Thirteen years of surgical site infection surveillance in Swiss hospitals

Contexte : Les infections du site opératoire (Surgical Site Infections - SSI) sont des complications fréquentes des procédures chirurgicales et un problème majeur de la santé publique. La surveillance constitue un élément essentiel de la prévention des SSI. Les résultats publiés récemment par certains pays européens suggèrent un impact positif qu'un réseau de surveillance active peut avoir sur le taux de SSI dans les hôpitaux participants. Objectif : La présente étude évalue les effets de la surveillance sur l'incidence des SSI en analysant les résultats du programme suisse multicentrique de surveillance des SSI. Méthodes : L'étude porte sur les 13 premières années du programme, regroupant au total 23 hôpitaux périphériques, cantonaux et universitaires de la Suisse occidentale et du sud. Ce programme, qui a intégré le consortium national Swissnoso en 2011, a été organisé conformément aux principes du système américain de National Nosocomial Infections Surveillance (NNIS). La surveillance incluait les procédures de la chirurgie viscérale (appendicectomie, cholécystectomie, chirurgie du colon et herniaire) et de l'orthopédie (arthroplastie de la hanche et du genou). Les données démographiques et cliniques étaient recueillies de manière standardisée par les infirmières cliniciennes en infectiologie pendant et après l'hospitalisation. Les rapports annuels, résumant les taux des SSI pour chaque type de procédure ainsi que la comparaison inter-hospitalière des risques relatifs ajustés à l'index NNIS, ont été discutés au sein de chaque établissement entre le comité des chirurgiens et le responsable local du programme. Analyses statistiques : Les taux cumulatifs des SSI ont été calculés pour chaque procédure chirurgicale. Une stratification selon le type de SSI (superficielle, profonde, organe/espace) et selon l'index NNIS a été respectée. Les facteurs de risque des SSI ont été identifiés pour chaque procédure par les analyses univariées des caractéristiques du patient (âge, sexe, score ASA, temps avant l'opération) et celles de l'opération (classe de contamination, durée de la chirurgie, urgence, antibioprophylaxie, laparoscopie, procédures multiples, ré¬intervention). Afin d'évaluer l'effet de la durée de la surveillance sur le taux des SSI, le temps de participation au programme a été calculé et stratifié par périodes d'un an par hôpital et par procédure. La corrélation entre la durée de la surveillance et les SSI a été estimée en utilisant les modèles de régression logistique pour chaque procédure avec l'ajustement pour les variables avec p ^ 0.2. Dans toutes les analyses, la valeur p < 0.05 était considéré significative. Résultats : Les taux globaux des SSI étaient : 18.2% pour les colectomies, 6.4% pour les appendicectomies, 2.3% pour les cholécystectomies, 1.7% pour les cures des hernies et 1.6% et 1.3% pour les arthroplasties de la hanche et du genou, respectivement. L'incidence des SSI post-hospitalières allait du 21% pour les colectomies au 94% pour les arthroplasties du genou. Concernant les facteurs prédictifs des SSI, l'index NNIS était valable seulement pour la chirurgie gastro-intestinale, la laparoscopie étant globalement protectrice mais associée à un taux d'infections profondes plus élevé après l'appendicectomie. La durée de la participation au programme de surveillance n'apportait pas de diminution des taux des SSI dans aucune procédure incluse dans l'étude. Conclusions : L'étude confirme l'impact de la surveillance post-hospitalière sur le taux des SSI, l'effet protectrice de la laparoscopie ainsi que l'absence de la valeur prédictive de l'index NNIS en orthopédie. Contrairement aux autres programmes européens nous n'avons pas détecté d'effet positif de la durée de la surveillance sur le taux des SSI. Les résultats obtenus ouvrent la discussion sur l'utilisation plus effective des données de surveillance des SSI.

Human alveolar macrophages infected by virulent bacteria expressing SipB are a major source of active interleukin-18.

Recent publications have demonstrated that the protease caspase-1 is responsible for the processing of pro-interleukin 18 (IL-18) into the active form. Studies on cell lines and murine macrophages have shown that the bacterial invasion factor SipB activates caspase-1, triggering cell death. Thus, we investigated the role of SipB in the activation and release of IL-18 in human alveolar macrophages (AM), which are the first line of defense against inhaled pathogens. Under steady-state conditions, AM are a more important source of IL-18 than are dendritic cells (DC) and monocytes. Cytokine production by AM and DC was compared after both types of cells had been infected with a virulent strain of Salmonella enterica serovar Typhimurium and an isogenic sipB mutant, which were used as an infection model. Infection with virulent Salmonella led to marked cell death with features of apoptosis while both intracellular activation and release of IL-18 were demonstrated. In contrast, the sipB mutant did not induce such cell death or the release of active IL-18. The specific caspase-1 inhibitor Ac-YVAD-CMK blocked the early IL-18 release in AM infected with the virulent strain. However, the type of Salmonella infection did not differentially regulate IL-18 gene expression. We concluded that the bacterial virulence factor SipB plays an essential posttranslational role in the intracellular activation of IL-18 and the release of the cytokine in human AM.

Escherichia coli RuvBL268S: a mutant RuvB protein that exhibits wild-type activities in vitro but confers a UV-sensitive ruv phenotype in vivo.

The RuvABC proteins of Escherichia coli process recombination intermediates during genetic recombination and DNA repair. RuvA and RuvB promote branch migration of Holliday junctions, a process that extends heteroduplex DNA. Together with RuvC, they form a RuvABC complex capable of Holliday junction resolution. Branch migration by RuvAB is mediated by RuvB, a hexameric ring protein that acts as an ATP-driven molecular pump. To gain insight into the mechanism of branch migration, random mutations were introduced into the ruvB gene by PCR and a collection of mutant alleles were obtained. Mutation of leucine 268 to serine resulted in a severe UV-sensitive phenotype, characteristic of a ruv defect. Here, we report a biochemical analysis of the mutant protein RuvBL268S. Unexpectedly, the purified protein is fully active in vitro with regard to its ATPase, DNA binding and DNA unwinding activities. It also promotes efficient branch migration in combination with RuvA, and forms functional RuvABC-Holliday junction resolvase complexes. These results indicate that RuvB may perform some additional, and as yet undefined, function that is necessary for cell survival after UV-irradiation.

Mutation of the BAFF furin cleavage site impairs B-cell homeostasis and antibody responses.

B-cell-activating factor of the TNF family (BAFF)/BLyS contributes to B-cell homeostasis and function in the periphery. BAFF is expressed as a membrane-bound protein or released by proteolytic cleavage, but the functional importance of this processing event is poorly understood. Mice expressing BAFF with a mutated furin consensus cleavage site, i.e. furin-mutant BAFF (fmBAFF), were not different from BAFF-deficient mice with regard to their B-cell populations and responses to immunization. It is however noteworthy that an alternative processing event releases some soluble BAFF in fmBAFF mice. Mild overexpression (∼ 5-fold) of fmBAFF alone generated intermediate levels of B cells without improving humoral responses to immunization. Processed BAFF was however important for B-cell homeostasis, as peripheral B-cell populations and antibody responses were readily restored by administration of soluble BAFF trimers in BAFF-deficient mice. However, the rescue of CD23 expression in B cells of BAFF-deficient mice required both soluble BAFF trimers and fmBAFF, or a polymeric form of soluble BAFF (BAFF 60-mer). These results point to a predominant role of processed BAFF for B-cell homeostasis and function, and indicate possible accessory roles for membrane-bound BAFF.

Highly diverse T cell recognition of a single Plasmodium berghei peptide presented by a series of mutant H-2Kd molecules.

We have tested 21 independent CTL clones for recognition of a single peptide derived from the Plasmodium berghei circumsporozoite protein in the context of 13 mutants of the murine MHC class I molecule H-2Kd. In this series of Kd mutants, amino acid residues located on the upper surface of the alpha-helices were individually substituted by alanine. Remarkably, most clones displayed individual recognition patterns on the Kd mutants. We had previously found that this series of CTL clones was likewise highly diverse in terms of both TCR primary structure and peptide fine specificity. Our data thus reinforce the concept that multiple T cell epitopes are available on the surface of a single peptide-MHC class I complex for recognition by specific TCR.

The effect of mutations in the DRY motif on the constitutive activity and structural instability of the histamine H(2) receptor.

In previous studies we showed that the wild-type histamine H(2) receptor stably expressed in Chinese hamster ovary cells is constitutively active. Because constitutive activity of the H(2) receptor is already found at low expression levels (300 fmol/mg protein) this receptor is a relatively unique member of the G-protein-coupled receptor (GPCR) family and a useful tool for studying GPCR activation. In this study the role of the highly conserved DRY motif in activation of the H(2) receptor was investigated. Mutation of the aspartate 115 residue in this motif resulted in H(2) receptors with high constitutive activity, increased agonist affinity, and increased signaling properties. In addition, the mutant receptors were shown to be highly structurally instable. Mutation of the arginine 116 residue in the DRY motif resulted also in a highly structurally instable receptor; expression of the receptor could only be detected after stabilization with either an agonist or inverse agonist. Moreover, the agonist affinity at the Arg-116 mutant receptors was increased, whereas the signal transduction properties of these receptors were decreased. We conclude that the Arg-116 mutant receptors can adopt an active conformation but have a decreased ability to couple to or activate the G(s)-protein. This study examines the pivotal role of the aspartate and arginine residues of the DRY motif in GPCR function. Disruption of receptor stabilizing constraints by mutation in the DRY motif leads to the formation of active GPCR conformations, but concomitantly to GPCR instability.

Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments : from alkaline deposition towards acidification

J. Smuda: Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments Thesis abstract Mine waste is the largest volume of materials handled in the world. The oxidation of sulfidic mine waste may result in the release of acid mine drainage (AMD) rich in heavy metals and arsenic to the environment, one of the major problems the mining industry is facing today. To control and reduce this environmental impact, it is crucial to identify the main geochemical and hydrological processes influencing contaminant liberation, transport, and retention. This thesis presents the results of a geochemical, mineralogical and stable isotope study (δ2H, δ18O, δ34S) from two active porphyry copper tailings impoundments in Mediterranean (Carén tailings impoundment, El Teniente mine, Central Chile) and hyper-arid climate (Talabre tailings impoundment, Chuquicamata, Northern Chile) from the deposition in alkaline environment (pH 10.5) towards acidification after several years of exposure. The major hydrological results were the identification of vertical contaminant and water transport in the uppermost, not water-saturated zone, triggered by capillary rise due to evaporation, and infiltration downwards due to new tailings deposition, and of horizontal transport in the groundwater zone. At the surface of the sedimented tailings, evaporation of pore water led to the precipitation of Na-Ca-Mg sulfates (e.g., gypsum, tenorite), in hyper-arid climate also halite. At the Carén tailings impoundment, renewed deposition in a 4-week interval inhibited a pH decrease below neutral values and the formation of an efflorescent salt crust. At the Talabre tailings impoundment, deposition breaks of several years resulted in the formation of acidic oxidation zones in the timeframe of less than 4 years. This process enabled the transport of liberated Cu, Zn, and Fe via capillary rise to the surface, where these metals precipitated as heavy-metal sulfates (e.g., devilline, krohnkite) and chlorides (eriochalcite, atacamite). Renewed depositing may dissolve efflorescent salts and transport liberated elements towards the groundwater zone. This zone was found to be highly dynamic due to infiltration and mixing with water from different sources, like groundwater, catchment water, and infiltration from superficial waters. There, Cu was found to be partially mobile due to complexation with Cl (in Cl-rich groundwater, Talabre) and dissolved organic matter (in zones with infiltration of catchment water rich in dissolved organic matter, Carén). A laboratory study on the isotopic fractionation of sulfur and oxygen of sulfate in different minerals groups (water-soluble sulfates, low- and high-crystalline Fe(III) oxyhydroxides) contributed to the use of stable isotopes as tracer of geochemical and transport processes for environmental studies. The results highlight that a detailed geochemical, stable isotope and mineralogical study permits the identification of contamination processes and pathways already during the deposition of mine tailings. This knowledge allows the early planning of adequate actions to reduce and control the environmental impact during tailings deposition and after the closing of the impoundment. J. Smuda: Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments Résumé de these Les déchets miniers constituent les plus grands volumes de matériel gérés dans le monde. L'oxydation des déchets miniers sulfuriques peut conduire à la libération de drainages miniers acides (DMA) riches en métaux et arsenic dans l'environnement, ce qui est l'un des principaux problèmes de l'industrie minière aujourd'hui. Pour contrôler et réduire ces impacts sur l'environnement, il est crucial d'identifier les principaux processus géochimiques et hydrologiques influençant la libération, le transport et la rétention des contaminants. Cette thèse présente les résultats d'une étude géochimique, minéralogique et des isotopes stables (δ2H, δ18O, δ34S) sur des déchets miniers de 2 sites de dépôt actifs en climat méditerranéen (Dépôt de déchets de Carén, mine de El Teniente, Centre du Chili) et en climat hyper-aride (Dépôt de déchets de Talabre, mine de Chuquicamata, Nord du Chili). L'objectif était d'étudier l'évolution des déchets de la déposition en milieu alcalin (pH = 10.5) vers l'acidification après plusieurs années d'exposition. Le principal résultat hydrologique a été l'identification de 2 types de transport : un transport vertical de l'eau et des contaminants dans la zone non saturée en surface, induit par la montée capillaire due à l'évaporation et par l'infiltration subséquente de la déposition de sédiments frais ; et un transport horizontal dans la zone des eaux souterraines. À la surface des déchets, l'évaporation de l'eau interstitielle conduit à la précipitation de sulfates de Na-Ca-Mg (ex. gypse, ténorite) et halite en climat hyper-aride. Dans le site de Carén, une nouvelle déposition de déchets frais à 4 semaines intervalle a empêché la baise du pH en deçà des valeurs neutres et la formation d'une croûte de sels efflorescentes en surface. Dans le site de Talabre, les fentes de dessiccation des dépôts ont entraîné la formation d'une zone d'oxydation à pH acide en moins de 4 ans. Ce processus a permis la libération et le transport par capillarité de Cu, Zn, Fe vers la surface, où ces éléments précipitent sous forme de sulfates de métaux lourds (ex., dévilline, krohnkite) de chlorures (ex. ériochalcite, atacamite). Une nouvelle déposition de sédiments frais pourrait dissoudre ces sels et les transporter vers la zone des eaux souterraines. Cette dernière zone était très dynamique en raison du mélange d'eaux provenant de différentes sources, comme les eaux souterraines, l'eau de captage et l'infiltration des eaux superficielles. Egalement dans cette zone, le cuivre était partiellement mobile à cause de la formation de complexe avec le chlore (dans les zone riche en Cl, Talabre) et avec la matière organique dissoute (dans les zones où s'infiltre l'eau de captage riche en matière organique, Carén). Une étude en laboratoire sur le fractionnement des isotopes stables de sulfure et d'oxygène des sulfates dans différents groupes de minéraux (sulfates hydrosolubles, sulfures de oxy-hydroxyde de Fe(III) faiblement ou fortement cristallins) a permis d'apporter une contribution à leur utilisation comme traceurs dans l'étude des processus géochimiques et de transport lors d'études environnementales. Les résultats montrent qu'une étude détaillée de la géochimie, des isotopes stables et de la minéralogie permet d'identifier les processus et les voies de contamination déjà pendant la période de dépôt des déchets miniers. Cette connaissance permet de planifier, dès le début de l'exploitation, des mesures adéquates pour réduire et contrôler l'impact sur l'environnement pendant la période de dépôts de déchets miniers et après la fermeture du site.

Molecular characterization of the processing of arenavirus envelope glycoprotein precursors by subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the life cycle of arenaviruses is the biosynthesis of the mature fusion-active viral envelope glycoprotein (GP) that is essential for virus-host cell attachment and entry. The maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) critically depends on proteolytic processing by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we undertook a molecular characterization of the SKI-1/S1P processing of the GPCs of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the pathogenic Lassa virus (LASV). Previous studies showed that the GPC of LASV undergoes processing in the endoplasmic reticulum (ER)/cis-Golgi compartment, whereas the LCMV GPC is cleaved in a late Golgi compartment. Herein we confirm these findings and provide evidence that the SKI-1/S1P recognition site RRLL, present in the SKI-1/S1P prodomain and LASV GPC, but not in the LCMV GPC, is crucial for the processing of the LASV GPC in the ER/cis-Golgi compartment. Our structure-function analysis revealed that the cleavage of arenavirus GPCs, but not cellular substrates, critically depends on the autoprocessing of SKI-1/S1P, suggesting differences in the processing of cellular and viral substrates. Deletion mutagenesis showed that the transmembrane and intracellular domains of SKI-1/S1P are dispensable for arenavirus GPC processing. The expression of a soluble form of the protease in SKI-I/S1P-deficient cells resulted in the efficient processing of arenavirus GPCs and rescued productive virus infection. However, exogenous soluble SKI-1/S1P was unable to process LCMV and LASV GPCs displayed at the surface of SKI-I/S1P-deficient cells, indicating that GPC processing occurs in an intracellular compartment. In sum, our study reveals important differences in the SKI-1/S1P processing of viral and cellular substrates.

Characterisation of the putative effector interaction site of the regulatory HbpR protein from Pseudomonas azelaica by site-directed mutagenesis.

Bacterial transcription activators of the XylR/DmpR subfamily exert their expression control via σ(54)-dependent RNA polymerase upon stimulation by a chemical effector, typically an aromatic compound. Where the chemical effector interacts with the transcription regulator protein to achieve activation is still largely unknown. Here we focus on the HbpR protein from Pseudomonas azelaica, which is a member of the XylR/DmpR subfamily and responds to biaromatic effectors such as 2-hydroxybiphenyl. We use protein structure modeling to predict folding of the effector recognition domain of HbpR and molecular docking to identify the region where 2-hydroxybiphenyl may interact with HbpR. A large number of site-directed HbpR mutants of residues in- and outside the predicted interaction area was created and their potential to induce reporter gene expression in Escherichia coli from the cognate P(C) promoter upon activation with 2-hydroxybiphenyl was studied. Mutant proteins were purified to study their conformation. Critical residues for effector stimulation indeed grouped near the predicted area, some of which are conserved among XylR/DmpR subfamily members in spite of displaying different effector specificities. This suggests that they are important for the process of effector activation, but not necessarily for effector specificity recognition.

Recognition of insect eggs in Arabidopsis modulates defense responses

Plants activate direct and indirect defenses in response to insect egg deposition. In Arabidopsis thaliana, oviposition by the butterfly Pieris brassicae triggers cellular and molecular changes that are similar to the changes caused by biotrophic pathogens. Even though this innate immune response did not affect egg survival in Arabidopsis, we could show that different insect eggs elicit specific gene expression changes. Additionally, egg- induced necrosis could be observed in a variety of plants from different families ranging from dicotyledonous plants to monocots, suggesting that insect-egg detection by plants is a widespread mechanism and that different insect species contain elicitors of immune responses. Extracts from caterpillars and eggs contain elicitors that co-purified over several extraction steps. Chemical fractionation of caterpillar extracts lead to the characterisation of an active compound that was determined to be a triglyceride by NMR analysis. The exact structure of the side chains as well as the elicitor's presence in insect eggs have yet to be confirmed.We also found that the plant defense signal salicylic acid (SA) accumulates at the site of oviposition. This is unexpected, as the SA pathway controls the defense against fungal and bacterial pathogens whereas it negatively interacts with the jasmonic acid (JA) pathway, which is crucial for the defense against herbivores. Application of P. brassicae or Spodoptera littoralis egg extract onto leaves reduced the induction of insect-responsive genes after challenge with caterpillars, suggesting that egg-derived elicitors suppress plant defense. Consequently, larval growth of the generalist herbivore S. littoralis, but not of the specialist P. brassicae, was significantly higher on plants treated with egg extract than on control plants. In contrast, suppression of gene induction and enhanced S. littoralis performance were not found in the SA-deficient mutant sid2-l, indicating that SA mediates this phenomenon. These data reveal an intriguing facet of the crosstalk between SA- and JA-signalling pathways and suggest that insects have evolved a way to suppress the induction of defense genes by laying eggs that release elicitors. Additionally, we demonstrated that mutants of known crosstalk regulators, including nprl-1, tga2356, ein2-l and wrky70-l, are not affected in egg-induced suppression of herbivore defenses. JA treatment was not able to alleviate this SA/JA negative crosstalk, suggesting that this suppression operates through a novel mechanism downstream of JA biosynthesis.

KIAA1985, a Protein Mutant in Charcot-Marie-Tooth Neuropathy, Links Peripheral Nerve Myelination to Endosomal Recycling Pathways

Charcot-Marie-Tooth neuropathy (CMT) represents a heterogenous group of inherited disorders of the peripheral nervous system. One form of autosomal recessive demyelinating CMT (CMT4C, 5q32) is caused by mutations in the gene encoding KIAA1985, a protein of so far unknown function. Here we show that KIAA1985 is exclusively expressed in Schwann cells. KIAA1985 is tethered to cellular membranes through an N-terminal myristic acid anchor and localizes to the perinuclear recycling compartment. A search for proteins that interact with KIAA1985 identified the small GTPase Rab11, a key regulator of recycling endosome functions. CMT4C-related missense mutations disrupt the KIAA1985/Rab11 interaction. Protein binding studies indicate that KIAA1985 functions as a Rab11 effector, as it interacts only with active forms of Rab11 (WT and Q70L) and does not interact with the GDP locked mutant (S25N). Consistent with a function of Rab11 in Schwann cell myelination, myelin formation was strongly impaired when dorsal root ganglion neurons were co-cultured with Schwann cells infected with Rab11 S25N. Our data indicate that the KIAA1985/Rab11 interaction is relevant for peripheral nerve pathophysiology and place endosomal recycling on the list of cellular mechanisms involved in Schwann cell myelination.

Replicating adenoviruses targeting tumours with constitutive activation of the Wnt signalling pathway

Abstract Activation of the Wnt pathway through mutation of the adenomatous polyposis coli and 13-catenin genes is a hallmark of colon cancer. These mutations lead to constitutive activation of transcription from promoters containing binding sites for Tcf/LEF transcription factors. Tumour-selective replicating oncolytic viruses are promising agents for cancer therapy. They can in principle spread throughout a tumour mass until all the cancerous cells are killed, and clinical trials have shown that they are safe except at very high doses. Adenoviruses are interesting candidates for virotherapy because their biology is well understood and their small genome can be rapidly mutated. Adenoviruses with Tcf binding sites in the E2 early promoter replicate selectively in cells with an active Wnt pathway. Although these viruses can replicate in a broad panel of colon cancer cell lines, some colorectal cancer cells are only semi-permissive for Tcf-virus replication. The aim of my thesis was to increase the safety and the efficacy of Tcf-viruses for colon cancer virotherapy. I replaced the endogenous ElA viral promoter by four Tcf binding sites and showed that transcription from the mutant promoter was specifically activated by the Wnt pathway. A virus with Tcf binding sites in the ElA and E4 promoters was more selective for the Wnt pathway than the former Tcf-E2 viruses. Moreover, insertion of Tcf binding sites into all early promoters further increased viral selectivity, but reduced viral activity. I showed that Tcf-dependent transcription was inhibited by the interaction between ElA and p300, but deletion of the p300-binding site of ElA generally led to viral attenuation. In the semi-permissive cell lines, replication of Tcf-viruses remained lower than that of the wild-type virus. The E2 promoter was the most sensitive to the cell type, but I was unable to improve its activity by targeted mutagenesis. To increase the toxicity of the Tcf-E1A/E4 virus, I decided to express a suicide gene, yeast cytosine deaminase (yCD), late during infection. This enzyme converts the prodrug 5-FC to the cytotoxic agent 5-FU. yCD was expressed in a DNA replication-dependent manner and increased viral toxicity in presence of 5-FC. Tcf-ElA and yCD adenoviruses are potentially useful vectors for the treatment of liver metastases from colorectal tumours. Résumé Dans la quasi-totalité des cancers du côlon, la voie Wnt est activée par des mutations dans les gènes codant pour APC ou pour la (3-caténine. Ces mutations activent de façon constitutive la transcription de promoteurs contenant des sites de liaison pour les facteurs de transcription Tcf/LEF. Les virus réplicatifs spécifiques aux tumeurs sont des agents prometteurs pour la thérapie cancéreuse. En principe, ces vecteurs peuvent se propager dans une masse tumorale jusqu'à destruction de toutes les cellules cancéreuses, et des études cliniques ont démontré que de tels vecteurs n'étaient pas toxiques, sauf à de très hautes doses. Les adénovirus sont des candidats intéressants pour la thérapie virale car leur biologie est bien définie et leur petit génome peut être rapidement modifié. Des adénovirus comportant des sites de liaison à Tcf dans leur promoteur précoce E2 se répliquent sélectivement dans les cellules qui possèdent une voie Wnt active. Ces virus sont capables de se répliquer dans un grand nombre de cellules cancéreuses du côlon, bien que certaines de ces cellules ne soient que semi-permissives pour la réplication des virus Tcf. Le but de ma thèse était d'augmenter la sécurité et l'efficacité des virus Tcf. Le promoteur viral endogène ElA a été remplacé par quatre sites de liaison à Tcf, ce qui a rendu son activation dépendante de la voie Wnt. Un virus comportant des sites de liaison pour Tcf dans les promoteurs ElA et E4 était plus sélectif pour la voie Wnt que les précédents virus Tcf-E2, et un virus comportant des sites Tcf dans tous les promoteurs précoces était encore plus sélectif, mais moins actif. J'ai montré que l'interaction entre ElA et p300 inhibait la transcription dépendante de Tcf, mais la délétion du domaine concerné dans ElA a eu pour effet d'atténuer les virus. Dans les cellules semi-permissives, la réplication des virus Tcf était toujours plus basse que celle du virus sauvage. J'ai identifié le promoteur E2 comme étant le plus sensible au type cellulaire, mais n'ai pas pu augmenter son activité par mutagenèse. Pour augmenter la toxicité du virus Tcf-E1A/E4, j'ai décidé d'exprimer un gène suicide, la cytosine déaminase (yCD), pendant la phase tardive de l'infection. Cette enzyme transforme la procirogue 5-FC en l'agent cytotoxique 5-FU. yCD était exprimée après réplication de l'ADN viral et augmentait la toxicité virale en présence de 5-FC. Les virus Tcf-ElA et yCD sont des vecteurs potentiellement utiles pour le traitement des métastases hépatiques de cancers colorectaux.

Regulation of bistable ICEclc transfer in pseudomonas knackmussii B13

L'élément génétique intégratif et conjugatif auto-transférable de 103 kb qui se trouve dans le génome de Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confère la capacité de dégrader le 3-chlorobenzoate et le 2-aminophénol. L'élément ICE c/c peut être transféré par conjugaison de la souche B13 à diverses bêta- et gamma- protéobactéries. Seule une sous-population de 3 à 5% des cellules transfère l'élément, les cellules dites "compétentes pour le transfert". L'acquisition de la compétence pour le transfert est vraisemblablement la conséquence d'une régulation bistable, conduisant une partie des cellules au transfert de l'élément ICE c/c tandis que, dans les autres, l'élément reste quiescent et ne se transfère pas. À ce jour, les mécanismes et les acteurs moléculaires qui régulent l'activation bistable de l'élément sont restés inconnus. Mon travail de doctorat visait à identifier les éléments bistables du régulon de la compétence pour le transfert et d'analyser les fondements moléculaires de la bistabilité de l'élément ICE c/c chez P. knackmussii. Le premier chapitre introduit le thème du transfert génétique horizontal avec un accent particulier sur les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) et ICEcIc. L'état actuel des connaissances sur l'organisation génétique, la régulation, l'intégration et le transfert de différents modèles de ICEs est exposé en détail. En outre, je m'étends sur les phénomènes d'hétérogénéité et de bistabilité phénotyplques, qu'on peut distinguer dans une population isogénique dans des conditions de culture homogènes, et qui sont susceptibles de jouer un rôle dans le transfert de l'élément ICE c/c, dans la mesure où il ne s'active et n'est transférable que dans une très petite sous-population de cellules. Dans le chapitre 2, je présente une analyse globale des régions promotrices minimales des gènes appartenant au régulon de la compétence pour le transfert de l'élément ICE c/c. Nous avons étudié les caractéristiques d'expression des promoteurs et, s'ils s'avéraient bistables, leur activation dans le temps par comparaison avec le mutant lntB13. Pour ce faire, nous avons utilisé des fusions de promoteurs avec des gènes rapporteurs et testé l'expression bistable chez P. knackmussii par microscopie à épifluorescence. Pour six promoteurs présentant une expression bistable, nous avons employé de la microscopie temporelle pour déterminer la chronologie de leur expression par rapport à Pint et PinR. Parmi eux, nous avons identifié deux gènes exprimés précocement et trois gènes exprimés tardivement dans le processus d'acquisition de la compétence de transfert. Dans le chapitre 3, j'expose une analyse d'expression génétique pour l'un des groupes de gènes dont la transcription est la plus élevée dans la région conservée de ICE c/c, les gènes orf81655-orf68241 contenus dans une région de 14 kb. Nous montrons d'abord que cet opéron fait partie du même régulon bistable que intB13 et inrR et analysons les caractéristiques génétiques qui conduisent à une transcription élevée. Nous étudions les fonctions biologiques de ce groupe de gènes par des délétlons ciblées et montrons que certaines d'entre elles empêchent le transfert de l'élément. Nous approfondissons la caractérlsatlon de I'orf8l655 en construisant une fusion transcrlptionnelle avec le gène codant pour la protéine fluorescente verte (egfp) (en utilisant le système minl-Tn5). L'expression de Vorf81655 dans des cellules individuelles est comparée au signal mesuré par hybridation in situ en fluorescence (FISH) sur le ARN messager du gène. En utilisant FISH, des délétlons du promoteur et de l'analyse directe de transcription, nous avons localisé la région promotrice du groupe de gènes. En outre, nous avons utilisé des mutations dirigées pour comprendre la bistabilité de cette région promotrice, caractérisée par une transcription très élevée et une traduction lente de l'ARN messager.  Dans le chapitre 4, nous nous efforçons de comprendre comment la bistabilité est générée au sein du régulon te de l'élément ICE c/c. Pour ce faire, nous avons tenté de reconstituer une expression bistable, dans un hôte qui ne présente pas de bistabilité naturellement, à partir d'éléments génétiques individuels. L'hôte choisi est Pseudomonas putida dans lequel nous avons introduit une copie unique de Pint, PinR ou PaipA fusionnés à la egfp, construits qui permettent d'observer l'apparition de bistabilité. Nous avons ensuite construit différents assemblages de composants génétiques de l'élément ICE c/c, en nous concentrant sur la région parA-inrR. En effet, nous avons pu démontrer qu'une expression bistable apparaît dans P. putida grâce à ces éléments en l'absence de l'élément ICE c/c complet. À noter que la plupart des construits génétiques activent PaipA ou P|,,R, mais qu'un seul recrée la bistabilité de Pint, ce qui suggère que la région parA-inrR permet à la fois d'engendrer la bistabilité et d'opérer la transition entre les promoteurs précoces et les promoteurs tardifs du régulon de la bistabilité. Dans le chapitre 5, nous concluons sur une discussion de la pertinence de nos résultats et sur de futures perspectives de recherche. -- The 103-kb self-transmissible integrative and conjugative element (ICE) of Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confers the capacity to degrade 3- chlorobenzoate and 2-aminophenol. ICEc/c can be conjugated from strain B13 to a variety of Beta- and Gammaproteobacteria. Interestingly, ICE c/c transfer is observed in a subpopulatlon of cells (3-5%) only, the so-called 'transfer competent' cells. The formation of transfer competence (tc) is thought to be the consequence of a 'bistable' decision, which forces those cells to follow the developmental path which leads to ICEc/c transfer, whereas in others ICE c/c remains silent and does not transfer. So far, the mechanisms and molecular partners generating this bistable transfer activation in cells of P. knackmussii B13 remain mostly unidentified. This thesis aimed at understanding the extent of the tc bistability regulon and to dissect the molecular basis of bistabillty formation of ICEc/c in P. knackmussii. The first chapter is a general Introduction on horizontal gene transfer (HGT) with particular emphasis on ICEs and ICE c/c. The emphasis is made on the current knowledge about the HGT gene organization, regulation and specific integration and transfer aspects of the different ICEs models. Furthermore, I focus on the phenomena of phenotypic heterogeneity and bistability (the property of two distinguishable phenotypes existing within an isogenic population under homogeneous conditions), which may play a particular role in ICEc/c behaviour, since ICE activation and transfer only occurs in a very small subpopulation of cells. In Chapter Two, I focus on a global analysis of the different core promoters that might belong to the ICEc/c tc pathway regulon. We studied both expression patterns of ICEc/c promoters and, once being identified as "bistable", their temporal activation compared to that of intB13. In order to do this, we used promoter reporter fusions and tested blstability expression in P. knackmussii using epifluorescence microscopy. For the 6 promoters that showed bistable expression, we used time-lapse microscopy to study the timing of promoter expression in comparison to that of P,,,t or PlnR. We could establish two "early" and 3 "late" phase promoters in the process of transfer competence. In Chapter Three, I focused my attention on analysis of gene expression of one of the most highly transcribed gene clusters in the conserved core region of ICEc/c, a 14-kb gene cluster formed by the genes orf81655-orf68241. First we showed that this operon is part of the same bistability 'regulon' as intB13 and inrR, and analysed the genetic features that lead to high transcription. We studied the potential biological function of this cluster for ICE c/c by making specific gene deletions, showing that some interrupt ICEc/c transfer. We further analysed the orfdl655 promoter by constructing transcriptional egfp fusion reporter strains using the miniTn5 delivery system. Expression of the orf81655 promoter in single cells was compared to signals measured by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) on orfSl655 mRNA. We localized the promoter region of the gene cluster using FISH, promoter deletions, and by direct transcript analysis. We further used site-directed mutagenesis to understand the bistability character of the promoter region and the extremely high transcription but low translation from this mRNA. In Chapter Four, we set out to understand how bistability is generated in the tc pathway of ICEc/c. For this we tried rebuilding bistable expression from ICEc/c individual gene components in a host, which normally does not display bistability. As host we used P. putida without ICEc/c but with a single copy Pint-, PlnR- or PalpA- egfp fusion that enabled us to verify bistability formation. Subsequently, we built different assemblages of ICEc/c gene components, focusing on the parA-inrR region. Indeed, we found that bistable expression can be build from those components in P. putida without ICEc/c. Interestingly, most genetic constructs activated PaipA or PlnR, but only one resulted in bistable activation of PinT. This suggests that the parA-inrR region acts as a bistability "generator", but also as a bistability "relay" from early to late promoters in the tc pathway hierarchy. In the final fifth chapter, we conclude with a discussion of the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.