La diversité et la distribution des cyanobactéries dans les écosystèmes aquatiques conduisent à des effets nuisibles dans l’eau par la production d’une variété de toxines cyanobactériennes qui présentent des risques pour la faune et la santé humaine. Différentes techniques analytiques émergentes ont été développées pour détecter et quantifier les toxines cyanobactériennes dans l'environnement. Dans ce mémoire nous avons examiné la présence de cyanotoxines multi-classes, dont 12 microcystines, les anatoxines, la cylindrospermopsine (CYN), les anabaenopeptines (AP-A, AP-B) et la cyanopeptoline-A dans les eaux de surface et les poissons sauvages. L'échantillonnage a été conduit pendant l’été 2018, dans l'écosystème fluvial de la réserve écologique de la Rivière aux Brochets (QC, Canada) près de la Baie Missisquoi (Lac Champlain). La méthode analytique employée combine la chromatographie liquide ultra haute performance et une ionisation par électronébuliseur (UHPLC-ESI) avec l’usage d’un spectromètre de masse triple quadripôle. Sur les 18 cyanotoxines ciblées, 14 ont été détectées dans des échantillons d'eau de surface impactés par la floraison ; les toxines ont culminé au début de la mi-septembre avec les concentrations les plus élevées de MC-LR (3,8 μg L-1) et MC-RR (2,9 μg L-1). Parmi les 71 poissons prélevés sur le terrain (10 espèces au total), 38% avaient des détections positives d'au moins une cyanotoxine. Dans les échantillons positifs, les plages de concentration dans le muscle du poisson étaient les suivantes : la somme des microcystines ΣMC (0,16-9,2 μg kg-1), la CYN (46-75 μg kg-1), et les anabaénopeptines AP-A (1,1-5,4 μg kg-1) et AP-B (0,01 à 5,0 μg kg-1). Dans l'ensemble, 17% des échantillons de poisson étaient positifs pour AP-A ou AP-B. A notre connaissance, ceci constitue le premier signalement de bioaccumulation d'anabaénopeptines dans la faune. La somme maximale des concentractions des microcystines ΣMC dans les poissons était 1,15 fois plus élevées que la recommandation de l'apport quotidien (8 μg kg-1 de tissu-1) de l'Organisation mondiale de la santé (OMS) pour les adultes et équivalaient presque à la valeur dérivée pour les jeunes enfants 9.3 μg kg-1. La concentration de CYN était également environ 3 fois plus élevée que la limite dérivée des valeurs recommandées pour la santé humaine. / The diversity and widespread distribution of cyanobacteria in aquatic ecosystems lead to harmful effects in water through the production of a variety of cyanobacterial toxins, which pose a great danger to fauna and human health. Different emerging analytical techniques have been developed to detect and quantify cyanobacterial toxins in the environment. In this thesis we examined the presence of multi-class cyanotoxins, including 12 microcystins, anatoxins, cylindrospermopsin (CYN), anabaenopeptins (AP-A, AP-B) and cyanopeptolin-A in surface water and wild fish. Sampling was conducted during the 2018 summer season in the fluvial ecosystem of the Pike River ecological reserve (QC, Canada) near Missisquoi Bay, Lake Champlain. This study was carried out using an analytical method combining ultra-high-performance liquid chromatography and ionization by electrospray (UHPLC-ESI) with the use of a triple quadrupole mass spectrometer. Of the 18 cyanotoxins targeted, 14 were detected in surface water samples impacted by the bloom; toxins peaked in early mid-September with the highest concentrations of MC-LR (3.8 μg L-1) and MC-RR (2.9 μg L-1). Among the 71 fish sampled in the field from 10 species, 38% had positive detections of at least one cyanotoxin. In positive samples, the concentration ranges in fish muscle were as follows: the sum of microcystins ΣMC (0.16-9.2 μg kg-1), CYN (46-75 μg kg-1), AP -A (1.1-5.4 μg kg-1) and AP-B (0.01 to 5.0 μg kg-1). Overall, 17% of the fish samples were positive for AP-A or AP-B; to our knowledge, this is the first report of accumulation of anabaenopeptins in wildlife. The maximum sum ΣMC of microcystin concentrations in fish was 1.15 times higher than the recommendation of the World Health Organization (WHO) Daily Intake (8 μg kg-1 tissue-1) for adults and was almost equivalent to the derived value for young children 9.3 μg kg-1. The concentration of CYN was also approximately 3 times higher than the limit derived from the recommended human health values.

Les canaux ioniques ASIC (Acid-Sensing Ion Channel), largement exprimés dans le système nerveux central et périphérique, sont activés par une acidification extracellulaire. Ils sont impliqués dans un nombre croissant de fonctions physiologiques ou pathologiques telles que la transmission synaptique, la plasticité synaptique, l'apprentissage, la mémoire, la peur, la dépression, l’épilepsie et la neuro-dégénérescence, ainsi que la nociception et la mécanosensibilité. Ils sont des cibles thérapeutiques d’intérêt dans le traitement de la douleur ou de troubles neurologiques. Les toxines peuvent modifier le fonctionnement des canaux ioniques et sont par conséquent utiles pour l’étude de leurs structures et de leurs fonctions biologiques. Des médicaments élaborés à partir de toxines issues de venins ont également permis le traitement de nombreuses pathologies. Mon travail de thèse comporte deux axes. D’une part, la mise en place de nouvelles stratégies de collectes de venins avec la mise au point d’un nouvel extracteur électronique. Et d’autre part, l’identification du site de liaison de la mambalgine sur les canaux ASIC1a, la description de son mécanisme d’action ainsi que la caractérisation des résidus clefs de cette toxine. En se basant sur une nouvelle approche pharmacologique tirant partie des mécanismes d’action des toxines et des petites molécules nous avons pu établir un modèle plus global du mécanisme de régulation des ASIC par les protons. Ce travail ouvre des perspectives pour le développement de formes optimisées de la mambalgine et apporte de nouvelles informations sur les mécanismes d’activation et d’inactivation des canaux ASIC / The Acid-Sensing Ion Channels (ASIC) are widely expressed in the central and peripheral nervous system and are activated by extracellular acidification. They are involved in increasing number of physiological or pathological functions such as synaptic transmission, synaptic plasticity, learning, memory, fear, depression, epilepsy and neurodegeneration, as well as nociception and mechanical sensitivity. They represent interesting therapeutic targets for the treatment of pain and neurological disorders. Several toxins are able to modify the gating of ion channels and are useful for studying their structures and biological functions. Moreover, drugs developed from toxins venoms have allowed the discovery of new treatments for many pathologies. My thesis work has two axes. First, the development of a new electronic extractor has allowed the implementation of new strategies to collect venoms. On the other hand, we were able to identify the binding site of the mambalgine toxin on ASIC1a, to describe its mechanism of action and to characterize the key residues of this toxin. Based on a new pharmacological approach using action mechanisms of toxins and small molecules, we were able to establish a global model of the pH-dependent gating of ASIC channels. This work opens some new perspectives for the development of optimized forms of mambalgine and provides new information on the gating of ASIC

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

CsrA is a global regulator and the main player of the carbon storage regulator (Csr) network, a well- conserved regulatory network in the bacterial world. CsrA is involved in regulation of many physiological processes, including pathways of central carbon metabolism, biofilm formation, motility and virulence in pathogenic species. CsrA acts at the post-transcriptional level by binding specific sequences on its target mRNAs, leading to mRNA destabilization or stabilization. The majority of studies were analyzing a csrA mutant of E. coli K-12 encoding a truncated form of the CsrA protein, retaining residual activity.<p>This work aims at further characterize the roles of CsrA by deleting the entire csrA gene in a recently isolated strain, the uropathogenic E. coli CFT073 strain. Deletion of csrA leads to a marked growth defect, indicating that this gene, although not essential, is primordial for growth. We performed experimental evolution of csrA deletion mutants. Compensatory mutants totally outcompete the original csrA deletion mutant after six days of culture, indicating that the applied selective pressures are strong. The ÄcsrA and three ÄcsrA evolved mutants were extensively analyzed by combining molecular techniques such as genetics, microscopy and use of fluorescent reporters, and global approaches, including comparative proteomics and whole genome sequencing.<p>Our data indicate that csrA deletion strongly affects central metabolism and energy status, constituting an endogenous metabolic stress that, in turn, induces specific stress responses. This work illustrates the interconnection of multiple regulation networks for responding to specific conditions and demonstrates the flexibility of metabolic network to compensate for genetic perturbations in E. coli.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les leucocytes sont connus pour jouer des rôles autant bénéfiques que néfastes dans le système nerveux central. La compréhension de leur mécanisme de recrutement est donc importante afin de contrôler leur circulation à travers la barrière hémato-encéphalique. De façon générale, l'adhésion forte est reconnue comme étant une étape clé de ce recrutement. Les principales actrices qui y sont impliquées sont les chimiokines et les intégrines. Cependant, l'identité de ces dernières peut changer selon le tissu, le stimulus et la nature des leucocytes recrutés. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé à une population de leucocytes principalement composée de granulocytes : les leucocytes en forme de bâtonnets. Notre objectif principal a été de caractériser le mécanisme d'adhésion de ces cellules, dans le cerveau, en conditions inflammatoires via l'utilisation d'anticorps neutralisants ou d'animaux déficients pour les gènes d'intérêt. Notre hypothèse a été que l'intégrine αMβ2, via sa liaison avec ICAM-1, ainsi que l'une des chimiokines liant CXCR2, sont importantes pour adhésion des granulocytes en réponse à différents produits bactériens (la toxine pertussique (PTX) et le lipopolysaccharide (LPS)) et durant l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Afin de valider cette idée, nous avons, dans un premier temps, déterminé si l'expression spatio-temporelle d'ICAM-1 est régulée par la PTX et/ou le LPS et si son absence ainsi que la neutralisation d'αMβ2 influencent le recrutement des granulocytes. En second lieu, nous avons déterminé quel ligand de CXCR2 est le plus fortement exprimé dans ces conditions et vérifié si la neutralisation de cette chimiokine, CXCL1, affecte l'adhésion des granulocytes. Nos résultats ont démontré qu'ICAM-1 peut effectivement être régulée par le LPS et la PTX, qu'en réponse à cette dernière toxine, αMβ2 semble être l'unique intégrine responsable de l'adhésion des leucocytes bâtonnets et qu'elle joue son rôle via, entre autre, ICAM-1. De plus, il s'avère que CXCL1 et CXCR2 sont importants dans l'adhésion des granulocytes en réponse à la PTX et au LPS. Finalement, non seulement la neutralisation de CXCL1 diminue cette même adhésion durant l'EAE, mais réduit également la gravité de la maladie. En conclusion, dans ce projet, nous avons contribué à mieux comprendre le mécanisme de recrutement des granulocytes dans le cerveau sous différentes conditions inflammatoires.

Les scorpions du genre Androctonus, comme Androctonus australis en Algérie et en Tunisieou Androctonus mauretanicus au Maroc, sont responsables d’environ 100.000 piqûres par ansur l’ensemble du Maghreb, suivies de 1 % de décès. Ils posent un réel problème de santépublique. Les toxines «alpha» modulant les canaux sodium voltage-activés (Nav) sontresponsables de 80 à 90% de l’activité létale des venins d’Androctonus australis etmauretanicus. Cependant, certaines petites molécules sont aussi capables de bloquer lefonctionnement d’autres types de canaux ioniques, en particulier des canaux potassiumvoltage-activés (Kv).Au cours de cette thèse, nous avons isolé et caractérisé les composants du venind’Androctonus amoreuxi, scorpion largement distribué en Afrique du Nord et au Moyen-Orient, mais qui n’avait jusqu’ici fait l’objet d’aucune etude rigoureuse. Nous avons identifiéles constituants impliqués dans la toxicité du venin et précisé leurs propriétéspharmacologiques et immunologiques, ainsi que l’effet qu’elles induisent enélectrophysiologie sur des canaux Nav et Kv clonés exprimés dans l’ovocyte de Xenope.Nous avons recherché de nouveaux membres d’une famille de toxines récemment isolées, lesBirtoxines-like, et interprété leur polymorphisme biologique par la modélisation de leursstructures 3D. Enfin, nous avons mené à bien un programme portant sur les effetsantinociceptifs des toxines de scorpion chez la souris. Cela nous a permis de proposer uneexplication qui fait intervenir le système opiacé et la « contre-irritation ». L’effet des toxinesreconnues « analgésiques » a ensuite été testé en électrophysiologie sur des neuronesnocicepteurs. / The North African scorpion Androctonus australis in Algeria and Tunisia, or Androctonusmauretanicus in Morocco, are responsible of about 100.000 stings each year in Maghreb,followed by 1% of death. Small toxins modulating voltage-gated sodium channels (Nav),named “alpha”, are responsible of 80 to 90% of the total lethal activity from the Androctonusaustralis and mauretanicus venoms. However, smaller molecules are also able to block thefunctioning of another type of ionic channels, in particular, the voltage-gated potassiumchannels (Kv).During this thesis, we have isolated and characterized the compounds of the venom fromAndroctonus amoreuxi, a scorpion widely found in North Africa and Middle East, but neverseriously studied so far. We have identified the constituents implicated in the toxicity anddefined their immunological and pharmacological properties, as well as theirelectrophysiological effects on cloned Nav and Kv channels expressed in Xenopus oocytes.We also have looked for recently characterized new molecules, the Birtoxins-like, and tried toexplain their large biological polymorphism by 3D structural models. At last, we haveevaluated the antinociceptifs effects of scorpion toxins in mice. We have proposed that theantalgic effects observed after administration of scorpion toxins are partly due to a counterirritation phenomenon, which implicates the activation of an endogenous opioid system. The“analgesic” toxins have been further tested in electrophysiology on DRG neurons.

Les parasporines sont des toxines Cry du bacille de Thuringe actives contre des cellules tumorales. Ce travail montre que la parasporine PS1Aa2 (Cry31Aa2) forme des pores dans des membranes artificielles, comme de nombreuses toxines Cry. Ceux-ci ont plusieurs niveaux de conductance dont les plus fréquents étaient de 11, 16 et 21 pS dans une solution de 150 mM KCl. Nos résultats de microspectrofluorométrie avec la sonde Fura-2 montrent que la présence de la PS1Aa2 peut produire des augmentations du calcium intracellulaire, la plupart du temps sous la forme d’oscillations calciques et parfois des augmentations soutenues. Ces réponses ont été observées en présence et en absence de calcium extracellulaire, dans les lignées tumorales HeLa et HepG2 et dans la lignée non tumorale HEK 293. Bien que quelques études aient montré que le calcium semble intervenir dans leur mode d’action, de telles oscillations calciques n’ont jamais été décrites auparavant pour des toxines Cry. Les expériences ont dû être faites à des concentrations beaucoup plus élevées de toxine que prévues sur la base des résultats publiés de cytotoxicité. Malgré la présence des fragments identifiés auparavant comme actifs, sa faible efficacité semble liée à la présence d’ADN dans les préparations qui entraîne la précipitation de la protéine. Les travaux futurs sur cette toxine seraient donc grandement facilités par une amélioration de sa méthode de préparation. / Parasporins are Cry toxins from Bacillus thuringiensis that are active against tumor cells. This work shows that parasporin PS1Aa2 (Cry31Aa2) forms pores in artificial membranes like many Cry toxins. These pores have several levels of conductance; the most frequently seen in 150 mM KCl solutions were of 11, 16 and 21 pS. Our microspectrofluorometric results with the Fura-2 probe showed that the presence of PS1Aa2 can induce changes in intracellular calcium levels, most often in the form of calcium oscillations and sometimes as sustained increases. Such responses were observed in the presence and absence of extracellular calcium, with the tumor cell lines HeLa and HepG2, and with the non-tumorous cell line HEK 293. Calcium oscillations have not been described previously for Cry toxins even though some studies have shown that calcium appears to be involved in their mode of action. Our experiments required the use of much higher concentrations of toxin than suggested from the published cytotoxicity results. Despite the presence of fragments previously identified as active, its low efficacy appears to be related to the presence of DNA in the preparations causing the protein to precipitate. Future work on this toxin would therefore be greatly facilitated by an improvement in its method of preparation.

Chez les abeilles domestiques, les neurones à récepteurs olfactifs hébergés dans les antennes sont des neurones sensoriels primaires responsables de la détection des odeurs et des phéromones. L'information olfactive est ensuite acheminée par les nerfs antennaires jusqu'aux lobes antennaires qui constituent le premier étage d'intégration de l'information olfactive. Les abeilles butineuses sont exposées aux insecticides, notamment ceux de la classe des pyréthrinoïdes, qui sont utilisés pour la protection des plantes et la lutte contre les insectes considérés comme étant nuisibles.Nous avons caractérisé l'effet des pyréthrinoïdes sur les canaux sodiques activés par le potentiel (responsables des potentiels d'action) dans les deux premiers étages du système olfactif de l'abeille. Nos enregistrements électrophysiologiques en mode potentiel imposé dans les neurones à récepteurs olfactifs mis en culture révèlent que l'effet des pyréthrinoïdes de type I et II (notamment la tétraméthrine et la deltaméthrine) est amplifié par une intensification de l'activité électrique neuronale. Cette amplification survient notamment via le démasquage de canaux sodiques silencieux que nous avons également mis en évidence avec la toxine d'anémone de mer ATX-II. Le niveau maximal de canaux sodiques modifiés est atteint en quelques centaines de millisecondes. Dans les neurones centraux des lobes antennaires, cette amplification apparait très limitée voire absente avec les pyréthrinoïdes mais elle peut toutefois survenir en présence de l'alcaloïde végétal vératridine. Par ailleurs, dans ces neurones centraux, les pyréthrinoïdes semblent être à l’origine d’une accélération de l'inactivation lente des canaux sodiques auparavant décrite en présence de certains anesthésiques locaux. Les modifications différentielles observées dans les neurones périphériques et centraux pourraient être responsables des effets délétères des pyréthrinoïdes sur les capacités de perception, d'orientation et d'apprentissage de l'abeille domestique. / In domestic honeybees, the olfactory receptor neurons localized in the antennae are primary sensory neurons responsible for the detection of odor and pheromone compounds. The olfactory information is further conveyed to the antennal lobes by the antennal nerves. The antennal lobes are the first stage of integration of the olfactory information. Forager bees are exposed to insecticides, especially pyrethroids that are used for plant protection and eradication of pests.In the honeybee olfactory pathway, we investigated the effects of pyrethroids on the voltage-gated sodium channels (which underlie action potentials). Our patch-clamp recordings in the antennal olfactory receptor neurons maintained in cell culture reveal that the effects of type I and type II pyrethroids (e.g. tetramethrin and deltamethrin) are increased by an augmentation of neuronal electrical activity. The amplification of the effects of pyrethroids occurs as a result of the unmasking of silent sodium channels that we have also shown evidence for, with sea anemone toxin ATX-II. The maximal sodium channels modification takes place within few hundreds of milliseconds. In the central antennal lobe neurons, that amplification is rather limited or absent with pyrethroids but the plant alkaloid veratridine is able to induce such an amplification. Furthermore, in the latter cell type, pyrethroids cause an acceleration of the sodium channels slow inactivation. Such an effect has been previously reported for some local anesthetics. The differential actions of pyrethroids that we have observed in the peripheral and central neurons may be responsible for the impairment of learning performance, perception and disorientation exhibited by pyrethroid-exposed honeybees.

L’invasion des ostéoblastes par Staphylococcus aureus (SA) est considérée comme responsable, au moins partiellement, de l’évolution chronique ou récurrente des infections osseuses (IO). Nous avons émis l’hypothèse que des différences d’interactions SA-ostéoblastes pouvaient être associées aux différences de présentation clinique des IO. Nous avons d’abord développé un modèle ex vivo d’infection intracellulaire d’ostéoblastes humains permettant de quantifier l’adhésion, l’invasion, la survie intracellulaire de SA et les dommages subis par les cellules infectées. Grâce ce modèle, nous avons montré que les SA communautaires résistants à la méticilline (CA-MRSA), un groupe polyphylétique de souches hypervirulentes associées à des formes aiguës et sévères d’IO, induisent une cytotoxicité supérieure à celle des MRSA hospitaliers (HA-MRSA) associés à des IO plus souvent chroniques. A l’aide de mutants isogéniques, nous avons pu démontrer que cette cytotoxicité était indépendante de la toxine de Panton-Valentine et l’alphahémolysine mais associée à la surexpression des phenol-soluble modulins (PSM) par les CA-MRSA. Ces résultats ont permis d’identifier un nouveau mécanisme de virulence des CA-MRSA basé sur l’invasion des ostéoblastes et l’activité intracellulaire des PSM. Parallèlement, nous avons montré que certains antibiotiques modifient le niveau de transcription et d’expression des protéines staphylococciques impliquées dans l’invasion des ostéoblastes, sans que nous ne puissions montrer une modification de la capacité d’invasion de S. aureus dans ce même modèle ex vivo. Nos travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension et la prise en charge des IO due à SA / Osteoblast invasion by Staphylococcus aureus (SA) is currently considered a putative explanatory mechanism for the chronic or recurrent nature of osteomyelitis. We raised the hypothesis that inter-strain differences in the interactions between S. aureus and osteoblasts at the cellular level could correlate with differences in the clinical presentation of osteomyelitis. We first developed an ex vivo model of intracellular bacterial challenge of human osteoblasts to quantify SA adhesion, invasion and intracellular survival as well as SA-induced damage to infected cells. By means of this model, we have demonstrated that community-acquired methicillinresistant SA (CA-MRSA) strains, which belong to a polyphyletic group endowed with high virulence and are associated with severe and acute forms of osteomyelitis, induce more cytotoxicity in osteoblasts as compared to hospital MRSA strains, which in turn are more frequently involved in chronic forms of osteomyelitis. Using isogenic CA-MRSA mutants, we determined that SA-induced osteoblast damage was independent of the production of Panton-Valentin leukocidin and alpha-toxin, but was associated with the overexpression of phenol-soluble modulins (PSMs) by CAMRSA. These findings elucidate a novel virulence strategy of CA-MRSA based on the invasion and PSM-related killing of osteoblasts. In parallel to this research, we demonstrated that several antibiotics alter the transcription and expression levels of SA adhesins involved in osteoblast invasion. However, antibiotics did not induce changes in SA invasiveness in our ex vivo infection model. Collectively, our findings provide new insights into the pathogenesis of SA osteomyelitis

Nous avons étudié les mécanismes d'impact de l'algue envahissante Caulerpa taxifolia (Vahl) C. Agardh sur les poissons en Méditerranée, en particulier à l'aide d'une étude approfondie sur une espèce « modèle » : Symphodus ocellatus (Forsskål). Un suivi des peuplements de poissons ainsi que des expérimentations in situ ont été réalisés au niveau du département des Alpes-Maritimes, sur des milieux colonisés par l'algue et des milieux témoins. Caulerpa taxifolia qui forme des prairies de frondes très denses et hautes, de la fin de l'été jusqu'au début de l'hiver, représente une gêne physique pour l'accès à la nourriture benthique et aux microhabitats. Le suivi de deux récifs artificiels crées in situ a montré que l'envasement et l'obstruction de cavités par C. taxifolia diminuent la capacité d'accueil d'un milieu rocheux pour la faune ichtyologique. La raréfaction d'abris convenables mène à une augmentation de la mortalité des petits individus par prédation. L'étude de contenus digestifs ainsi que des acides gras corporels chez S. ocellatus montre un changement de régime alimentaire sur les milieux envahis (augmentation de la consommation de plancton au détriment des proies benthiques). En aquarium, nous avons montré que l'accessibilité aux proies benthiques diminue avec la densification de l'algue. Nous avons observé in situ que C. taxifolia pose également le problème de l'accès et de la détection des proies benthiques pour les rougets de roche Mullus surmuletus. Sur les milieux colonisés, le bilan énergétique global se traduit par des déficits de 21% dans le contenu lipidique corporel chez les jeunes S. ocellatus et de 59% dans les lipides de stockage du foie ainsi que par un déficit pondéral au niveau du foie et des ovaires chez les femelles reproductrices. Cependant, la qualité des œufs n'est pas affectée. Par ailleurs, in situ, les toxines de C. taxifolia n'ont pas d'influence sur le succès de développement embryonnaire de S. ocellatus.