La maladie du sommeil ou Trypanosomose Humaine Africaine (THA) est une parasitose vectorielle due à un protozoaire flagellé sanguicole du genre Trypanosoma et d'espèce brucei. Deux sous-espèces de ce parasite sont pathogènes pour l'Homme : T. b. gambiense et T. b. rhodesiense ; transmis par les mouches Tsé-Tsé présentes en Afrique subsaharienne. Cette maladie évolue classiquement en deux stades : le stade hémolyphatique qui est marqué par la présence du parasite dans le sang et la lymphe et le stade nerveux caractérisé par la présence du trypanosome dans le Système Nerveux Centrale. En l’absence de traitement cette maladie est mortelle. Actuellement les traitements accessibles à la population sont stades-dépendants. Pour contrôler un jour cette pathologie, la recherche et l’amélioration des outils de diagnostic de la maladie et le diagnostic de stade sont essentielles. C’est dans ce but que nous avons exploité une biobanque d’échantillons composée de patients infectés par T. b. gambiense et d’individus non-infectés pour : 1) Évaluer l’efficacité de biomarqueurs de stade déjà existants -Néoptérine et CXCL-13- et nous avons évalué leur potentiel sur les échantillons recueillis lors du suivi des patients post-traitements. 2) Rechercher de nouveaux biomarqueurs protéiques par spectrométrie de masse LCMS/MS. Notre étude a permis d’identifier, grâce à l’établissement d’un nouveau catalogue protéomique un grand nombre de biomarqueurs potentiels dans le liquide céphalo-rachidien, l’urine et la salive de patients. Certaines de ces protéines pourraient améliorer la prise en charge et le suivi des patients à l’avenir. / Sleeping sickness, or Human African Trypanosomiasis (HAT), is a parasitic disease caused by a flagellar protozoan of the genus Trypanosoma and brucei species. Two subspecies of this parasite are pathogenic for humans: T. b. gambiense and T. b. rhodesiense; transmitted by Tsé-Tse flies present in sub-Saharan Africa. This disease classically evolves in two stages: the hemolymphatic stage which is define by the presence of the parasite in the blood and lymph and the nervous stage characterized by the presence of trypanosome in the central nervous system. Without treatment, this disease is lethal. Currently the available treatments for patients are stage-dependent. In order to control this pathology one day, research and improvement of tools for the diagnosis of the disease and the staging is fundamental. In this context, we have exploited a samples biobank composed of T. b. gambiense-infected patients and uninfected controles to: 1) evaluate the efficacy of existing stage biomarkers -Neopterin and CXCL-13- and we assessed their potential on the samples collected during post-treatment followup of patients. 2) determine new protein biomarkers using LC-MS/MS mass spectrometry. Our study identified a large number of potential biomarkers in cerebrospinal fluid, urine and saliva through the establishment of a new proteomic catalogue. Taking into account some of these proteins may improve patient management and follow-up in the future.

Cette thèse porte sur le développement d’une formulation colloïdale de diminazène (DMZ) à l’aide de nanoparticules polysaccharidiques cationiques (NP+) pour le traitement de la Trypanosomiase Africaine (TA).Nous avons étudié dans un premier temps le procédé de chargement des NP+ en DMZ base. Nous avons constaté que l’ajout de phospholipides dans la matrice des NP+ est nécessaire à l’association de DMZ. La quantité de phospholipide est d’ailleurs le facteur limitant de l’indice de saturation des NP+ en DMZ. Afin de ne pas dégrader le principe actif, lors de son chargement, le procédé choisi est le « post-loading » qui correspond à un mode opératoire en conditions douces : ajout d’une solution de DMZ dans une suspension de NP+ à cœur huileux. Nos résultats montrent que cette formulation reste stable durant 6 mois à 4°C ne libérant pas de DMZ et le protégeant de l’oxydation. Dans un second temps, nous avons évalué l’efficacité thérapeutique du DMZ formulé. Les tests in vitro sur Trypanosoma brucei brucei montrent une amélioration de l’activité trypanocide du DMZ. Les tests réalisés sur un modèle aigu de TA, ont mis en évidence que la dose efficace est équivalente au DMZ libre (3 mg/kg). / This thesis focuses on the development of a colloidal formulation of diminazene (DMZ) using cationic polysaccharide nanoparticles (NP+) for the treatment of African Trypanosomiasis. We first studied the process of DMZ loading in NP+. The addition of phospholipids in the matrix of the NP+ appeared to be necessary for the DMZ association. So, the amount of phospholipids is the limiting factor of the saturation index of NP+ with DMZ. To avoid the drug degradation during its formulation, we choose the \\\"post-loading\\\" technique which corresponds to a procedure with mild conditions: adding a DMZ solution in a suspension of NP+ containing an oily core. DMZ loaded into 70DGNP+ was found to be protected against oxidation and was stable for at least 6 months at 4°C. In a second step, we evaluated the therapeutic efficacy of formulated DMZ. In vitro tests on Trypanosoma brucei brucei showed an improvement of the DMZ trypanocidal activity. Tests on an acute model of Trypanosomiasis showed that the effective dose is equivalent to the free DMZ (3 mg / kg).

La trypanosomose est la maladie parasitaire la plus dévastatrice en Afrique, et affecte à la fois les hommes et le bétail. Vu l’inefficacité des stratégies de contrôle actuelles, une stratégie alternative dite “anti-maladie” a été proposée dans le cadre de la trypanosomose animale. Elle vise à neutraliser les effets de la maladie plutôt qu’à éliminer le parasite. Une telle stratégie nécessite une meilleure compréhension du développement de la pathologie ainsi qu’une caractérisation détaillée des facteurs de virulence impliqués. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l’étude de l’interaction hôte/pathogène entre les trypanosomes Africains et l’endothélium de l’hôte mammifère. En comparant quatre espèces différentes de trypanosomes Africains, nous avons montré que leurs capacités d’activation des cellules endothéliales étaient distinctes. Nous avons clairement démontré que T. congolense, T. vivax et T. b. gambiense activent les cellules endothéliales via la voie de NF-ƘB, alors que T. b. brucei est incapable d’activer cette voie. Cette activation a induit une résponse pro-inflammatoire in vitro et in vivo, ce qui souligne l’importance de ce mécanisme dans le développement de la maladie. Pour la première fois, nous avons identifié une activité sialidase chez le parasite de l’homme T. brucei gambiense, et nous avons démontré que les trans-sialidases trypanosomales sont les médiateurs de cette activation endothéliale et de la réponse inflammatoire consécutive, et ceci à la fois chez les trypanosomes africains d’homme et d’animaux. De plus, nous avons montré que l’activation endothéliale implique l’activité lectin-like des trans-sialidases et non pas l’activité catalytique, ainsi que des récepteurs sialylés sur la surface endothéliale. En conclusion, ce travail a apporté des avancées considérables dans la compréhension de la relation hôte/pathogène et a permis de désigner les sialidases comme un facteur de virulence central dans le dialogue intermoléculaire durant les trypanosomoses, en faisant une cible de choix pour le vaccin « anti-maladie ». / Trypanosomiasis remains by far the most devastating parasitic disease in Africa affecting both humans and livestock. The current control strategies being not efficient, an alternative “anti-disease” strategy aiming to neutralize the pathological effects of the parasite rather than to eliminate it, was proposed. Therefore, it is essential to understand the development of pathogenesis and characterize the involved pathogenic factors. In this context, we wanted to elucidate the host-pathogen interaction between the African trypanosomes and the mammalian host endothelium. By comparing four different trypanosomes species, we showed that they displayed distinct capacities for activation of endothelial cells. We clearly demonstrated that T. congolense, T. vivax and T. b. gambiense activate the endothelial cells via the NF-ƘB pathway, but not T. b. brucei. This activation caused a pro-inflammatory response in vitro and in vivo, showing the importance of this mechanism in the development of pathogenesis. For the first time, we identified sialidase activity in the human parasite T. brucei gambiense, and demonstrated that the trypanosomal trans-sialidases are the mediators of this endothelial activation and its consequent inflammatory response, for both human and animal trypanosomes. Additionnally, we showed that endothelial cell activation is mediated by the lectin-like domain of the trans-sialidase rather than the catalytic site, and involves sialylated receptors of the endothelial cell surface. In conclusion, our study brings considerable insights into the host-pathogen relationship and designates sialidases as a central virulence factor in the molecular crosstalk during trypanosomiasis, which makes it a perfect target for the anti-disease strategy.

Grâce à un modèle expérimental de la trypanosomose humaine Africaine (THA ou maladie du sommeil), le rat infecté par Trypanosoma brucei brucei, nous avons examiné l’implication du monoxyde d’azote (NO) dans le développement de cette pathologie. Des variations opposées de la concentration de ce composé ont été observées chez les animaux infectés, au niveau des compartiments périphérique et central : le NO diminue au niveau du sang et augmente au niveau cérébral. Ces changements sont dépendants de la NO-synthase inductible (iNOS). Au niveau périphérique, la diminution du NO qui survient favorise l’installation du parasite car la pression trypanocide de ce composé est diminuée. Dans cette situation, la L-arginine, le substrat à la base de la synthèse du NO, est utilisée pour la synthèse de polyamines, des composés nécessaires à la croissance du parasite. Ces mécanismes sont très probablement déclenchés par le trypanosome via ses facteurs solubles. Au niveau cérébral, la synthèse du NO est aussi soumise à des régulations qui impliquent l’arginase et la NG, NG-diméthylarginine diméthylaminohydrolase (DDAH). Tandis que l’activité de l’arginase demeure constante, celle de la DDAH augmente au cours de l’infection en accord avec les données des western-blot et des amino-acides. Cette augmentation, qui dépend essentiellement de l’isoforme DDAH-2, conduit à une augmentation du NO cérébral dont les propriétés sont trypanocides. Ces changements, contraires à ceux observés en périphérie, sont défavorables à la survie du trypanosome au niveau du cerveau. Ils pourraient constituer une protection supplémentaire contre l’entrée des trypanosomes dans cet organe / By way of an experimental model of human African trypanosomiasis (HAT or sleeping sickness), the rat infected by Trypanosoma brucei brucei, we examined the involvement of nitric oxide (NO) in the development of this pathology. In the infected animals, opposite variations in NO concentration were observedeither at peripheral or brain compartments: NO decreases in blood but increases in brain. These changes are dependent on the activity of the inducible NO-synthase (iNOS). In periphery, the decrease observed in NO concentration favors the parasite entrance because the trypanocidal pressure exerted by NO is decreased. In such a situation, L-arginine, the substrate conducing to the synthesis of NO, is employed for the synthesis of polyamines, a category of compounds necessary for the parasite growth. It is likely that above mechanisms might be triggered by parasites. In brain, NO synthesis is submitted to additive complex regulatory processes implying arginase and NG, NG-dimethylarginine dimethylaminohydrolase (DDAH). While the arginase activity remains constant, that of DDAH increases throughout the infection process in keeping with western-blot and amino acids data. This increase, depending mainly on DDAH-2 isoform, lasts in a brain NO increase which enhance the trypanocidal pressure. Above changes, opposite to those observed in periphery, are not favorable to the parasite survival in brain. They might constitute an additive protection against the parasite entry in this organ

Les Trypanosomoses Animales Africaines (TAA) sont une contrainte majeure à la viabilité et à la durabilité des systèmes de production de bétail au Ghana. Sous la tutelle de la Campagne Pan-Africaine d'Eradication des Tsé-tsé et des Trypanosomoses (PATTEC), le Ghana collabore avec le Burkina Faso au sein d'un projet sous régional pour créer une zone libérée de glossines à leur frontière commune. Les objectifs de cette thèse sont de i) déterminer la situation initiale avant intervention en ce qui concerne le vecteur et la prévalence de la maladie dans la zone de lutte, ii) déterminer la structure des populations de glossines et ses conséquences sur la durabilité des efforts de lutte anti-vectorielle, iii) évaluer l'efficacité de la Pulvérisation Séquentielle d'Aérosols insecticides (SAT) pour contrôler les glossines riveraines et iv) évaluer les risques environnementaux associés à cette stratégie de lutte. Les résultats de l'enquête de base conduite dans la région nord-ouest du Ghana (zone d'étude) ont montré une large distribution de Glossina tachinoides alors que Glossina palpalis gambiensis était limitée à la limite sud de la zone d'étude. La prévalence parasitaire moyenne chez les bovins était de 2.5% (IC 95%: 1.06-5.77) et la prévalence sérologique de 19% (IC: 14.03-25.35). La densité apparente par piège et par jour (DAP) des glossines était de 8.7, 1.9 et 1.3 respectivement le long des rivières Volta noire, Kulpawn et Sissili. Une structuration génétique importante des populations de G. tachinoides a été observée entre sites d'étude d'un même bassin versant et entre bassins versants. Une densité locale de 0.48-0.61 glossines/m² a été inférée, ainsi qu'une distance de dispersion d'environ 11m par génération [IC 9 - 17]. Aucun biais de dispersion sexe-spécifique n'a été détecté. La dispersion observée était suffisante pour qu'une zone libérée de G. tachinoides puisse être ré-envahie par les populations mitoyennes des bassins versants adjacents.L'efficacité de la SAT à éliminer les espèces de glossines riveraines dans une section particulièrement difficile (canopée très dense et fortes densités de glossines) et l'efficacité ultérieure, un an après la SAT, d'une stratégie de lutte intégrée, ont également été testées. Les résultats montrent l'échec de l'éradication, attribué à une pénétration insuffisante des aérosols insecticides dans les galeries forestières denses. Toutefois, le taux de réduction global obtenu par la SAT fut important (98%) et la stratégie intégrée parvint à maintenir un niveau important de suppression des glossines. Enfin, une mesure de l'impact environnemental du projet a montré un impact non significatif de la deltaméthrine en aérosols sur les arthropodes aquatiques et terrestres non-ciblés. / African animal trypanosomosis (AAT) is a major constraint to viable and sustainable livestock production systems in Ghana. Under the umbrella of the Pan African Tsetse and Trypanosomosis Eradication Campaign (PATTEC), Ghana is collaborating with Burkina Faso in a sub-regional initiative aiming at creating tsetse-free areas across their common borders. The objective of this thesis was to conduct research to guide project implementation and specifically seeks to i) determine the pre-intervention vector and disease situation of the intervention area, ii) determine tsetse population structuring and the consequences on sustainable tsetse control efforts, iii) evaluate SAT for the control of riverine tsetse species in Ghana and iv) evaluate the environmental risk of the intervention programmes. Results of a baseline survey conducted in the Upper West Region (study area) indicated a wide-spread prevalence of Glossina tachinoides but Glossina palpalis gambiensis was limited to the southern edge of the study area. Average parasitological prevalence in cattle was estimated at 2.5% (95% CI: 1.06–5.77) and serological prevalence measured at 19% (95% CI: 14.03–25.35). The mean Index of Apparent Abundance (IAA) of tsetse was 8.7, 1.9 and 1.3 for samples taken along the Black Volta, Kulpawn and Sissili Rivers, respectively. Investigations of the G. tachinoides populations confirmed significant structuring within and between the three main river-basins of the study area, and indicated a local density of 0.48-0.61 flies/m² and dispersal distance that approximated 11 m per generation [CI 9 - 17]. No significant sex-biased dispersal was detected. However, the observed dispersal was deemed sufficient for a G. tachinoides-cleared area to be reinvaded from neighbouring populations in adjacent river basins. The potential of Sequential Aerosol Technique (SAT) to eliminate riverine tsetse species in a challenging subsection (dense tree canopy and high tsetse densities) and the subsequent efficacy of an integrated strategy, one year after the SAT operations, were also investigated. Results indicated failure to achieve elimination, attributed to insufficient penetration of insecticide aerosols in thick riverine forest galleries. However the overall reduction rate due to SAT was important (98%) and the subsequent integrated strategy maintained high levels of tsetse suppression. Finally an environmental impact assessment revealed no significant impact of deltamethrin aerosols on non-targeted aquatic and terrestrial arthropods.