the fractionation, the culture medium for the detection of active compounds on chromatographic plates (TLC-bioautography) was optimized. The compound ferulaldehyde, isolated from the methanol extract, showed antimicrobial, antioxidant and antiplasmodial properties. From the n-hexane extract two compounds were isolated, lupeol and friedelin. Lupeol showed indirect antimicrobial effect by decreasing the MIC of some antibiotics against MRSA; whereas friedelin was inactive. Although these three compounds have already been described in other plant species, this is the first report of their occurence in Cordia gilletii; the indirect antimicrobial effect of lupeol is described for the first time in this work. <p>As it belongs to the family of Boraginaceae, a family well known as one of the most important sources of pyrrolizidine alkaloids (PAs), Cordia gilletii is susceptible to contain these toxic compounds that were consequently researched. A GC-MS analysis did not reveal the presence of PAs (detection limit, 2 ppm) in root barks and leaves extracts of C. gilletii, suggesting a lack of PA-related toxicity of this plant. This reassuring finding needs to be confirmed with samples harvested at different locations.<p>This work reveals that C. gilletii may act against pathogenic microorganisms by: (i) a direct antimicrobial effect (partly due to férulaldéhyde); (ii) the enhancement or restoration of antibiotic activity against resistant strains (effect of lupeol); and (iii) an inhibitory effect on the expression of quorum sensing regulator genes, decreasing the virulence of microorganisms. These actions could help to fight infections caused by resistant strains. <p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished