Legionella pneumophila est un pathogène intracellulaire, agent de la Légionellose, et dont le réservoir dans l’environnement est constitué d’amibes aquatiques comme Acanthamoeba castellani. Mes objectifs de thèse étaient l’identification de mécanismes moléculaires contrôlant la virulence et la multi-résistance chez L. pneumophila, et en particulier l’exploration du rôle des protéines « GGDEF/EAL ». Les domaines GGDEF et EAL sont retrouvés dans des enzymes permettant respectivement de synthétiser (diguanylate cyclase, DGC) ou dégrader (phosphodiestérase, PDE) le di-GMP cyclique, un second messager spécifique des bactéries, qui participe au contrôle de fonctions clés comme la virulence ou la mobilité. L. pneumophila Lens possède 22 gènes codant des protéines GGDEF/EAL, et dont la plupart sont exprimés lorsqu’elle est dans sa phase virulente. L’activité enzymatique des 22 protéines « GGDEF/EAL » a été analysée in vitro : sur 10 protéines purifiées, 6 sont des DGC, dont 2 présentes une double activité DGC/PDE. L’inactivation de 5 gènes des 22 gènes et la surexpression de 2 autres entrainent une baisse de la virulence vis-à-vis d’A. castellanii. De plus, nous avons montré que l’activité DGC d’au moins 2 de ces protéines est requise lors du cycle infectieux. Enfin, nous avons décrit un système à deux composants original comprenant l’histidine kinase (HK) Lpl0330, capable de s’autophosphoryler sur un nouveau domaine HisKA, retrouvé dans 64 autres HK potentielles, et Lpl0329, le premier régulateur de réponse à double activité enzymatique caractérisé, dont la phosphorylation conduit à moduler le taux de di‐GMPc en favorisant une de ses deux activités (Levet-Paulo et al., 2011). / Legionella pneumophila is an intracellular pathogen found in aquatic environments where it replicates in protozoan hosts. My objectives were to identify molecular mechanisms that control virulence and multidrug resistance in L. pneumophila, and especially to explore the role of proteins “GGDEF/EAL” in virulence. GGDEF and EAL domains are found in enzymes able to synthesize (diguanylate cyclase, DGC) or degrade (phosphodiesterase, PDE) c-di-GMP, respectively. C-di-GMP is a bacterial second messenger which plays a key role in regulating main functions including motility, and virulence. L. pneumophila Lens contains 22 genes encoding GGDEF/EAL proteins and most of them are expressed simultaneously with genes encoding virulence factors. The enzymatic activities of the 22 GGDEF/EAL proteins of L. pneumophila Lens were assayed in vitro. Among the 10 proteins purified, 6 showed a DGC activity and 2 contained both activities. The role of the GGDEF/EAL proteins of L. pneumophila Lens on virulence was investigated. Inactivation of 5 genes and overexpression of 2 other genes led to a significant decrease in virulence. Moreover, DGC activity of at least two of these proteins is required for bacterial virulence. Finally, an original two-component system was identified comprising Lpl0330, a histidine kinase able to autophosphorylate on a new HisKA domain, and Lpl 0329, a protein with dual in vitro DGC/PDE activity. Phosphorylation of Lpl0329 led to a decrease in its DGC activity only, giving the first example of a bifunctional enzyme which modulates synthesis and turnover of c-di-GMP in response to phosphorylation (Levet-Paulo et al., 2011).

Salmonella spp. sind fakultative intrazelluläre Pathogene, die gastrointestinale und systemische Erkrankungen in einem umfassenden Wirtsbereich, einschließlich Tier und Mensch, hervorrufen. Salmonella benötigt verschiedene Virulenzgene für die Infektion welche auf sogenannten Salmonella Pathogenitäts-Inseln (SPI) kodiert sind. Hinzu kommt, dass auch zahlreiche im Salmonella Genom verstreuten Gene an verschiedenen Aspekten von Virulenz und Pathogenese beteiligt sind. In der vorliegenden Studie wurde die Funktion eines zuvor nicht beschriebenen putativen transkriptionellen Regulators (STM0029) charakterisiert und definiert. Dieser scheint für die Abwehr von zellulären bakterizid wirkenden Verbindungen und das Überleben des Bakteriums innerhalb einer intrazellulären Nische von entscheidender Bedeutung zu sein. Die STM0029-deletierte Mutante wies eine gesteigerte Sensitivität gegenüber antimikrobiellen Peptiden und bakteriziden Verbindungen auf. Dazu zählten α-Defensin-1, β- Defensin-1, β-Defensin-2, LL-37 und Polymyxin B sowie Komponenten des Komplementsystems. Unerwartet war die Beobachtung, dass die Expression von STM0029 durch das PmrA/B Zwei Komponenten System reprimiert vorlag, während das PhoP/Q Zwei Komponenten System keinen Einfluss auf die Expression von STM0029 zu scheinen hat. Beide Komponent Systeme spielen bekanntlich eine entscheidende Rolle bei der Expressionsregulation von Genen die für das intrazelluläre Überleben von Salmonella wichtig sind. Bemerkenswert ist, dass ein Set von Genen welche an der Biosynthese und/oder der Modifikation für das LPS O-Antigen sowie des Peptidoglykans in der bakteriellen Zellwand beteiligt ist, im STM0029 Deletionshintergrund herab reguliert vorlag. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das STM0029 Genprodukt die Persistenz des Pathogen in Wirtszellen beeinflusst. Möglicherweise geschieht dies durch das Umgehen von wirtseigenen Abwehrmechanismen. / Salmonella spp. are facultative intracellular pathogens, which cause gastrointestinal and systemic diseases in a broad range of hosts including animals and humans. In addition to virulence genes clustered within pathogenicity islands, numerous additional genes scattered throughout the genome are also involved in various aspects of Salmoenlla virulence and pathogenesis. In this study, I identified a Salmonella putative transcriptional regulator encoded by a previously uncharacterized open reading frame designated STM0029. Deletion of STM0029 altered the expression of genes involved in both the resistance to host bactericidal challenges, and bacterial cell wall biosynthesis in S. Tyhpimurium. The ΔSTM0029 strain showed a defect in the resistance to host antimicrobial peptides, including α-defensin-1, β-defensin-1, β-defensin-2, LL-37, and polymyxin B as well as serum challenges compared to the wildtype. Unexpectedly, expression of STM0029 was found to be repressed by the PmrA/B two component system, but appeared to be independent of the PhoP/Q two component system, both of which are well-known regulatory systems involved in the regulation of expression of genes involved in Salmonella intracellular survival. Notably, the expression of a set of genes involved in bacterial LPS O-antigen and peptidoglycan biosyntheses and modifications showed decreases in the absence of STM0029. These experimental results indicate that the STM0029 gene product in S. Typhimurium contributes to resistance against host cell defense mechanisms, likely through regulation of genes involved in LPS O-antigen and peptidoglycan biosynthesis and modifications.

Bacillus subtilis is the model organism for low GC Gram-positive bacteria and is of great biotechnological interest. Protein phosphorylation is an important regulatory mechanism in bacteria and it has not been extensively studied yet. Recent site-specific phosphoproteomic studies identified a large number of novel serine/threonine phosphorylation sites in B. subtilis, including a) two transition phase global gene regulators DegS and AbrB and b) RecA, that plays a major role in double-strand break repair and DNA recombination. .B. subtilis disposes of several putative Ser/Thr kinases like PrkA, YbdM, YabT and a characterizd kinase PrkC, but very few physiological substrates for these have been defined so far. In vitro phosphorylation assays were used to identify which of these kinases were able to phosphorylate DegS, RecA and AbrB. DegS phosphorylation on serine 76 by the kinase YbdM influenced its activity towards DegU both in vitro and in vivo, and expression of DegS S76D( on replacing serine to aspartate) in B. subtilis perturbed cellular processes regulated by the DegS/DegU two component system. This suggests a link between DegS phosphorylation at serine 76 and the level of DegU phosphorylation, establishing this post-translational modification as an additional trigger for this two-component system. At the onset of sporulation, B. subtilis expresses an unusual serine/threonine kinase YabT, which exhibits a septal localization and is activated by non-sequence-specific DNA binding. Activated YabT phosphorylates RecA at the residue serine 2, which in turn promotes the formation of RecA foci at the onset of spore development. On the other hand, non-phosphorylatable RecA or inactivated YabT lead to reduced spore formation in the presence of DNA lesions . This suggests a functional similarity between B. subtilis developmental stage dependent RecA phosphorylation and its eukaryal homologous Rad51 phosphorylation, which leads to its recruitment to the lesion sites. We therefore proposed that RecA phosphorylation serves as an additional signal mechanism that promotes focus formation during spore development. AbrB is phosphorylated by YabT, YbdM and PrkC in vitro and AbrB phosphorylation leads to reduced affinity for its target DNA and abolished binding cooperativity in vitro and in vivo. Expression of the phosphomimetic AbrB-S86D or of the non-phosphorylatable AbrB-S86A mutant protein in B. subtilis disturbed some stationary phase phenomena such as exoprotease production, competence and the onset of sporulation, probably by deregulation of AbrB-target genes and operons. We therefore, proposed that AbrB phosphorylation as an additional regulatory mechanism needed to switch off this ambiactive gene regulator during the transition phase.

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Os genes ntrB e ntrC codificam, respectivamente, a histidina quinase (HK) e o regulador de respostas (RR), pertencentes a um sistema de dois componentes (TCSs), que atuam no sistema regulador de nitrogênio (NTR). Porém, o possível papel desses genes na virulência da XccA e de outros fitopatógenos ainda não foi elucidado. Este estudo teve como objetivo investigar os efeitos dos genes ntrB e ntrC no desenvolvimento do cancro cítrico em limão-cravo (Citrus limonia Osbeck), bem como a possível relação desses genes com a regulação da expressão de genes do sistema de secreção tipo 3 (SST3), considerado um dos principais fatores de virulência da XccA. Os mutantes ΔntrB e ΔntrC foram obtidos pela técnica de mutagênese sítio-dirigida por reação em cadeia da polimerase de extensão por sobreposição. A mutação dos genes causou redução na sintomatologia do cancro cítrico e diminuição da população bacteriana no espaço intercelular do tecido foliar da planta. A análise das curvas de crescimento in vitro revelou que a ausência do gene ntrB não alterou a viabilidade da bactéria, enquanto a mutação do gene ntrC afetou o “fitness” bacteriano em meio de cultura NB. Análises in vitro indicaram que o mutante ΔntrC formou duas vezes mais biofilme e produziu cinco vezes mais goma xantana do que a XccA 306 in vitro. A expressão dos genes (hpa1, hrpG, hrpX, hrpE, hrpW e hrpD6) do SST3 avaliados foi significativamente maior (p < 0,05) no mutante ΔntrC do que na XccA 306 e no ΔntrB, indicando que ntrC possa atuar na regulação do SST3. Porém, o nível de expressão desses genes no mutante ΔntrB não apresentou diferença significativa (p > 0,05) em relação à XccA 306. A modelagem molecular revelou semelhança estrutural entre as regiões receptoras de NtrC e HrpG, sugerindo que a fosforilação de HrpG por NtrB possa ocorrer in vivo. Em síntese, os resultados obtidos neste estudo indicam que a mutação dos genes ntrB e ntrC afeta o desenvolvimento do cancro cítrico em limão-cravo e que o gene ntrC pode atuar na regulação dos mecanismos de formação de biofilme, produção de goma xantana e expressão de genes do SST3 e/ou que a ausência desse gene ocasione um desequilíbrio celular na XccA 306, resultando na alteração desses mecanismos, enquanto NtrB pode apresentar papel na regulação de genes do SST3 por meio da fosforilação de HrpG. / The citrus canker type A, provoked by the bacterium Xanthomonas citri subsp. citri (XccA), is one of themost important citrus diseases, affecting all the commercial cultivars, for which there are no effective control strategies. The ntrB and ntrC genes encode a histidine kinase (HK) and the response regulator (RR), respectively, belong to a two-component system (TCSs), related to the nitrogen regulatory system (NTR). However, the possible role of ntrB and ntrC genes in the virulence of XccA and other phytopathogens has not yet been elucidated. Therefore, the aim of this study was to investigate the impact of the ntrB and ntrC genes on the development of citrus canker in rangpur lime (Citrus limonia Osbeck), as well as the possible relation of ntrB and ntrC genes with the regulation of the type 3 secretion system (T3SS) gene expression, which is considered one of the main virulence factors of XccA. The ΔntrB and ΔntrC were obtained by site-directed mutagenesis through overlap extension polymerase chain reaction. The mutation of the ntrB and ntrC genes caused a reduction of the citrus canker symptoms, and decrease of the bacterial population in the intracellular space of the foliar tissue of the plant. In vitro growth curves analysis revealed that the ΔntrB did not affect the viability of the bacterium, whereas the ΔntrC affected the bacterial fitness in NB culture medium. In vitro analysis indicated that the ΔntrC formed 2x more biofilm, and produced 5x xanthan gum compared to the XccA 306. The T3SS related genes (hpa1, hrpG, hrpX, hrpE, hrpW and hrpD6) expression was significantly higher (p <0.05) in the ΔntrC than in the XccA 306 and the ΔntrB, indicating that ntrC can modulate the regulation of T3SS. However, the level of expression of these genes in the ΔntrB did not differ (p> 0.05) in relation to the XccA 306. Molecular modeling revealed structural similarity between NtrC and HrpG receptors motifs, suggesting that phosphorylation of HrpG by NtrB may occur in vivo. Overall, the results obtained in this study strongly suggest that the mutation of the ntrB and ntrC genes affect the development of rangpur lime citrus canker and that ntrC gene may play an important role in the regulation of the mechanisms of biofilm formation, xanthan gum production and T3SS gene expression and/or that the absence of this gene causes a cellular imbalance in XccA 306 resulting in the alteration of these mechanism, whereas the NtrB may have a role with the regulation of T3SS genes by phosphorylation of HrpG. / 3385/2013

Les méthionines sulfoxyde réductases (Msr) sont impliquées dans la réparation des protéines. MsrA et MsrB sont ubiquitaires et réduisent les méthionines sulfoxydes en méthionines. Chez les bactéries, MsrA et MsrB sont localisées dans le cytoplasme et sont impliquées dans la résistance au stress oxydant. Durant ma thèse, j'ai étudié le rôle du système MsrA/B dans la physiologie d'Escherichia coli. Mon travail a porté sur l'étude de la recombinase A (RecA) comme cible du système MsrA/B. RecA joue un rôle central dans la réparation de l'ADN via ses fonctions principales : la recombinaison homologue, l'induction de la réponse SOS et l'induction de la mutagénèse SOS. J’ai pu établir un lien génétique entre le système MsrA/B et RecA. L'étude révèle que l'absence des Msr affecte la fonction de recombinaison homologue de RecA. J'ai montré que RecA oxydée perd sa capacité à former des filaments sur l’ADN, à hydrolyser de l’ATP et à effectuer l’échange de brin. De manière intéressante, la réparation de RecA oxydée par le système MsrA/B permet de restituer ses fonctions. D'autres analyses ont révélé que le résidu Met35 est important pour l’activité de RecA. Ces résultats m'ont permis de proposer un modèle dans lequel l'état d'oxydation des Met de RecA modulent son activité. Un autre pan de mon travail a permis la caractérisation d’une Msr périplasmique : MsrP. J'ai montré que MsrP est importante lors d’un stress HOCl et que son expression est induite lors d’un tel stress via le système à deux composantes YedVW. La kinase YedV possédant plusieurs Met au sein de son domaine senseur, j'ai proposé un modèle dans lequel l'activation de YedV se ferait via l'oxydation de ses Met. / Methionine sulfoxide reductase (Msr) are involved in proteins repair. MsrA and MsrB are ubiquitous enzymes which reduce methionine sulfoxide into methionine. In bacteria, MsrA and MsrB are localized in the cytoplasm and are involved in the resistance to oxidative stress. During my PhD, I investigated the role of the MsrA/B system in the physiology of the Escherichia coli. My work was devoted to the study of the recombinase A (RecA) as the target of MsrA/B system. RecA plays a central role in DNA repair via its main functions: homologous recombination, induction of the SOS response and the induction of the SOS mutagenesis. I was able to establish a genetic link between the MsrA/B system and RecA. My study shows that the absence of Msr affects the homologous recombination function of RecA. I have shown that RecA oxidized loses its ability to form filaments on DNA, to hydrolyze ATP and perform strand exchange process. Interestingly, repair RecA oxidized by MsrA/B system restores the functions of RecA. Further analysis revealed that the residue Met 35 is important for the activity of RecA. From these results, I proposed a model in which the oxidation of Met and repair MsrA/B is a dynamic system modulating the activity of RecA. Another part of my work allowed the characterization of periplasmic Msr of E. coli: MsrP. I have shown that MsrP is important under HOCl stress and its expression is induced during such stress via the YedVW two components system. The YedV kinase possessing multiple Met in its sensor domain, I proposed a model in which the activation of YedV would be by oxidation of its Met.

Streptococcus pyogenes (Streptocoque du Groupe A (SGA)) est un germe humain responsable d’un large éventail de pathologies invasives et non-invasives, mais aucun attribut génétique ne rend compte à lui seul de cette diversité. Notre objectif a été de rechercher des liens entre génotype, présence de gènes de virulence et caractère invasif des souches par une approche d’épidémiologie moléculaire. Une association entre génotypes et présence de certains gènes de virulence a été établie sur une collection de souches françaises de SGA responsables d’infections invasives chez des adultes. De même, la présence du locus sil, codant un système de quorum-sensing, est liée au génotype des souches, mais non à leur caractère invasif. Concernant la réponse immunitaire innée, contrairement aux souches emm1, emm4 et emm28, les souches invasives emm3 et emm89 sont plus phagocytées par les macrophages que leurs homologues non-invasives. Les souches emm89 sont plus phagocytées et survivent plus longtemps dans les macrophages que les souches des autres génotypes. Par ailleurs, les souches emm3 induisent l’apoptose des macrophages. Enfin, la cinétique de production des médiateurs pro et anti-inflammatoires est dépendante du génotype. La souche de colonisation d’un cas groupé, incluant aussi une souche invasive, présente une mutation originale dans covS (codant le senseur d’un système de régulation à deux composants). La protéine CovSY39H répond peu aux signaux de l’environnement, correspondant à une protéine CovS constitutive. Le phénotype de ce mutant, résultant de l’expression de certains gènes de virulence, est favorable à la colonisation. Sa survie dans les macrophages et sa virulence sont altérées. / Streptococcus pyogenes (Group A Streptococcus (GAS)) is a human pathogen responsible for a wide range of diseases including non-invasive and invasive infections. To date no specific GAS attribute has been associated with a type of infection although a link between genetic background and tissue tropism has been demonstrated. Our objective was to investigate the relationship between genotype, the presence of genes encoding virulence factors and invasive strains by molecular epidemiology approach. An association between genotypes and the presence of genes encoding virulence factors has been established among a collection of French strains responsible for invasive GAS infections in adults. Similarly, the presence of sil locus, encoding a quorum sensing system, is related to genotype, but not to the invasive status of the GAS strains. Regarding the innate immune response, unlike emm1, emm4 and emm28 strains, invasive emm3 and emm89 strains are more phagocytosed by macrophages than their non-invasive counterparts. The emm89 strains are phagocytosed and survive longer in macrophages than strains belonging to any other genotype. Moreover, emm3 strains induce macrophage apoptosis. Finally, the kinetics of production of pro- and anti-inflammatory mediators are genotype-dependent. A colonization strain belonging to a cluster that also includes an invasive strain, has a unique mutation in covS (encoding the sensor of a two-component system). The CovSY39H protein responds less to some environmental signals, corresponding to a constitutive CovS protein. The phenotype of the mutant, resulting in the expression of certain genes encoding virulence factors, favors a colonization state. Survival in macrophages and virulence are also altered.

La résistance aux polymyxines chez P. aeruginosa résulte en partie de la modification du lipide A par addition de 4-amino-aL-arabinose (L-Ara4N), due à l'expression de l'opéron arnBCADTEF-ugD (arn), activée par au moins 6 systèmes de régulation à deux composants (S2C). Nous avons mis en évidence que P. aeruginosa était capable de s'adapter de manière transitoire à la présence de fortes concentrations de polymyxines (8 x CMI) aussi bien in vitro que in vivo dans un modèle murin d'infection pulmonaire aiguë. La délétion de l'opéron arn chez la souche sauvage n'a pas modifié la capacité d'adaptation de P. aeruginosa. Afin d'identifier les gènes impliqués dans le processus adaptatif, le transcriptome global du mutant PAOl/z«;-Aar«-ATCS délété des principaux S2C (parRS, pmrAB, cprRS eiphoPQ) et de l'opéron arn a été réalisé en présence de différentes concentrations de colistine par RNA-Seq. Deux nouveaux mécanismes ont ainsi été identifiés. L'un repose sur l'expression de l'opéron mmsAB codant des enzymes du catabolisme des acides gras et l'autre fait intervenir le facteur sigma alternatif AlgU. Seule la délétion conjointe du gène algW participant à l'activation de AlgU et des opérons arn, mmsAB, pmrAB, parRS, phoPQ et cprRS a permis d'abolir complètement la résistance adaptative à la colistine. Par ailleurs, nous avons mis en évidence le rôle des vésicules de membrane externe (OMVs) dans la séquestration de l'antibiotique, dont la production semble régulée au moins par AlgU et le PQS. Ces travaux offrent des perspectives intéressantes pour l'identification de nouvelles cibles antibactériennes et pour l'amélioration de l'effet bactéricide des polymyxines. / Resistance to polymyxins in Pseudomonas aeruginosa involves the addition of 4-amino-L-arabinose (Ara4N) to LPS phosphates, thanks to an enzymatic modification due to the operon named arnBCADTEF-ugD (arn) whose expression is activated by at least 6 two component regulatory Systems (TCS). We demonstrated that P. aeruginosa was able to resist in a transient way to high concentrations of polymyxins (8x MIC) in vitro and in vivo in a mice lung infection model. Arn operon deletion in the wild type strain did not modify the ability to adapt to polymyxins. In order to identify gènes involved in adaptive resistance, we performed RNA-seq transcriptomes of quintuple mutant PAO\lux-Aaw-ATCS exposed to different concentrations of colistin or non exposed. Two new mechanisms were identified. The first one is based upon mmsAB operon encoding fatty acid catabolism enzymes and the second one is due to the sigma factor AlgU. Only the deletions of algW%enz involved in AlgU activation and arn, mmsAB, pmrAB, parRS, phoPQ and cprRS operons completely abolished the adaptive process. We also demonstrated the role of outer membrane vesicles in the sequestration of colistin whose production is regulated by AlgU and PQS. This study provides knoweldge essential for the design of novel strategies aimed at tackling the adaptive resistance to polymyxins.

La bactérie Myxococcus xanthus forme des structures multicellulaires appelées corps fructifères pour résister à des conditions de carence nutritive. La formation de ces structures implique un système chimiotactique particulier, le système Frz, qui régule le changement de direction des cellules, provoqué par la relocalisation simultanée des deux appareils de motilité (A) et (S) d’un pôle à l’autre de la cellule. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur la connexion entre le système chimiotactique Frz et ses protéines cibles MglAB dans le contrôle de l’inversion de la polarité. L’axe de polarité des cellules est établi par MglA, une petite protéine G de la famille Ras, qui constitue un embranchement vers la régulation des deux appareils de motilité au pôle avant, et son inhibiteur MglB localisé au pôle arrière. Nous avons montré qu’en interagissant directement et spécifiquement avec le cytosquelette, MglA contrôle l’assemblage et le désassemblage de la machinerie de motilité A. Par une approche évolutive, nous avons élucidé l’architecture modulaire du système Frz et l’implication de quatre domaines régulateurs pour connecter le système Frz aux protéines MglAB, filtrer et amplifier le signal. Nous proposons un mécanisme d’inversion de la polarité dans lequel l’action indépendante de deux RRs à chaque pôle de la cellule perturbe les interactions entre une petite protéine G et son inhibiteur apparenté pour convertir un axe de polarité stable en un oscillateur biochimique. La régulation de la direction de mouvement chez M. xanthus pourrait donc constituer un cas émergent de couplage entre des régulateurs de type procaryotes et eucaryotes. / The bacterium Myxococcus xanthus forms multicellular structures called fruiting bodies to resist to starvation conditions. Fruiting body formation implies a chemosensory-like system, the Frz system which regulates directional changes through the simultaneous pole-to-pole relocalization of two motility systems, (A) and (S). During my PhD, I have worked on the connection between the Frz chemosensory-like system and the downstream regulators MglA and MglB in the control of polarity inversion. The cell polarity axis is established by (i) a Ras-like small G protein, MglA, which constitutes a branch node in the regulation of A and S motility systems at the leading cell pole, and (ii) its cognate inhibitor MglB that localizes at the lagging cell pole. We showed that MglA interacts directly and specifically with the cytoskeleton to promote assembly and disassembly of the A-motility machinery. Using an evolutionary approach, we elucidated the modular architecture of the Frz system and the implication of four regulatory domains to (i) connect the Frz system to the MglAB proteins, (ii) filter and (iii) amplify the signal. We now propose a mechanism for polarity inversion in which the independent action of two response regulators at each cell pole perturbs the interactions between a small-G-protein and its cognate inhibitor to trigger the conversion of a stable polarity axis into a biochemical oscillator. The regulation of directional movement in M. xanthus is an interesting emergent coupling between prokaryotes and eukaryotes regulators.

La composition des cellulosomes (complexes multi-enzymatiques impliqués dans la dégradation des polysaccharides de la paroi végétale) produits par Clostridium cellulolyticum varie en fonction du substrat de croissance. En particulier, l’expression d’un regroupement de 14 gènes prédits comme codants pour des hémicellulases (appelés xyl-doc) est induite par la présence de paille et non de cellulose. L’hypothèse a été faite que le système à deux composants putatif, codé par les deux gènes en amont des gènes xyl-doc, est impliqué dans cette régulation. Mes résultats montrent que le régulateur de réponse (appelé XydR) est impliqué dans l’activation de la transcription des gènes xyl-doc et d’un gène additionnel codant pour une protéine de fonction inconnue. Cette protéine possède cependant un module de liaison aux sucres prédit comme ciblant les hémicelluloses. Les régions promotrices, incluant les sites potentiels de liaison de XydR, ont été identifiées en amont des gènes régulés et un lien transcriptionnel entre tous les gènes xyl-doc a été mis en évidence.Un deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le signal inducteur présent dans la paille susceptible d’être capté par le senseur apparenté à XydR. Il a été montré que la transcription des gènes cibles est spécifiquement induite par l’arabinose et le xylose qui sont les résidus glucidiques les plus abondants dans les hémicelluloses et donc relargués lors de leur dégradation.Finalement, des études biochimiques des produits de certains des gènes régulés ont montré qu’au moins trois des gènes codaient pour des produits impliqués dans la dégradation des hémicelluloses. / The composition of the cellulosomes (multi enzymatic complexes involved in the degradation of plant cell wall polysaccharides) produced by Clostridium cellulolyticum differs according to the growth substrate. In particular, the expression of a cluster of 14 hemicellulase-encoding genes (called xyl-doc) is induced by the presence of straw and not of cellulose. The hypothesis was made that the putative two-component regulatory system, encoded by the genes localized upstream of xyl-doc, was involved in this regulation.My results provided evidence that the response regulator (called XydR) is involved in the activation of the transcription of xyl-doc genes and of an additional gene encoding a protein of unknown function harboring a carbohydrate binding module predicted to target hemicelluloses. Promoter regions, including XydR binding sites, have been identified upstream of the regulated genes and the transcriptional link between all xyl-doc genes has been demonstrated. A second aim of my work has been to identify the inducing signal present in straw that could be sensed by the cognate sensor of XydR. It was shown that the transcription of the target genes is specifically induced by arabinose and xylose which are the most abundant sugar residues present in hemicellulose and thus released by its degradation.Finally, biochemical studies of the products of some of the regulated genes demonstrated that at least three genes encoded products involved in hemicellullose degradation.

Cette thèse est dédiée à l'étude des fluctuations non-linéaires dans les condensats de Bose-Einstein à deux composantes. On présente dans le premier chapitre la dynamique de champ moyen des condensats à deux composantes et les différents phénomènes typiques associés au degré de liberté spinoriel. Dans ce même chapitre, on montre que la dynamique des excitations se sépare en deux modes distincts : un mode dit de densité correspondant au mouvement global des atomes à l'intérieur du condensat et un mode dit de polarisation correspondant à la dynamique relative entre les deux espèces constituant le condensat. Ce calcul est généralisé dans le deuxième chapitre où l'on montre que le mode de polarisation persiste en présence d'un couplage cohérent entre les deux composantes. En particulier on analyse la stabilité modulationnelle du mode en déterminant, à l'aide d'une analyse multi-échelle, la dynamique des excitations non-linéaires. On montre alors que les excitations de polarisation, au contraire des excitations de densité, souffrent d'une instabilité de Benjamin-Feir. Cette instabilité est stabilisée aux grandes impulsions par une résonance onde longue - onde courte. Enfin dans le dernier chapitre, on dérive de façon non-perturbative la dynamique de polarisation proche de la limite de Manakov, dynamique quise révèle être régie par une équation de Landau-Lifshitz sans dissipation. Les équations de Landau-Lifshitz appartiennent à une hiérarchie d'équations intégrables (hiérarchie Ablowitz-Kaup-Newell-Segur) et on étudie les solutions à une phase à l'aide de la méthode d'intégration finite-gap ; on détermine notamment à l'aide de cette méthode un nouveau type de soliton pour les condensats à deux composantes. Finalement, profitant de l'intégrabilité du système, on résout le problème de Riemann à l'aide de la théorie de modulation de Whitham et on montre que les condensats à deux composantes peuvent propager des ondes de raréfaction ainsi que des ondes de choc dispersives ; on décrit notamment la modulation de ces ondes de choc par la propagation d'ondes simples et d'ondes de contact d'invariants de Riemann. / This thesis is devoted to the study of nonlinear fluctuations in two-component Bose-Einstein condensates. In the first chapter we derive the mean field dynamics of two-component condensates and we present the distinctive phenomena associated to the spinorial degree of freedom. In the same chapter, we show that the dynamics of the excitations is divided in two distinct modes: a so-called density mode which corresponds to the global motion of the atoms, and a so-called polarization mode which corresponds to the relative motion between the two species composing the condensate. The computation is generalized in the second chapter in which we demonstrate that the polarization mode remains in presence of a coherent coupling between the two components. In particular we study the modulational stability of the mode and we determine through a multi-scaling analysis the dynamics of non-linear excitations. We show that the excitations of polarization undergo a Benjamin-Feir instability contrary to the density excitations. This instability is then stabilized in the short wavelength regime by a long wave - short wave resonance. Finally in the last chapter, we derive in a non-perturbative way the polarisation dynamics close the Manakov limit.In this limit, the dynamics proves to be governed by a Landau-Lifshitz equation without dissipation. Landau-Lifshitz equations belong to a hierarchy of integrable equations (Ablowitz-Kaup-Newell-Segur hierarchy) and we derive the single-phase solutions thanks to the finite-gap method; in particular we identify a new type of soliton for the two-component Bose-Einstein condensates. Finally, taking advantage of the integrability of the system, we solve the Riemann problem thanks to the Whitham modulation theory and we show that the two-component condensates can propagate rarefaction waves as well as dispersive shockwaves; we describe the modulation of the shockwaves by the propagation of simple waves and contact waves of Riemann invariants.