Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Microbiota abnormalities in inflammatory airway diseases - Potential for therapy.

Increasingly the development of novel therapeutic strategies is taking into consideration the contribution of the intestinal microbiota to health and disease. Dysbiosis of the microbial communities colonizing the human intestinal tract has been described for a variety of chronic diseases, such as inflammatory bowel disease, obesity and asthma. In particular, reduction of several so-called probiotic species including Lactobacilli and Bifidobacteria that are generally considered to be beneficial, as well as an outgrowth of potentially pathogenic bacteria is often reported. Thus a tempting therapeutic approach is to shape the constituents of the microbiota in an attempt to restore the microbial balance towards the growth of 'health-promoting' bacterial species. A twist to this scenario is the recent discovery that the respiratory tract also harbors a microbiota under steady-state conditions. Investigators have shown that the microbial composition of the airway flora is different between healthy lungs and those with chronic lung diseases, such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease as well as cystic fibrosis. This is an emerging field, and thus far there is very limited data showing a direct contribution of the airway microbiota to the onset and progression of disease. However, should future studies provide such evidence, the airway microbiota might soon join the intestinal microbiota as a target for therapeutic intervention. In this review, we highlight the major advances that have been made describing the microbiota in chronic lung disease and discuss current and future approaches concerning manipulation of the microbiota for the treatment and prevention of disease.

Bioinformàtica: add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències per Microsoft Word

L'objectiu del projecte consisteix en el desenvolupament d'un add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències, senzill i de fàcil ús, integrable en l'entorn Microsoft Word per permetre la manipulació de seqüències genètiques directament des de Microsoft Word, estalviant temps, en evitar haver de canviar constantment de programa i format per treballar amb elles; i, també, complicacions a l'usuari final. L'add-in ha estat desenvolupat en Visual Basic + VSTO i ofereix diverses funcionalitats d'edició i anàlisi de seqüències, com ara el complement, la recerca de motius o l'alineament.

Innovative method for carbon dioxide determination in human postmortem cardiac gas samples using headspace-gas chromatography-mass spectrometry and stable labeled isotope as internal standard.

A novel approach to measure carbon dioxide (CO2) in gaseous samples, based on a precise and accurate quantification by (13)CO2 internal standard generated in situ is presented. The main goal of this study was to provide an innovative headspace-gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) method applicable in the routine determination of CO2. The main drawback of the GC methods discussed in the literature for CO2 measurement is the lack of a specific internal standard necessary to perform quantification. CO2 measurement is still quantified by external calibration without taking into account analytical problems which can often occur considering gaseous samples. To avoid the manipulation of a stable isotope-labeled gas, we have chosen to generate in situ an internal labeled standard gas ((13)CO2) on the basis of the stoichiometric formation of CO2 by the reaction of hydrochloric acid (HCl) with sodium hydrogen carbonate (NaH(13)CO3). This method allows a precise measurement of CO2 concentration and was validated on various human postmortem gas samples in order to study its efficiency.

Synapse formation on adult-born hippocampal neurons.

It is now widely accepted that adult neurogenesis plays a fundamental role in hippocampal function. Neurons born in the adult dentate gyrus of the hippocampus undergo a series of events before they fully integrate in the network and eventually become undistinguishable from neurons born during embryogenesis. Adult hippocampal neurogenesis is strongly regulated by neuronal activity and neurotransmitters, and the synaptic integration of adult-born neurons occurs in discrete steps, some of which are very different from perinatal synaptogenesis. Here, we review the current knowledge on the development of the synaptic input and output of neurons born in the adult hippocampus, from the stem/progenitor cell to the fully mature neuron. We also provide insight on the regulation of adult neurogenesis by some neurotransmitters and discuss some specificities of the integration of new neurons in an adult environment. The understanding of the mechanisms regulating the synaptic integration of adult-born neurons is not only crucial for our understanding of brain plasticity, but also provides a framework for the manipulation and monitoring of endogenous adult neurogenesis as well as grafted cells, for potential therapeutic applications.

Autonomy-enhancing paternalism

We present a form of soft paternalism called "autonomy-enhancing paternalism" that seeks to in-crease individual well-being by facilitating the individual ability to make critically reflected, autonomous decisions. The focus of autonomy-enhancing paternalism is on helping individuals to become better decision-makers, rather than on helping them by making better decisions for them. Autonomy-enhancing paternalism acknowledges that behavioral interventions can change the strength of decision-making anomalies over time, and favors those interventions that improve, rather than reduce, individuals ability to make good and unbiased decisions. By this it prevents manipulation of the individual by the soft paternalist, accounts for the heterogeneity of individuals, and counteracts slippery slope arguments by decreasing the probability of future paternalistic interventions. Moreover, autonomy-enhancing paternalism can be defended based on both liberal values and welfare considerations.

VEGF and TNF up-regulate, NSAID down-regulate SOX18 protein level in HUVEC

Angiogenesis, the process of generating new blood vessels, is essential to embryonic development, organ formation, tissue regeneration and remodeling, reproduction and wound healing. Also, it plays an important role in many pathological conditions, including chronic inflammation and cancer. Angiogenesis is regulated by a complex interplay of growth factors, inflammatory mediators, adhesion molecules, morphogens and guidance molecules. Transcription factor SOX18 is transiently expressed in nascent endothelial cells during embryonic development and postnatal angiogenesis, but little is known about signaling pathways controlling its expression. The aim of this study was to investigate whether pro-angiogenic molecules and pharmacological inhibitors of angiogenesis modulate SOX18 expression in endothelial cells. Therefore, we treated human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) with angiogenic factors, extracellular matrix proteins, inflammatory cytokines and nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) and monitored SOX18 expression. We have observed that the angiogenic factor VEGF and the inflammatory cytokine TNF increase, while the NSAID ibuprofen and NS398 decrease the SOX18 protein level. These results for the first time demonstrate that SOX18 expression is modulated by factors and drugs known to positively or negatively regulate angiogenesis. This opens the possibility of pharmacological manipulation of SOX18 gene expression in endothelial cells to stimulate or inhibit angiogenesis.

The Electoral Determinants of Collective Remittances: The Mexican 3x1 Program for Migrants

The 3x1 Program for Migrants is a matching grant scheme that seeks to direct the money sent by migrant organizations abroad to the provision of public and social infrastructure, and to productive projects in migrants’ communities of origin. To do so, the municipal, state, and federal administrations match the amount sent by hometown associations by 3 to 1. This opens the door to the political manipulation of the program. We explore the impact of a particular facet of Mexican political life on the operation of the 3x1: its recent democratization and the increasing political competition at the municipal level. Relying on the literature on redistributive politics, we posit that an increasing number of effective parties in elections may have two different effects. On the one hand, the need to cater to more heterogeneous constituencies may increase the provision of public projects. On the other hand, since smaller coalitions are needed to win elections under tighter competition, fewer public and more private (clientelistic) projects could be awarded. Using a unique dataset on the 3x1 Program for Migrants for over 2,400 municipalities in the period 2002 through 2007, we find a lower provision of public goods in electorally competitive jurisdictions. Thus, we remain sceptical about the program success in promoting public goods in politically competitive locations with high migration levels.

Dissecting carotenoid from structural components of carotenoid-based coloration: a field experiment with great tits (Parus major).

Carotenoid-based yellowish to red plumage colors are widespread visual signals used in sexual and social communication. To understand their ultimate signaling functions, it is important to identify the proximate mechanism promoting variation in coloration. Carotenoid-based colors combine structural and pigmentary components, but the importance of the contribution of structural components to variation in pigment-based colors (i.e., carotenoid-based colors) has been undervalued. In a field experiment with great tits (Parus major), we combined a brood size manipulation with a simultaneous carotenoid supplementation in order to disentangle the effects of carotenoid availability and early growth condition on different components of the yellow breast feathers. By defining independent measures of feather carotenoid content (absolute carotenoid chroma) and background structure (background reflectance), we demonstrate that environmental factors experienced during the nestling period, namely, early growth conditions and carotenoid availability, contribute independently to variation in yellow plumage coloration. While early growth conditions affected the background reflectance of the plumage, the availability of carotenoids affected the absolute carotenoid chroma, the peak of maximum ultraviolet reflectance, and the overall shape, that is, chromatic information of the reflectance curves. These findings demonstrate that environment-induced variation in background structure contributes significantly to intraspecific variation in yellow carotenoid-based plumage coloration.

The human CFTR protein expressed in CHO cells activates aquaporin-3 in a cAMP-dependent pathway: study by digital holographic microscopy.

The transmembrane water movements during cellular processes and their relationship to ionic channel activity remain largely unknown. As an example, in epithelial cells it was proposed that the movement of water could be directly linked to cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) protein activity through a cAMP-stimulated aqueous pore, or be dependent on aquaporin. Here, we used digital holographic microscopy (DHM) an interferometric technique to quantify in situ the transmembrane water fluxes during the activity of the epithelial chloride channel, CFTR, measured by patch-clamp and iodide efflux techniques. We showed that the water transport measured by DHM is fully inhibited by the selective CFTR blocker CFTRinh172 and is absent in cells lacking CFTR. Of note, in cells expressing the mutated version of CFTR (F508del-CFTR), which mimics the most common genetic alteration encountered in cystic fibrosis, we also show that the water movement is profoundly altered but restored by pharmacological manipulation of F508del-CFTR-defective trafficking. Importantly, whereas activation of this endogenous water channel required a cAMP-dependent stimulation of CFTR, activation of CFTR or F508del-CFTR by two cAMP-independent CFTR activators, genistein and MPB91, failed to trigger water movements. Finally, using a specific small-interfering RNA against the endogenous aquaporin AQP3, the water transport accompanying CFTR activity decreased. We conclude that water fluxes accompanying CFTR activity are linked to AQP3 but not to a cAMP-stimulated aqueous pore in the CFTR protein.

The current molecular phylogeny of Eutherian mammals challenges previous interpretations of placental evolution.

Based on histology, the placentae of eutherians are currently grouped in epitheliochorial, endotheliochorial and haemochorial placentae. In a haeckelian sense, the epitheliochorial contact with marked histiotrophic feeding by uterine milk is generally considered as primitive, especially since similar contacts exist in Marsupials. In contrast, the more intimate endotheliochorial and haemochorial contact, facilitating haemotrophic nutrition, is interpreted as a derived state. A cladistic analysis based on the phylogenetic relationships established by molecular analyses reveals that the basic clades are all characterized by an endotheliochorial or haemochorial placenta, and that the epitheliochorial placenta evolved at least three times in a convergent manner. This evolution may be explained by the fact that the epitheliochorial placenta in eutherians is more efficient in nutritional transfer (flow rate by exchange surface). Moreover, this arrangement may confer an advantage to the mother who can probably reduce the degree of manipulation by a genetically imprinted embryo.

Molecular biological approaches to the study of vectors in relation to malaria control

To a large extent, control of malaria vectors relies on the elimination of breeding sites and the application of chemical agents. There are increasing problems associated with the use of synthetic insecticides for vector control, including the evolution of resistance, the high cost of developing and registering new insecticides and an awareness of pollution from insecticide residues. These factors have stimulated interest in the application of molecular biology to the study of mosquito vectors of malaria; focussing primarily on two aspects. First, the improvement of existing control measures through the development of simplified DNA probe systems suitable for identification of vectors of malaria. The development of synthetic, non-radioactive DNA probes suitable for identification of species in the Anopheles gambiae complex is described with the aim of defining a simplified methodology wich is suitable for entomologist in the field. The second aspect to be considered is the development of completely novel strategies through the development of completely novel strategies through the genetic manipulation of insect vectors of malaria in order to alter their ability to transmit the disease. The major requirements for producing transgenic mosquitoes are outlined together with the progress wich has been made to date and discussed in relation to the prospects which this type of approach has for the future control of malaria.

Chimpanzees and supporting models in the study of malaria pre-erythrocytic stages

Chimpanzees are being used in the study of immune response to Plasmodium falciparum malaria pre-erythrocytic stages (MPES). Responses induced by immunisation with recombinant/synthetic antigens and by irradiated sporozoites are being evaluated in a model system that is phylogenetically close to humans and that is amenable to limited manipulation not possible in humans. The value of chimpanzees for the in-depth study of immunological mechanisms at work in MPES-induced protection are discussed. A total number of 7 chimpanzees have been used to evaluate the immune response to recombinant antigens, and 5 have been challenged with large numbers of sporozoites, followed by surgical liver-wedge resection, in order to generate infected liver tissue for histological and immunological studies. As a complementary model, SCID mice carrying live, transplanted human and primate hepatocytes have been inoculated with sporozoites and infection of transplanted cells has been monitored by histological and immunological methods. In ongoing experiments chimpanzees are being immunised with MPES-derived lipopeptides that have been shown to overcome MHC restriction in mice, and with irradiated sporozoites.

La reconnaissance des objets sonores chez l'humain

Abstract : This thesis investigated the spatio-temporal brain mechanisms of three processes involved in recognizing environmental sounds produced by living (animal vocalisations) and man-made (manufactured) objects: their discrimination, their plasticity, and the involvement of action representations. Results showed rapid brain discrimination between these categories beginning at ~70ms. Then, beginning at ~150ms, effects of plasticity are observed, without any influence of the categories of sounds. Both of these processes of discrimination and repetition priming involved brain structures located in temporal and frontal lobes. Activation of brain areas BA21 and BA22 suggest an access to semantic representations and/or linked to object manipulation. To investigate the involvement of action representations in sound recognition, analyses were restricted to sounds produced by man-made objects. Results suggest an access to representations linked to action functionally related to sound rather than to representations linked to action that produced sound. These effects occurred at ~300ms post-stimulus onset and involved differential activity brain regions attributed to the mirror neuron system. These data are discussed in regard to motor preparation of actions functionally linked to sounds. Collectively these data showed a sequential progression of cerebral activity underlying the recognizing of environmental sounds. The processes occurred firstly in a shared network of brain areas before propagating elsewhere and/or leading to differential activity in these structures. Cerebral responses observed in this work allowed establishing a dynamic model of discrimination of sounds produced by living and man-made objects.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.