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The first hematopoietic stem cells (HSCs) emerge in the Aorta-Gonad-Mesonephros (AGM) region in the vertebrate embryo. This process takes place during a short developmental period, between days 10.5 and 12.5 in the mouse embryo. More specifically, HSCs arise from so-called hemogenic aortic endothelial cells in the ventral region of the dorsal aorta. In order to better characterize the hematopoietic microenvironment of the AGM, we explored the molecular signature of the tissues surrounding the dorsal aorta by combining approaches of laser microdissection, DNA chips and bioinformatics analyses. This study showed that the Ntrk2 and Ntrk3 genes, encoding two neurotrophin receptors (the TRKB and TRKC proteins), are preferentially expressed in the cells underlying the dorsal aorta. The main objective of my project is to comprehensively map the neurotrophin-mediated pathway in AGM using single-cell molecular biology, imaging and transcriptomic approaches. My results suggest that 1) TRKB and TRKC receptor expression is dynamic along the anteroposterior axis of the mouse embryo, 2) TRKB+ and TRKC+ populations exhibit phenotypic and molecular differences, and 3) the Expression of genes encoding neurotrophins (Bdnf, Ntf3 and Ntf5) is heterogeneous and associated with neural (Bdnf), mesenchymal (Bdnf, Ntf3 and Ntf5) and smooth muscle (Bdnf) cells. My results also support the existence of a population of neuro-mesenchymal cells in the subaortic region. Functional approaches are now being considered to study the functional role of the neurotrophin-mediated pathway in aortic hematopoiesis., Les premières cellules souches hématopoïétiques (CSH) émergent dans la région Aorte-Gonades-Mésonéphros (AGM) chez l’embryon de vertébrés. Ce processus se déroule au cours d’une courte période développementale, entre les jours 10,5 et 12,5 chez l’embryon de souris. Plus précisément, les CSH naissent à partir de cellules endothéliales aortiques dites hémogéniques dans la région ventrale de l’aorte dorsale. Afin de mieux caractériser le microenvironnement hématopoïétique de l’AGM, nous avons exploré la signature moléculaire des tissus entourant l’aorte dorsale en combinant des approches de microdissection laser, de puces à ADN et d’analyses bioinformatiques. Cette étude a montré que les gènes Ntrk2 et Ntrk3, codant deux récepteurs aux neurotrophines (les protéines TRKB et TRKC), sont préférentiellement exprimés dans les cellules sous-jacentes à l’aorte dorsale. Mon projet a pour objectif principal de cartographier de façon approfondie la voie médiée par les neurotrophines dans l’AGM à l’aide d’approches de biologie moléculaire, d’imagerie et de transcriptomique à l’échelle cellule unique. Mes résultats suggèrent que 1) l’expression des récepteurs TRKB et TRKC est dynamique le long de l’axe antéro-postérieur de l’embryon de souris, 2) les populations TRKB+ et TRKC+ présentent des différences phénotypiques et moléculaires et 3) l’expression des gènes codant les neurotrophines (Bdnf, Ntf3 et Ntf5) est hétérogène et associée à des cellules neurales (Bdnf), mésenchymateuses (Bdnf, Ntf3 et Ntf5) et musculaires lisses (Bdnf). Mes résultats renforcent également l’existence d’une population de cellules neuro-mésenchymateuses dans la région sous-aortique. Des approches fonctionnelles sont maintenant envisagées pour étudier le rôle fonctionnel de la voie médiée par les neurotrophines dans l’hématopoïèse aortique.

Iron acquisition is essential for most living organisms, including many pathogenic bacteria. However, free iron is toxic: it is bound into storage or transport proteins (e.g. ferritin, hemoproteins…) and iron homeostasis is tightly regulated. To scavenge iron from these sources, bacteria possess several systems to acquire the bound iron, by surface proteins or siderophores. Bacillus cereus is a sporeforming Gram-positive bacterium, opportunistic human pathogen, 2nd cause of food-borne disease in France. It has been demonstrated that the B. cereus surface protein IlsA and the siderophore bacillibactin (BB) are involved in iron acquisition from ferritin and that these two molecules are important for infection of the insect model G. mellonella. My thesis project focused on two parts: first the study of the BB-Fe3+ complex import into the cell by the siderophore binding protein FeuA highlights the central role of both BB and FeuA. The deletion of the genes encoding for these two molecules limits iron acquisition by B. cereus from ferritin, heme, hemoglobin and inorganic iron in vitro. On the other hand, the virulence phenotype during intra-haemocelic infection of G. mellonella is similar to the Wild-type strain. These results suggest a possible feedback on the expression of virulence factor genes when B. cereus is unable to synthetize both BB and FeuA, and therefore are under high stress. The second part of my work focused on the expression of genes involved in iron homeostasis in vivo, during gut infection of germ-free larvae of G. mellonella. We chose to perform a microgenomic approach, using laser-capture microdissection to get small samples in targeted areas, and then analysing the expression of chosen genes by RT-qPCR and ddPCR at two time points post ingestion The results show that : i) the colonisation of G. mellonella gut is impacted when B. cereus is deprived of both BB and FeuA ; ii) ilsA is expressed during gut infection ; iii) iron homeostasis is involved in adaptation and pathogenicity from the early step of infection of the insect gut ; iv) only weak gene expression modulation occured between the two timepoints This work gives new fundamental knowledge about B. cereus iron homeostasis, and highlights the use of new techniques regarding the in situ study of host-pathogen interactions.; L’apport de fer est essentiel pour la plupart des organismes vivants, incluant la majorité des bactéries pathogènes. Cependant, le fer libre est toxique : il est lié à des protéines de stockage et de transport (e.g. ferritine, hémoprotéines…) et voit son homéostasie finement régulée. Afin d’extraire le fer de ces protéines, les bactéries utilisent divers systèmes tels que des protéines de surface ou encore des sidérophores. Bacillus cereus est une bactérie Gram-positive sporulante, pathogène opportuniste chez l’homme, 2ème cause en France de toxi-infection alimentaire collective. Chez B. cereus, la protéine de surface IlsA et le sidérophore bacillibactine (BB) sont impliqués dans l’acquisition du fer de la ferritine exogène et elles sont importantes pour l’infection de l’insecte modèle Galleria mellonella. Mes travaux présentaient deux parties : tout d’abord, l’étude de l’import du complexe BB-Fe3+ dans la cellule par FeuA, protéine de liaison de ce complexe à la surface de la bactérie, souligne le rôle central du couple BB-FeuA. La délétion des gènes codants pour ces deux molécules limite l’acquisition par B. cereus du fer de la ferritine, de l’hème, de l’hémoglobine et du fer inorganique in vitro. En revanche, elle présente un phénotype de virulence in vivo comparable à la souche de référence dans le cas d’injection intra-hémocœlique de larves de G. mellonella. Ce résultat surprenant suggère un probable rétrocontrôle sur l’expression de facteurs de virulence lorsque B. cereus ne produit ni BB ni FeuA, et se trouve par conséquent fortement carencé en fer. Le second volet de mes travaux s’intéresse à l’expression des gènes liés à l’homéostasie du fer in vivo, au cours de l’infection de l’intestin de larves de G. mellonella axéniques. Nous avons choisi une approche de type microgénomique, en prélevant les échantillons par microdissection laser, sur de façon à prélever de petits échantillons dans une zone définie, puis en analysant l’expression de quelques gènes ciblés par RT-qPCR et ddPCR à 3h et 16h post ingestion. Nos résultats montrent que : i) la colonisation intestinale de G. mellonella est impactée lorsque B. cereus est dépourvu du couple BB-FeuA ; ii) ilsA est exprimé lors de l’infection intestinale ; iii) les gènes ciblés impliqués dans l’homéostasie du fer sont activés dès le début de l’infection, suggérant un rôle dans l’adaptation et la pathogénicité ; iv) une faible modulation de l’expression est observée entre les deux temps. Ces travaux ouvrent de nouvelles connaissances fondamentales sur l’homéostasie du fer et des perspectives quant à l’utilisation de nouvelles techniques pour l’étude in situ des interactions hôte-pathogène.

Résumé. Interface entre l’organisme et l’environnement, la peau est le plus grand organe qui assure une fonction « barrière » vis-à-vis des stress biotiques ou abiotiques. Elle est constituée de trois couches cellulaires superposées: l’hypoderme, le derme, et l’épiderme. L’épiderme renferme également quatre couches cellulaires distinctes: la couche basale, la couche épineuse, la couche granuleuse et la couche cornée. Les kératinocytes issus de la couche basale, constituent le type cellulaire le plus abondant au sein de l’épiderme. Dans ce projet, nous avons analysé l’expression de nombreux gènes (gènes structuraux et gènes de défense) par PCR quantitative en temps réel, au sein des différentes couches épidermiques isolées d’explant de peau humaine saine par microdissection laser (Laser Capture Microdissection, LCM). Nous avons ensuite évalué les effets de bactéries du microbiome cutané sur l’expression de gènes de défense. La distribution des produits de ces gènes a également été examinée par une approche immunocytochimique. Les résultats majeurs obtenus sont décrits ci-après. 1) Nous avons optimisé le protocole de LCM pour isoler deux fractions épidermiques respectivement enrichies en kératinocytes de la couche basale et de la couche granuleuse (Percoco et al., 2012. Experimental Dermatology 21, 531-534). Cet outil prometteur est maintenant aisément applicable à la recherche en Dermatologie. 2) Nous avons montré, que dans une peau humaine saine, les gènes responsables de l’immunité innée, codant notamment pour les bêta-defensines humaines de type 2 et 3 (human beta-defensin, hBD), sont exprimés de façon différentielle au sein des couches épidermiques. 3) Nous avons observé que les trois bactéries Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus et Pseudomonas fluorescens sont capables de moduler positivement l’expression des gènes codant pour des beta-defensines (hBD2 et hBD3) et des cytokines pro-inflammatoires (IL-1 alpha et bêta et IL-6). 4) En utilisant des anticorps spécifiques, nous avons localisé les produits de ces gènes dans les différentes couches épidermiques, à l’échelle cellulaire par microscopie à épifluorescence, et à l’échelle ultrastructurale par microscopie électronique à transmission (Percoco et al., Soumis).; The skin is the largest organ of the body. It is a natural barrier between the environment and the organism that plays a key role in the protection of the body against abiotic or biotic stress. The skin is made up of three different cell layers, namely the hypodermis, the dermis and the epidermis. The epidermis is, in turn, composed of four different layers, the basal, the spinous, the granular and the horny layer. In the epidermis, keratinocytes is the major cell type known to originate from basal cells. In the present work, we have studied the expression of a number of genes (antimicrobial peptide genes and pro-inflammatory cytokine genes) in different layers of healthy human epidermis using quantitative real-time PCR coupled to Laser Capture Microdissection (LCM). Using the same approach, we have also investigated the effect of bacteria belonging the human epidermal microbiota on the expression of the same genes within the epidermal layers. In addition, the spatial distribution of gene products has also been examined using immunocytochemsitry. The major findings are: 1) We have developed an optimized LCM protocol for the isolation of human epidermal layers. We have been able to isolate two fractions highly enriched in keratinocytes from the basal and the granular layers (Percoco et al. 2012. Experimental Dermatology. 21, 531-534). Such a method can now be easily applied in dermatological research. 2) We have found that, in healthy human epidermis, innate immunity-related genes including human beta-defensin genes are differentially expressed within different layers. 3) We have found that the three bacteria Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus and Pseudomonas fluorescens induce a significant increase in the expression of beta-defensin (hBD2 and hBD3) and pro-inflammatory cytokines (IL-1 alpha, IL-1 beta and IL-6) genes. 4) We have localized the gene products within different cell layers using specific antibodies in conjunction with immunofluorescence and immunogold-electron microscopy (Percoco et al., Submitted).

Résumé. Interface entre l’organisme et l’environnement, la peau est le plus grand organe qui assure une fonction « barrière » vis-à-vis des stress biotiques ou abiotiques. Elle est constituée de trois couches cellulaires superposées: l’hypoderme, le derme, et l’épiderme. L’épiderme renferme également quatre couches cellulaires distinctes: la couche basale, la couche épineuse, la couche granuleuse et la couche cornée. Les kératinocytes issus de la couche basale, constituent le type cellulaire le plus abondant au sein de l’épiderme. Dans ce projet, nous avons analysé l’expression de nombreux gènes (gènes structuraux et gènes de défense) par PCR quantitative en temps réel, au sein des différentes couches épidermiques isolées d’explant de peau humaine saine par microdissection laser (Laser Capture Microdissection, LCM). Nous avons ensuite évalué les effets de bactéries du microbiome cutané sur l’expression de gènes de défense. La distribution des produits de ces gènes a également été examinée par une approche immunocytochimique. Les résultats majeurs obtenus sont décrits ci-après. 1) Nous avons optimisé le protocole de LCM pour isoler deux fractions épidermiques respectivement enrichies en kératinocytes de la couche basale et de la couche granuleuse (Percoco et al., 2012. Experimental Dermatology 21, 531-534). Cet outil prometteur est maintenant aisément applicable à la recherche en Dermatologie. 2) Nous avons montré, que dans une peau humaine saine, les gènes responsables de l’immunité innée, codant notamment pour les bêta-defensines humaines de type 2 et 3 (human beta-defensin, hBD), sont exprimés de façon différentielle au sein des couches épidermiques. 3) Nous avons observé que les trois bactéries Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus et Pseudomonas fluorescens sont capables de moduler positivement l’expression des gènes codant pour des beta-defensines (hBD2 et hBD3) et des cytokines pro-inflammatoires (IL-1 alpha et bêta et IL-6). 4) En utilisant des anticorps spécifiques, nous avons localisé les produits de ces gènes dans les différentes couches épidermiques, à l’échelle cellulaire par microscopie à épifluorescence, et à l’échelle ultrastructurale par microscopie électronique à transmission (Percoco et al., Soumis)., The skin is the largest organ of the body. It is a natural barrier between the environment and the organism that plays a key role in the protection of the body against abiotic or biotic stress. The skin is made up of three different cell layers, namely the hypodermis, the dermis and the epidermis. The epidermis is, in turn, composed of four different layers, the basal, the spinous, the granular and the horny layer. In the epidermis, keratinocytes is the major cell type known to originate from basal cells. In the present work, we have studied the expression of a number of genes (antimicrobial peptide genes and pro-inflammatory cytokine genes) in different layers of healthy human epidermis using quantitative real-time PCR coupled to Laser Capture Microdissection (LCM). Using the same approach, we have also investigated the effect of bacteria belonging the human epidermal microbiota on the expression of the same genes within the epidermal layers. In addition, the spatial distribution of gene products has also been examined using immunocytochemsitry. The major findings are: 1) We have developed an optimized LCM protocol for the isolation of human epidermal layers. We have been able to isolate two fractions highly enriched in keratinocytes from the basal and the granular layers (Percoco et al. 2012. Experimental Dermatology. 21, 531-534). Such a method can now be easily applied in dermatological research. 2) We have found that, in healthy human epidermis, innate immunity-related genes including human beta-defensin genes are differentially expressed within different layers. 3) We have found that the three bacteria Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus and Pseudomonas fluorescens induce a significant increase in the expression of beta-defensin (hBD2 and hBD3) and pro-inflammatory cytokines (IL-1 alpha, IL-1 beta and IL-6) genes. 4) We have localized the gene products within different cell layers using specific antibodies in conjunction with immunofluorescence and immunogold-electron microscopy (Percoco et al., Submitted).

International audience; # The establishment and development of plant–microorganism interactions involve impressive transcriptomic reprogramming of target plant genes. The symbiont (Sinorhizobium meliloti) and the root knot-nematode pathogen (Meloidogyne incognita) induce the formation of new root organs, the nodule and the gall, respectively. # • Using laser-assisted microdissection, we specifically monitored, at the cell level, Medicago gene expression in nodule zone II cells, which are preparing to receive rhizobia, and in gall giant and surrounding cells, which play an essential role in nematode feeding and constitute the typical root swollen structure, respectively. # • We revealed an important reprogramming of hormone pathways and C1 metabolism in both interactions, which may play key roles in nodule and gall neoformation, rhizobia endocytosis and nematode feeding. Common functions targeted by rhizobia and nematodes were mainly down-regulated, whereas the specificity of the interaction appeared to involve up-regulated genes. # • Our transcriptomic results provide powerful datasets to unravel the mechanisms involved in the accommodation of rhizobia and root-knot nematodes. Moreover, they raise the question of host specificity and the evolution of plant infection mechanisms by a symbiont and a pathogen

National audience

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