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The Orange Carotenoid Protein (OCP), involved in energy-quenching of the cyanobacterial light-harvesting antennae, is a two-domain protein functionalized by a non-covalently bound keto-carotenoid. To elicit its photoprotection function, the protein must be photoactivated by a blue-green photon, triggering transition from an orange inactive “dark” state (OCPO) to a red photoactive “light” state (OCPR). The photoactivation mechanism, which spans 13 decades in time, involves structural rearrangements at the level of both the photoexcited carotenoid and the protein scaffold. During my thesis, I investigated rhe OCP photoactivation mechanism using variety of biochemistry and structural biology methods.Firstly, through combination of spectroscopy and steady-state and time-resolved (TR) X-ray scattering, we examined the large-scale motions involved in the photoactivation and recovery of OCP. We demonstrated that oligomerization occurs at both the OCPO and OCPR level, and that it partakes in the regulation of the protein photoactivation and thermal recovery. Secondly, by using conventional X-ray crystallography, we determined the previously-uncharacterized crystal structure of Planktothrix aghardii OCP. Structural analysis pointed to the influence of protein flexibility on the photoactivation and recovery rates, and on the energy-quenching activity of this variant. In an effort to characterize early stages of OCP photoactivation by means of TR crystallography, we investigated in vitro and in vivo crystallization methods to produce sub-micron-sized OCP crystals. Specifically, we attempted in vivo crystallization in the crystalliferous bacterium Bacillus thuringiensis (Bt), endeavoring to obtain crystals of fusions of OCP with Cyt1Aa and Cry11Aa Bt toxins. While unsuccessful in terms of production of OCP crystals, this work enabled to shed light on the structure and bioactivation cascade of the two toxins, and to investigate the molecular mechanisms at the basis of their crystallization.; L’Orange Caroténoïde Protéine (OCP) est une protéine à deux domaines stabilisés par la présence d’un pigment kéto-caroténoïde à leur interface. Chez la cyanobactérie, l’OCP joue un rôle de photoprotection, et est capable de se lier aux antennes collectrices de lumière, i.e. les phycobilisomes (PBS) et dissiper l’excès d’énergie collectée sous forme de chaleur. Pour exercer sa fonction de photoprotection la protéine doit être photoactivée, par absorption d’unphoton bleu-vert, ce qui déclenche sa transition d’un état orange inactif (OCPO) vers un état rouge photoactif (OCPR). Le mécanisme de photoactivation s’étend sur 13 échelles de temps et implique des changements structuraux au sein du caroténoïde et de la matrice protéique.En vue d’investiguer ces changements, au cours de ma thèse j’ai étudié le mécanisme de photoactivation d’OCP en utilisant diverses méthodes de biochimie et de la biologie structurale. Tout d’abord, en combinant la spectroscopie et la diffusion des rayons X en mode stationnaire et résolue en temps (TR), nous avons investigué les réarrangements conformationnels à grande échelle impliqués dans la photoactivation et le retour thermique de l’OCP. Nous avons démontré que l’OCPO et l’OCPR peuvent oligomériser, et que les processus d’oligomérisation participent à la régulation du photocycle de la protéine. Deuxièmement, en utilisant lacristallographie aux rayons X, nous avons déterminé la structure de l’OCP synthétisé chez la cyanobacterie Planktothrix agardhii, auparavant non caractérisée. Notre analyse a renseigné sur comment la flexibilité structurale de cette variante influence son activité d’extinction d’énergie, ainsi que sa vitesse de photoactivation et relaxation. En utilisant la cristallographie résolue en temps, nous avons caractérisé les premières étapes de photoactivation de l’OCP. Nous avons utilisé des méthodes de cristallisation in vitro et in vivo pour produire des cristauxOCP de taille nanométrique. Nous avons investigué la cristallisation in vivo dans la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt), à dessein d’obtenir des cristaux de fusion de l’OCP avec deux toxines de Bt naturellement cristallines, la Cyt1Aa et la Cry11Aa. En termes de production de cristaux d’OCP, ce travail a été sans succès, néanmoins il a permis d’étudier la structure et la cascade de bioactivation de ces deux toxines, ainsi que d’élucider les mécanismes moléculaires qui sont à la base de leur cristallisation in vivo.

For a cleaner and cheaper industry, chemical specialists can: optimize processes, develop innovating synthetic route and/or processes. Thanks to the disruptive alliance between plasma synthesis and microfluidic, plasma-activated microreactor of team 2PM-IRCP are promising tools for a greener, catalyst- and solventless chemistry, realized at ambient pressure and temperature.After the recent investigations of plasma-activated amination and oxidation in the lab, we are herein exploring new reactivities within the same reactor – Biflow – with a reinforced methodology and process robustness. Two kinds of reactivities were tested: oligomerization of linear alkenes - 1-hexene and 1-dodecene – under various gas – Ar, He, O2, H2 – and the functionalization of several molecules under O2 plasma (followed by H2 plasma as opening).The synthesis of short oligomer chains – 10 units – was successful for both monomers. The volatility of the monomer and the localization of molecules in the gas/liquid phase were underlined as very influent on the chemistry. Plasma power, residence time, pressure and nature of the plasmageneous gas were reported as major levers for the control of reactivity.The dioxygen plasma generated a competition between functionalization, fragmentation and oligomerization for linear or cyclic alkanes, aromatics, amines or halogenated components. Volatility was once again a major parameter in the observed plasma chemistry. Temperature, ratio between liquid and gas flowrates, plasma power or the use of coupled UV-plasma processes were designated as powerful parameters or tool for a better control of reactivity.The evidence of new synthetic pathways, sometimes with very satisfying yields, conversion and selectivities, coupled with the versatility of the reactor and the opportunity of control through several parameters, offer altogether very promising industrial outlooks to this project., Pour produire plus proprement et moins cher, les industries chimiques peuvent : optimiser des procédés, développer des voies de synthèse et/ou des procédés innovants. Proposant la voie disruptive de la synthèse plasma à la performance de la microfluidique, les microréacteurs à activation plasma de l’équipe 2PM-IRCP promettent une synthèse verte, sans catalyseur, dans des conditions de température et de pression douces, voir sans solvant.Après les précédents travaux d’amination et d’oxydation plasma de l’équipe, cette thèse propose l’exploration de nouvelles réactivités au sein du même réacteur (Biflow) avec une méthodologie et une robustesse du procédé renforcées. Deux axes ont été privilégiés : l’oligomérisation des alcènes linéaires (1-hexène et 1-dodecène) sous des plasmas divers (Ar, He, O2, H2), et la fonctionnalisation de molécules par les plasmas O2 (puis H2, en ouverture).La synthèse d’oligomères a été confirmée avec des chaînes courtes (≈10 unités de répétition). L’importance de la volatilité du monomère et de la localisation (phase gaz/liquide) des molécules a été souligné. Puissance, temps de séjour, pression et nature du gaz plasmagène ont également été reportés comme étant autant de leviers de contrôle de la réactivité.Les études de fonctionnalisations par plasma O2 ont permis l’oxydation d’alcanes linéaires, d’alcanes cycliques, de composés aromatiques, d’amines ou de dérivés halogénées. A nouveau, la volatilité des molécules s’est avérée déterminante, celle-ci conditionnant parfois la nature des produits obtenus. La température, le ratio de débit gaz-liquide, la puissance ou le couplage UV-Plasma in situ ont été proposés comme des outils de contrôle de la réactivité.La mise en évidence de plusieurs voies de synthèses aux rendements et sélectivités satisfaisantes, de la versatilité du réacteur et de ses deux sites réactionnels différents (gaz/liquide), ou de la possibilité du contrôle des réactivités par les paramètres expérimentaux sont autant de conclusions satisfaisantes à ces travaux, et d’ouvertures à de futures applications industrielles.

The sol-gel route (SG) offered an interesting way for the preparation of mixed oxides. Two different approaches were explored in this work, first one we showed that SixAly catalysts can be successfully prepared by HSG route and show their activity for esterification. Two parameters of the preparation were screened: the Al2O3 (or Si/Al ratio) and pH value. NHSG (alcohol route) were successfully used also to prepare (Six-Aly) mixed oxides from non-expensive precursors. Two types of alcohol, ethanol and tBuOH were used as a solvent and oxygen donor in the same time. The SixAly mixed oxides were also prepared by NHSG (ether route) and compared with the same composition samples prepared by alcohol route The Si/Al ratio can be easily controlled, knowing that it plays an important role in the structure, texture, acidity of the samples. The composition of all samples prepared by both alcohol and ether routes show good control on composition. The texture is strongly depend on the Si/Al and on type of solvent, the N2-adsorption desorption presented that samples prepared with EtOH and ether show high specific surface area and it decrease with Si% decrease in the samples. The structure of all samples were studied by XRD and NMR , the results obtained showed that all the mixed oxides are amorphous. Second part we showed that SixAlyNiz catalysts can be successfully prepared by a one-step NHSG route for ethylene oligomerization. Two parameters of the preparation were screened: the Al2O3 (or Si/Al ratio) and the NiO contents. The NHSG synthesis used in this part is based on the one pot reaction of commercially available reagents (SiCl4, AlCi3,Ni(acac)2 ) with diisopropylether (iPr2O) at 110 °C in dichloromethane. The physico-chemical properties of the solids produced were studied and correlated with the catalytic performance. NHSG provides a simple one-step route to mesoporous materials with a good control of the composition and relatively high surface areas and pore vo lumes. All silica-alumina and alumina supported catalysts were significantly active in ethylene oligomerization while the activity of the silica-based catalyst was very low. The catalysts with the higher Al2O3 contents Si0Al90Ni10 and Si10Al80Ni10 exhibit the highest catalytic activity for NiO loadings equal to 10 wt.%. The nature of the support strongly determines the acidic properties of the catalyst. Furthermore, we showed that the specific activity in oligomerisation reaction decreases when the NiO loading increases., La voie sol-gel (SG) a offert une voie intéressante pour la préparation d'oxydes mixtes. Deux approches différentes ont été explorées dans ce travail, la première nous a montré que les catalyseurs SixAly peuvent être préparés avec succès par voie SGH et montrer leur activité pour l'estérification. Deux paramètres de la préparation ont été criblés : l'Al2O3 (ou rapport Si/Al) et la valeur du pH. Les SGNH (voie de l'alcool) ont également été utilisés avec succès pour préparer des oxydes mixtes (Six-Aly) à partir de précurseurs peu coûteux. Deux types d'alcool, l'éthanol et le tBuOH ont été utilisés en même temps comme solvant et donneur d'oxygène. Les oxydes mixtes SixAly ont également été préparés par SGNH (voie éther) et comparés à des échantillons de même composition préparés par voie alcool Le rapport Si/Al peut être facilement contrôlé, sachant qu'il joue un rôle important dans la structure, la texture, l'acidité du échantillons. La composition de tous les échantillons préparés à la fois par les voies de l'alcool et de l'éther montre un bon contrôle de la composition. La texture dépend fortement du Si/Al et du type de solvant, la désorption par adsorption de N2 a montré que les échantillons préparés avec EtOH et éther présentent une surface spécifique élevée et diminue avec la diminution de Si% dans les échantillons. La structure de tous les échantillons a été étudiée par DRX et RMN, les résultats obtenus ont montré que tous les oxydes mixtes sont amorphes. Dans la deuxième partie, nous avons montré que les catalyseurs SixAlyNiz peuvent être préparés avec succès par une voie SGNH en une étape pour l'oligomérisation de l'éthylène. Deux paramètres de la préparation ont été criblés : le Al2O3 (ou rapport Si/Al) et les teneurs en NiO. La synthèse SGNH utilisée dans cette partie est basée sur la réaction en pot de réactifs disponibles dans le commerce (SiCl4, AlCi3,Ni(acac)2 ) avec l'éther diisopropylique (iPr2O) à 110 °C dans le dichlorométhane. Les propr iétés physico-chimiques des solides produits ont été étudiées et corrélées avec les performances catalytiques. SGNH fournit une voie simple en une étape vers les matériaux mésoporeux avec un bon contrôle de la composition et des surfaces et des volumes de pores relativement élevés. Tous les catalyseurs à base de silice-alumine et d'alumine étaient significativement actifs dans l'oligomérisation de l'éthylène alors que l'activité du catalyseur à base de silice était très faible. Les catalyseurs avec les teneurs les plus élevées en Al2O3 Si0Al90Ni10 et Si10Al80Ni10 présentent l'activité catalytique la plus élevée pour des charges de NiO égales à 10 % en poids. La nature du support détermine fortement les propriétés acides du catalyseur. De plus, nous avons montré que l'activité spécifique dans la réaction d'oligomérisation diminue lorsque la charge de NiO augmente.

Signaling by the interleukin-2 receptor (IL-2R) is regulated by its clathrin-independent endocytosis (CIE) and subsequent degradation, while playing a critical role in immunity. Interestingly, CIE lacks a coat protein that drives pit formation, raising the question of how the CIE vesicle is initiated. Protein clustering generates forces that can induce membrane conformational changes. Notably, IL-2R has been shown to accumulate at the base of membrane protrusions, where receptors might cluster and thereby initiate the pit.To study the relevance of IL-2R clustering in its endocytosis, we generated a CRISPR-edited T cell line expressing GFP-IL-2Rᵧ and analyzed its stoichiometry at the plasma membrane, by TIRF microscopy coupled to a single-molecule endocytic tracking method. We identified distinct IL-2Rᵧ cluster populations. IL-2Rᵧ seems to reach the cell surface as a preassembled cluster to which further molecules are added, reaching an optimal cluster size that is key for its internalization. Binding of IL-2 promotes the formation of endocytic clusters and receptor uptake, highlighting the importance of clustering for CIE internalization.Moreover, we found that cholesterol depletion increases the proportion of large, non-endocytic clusters as well as IL-2R signaling. Disruption of the actin meshwork also promotes the formation of large clusters, yet it decreases IL-2R signaling. Thus, both factors regulate IL-2R endocytosis and signaling in a distinct manner. Our results provide new insights into the mechanisms regulating receptor signaling and CIE.; La signalisation par le récepteur de l'interleukine-2 (IL-2R), est régulée par son endocytose indépendante de la clathrine (EIC) et sa dégradation ultérieure, tout en jouant un rôle essentiel dans l'immunité. L'endocytose indépendante de la clathrine étant dépourvue de manteau protéique induisant la formation des puits, la question qui se pose est de savoir comment la vésicule d’IL-2R est-elle initiée. Le regroupement local des protéines peut induire des changements de conformation de la membrane et créer une invagination. Sachant que l'IL-2R s'accumule à la base des protubérances membranaires avant d’initier sa vésicule d’endocytose, nous avons analysé si le regroupement des récepteurs pourrait favoriser son internalisation. Pour étudier l’importance du regroupement de l'IL-2R, nous avons généré une lignée lymphocytaire humaine éditée (CRISPR) pour exprimer GFP-IL-2Rᵧ. Nous avons ensuite analysé la stoechiométrie du récepteur au niveau de la membrane plasmique, par microscopie TIRF couplée à une méthode de suivi de GFP-IL-2Rᵧ en molécule unique et identifié des populations distinctes d’oligomérisation. L'IL-2Rᵧ semble atteindre la surface cellulaire sous forme d'oligomères pré-assemblés auxquels d'autres molécules sont ajoutées, atteignant ainsi une taille d'oligomérisation optimale qui est essentielle à son internalisation. La liaison de l'IL-2 favorise la formation de ces oligomères, compétents pour l’endocytose, ce qui souligne l'importance du regroupement des récepteurs dans l'internalisation EIC.De plus, nous avons constaté que la déplétion du cholestérol augmentait la proportion de gros oligomères, non compétents pour l’endocytose mais induisant une forte signalisation. La perturbation du réseau d'actine favorise également la formation de gros oligomères, mais cette fois en diminuant la signalisation de l’IL-2R. Ainsi, les deux facteurs régulent l'endocytose et la signalisation de l'IL-2R de manière distincte. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances sur les mécanismes régulant la signalisation des récepteurs et l’EIC.

Signaling by the interleukin-2 receptor (IL-2R) is regulated by its clathrin-independent endocytosis (CIE) and subsequent degradation, while playing a critical role in immunity. Interestingly, CIE lacks a coat protein that drives pit formation, raising the question of how the CIE vesicle is initiated. Protein clustering generates forces that can induce membrane conformational changes. Notably, IL-2R has been shown to accumulate at the base of membrane protrusions, where receptors might cluster and thereby initiate the pit.To study the relevance of IL-2R clustering in its endocytosis, we generated a CRISPR-edited T cell line expressing GFP-IL-2Rᵧ and analyzed its stoichiometry at the plasma membrane, by TIRF microscopy coupled to a single-molecule endocytic tracking method. We identified distinct IL-2Rᵧ cluster populations. IL-2Rᵧ seems to reach the cell surface as a preassembled cluster to which further molecules are added, reaching an optimal cluster size that is key for its internalization. Binding of IL-2 promotes the formation of endocytic clusters and receptor uptake, highlighting the importance of clustering for CIE internalization.Moreover, we found that cholesterol depletion increases the proportion of large, non-endocytic clusters as well as IL-2R signaling. Disruption of the actin meshwork also promotes the formation of large clusters, yet it decreases IL-2R signaling. Thus, both factors regulate IL-2R endocytosis and signaling in a distinct manner. Our results provide new insights into the mechanisms regulating receptor signaling and CIE., La signalisation par le récepteur de l'interleukine-2 (IL-2R), est régulée par son endocytose indépendante de la clathrine (EIC) et sa dégradation ultérieure, tout en jouant un rôle essentiel dans l'immunité. L'endocytose indépendante de la clathrine étant dépourvue de manteau protéique induisant la formation des puits, la question qui se pose est de savoir comment la vésicule d’IL-2R est-elle initiée. Le regroupement local des protéines peut induire des changements de conformation de la membrane et créer une invagination. Sachant que l'IL-2R s'accumule à la base des protubérances membranaires avant d’initier sa vésicule d’endocytose, nous avons analysé si le regroupement des récepteurs pourrait favoriser son internalisation. Pour étudier l’importance du regroupement de l'IL-2R, nous avons généré une lignée lymphocytaire humaine éditée (CRISPR) pour exprimer GFP-IL-2Rᵧ. Nous avons ensuite analysé la stoechiométrie du récepteur au niveau de la membrane plasmique, par microscopie TIRF couplée à une méthode de suivi de GFP-IL-2Rᵧ en molécule unique et identifié des populations distinctes d’oligomérisation. L'IL-2Rᵧ semble atteindre la surface cellulaire sous forme d'oligomères pré-assemblés auxquels d'autres molécules sont ajoutées, atteignant ainsi une taille d'oligomérisation optimale qui est essentielle à son internalisation. La liaison de l'IL-2 favorise la formation de ces oligomères, compétents pour l’endocytose, ce qui souligne l'importance du regroupement des récepteurs dans l'internalisation EIC.De plus, nous avons constaté que la déplétion du cholestérol augmentait la proportion de gros oligomères, non compétents pour l’endocytose mais induisant une forte signalisation. La perturbation du réseau d'actine favorise également la formation de gros oligomères, mais cette fois en diminuant la signalisation de l’IL-2R. Ainsi, les deux facteurs régulent l'endocytose et la signalisation de l'IL-2R de manière distincte. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances sur les mécanismes régulant la signalisation des récepteurs et l’EIC.

Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the pathological accumulation of extracellular and intracellular aggregates (Aβ and Tau) in the brain. AD is also associated with an early alteration of the major degradation pathway of aggregated proteins, the autophagic-lysosomal pathway. Recent works have suggested that this defectcouldbothbeacauseandaconsequenceofearlyintraneuronalaccumulation of C99 (also named as APP-CTFβ), the direct precursor of Aβ. Due to its toxicity, C99 could be a possible key player of AD etiology. The accumulation of this product occurs mainly within organelles of the endolysosomal network, but our recent observations also indicate an extracellular accumulation of C99 in later stages of the disease, or in conditions where the Aβ-generating enzyme, γ-secretase, is blocked. The first aim of my PhD project was to investigate the possible beneficial effect of restoringlysosomal-autophagicfunctiononC99accumulation. Tothisend, weused a viral strategy to overexpress TFEB, a master regulator of both lysosome biogenesis and autophagy, in a mouse model of AD (3xTg-AD mouse). Two approaches were tested aiming to express TFEB either before or after the beginning of C99 accumulation, by injecting AAV-TFEBs into the ventricles of newborn mice or by stereotaxic injection into 3 month-old mice, respectively. These studies have shown a strong TFEB-mediated reduction of C99 accumulation when using both the preventive and curative approach. The aim of the second part of my PhD work was to understand the reasons of the extracellular accumulation of C99. We postulated that this C99-associated immunostaining could correspond to exosomal-associated C99. Exosomes are nanosizedvesiclesofendocyticoriginthatarereleasedfromcellsandknowntotransport neurotoxic proteins. In our study based on pharmacological, immunocytochemical and genetic approaches, we have confirmed this hypothesis and have shown the presence of C99, and of its direct derived-fragment C83 (APP-CTFα), existing as both monomers and oligomers, in exosomes purified from AD cell and mouse models. Moreover, our data have shown that the levels of these APP-CTFs are strongly increased by γ-secretase inhibition, thus explaining the higher levels of extracellular staining in γ-secretase treated animals. In conclusion, my PhD work shows 1) a new potential therapeutic strategy based on TFEB activation aiming to reduce early C99 accumulation and 2) the presence of monomeric and oligomeric C99 in exosomes in AD models and a link between γ-secretase inhibition and oligomerisation. Future studies are needed to elucidate the exact role of these C99-enriched exosomes in AD.; La maladie d’Alzheimer (MA) se caractérise par l’accumulation dans le cerveau d’agrégats extracellulaires et intraneuronaux (Aβ et Tau). Dans la cellule, la principale voie de dégradation des protéines agrégées est la voie lysosomale-autophagique, qui est altérée de façon précoce chez les patients Alzheimer. Des études récentes de mon laboratoire ont montré que ce dysfonctionnement serait à la fois la cause et la conséquence de l’accumulation du précurseur direct de l’Aβ, appelé C99 ou APP-CTFβ. De par sa toxicité, le C99 semble donc jouer un rôle crucial dans l’étiologie de la maladie. Son accumulation se produit majoritairement dans les compartiments endolysosomaux mais de façon intéressante, un marquage extracellulaire associé au C99 a également été observé à des stades plus avancés de la maladie ou en présence d’un inhibiteur de la γ-sécrétase (enzyme clivant le C99 en Aβ). Le premier axe de mon travail de thèse a donc consisté à étudier l’efficacité d’une restauration du système lysosomal-autophagique sur l’accumulation du C99. Dans ce but, nous avons utilisé une stratégie virale visant à exprimer le facteur de transcription EB (TFEB) dans un modèle murin de la MA (3xTg-AD). Ce facteur est le principal régulateur de la biogenèse lysosomale et de l’autophagie. Deux approches ont été testées cherchant à exprimer le TFEB avant ou après le début de l’accumulation du C99, grâce à une injection de virus exprimant le TFEB, soit en intracérébroventriculaire dès la naissance, soit par stéréotaxie à l’âge de 4 mois. Ces études ont montré une réduction importante de l’accumulation intraneuronale du C99 chez les souris 3xTg-AD, que ce soit via l’approche "préventive" ou "curative". Le deuxième axe de mon travail de thèse a cherché à comprendre l’origine du marquage extracellulaire observé dans le cerveau et associé au C99. Nous avons émis l’hypothèse que ce marquage correspondrait à des exosomes enrichis en C99. Les exosomes sont des vésicules extracellulaires, d’origine endosomale et sécrétées par les cellules, ayant déjà été décrites comme transportant des protéines neurotoxiques. Grâce à des approches pharmacologiques, immunocytochimiques et génétiques, nous avons confirmé cette hypothèse et mis en évidence la présence de C99 et de son dérivé le C83 (APP-CTFα) dans les exosomes purifiés à partir de modèles cellulaires ou murins de la MA, sous forme monomérique et oligomérique. Nos travaux montrent également que la charge des exosomes en oligomères est fortement amplifiée en présence d’une inhibition de la γ-sécrétase, expliquant ainsi le marquage extracellulaire. En conclusion, mes travaux de thèse (1) proposent une potentielle stratégie thérapeutique, basée sur l’activation du TFEB et visant à empêcher l’accumulation du C99, (2) montrent la présence de monomères et d’oligomères de C99 dans les exosomes ainsi qu’un lien entre la γ-sécrétase et l’oligomérisation. Les futures études devront déterminer le rôle exact de ces exosomes enrichis en C99.

Despite availability of different drugs, malaria remains a serious health challenge in tropical countries, and is rapidly making inroads in the countries with temperate climate. To compound the problem, resistance to the antimalarial drugs by the Plasmodial parasite has been documented in many instances, underscoring the need for novel therapeutic approaches for the disease. However, discovery of involvement of a transmembrane protein Translocator protein (TSPO) in the Plasmodium-infected erythrocytes showed the potential of this protein as a target for novel antimalarial drugs. TSPO is an 18 kDa transmembrane protein found in various organelles of cell and involved in variety of processes, including steroidogenesis and cholesterol transport, tetrapyrrole transport/catalysis, erythropoiesis. apoptosis, response to stress to name a few. As a result, it is also involved in various diseases apart from malaria, and is considered a potential drug target. Though recent studies on its atomic structure provided some interesting insights into the structure, several questions on the structure-dynamics-function relationship of TSPO remained unanswered. In this thesis, we attempted to answer some of these questions using various bioinformatics and molecular modelling approaches. We describe how does the ligand PK11195 influence the dynamics of TSPO using all-atom molecular dynamics simulations, and how does PK11195 itself behave in complex with TSPO. We also studied different aspects of TSPO oligomerization using coarse-grained molecular dynamics simulations, and explored how do mammalian TSPO dynamics compare with those of bacterial homologs. Ultimately, we attempted to make a comprehensive comparison between the two paralogs of TSPO in mammals, TSPO1 and TSPO2, from sequence, structural as well as phylogenetic perspectives. Our results give interesting insights into the structure-dynamics-function relationships of TSPO, and pave way to some new hypotheses on the same, which could be exploited to develop new generation of antimalarial drugs that target TSPO., Le paludisme reste un grave problème de santé, bien que différents médicaments sont disponibles pour le traitement. En outre, il se propage à l’une vitesse alarmante dans les pays avec climat tempéré. Pour aggraver le problème, la résistance aux antipaludiques du parasite Plasmodium a été documentée dans de nombreux cas, soulignant la nécessité de nouvelles approches thérapeutiques pour la maladie. Cependant, la découverte de l'implication d'une protéine transmembranaire, la protéine translocateur (TSPO), dans les érythrocytes infectés par Plasmodium a montré le potentiel de cette protéine en tant que cible pour de nouveaux médicaments antipaludiques. La TSPO est une protéine transmembranaire de 18 kDa présente dans divers organites de cellules et impliquée dans divers processus, notamment la stéroïdogenèse et le transport du cholestérol, le transport/ catalysme du tétrapyrrole, l'érythropoïèse, apoptose, réponse au stress, et cetera. En conséquence, il est également impliqué dans diverses maladies en dehors du paludisme et est considéré comme une cible potentielle pour un médicament. Bien que des études récentes sur sa structure atomique aient fourni des informations intéressantes sur la structure, plusieurs questions sur la relation structure-dynamique-fonction de TSPO sont restées. Dans cette thèse, nous avons tenté de répondre à certaines de ces questions en utilisant diverses approches de bioinformatique et de modélisation moléculaire. Nous décrivons comment le ligand PK11195 influence la dynamique de TSPO en utilisant des simulations de dynamique moléculaire tout atome et comment PK11195 se comporte-t-il en complexe avec TSPO. Nous avons également étudié les aspects différents de l’oligomérisation de TSPO à l’aide de simulations de dynamique moléculaire à grains grossiers et exploré comment la dynamique de TSPO de mammifère se compare à celle d’homologues bactériens. Finalement, nous avons tenté de faire une comparaison complète entre les deux paralogues de TSPO chez les mammifères, TSPO1 et TSPO2, du point de vue de la séquence, tant structurel que phylogénétique. Nos résultats fournissent des informations intéressantes sur les relations structure-dynamique-fonction de TSPO et ouvrent la voie à de nouvelles hypothèses similaires, qui pourraient être exploitées pour développer une nouvelle génération d'antipaludiques ciblant TSPO.

Integral proteins of the plasma membrane play a major role in the detection of environmental cues and in the adaptation of cells to variations of their environment. Regulatory mechanisms modulate their presence at the cell surface and control the signaling cascades activated in response to their stimulation. In this context, members of the arrestin revealed to be key regulators, since the discovery of β- and visual arrestins and their well-described role in the regulation of G-protein coupled receptors in complex organisms, and the more recent identification of arrestin-related proteins, present from mammals to protists and sharing functions in membrane cargo trafficking. This work aims at the functional characterization of two arrestin-related proteins of the social amoeba Dictyostelium discoideum, the AdcB and AdcC proteins. These two members of the arrestin clan share a similar multimodular organization, specific to Dictyostelids, with a putative N-terminal calcium-binding type C2 domain and two C-terminal SAM domains surrounding the arrestin module. We showed that the C2 domain confers calcium-dependent binding properties to anionic lipids in vitro and that the SAM domains allow the self-association and hetero-interaction of the two proteins in complexes of high molecular weight. Despite these similarities, AdcB and AdcC harbor a distinct behavior in vivo as only AdcC translocates to the plasma membrane in response to an intracellular calcium rise triggered by the chemoattractants acid folic and cAMP or extracellular calcium. In parallel, a phenotypic characterization of adcB and adcC single or double null mutants and a search for partners were conducted, that open new avenues for future research on these adaptor proteins., Les protéines de la membrane plasmique jouent un rôle fondamental dans la détection des informations véhiculées par le milieu extracellulaire et l’adaptation des cellules aux variations de l’environnement. Elles font l’objet d’une régulation fine qui permet de moduler leur présence à la membrane et de contrôler les voies de signalisation en aval. Dans ce contexte, les arrestines qui constituent une superfamille de protéines adaptatrices, se sont imposées comme des régulateurs clés depuis la découverte des β-arrestines et arrestines visuelles, spécifiques des eucaryotes supérieurs, et de leur rôle dans la régulation des récepteurs couplés aux protéines G hétéro-trimériques, jusqu’à l’identification plus récente de nouveaux membres apparentés, présents des mammifères jusqu’aux protistes, et partageant un rôle commun de régulation de cargos membranaires. Ce travail de thèse porte sur la caractérisation fonctionnelle de deux représentants du clan arrestine de l’amibe Dictyostelium discoideum, les protéines AdcB et AdcC. Ces deux protéines partagent une même organisation multimodulaire, spécifique aux Dictyostélides, qui associe au cœur arrestine, un domaine putatif C2 de type calcium-binding et deux modules SAMs, respectivement aux extrémités N- et C-terminales des protéines. Nous avons établi que ces domaines apportent des fonctions spécifiques à ces arrestines en leur conférant la capacité de lier des lipides anioniques in vitro en réponse au calcium à travers leur module C2, et de former des structures homo- et hétéro-oligomériques via leurs domaines SAMs. En dépit de ces similarités, AdcB et AdcC présentent un comportement différent in cellulo dans la mesure où seul AdcC transloque à la membrane plasmique en réponse à une élévation du calcium cytosolique, provoquée par la stimulation des cellules par les chimioattractants AMPc et acide folique ou le calcium lui-même. Ces résultats ont été complétés par une étude phénotypique des mutants invalidés pour ces arrestines et la recherche de partenaires qui ouvrent des pistes pour des études futures.

Heart failure is a public health problem with 1 million patients this year in France. This pathology is defined inability to heart pump sufficiently to maintain blood flow to meet the body's needs. This decrease is explicated by the loss of contractile function of the heart, caused by the necrosis of the contractile cells: cardiomyocytes. In this study, I was able to study the topographic and biomechanical modification of the cardiomyocyte membrane upstream of its rupture during necrosis, by technology derived from nanosciences : atomic force microscopy (AFM). My work reveals a highly structured membrane in healthy cardiomyocytes and a loss of this architecture in an early stage of the heart failure installation. In a second study I was interested in the oligomeric organization of a transmembrane receptors family , G protein-coupled receptors. These proteins are a privileged target for the pharmacological treatments on heart failure such as beta- Blockers and vasodilators. This oligomerization mechanism could be the key to the side effects associated with treatments. In order to study the oligomeric conformation, I used single molecule force spectroscopy and I reveal different oligomeric populations of these receptors on the membrane. The results showed a oligomeric populations distribution according the conditions (plasmid density coding for receptors / stimulation with synthetic or natural agonist). It is possible that there is a regulation of the signaling pathways, using the oligomerization for specific activation receptors. The possible difference in activity of each oligomeric population (monomer / dimer / tetramer / hexamer) appears to be a plausible explanation for the side effects of pharmacological agents. My thesis work allowed the discovery of a new track by an innovative technology, atomic force microscopy, in the treatment of heart failure.; L'insuffisance cardiaque est un réel problème de santé publique avec 1 millions de patients souffrant de cette pathologie cette année en France. Elle est définie incapacité de fournir un débit sanguin suffisant à l'organisme. Cette diminution de débit est traduite par la perte de fonction contractile du coeur provoqué par la nécrose des cellules responsable de cette fonction : les cardiomyocytes. Dans cette étude j'ai pu étudier les modifications topographiques et biomécaniques de la membrane du cardiomyocyte vivant en amont de sa rupture lors de la nécrose, par une technologie issue des nanosciences : la microscopie à force atomique (AFM). Mes travaux ont fait apparaitre une membrane très structurée chez le cardiomyocyte sain et une perte de cette architecture dans un temps précoce de l'installation de l'insuffisance cardiaque. L'utilisation de la microscopie électronique à transmission à montrer que les anomalies mises en évidences par AFM ont pour origine un réarrangement mitochondriale. Dans une seconde étude je me suis intéressée à l'organisation oligomérique d'une famille particulière de récepteur transmembranaire, les récepteurs couplés aux protéines G. Ces protéines sont une des cibles privilégiées pour les traitements pharmacologiques de l'insuffisance cardiaque tel que le bêta-bloquants et les vasodilatateurs. Ce mécanisme d'oligomérisation pourrait être la clef des effets secondaires liés à ces traitements. Afin d'étudier la conformation oligomérique, j'ai utilisé la spectroscopie de force à l'échelle de la molécule unique pour mettre en évidence différentes populations oligomérique de ces récepteurs sur la surface membranaire. Les résultats ont montré une distribution des populations oligomériques en fonction des conditions (densité de plasmide codants pour les récepteurs/stimulation avec agoniste synthétique ou naturel). Il est possible qu'il y ait une régulation des voies de signalisations par l'oligomérisation des récepteurs activés. La différence d'activité possible de chaque population oligomérique (monomère/dimère/tétramère/hexamère) semble être une explication plausible aux effets secondaire des agents pharmacologique. Mes travaux de thèse ont permis la mise en évidence de nouvelle piste par une technologie innovante, la microscopie à force atomique, dans le traitement de l'insuffisance cardiaqu

The axis formed by the chemokine CXCL12 and its receptor CXCR4 is conserved in vertebrates where it plays an important role in embryogenesis and adult life, regulates many processes of immune responses through its functions in cell migration, survival and proliferation.In addition, this axis is involved in pathological processes such as cancers (growth and metastasis) and immune deficiencies and malfunctions (eg deregulated expression, mutations or polymorphisms) and is also hijacked by certain pathogens (eg HIV, human papilloma virus).A large working group is dedicated to this pair as a therapeutic target, but only a compound (ie Plerixafor) achieved approval for clinical use by the potential of this area as a drug target unexplored.Although this axis is the subject of great interest, questions remain about the structural determinants involved in CXCL12 / CXCR4 interaction.However, the recently resolved diffraction structure of CXCR4 gave some clue about these questions, and beyond possible stoichiometry between CXCL12 and CXCR4.Several lines of evidence support the concept that forms CXCR4 homo- and hetero-oligomers (which can contribute to the diversity of the receptor functions), as shown in the diffraction structure, the gain function of a mutant CXCR4 receptor responsible for the syndrome WHIM and allosteric modulation of CXCR4 functions by CXCR7 (ACKR3), the second receptor of the chemokine CXCL12. The ability to form oligomers opens many issues of CXCL12 and its interaction with CXCR4 and CXCR7 / ACKR3.The stoichiometry of this interaction still remains an open question, as the receptor is capable to form oligomers with the same receptor or other receptors, particularly CXCR7 / ACKR3. This receptor, known as scavenger, has not solved structure and the mechanism of interaction with CXCL12 is unknown.To study the interactions CXCL12 / CXCR4 / CXCR7, we applied several molecular modeling techniques such as peptide-peptide docking and molecular dynamics simulations.Objectives of this project were: the resolution of the different stoichiometric forms for the interaction of CXCR4 and CXCL12 (molecular modeling, docking and dynamic); modeling the CXCR7 / ACKR3 receptor structure and its interaction with CXCL12 (homology modeling), with the characterization of domains and residues key in the activation of downstream signaling pathways of the receptor (CXCR7 / ACKR3 mutants); the study and characterization of new innovative tools for the detection of oligomerization of these receptors in endogenous conditions. (Nanobodies, HTRF)The results of the first objective were published in January 2016: PMID 26813575.Modeling of CXCR7 / ACKR3 allowed us to generate several mutants of the receptor to test our hypothesis about the activation pathways.Nanobodies were fully characterized for CXCR4 to be used in a second study to identify oligomeric forms of the receptor in tissues and cells.; L'axe formé par la chimiokine CXCL12 et son récepteur CXCR4 est conservé chez les vertébrés où il joue un rôle important dans l'embryogenèse et la vie adulte, régule de nombreux processus des réponses immunitaires grâce à ses fonctions dans la migration cellulaire, la survie et la prolifération.En outre, cet axe est impliqué dans les processus pathologiques tels que les cancers (croissance et métastase) et immunodéficiences ainsi que des dysfonctionnements (par exemple l'expression dérégulée, polymorphismes ou mutations) et est également détourné par certains agents pathogènes (par exemple le virus de l'immunodéficience humaine, virus du papillome humain).Un grand groupe de travail est consacré à cette paire comme cible thérapeutique, mais seulement un composé (à savoir Plérixafor) a atteint l'approbation pour une utilisation clinique faisant le potentiel de cet axe comme cible de médicament encore inexploré.Bien que cet axe est l'objet d'un grand intérêt, des questions demeurent quant aux déterminants structurels impliqués dans l'interaction CXCL12/CXCR4.Cependant, la structure récemment résolue par diffraction de CXCR4 a donné quelque indice au sujet de ces questions, et au­ delà, la possible stoichiométrie entre CXCL12 et CXCR4.Plusieurs éléments de preuve appuient le concept que les formes CXCR4 homo- et hétéro- oligomères (qui peut contribuer à la diversité des fonctions de récepteur), telles que la structure de diffraction, le gain de fonction d'un récepteur CXCR4 mutant responsable du syndrome WHIM et la modulation allostérique des fonctions de CXCR4 par CXCR7 (ACKR3), le second récepteur de CXCL12. La possibilité de former des oligomères ouvre de nombreuses questions en matière de CXCL12 et ses interactions avec CXCR4 et CXCR7/ACKR3. La stoichiométrie de cette interaction reste une question ouverte, comme le récepteur est capable de former des oligomères avec le même récepteur ou autre récepteurs, en particulier CXCR7/ACKR3. Ce récepteur, connu comme scavenger, n'a pas de structure résolue et son mécanisme d'interaction avec CXCL12 reste inconnu.Afin d'étudier les interactions CXCL12/CXCR4/CXCR7, nous avons appliqué plusieurs techniques de modélisation moléculaire tels que peptid-peptide docking et simulations de dynamique moléculaire.Objets du projet ont étés : la résolution des possibles formes stoichiométriques de l'interaction CXCR4/CXCL12 (modélisation moléculaire, docking et dynamique); la modélisation de la structure du récepteur CXCR7/ACKR3 et son interaction avec CXCL12 (homology modeling), avec caractérisation des domaines et des résidus clef de l'activation des pathways de signalisation en aval du récepteur (mutants CXCR7/ACKR3); l'étude et la caractérisation de nouveaux outils innovants pour la détection de l'oligomerisation de ces récepteurs en conditions endogènes. (Nanobodies, HTRF)Les résultats du premier objectif ont été publiés en janvier 2016 : PMID 26813575.La modélisation de CXCR7/ACKR3 nous a permit de générer plusieurs mutants du récepteur pour tester nos hypothèses sur l’activation.Les nanobodies caractérisés pour CXCR4 seront utilisé dans une deuxième étude pour l’identification des formes oligomériques du récepteur sur tissus et cellules.

High pressure methods have become a useful tool for studying protein structure and stability. Using them, various physico-chemical processes including protein unfolding, aggregation, oligomer dissociation or enzyme-activity decrease were studied on many different proteins. Oligomeric protein dissociation is a process that can perfectly utilize the potential of high-pressure techniques, as the high pressure shifts the equilibria to higher concentrations making them better observable by spectroscopic methods. This can be especially useful when the oligomeric form is highly stable at atmospheric pressure. These applications may be, however, hindered by less intensive experimental response as well as interference of the oligomerization equilibria with unfolding or aggregation of the subunits, but also by more complex theoretical description. In this study we develop mathematical models describing different kinds of oligomerization equilibria, both closed (equilibrium of monomer and the highest possible oligomer without any intermediates) and consecutive. Closed homooligomer equilibria are discussed for any oligomerization degree, while the more complex heterooligomer equilibria and the consecutive equilibria in both homo- and heterooligomers are taken into account only for dimers and trimers. In all the cases, fractions of all the relevant forms are evaluated as functions of pressure and concentration. Significant points (inflection points and extremes) of the resulting transition curves, that can be determined experimentally, are evaluated as functions of pressure and/or concentration. These functions can be further used in order to evaluate the thermodynamic parameters of the system, i.e. atmospheric-pressure equilibrium constants and volume changes of the individual steps of the oligomer-dissociation processes.

The axis formed by the chemokine CXCL12 and its receptor CXCR4 is conserved in vertebrates where it plays an important role in embryogenesis and adult life, regulates many processes of immune responses through its functions in cell migration, survival and proliferation.In addition, this axis is involved in pathological processes such as cancers (growth and metastasis) and immune deficiencies and malfunctions (eg deregulated expression, mutations or polymorphisms) and is also hijacked by certain pathogens (eg HIV, human papilloma virus).A large working group is dedicated to this pair as a therapeutic target, but only a compound (ie Plerixafor) achieved approval for clinical use by the potential of this area as a drug target unexplored.Although this axis is the subject of great interest, questions remain about the structural determinants involved in CXCL12 / CXCR4 interaction.However, the recently resolved diffraction structure of CXCR4 gave some clue about these questions, and beyond possible stoichiometry between CXCL12 and CXCR4.Several lines of evidence support the concept that forms CXCR4 homo- and hetero-oligomers (which can contribute to the diversity of the receptor functions), as shown in the diffraction structure, the gain function of a mutant CXCR4 receptor responsible for the syndrome WHIM and allosteric modulation of CXCR4 functions by CXCR7 (ACKR3), the second receptor of the chemokine CXCL12. The ability to form oligomers opens many issues of CXCL12 and its interaction with CXCR4 and CXCR7 / ACKR3.The stoichiometry of this interaction still remains an open question, as the receptor is capable to form oligomers with the same receptor or other receptors, particularly CXCR7 / ACKR3. This receptor, known as scavenger, has not solved structure and the mechanism of interaction with CXCL12 is unknown.To study the interactions CXCL12 / CXCR4 / CXCR7, we applied several molecular modeling techniques such as peptide-peptide docking and molecular dynamics simulations.Objectives of this project were: the resolution of the different stoichiometric forms for the interaction of CXCR4 and CXCL12 (molecular modeling, docking and dynamic); modeling the CXCR7 / ACKR3 receptor structure and its interaction with CXCL12 (homology modeling), with the characterization of domains and residues key in the activation of downstream signaling pathways of the receptor (CXCR7 / ACKR3 mutants); the study and characterization of new innovative tools for the detection of oligomerization of these receptors in endogenous conditions. (Nanobodies, HTRF)The results of the first objective were published in January 2016: PMID 26813575.Modeling of CXCR7 / ACKR3 allowed us to generate several mutants of the receptor to test our hypothesis about the activation pathways.Nanobodies were fully characterized for CXCR4 to be used in a second study to identify oligomeric forms of the receptor in tissues and cells., L'axe formé par la chimiokine CXCL12 et son récepteur CXCR4 est conservé chez les vertébrés où il joue un rôle important dans l'embryogenèse et la vie adulte, régule de nombreux processus des réponses immunitaires grâce à ses fonctions dans la migration cellulaire, la survie et la prolifération.En outre, cet axe est impliqué dans les processus pathologiques tels que les cancers (croissance et métastase) et immunodéficiences ainsi que des dysfonctionnements (par exemple l'expression dérégulée, polymorphismes ou mutations) et est également détourné par certains agents pathogènes (par exemple le virus de l'immunodéficience humaine, virus du papillome humain).Un grand groupe de travail est consacré à cette paire comme cible thérapeutique, mais seulement un composé (à savoir Plérixafor) a atteint l'approbation pour une utilisation clinique faisant le potentiel de cet axe comme cible de médicament encore inexploré.Bien que cet axe est l'objet d'un grand intérêt, des questions demeurent quant aux déterminants structurels impliqués dans l'interaction CXCL12/CXCR4.Cependant, la structure récemment résolue par diffraction de CXCR4 a donné quelque indice au sujet de ces questions, et au­ delà, la possible stoichiométrie entre CXCL12 et CXCR4.Plusieurs éléments de preuve appuient le concept que les formes CXCR4 homo- et hétéro- oligomères (qui peut contribuer à la diversité des fonctions de récepteur), telles que la structure de diffraction, le gain de fonction d'un récepteur CXCR4 mutant responsable du syndrome WHIM et la modulation allostérique des fonctions de CXCR4 par CXCR7 (ACKR3), le second récepteur de CXCL12. La possibilité de former des oligomères ouvre de nombreuses questions en matière de CXCL12 et ses interactions avec CXCR4 et CXCR7/ACKR3. La stoichiométrie de cette interaction reste une question ouverte, comme le récepteur est capable de former des oligomères avec le même récepteur ou autre récepteurs, en particulier CXCR7/ACKR3. Ce récepteur, connu comme scavenger, n'a pas de structure résolue et son mécanisme d'interaction avec CXCL12 reste inconnu.Afin d'étudier les interactions CXCL12/CXCR4/CXCR7, nous avons appliqué plusieurs techniques de modélisation moléculaire tels que peptid-peptide docking et simulations de dynamique moléculaire.Objets du projet ont étés : la résolution des possibles formes stoichiométriques de l'interaction CXCR4/CXCL12 (modélisation moléculaire, docking et dynamique); la modélisation de la structure du récepteur CXCR7/ACKR3 et son interaction avec CXCL12 (homology modeling), avec caractérisation des domaines et des résidus clef de l'activation des pathways de signalisation en aval du récepteur (mutants CXCR7/ACKR3); l'étude et la caractérisation de nouveaux outils innovants pour la détection de l'oligomerisation de ces récepteurs en conditions endogènes. (Nanobodies, HTRF)Les résultats du premier objectif ont été publiés en janvier 2016 : PMID 26813575.La modélisation de CXCR7/ACKR3 nous a permit de générer plusieurs mutants du récepteur pour tester nos hypothèses sur l’activation.Les nanobodies caractérisés pour CXCR4 seront utilisé dans une deuxième étude pour l’identification des formes oligomériques du récepteur sur tissus et cellules.

Amyloid diseases, including Alzheimer's (AD), Parkinson's, Prion diseases and type 2 diabetes mellitus (T2DM), are characterized by the accumulation of insoluble fibrillar aggregates in tissues. These diseases are the result of the aberrant folding of proteins that constitute the main component of the fibrils. My thesis project focused on two amyloid peptides: β-amyloid peptide, a 40/42 residue peptide involved in AD, and Islet Amyloid PolyPeptide (IAPP), a 37 residue peptide linked with T2DM. Although the mechanism of oligomerization is still unclear, it is known to be a stepwise process that includes a nucleation phase, where the peptides are mainly monomeric and slowly form aggregates, followed by an elongation phase, characterized by the formation of large prefibrillar oligomers leading to mature fibrils. A first part of my project focused on the early stages of fibrillation of IAPP, using a set of complementary biophysical techniques. This study showed that the oligomerization pathway of IAPP involved no or short time lived oligomers favoring the formation of large aggregates. In a second step, I investigated the effect of residue 18 and global charge of IAPP by a mutational analysis of residue His18 and biophysical analysis at pH 5.5 and 7.4. The results showed that (1) the substitution of His18 slowed down the kinetics of fibrillation of IAPP by affecting the interactions between monomers, (2) acidic pH was unfavorable for the process. Finally, we examined the interaction of amyloid peptides with potential inhibitors of synthetic (sugar or fluor-based peptides) or natural origin (epigallocatechingallate). Different mechanisms of action could be characterized.; Les maladies amyloïdes sont des affections sévères caractérisées par la présence de dépôts extracellulaires fibreux susceptibles de toucher un ou plusieurs tissus du corps humain. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée au peptide β amyloïde (Aβ), impliqué dans la maladie d’Alzheimer, ainsi que l’amyline ou Islet Amyloid PolyPeptide (IAPP), impliqué dans le diabète de type 2. Le mécanisme de formation des fibres a été décrit comme un processus en deux étapes : la nucléation, conduisant à la formation d’oligomères et la phase d’élongation conduisant à la formation des fibres. La première partie de ma thèse est consacrée à l’étude des premières étapes d’oligomérisation d’IAPP. Ce projet, qui a fait appel à différentes techniques biophysiques, a permis de montrer que le mécanisme d’oligomérisation d’IAPP était coopératif et caractérisé par l’absence d’espèces de faible poids moléculaire en solution. Ensuite, je me suis intéressée au rôle de l’histidine 18 d’IAPP et l’effet de la charge globale du peptide sur ses propriétés d’oligomérisation. Pour cela, une étude mutationnelle a été réalisée et l’analyse biophysique des mutants en présence de modèles lipidiques a été effectuée à pH 5,5 et à pH 7,4. Les résultats de cette étude ont montré que la substitution du résidu 18 ralentissait la formation des fibres et que le pH acide était globalement défavorable à l’oligomérisation. Enfin, j’ai étudié les interactions entre les peptides amyloïdes et des inhibiteurs potentiels d’origine synthétique ou naturelle. Différents modes d’action de ces inhibiteurs ont ainsi pu être caractérisés, selon leur interaction avec les monomères ou les oligomères des peptides étudiés.

Linear α-olefins (LAOs) are crucial importance for the chemical and petrochemical industry as they are highly valuable feedstock for a variety of process mainly as co-monomer for the production of different grade of polyethylene (1-butene, 1-hexene and 1-octene). Some systems and predominantly chromium and titanium systems have performed selective dimerization, trimerization and tetramerization of ethylene to higher α-olefins. For toxicity reasons, industrial and academic research focus more and more on titanium-based systems.Our objective in this context was the study of potential “tridentate phenoxy” systems of Ti(IV) for selective trimerization of ethylene to 1-hexene. Numerous systems with general formula [(ArO-X-L)TiCl3] (X=O,P,N and L=O,P,N) were described and characterized. The study of electronic and steric properties and their consequences on catalytic performances in oligomerization/polymerization of ethylene were discussed. They showed the criticity of all electronic and structural parameters of ligands. Only one system of this family is able to produce selectively 1-hexene, others give mainly polyethylene.DFT study associated with an experimental study of redox properties on catalytic precursors or the hemilabile behavior of ligands involved, led us to propose a mechanism identifying the activation phase as the key to switch between polymerization or selective trimerization of ethylene., Les α-oléfines jouent un rôle très important en tant qu'intermédiaires réactionnels dans l'industrie chimique et pétrochimique. Leur utilisation principale est la production de diverses qualités de polyéthylène dans lequel l'α-oléfine est engagée en tant que co-monomère (butène-1, hexène-1 et octène-1). Les systèmes capables de dimériser, trimériser voir tétramériser sélectivement l'éthylène en α-oléfines supérieures, utilisent principalement le titane et le chrome. Du fait de la toxicité potentielle du chrome, la recherche industrielle et académique s’oriente de plus en plus vers des systèmes à base de titane.Notre objectif dans ce contexte était d’étudier le potentiel des systèmes « phénoxy-tridente » du Ti(IV) pour la trimérisation sélective de l’éthylène en hexène-1. De nombreux systèmes de formules générales [(ArO-X-L)TiCl3] (X=O,P,N et L=O,P,N) ont ainsi été isolés et caractérisés. L’étude de leurs propriétés électroniques et stériques et ses conséquences sur leurs performances en oligomérisation/polymérisation de l’éthylène ont été discutées. Elles mettent en évidence la criticité de l’ensemble des paramètres à la fois électroniques et structuraux du ligand. Un seul système de cette famille est capable de produire sélectivement de l’hexène-1, les autres conduisant à la polymérisation de l’éthylène.Une étude DFT associée à une étude expérimentale des propriétés redox des précurseurs catalytiques ou encore du comportement hémilabile des ligands mis en jeu, nous a conduit à proposer un mécanisme identifiant la phase d’activation comme l’élément clé permettant d’orienter les systèmes étudiés vers la polymérisation ou la production sélective d’hexène-1.

Linear α-olefins (LAOs) are crucial importance for the chemical and petrochemical industry as they are highly valuable feedstock for a variety of process mainly as co-monomer for the production of different grade of polyethylene (1-butene, 1-hexene and 1-octene). Some systems and predominantly chromium and titanium systems have performed selective dimerization, trimerization and tetramerization of ethylene to higher α-olefins. For toxicity reasons, industrial and academic research focus more and more on titanium-based systems.Our objective in this context was the study of potential “tridentate phenoxy” systems of Ti(IV) for selective trimerization of ethylene to 1-hexene. Numerous systems with general formula [(ArO-X-L)TiCl3] (X=O,P,N and L=O,P,N) were described and characterized. The study of electronic and steric properties and their consequences on catalytic performances in oligomerization/polymerization of ethylene were discussed. They showed the criticity of all electronic and structural parameters of ligands. Only one system of this family is able to produce selectively 1-hexene, others give mainly polyethylene.DFT study associated with an experimental study of redox properties on catalytic precursors or the hemilabile behavior of ligands involved, led us to propose a mechanism identifying the activation phase as the key to switch between polymerization or selective trimerization of ethylene., Les α-oléfines jouent un rôle très important en tant qu'intermédiaires réactionnels dans l'industrie chimique et pétrochimique. Leur utilisation principale est la production de diverses qualités de polyéthylène dans lequel l'α-oléfine est engagée en tant que co-monomère (butène-1, hexène-1 et octène-1). Les systèmes capables de dimériser, trimériser voir tétramériser sélectivement l'éthylène en α-oléfines supérieures, utilisent principalement le titane et le chrome. Du fait de la toxicité potentielle du chrome, la recherche industrielle et académique s’oriente de plus en plus vers des systèmes à base de titane.Notre objectif dans ce contexte était d’étudier le potentiel des systèmes « phénoxy-tridente » du Ti(IV) pour la trimérisation sélective de l’éthylène en hexène-1. De nombreux systèmes de formules générales [(ArO-X-L)TiCl3] (X=O,P,N et L=O,P,N) ont ainsi été isolés et caractérisés. L’étude de leurs propriétés électroniques et stériques et ses conséquences sur leurs performances en oligomérisation/polymérisation de l’éthylène ont été discutées. Elles mettent en évidence la criticité de l’ensemble des paramètres à la fois électroniques et structuraux du ligand. Un seul système de cette famille est capable de produire sélectivement de l’hexène-1, les autres conduisant à la polymérisation de l’éthylène.Une étude DFT associée à une étude expérimentale des propriétés redox des précurseurs catalytiques ou encore du comportement hémilabile des ligands mis en jeu, nous a conduit à proposer un mécanisme identifiant la phase d’activation comme l’élément clé permettant d’orienter les systèmes étudiés vers la polymérisation ou la production sélective d’hexène-1.

The demand for short linear alpha olefins is constantly increasing and motivates the development of robust and selective catalysts. In this thesis, several libraries of phosphorus ligands with the capacity to form dissymmetric or supramolecular assemblies were synthesized. The variability observed within the aminophosphine libraries, clearly reflected by the various tautomeric equilibrium of the ligand, was also observed in the nickel complexes as a single ligand could generate several complexes with different structures. Sulphonyliminobisphosphine were then introduced as a new class of ligands. These precursors rearrange in the presence of nickel to generate diphosphinamine nickel complexes. Activated by MAO, these complexes are active in the reaction of ethylene oligomerisation and produce short chain olefins. A new approach that forms stable supramolecular nickel complexes was developed by combining two phosphorus ligands with Ni(0). These complexes stabilised by hydrogen bonding are directly active in the reaction of ethylene oligomerisation with some catalysts leading to high selectivity to 1-butene (up to 84%). To understand the origin of that selectivity, the scope of complexes was extended to ligands with different steric and electronic properties. Their evaluation in the reaction of ethylene oligomerisation evidenced a relation between the catalyst structure and the selectivity of the reaction. Mechanistic studies, under an ethylene atmosphere, reveals that cationic complexes rearrange to neutral complexes, which are likely, the active species.; Les alpha oléfines linéaires courtes sont des molécules de base en pétrochimie donc le marché est en constante augmentation notamment pour les oléfines légères (butène-1, hexène-1, octène-1). Ces oléfines, utilisées massivement dans l’industrie des plastiques, sont produites par la réaction catalytique d’oligomerisation de l’éthylène. IFPEN a contribué à développer plusieurs procédés homogènes d’oligomérisation de l’éthylène (AlphaButol, AlphaHexol, AlphaSelect) à base des complexes de titane, chrome ou zirconium. A travers une collaboration avec l’Université d’Amsterdam de nouvelles stratégies de développement de ligands ont été entreprises afin de rendre les catalyseurs à base de nickel sélectifs pour cette transformation. Ainsi, une approche supramoléculaire basée sur des interactions par liaison hydrogène, jusqu’alors décrite pour les métaux nobles, a été développée et appliquée aux complexes de nickel. Des complexes organométalliques originaux ont pu être générés et les interactions supramoléculaires ont été caractérisées par diffraction aux rayons X notamment. Ces complexes se présentent sous forme zwitterionique et sont formés par la combinaison de deux ligands simples donneurs et/ou accepteurs d’hydrogène. Ces complexes se sont avérés très actifs vis-à-vis de l’éthylène et ne nécessite pas l’ajout d’activateur du fait de la présence d’une liaison nickel-carbone réactive. Ils ont permis d’accéder à des sélectivités très importantes en butène-1. Appuyé par des expériences in situ et l’évaluation en catalyse de plusieurs complexes aux propriétés électroniques et stériques variées, cette approche a permis d’identifier l’espèce active et de mesurer l’impact de plusieurs descripteurs permettant de moduler la sélectivité et l’activité de la réaction catalytique en profondeur.

TRAIL (TNF- Related Apoptosis Inducing Ligand) and CD40Ligand, members of the superfamily (SF) of TNF (Tumor Necrosis Factor), appear as attractive targets for cancer therapy. A common feature of members of the TNF-SF is the homotrimeric structure that oligomerized their receptors to induce cell signaling. This multivalent interaction between ligands and receptors is crucial for apoptosis induction.The aims of this thesis is to i) develop multivalent ligands of TRAIL -R2 and CD40 to enhance their antitumor efficacy and to associate them in innovative strategies and ii) to characterize the interactions between ligands and receptors at cell surface to understand the impact of oligomerization on the initiation of apoptosis at membrane level.We used cyclic peptides specific of TRAIL-R2 (TRAILmim/DR5) that we multimerized on innovative chemical scaffolds. We also interested in the state of receptor oligomerization before their contact with the ligand in order to better understand the multivalent interactions. Finally, we characterized using the technique of surface plasmon resonance and biosensor based fluorescence interactions between multivalent ligands and TRAIL- R2.In this work we showed the need to analyze the interactions between ligands and receptors directly on the surface of the cell to improve the development of effective pro -apoptotic ligands., TRAIL (TNF-Related Apoptosis Inducing Ligand) et CD40 Ligand, membre de la superfamille (SF) du TNF (Tumor Necrosis Factor) apparaissent comme des cibles attractives pour la thérapie ciblée du cancer. Une caractéristique commune des membres de la SF-TNF est la structure homotrimérique du ligand qui oligomérise les récepteurs pour induire la signalisation cellulaire. Cette interaction multivalente entre ligands et récepteurs est déterminante dans l’induction de la réponse cellulaire. L’objectif de cette thèse est de i) développer des ligands multivalents de TRAIL-R2 et CD40 afin d’améliorer leur efficacité anti-tumorale puis de les associer dans des stratégies anti-tumorales innovantes et ii) de caractériser les interactions entre ces ligands et les récepteurs à la surface de la cellule pour comprendre l’impact de l’oligomerisation sur l’initiation de l’apoptose au niveau membranaire.Ainsi nous avons utilisé des peptides cycliques spécifiques du récepteur de TRAIL-R2 (TRAILmim/DR5) que nous avons multimérisés sur des plateformes chimiques innovantes. Nous nous sommes également intéressés à l’état d’oligomérisation des récepteurs avant leur contact avec le ligand dans le but de mieux comprendre les interactions multivalentes. Enfin, nous avons caractérisé à l’aide de la technique de résonance plasmonique de surface et d’un biocapteur basé sur la fluorescence les interactions entre ces ligands multivalents et le récepteur TRAIL-R2. Ces travaux nous ont donc montré la nécessité d’analyser les interactions entre ligands et récepteurs directement à la surface de la cellule pour améliorer le développement de ligands pro apoptotiques efficaces.

This work describes the synthesis and the structural study of linear and cyclic mixed oligomers alternating N-aminoamide and amide bonds, named 1:1-[a/a-N-amino]mers. The first chapter is a bibliographic study on cyclization methods of peptides and pseudopeptides (backbone modified peptides) and their applications. It has been described that the incorporation of potential structural elements, like introduction of changes to peptide backbone, could be facilitating the cyclization of linear oligomers. With this in mind, the use of previous work in our laboratory, discussed in the second chapter, gives access to new phtaloylated 1:1-[a/a-N-amino]mers and also to the first protected cyclo-1:1-[a/a-N-amino]mers. The deprotection of phthalimid group of one of these cyclic compounds opens up new opportunities like functionalization of the deprotected nitrogen atom. The third chapter sums up the results of the structural analyses and principally highlights the original conformations adopted by these different oligomers and the influence of the N-aminoamide bond. The structures were established through a complete study using several spectroscopic techniques (NMR, IR, fluorescence, X-ray crystallography). For example, the X ray studies highlight the formation of nanotubes through an original self-assembling of deprotected cyclotetramers.; Ce travail décrit la synthèse et l’étude structurale d’oligomères mixtes linéaires et cycliques, alternant des liens amides et N-aminoamides, nommés 1 :1-[a/a-N-amino]mères. Le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographique des méthodes de cyclisation des peptides et pseudopeptides ainsi qu’à leurs nombreuses applications. Il a été décrit que l’incorporation d’éléments potentiellement structurants, comme l’introduction de modifications du squelette peptidique, pourrait faciliter la cyclisation des oligomères linéaires. Dans cette optique, l’exploitation de travaux antérieurs du laboratoire, exposée dans le deuxième chapitre, a donné accès à de nouveaux 1 :1-[a/a-N-amino]mères phtaloylés, puis aux premiers cyclo-1 :1-[a/a-N-amino]mères protégés. La déprotection du groupement phtalimide d’un de ces composés cycliques ouvre de nouvelles perspectives comme la fonctionnalisation de l’atome d’azote déprotégé. Le troisième chapitre résume les analyses structurales réalisées et met principalement en avant les conformations originales qu’adoptent ces différents oligomères ainsi que l’influence du lien N-aminoamide. Les structures ont été établies grâce à une approche complète associant plusieurs techniques spectroscopiques (RMN, IR, fluorescence et diffraction des rayons X). Par exemple, l’analyse par diffraction des rayons X a permis de mettre en évidence la formation de nanotubes due à un empilement original de cyclotétramères déprotégés.

This work describes the synthesis and the structural study of linear and cyclic mixed oligomers alternating N-aminoamide and amide bonds, named 1:1-[a/a-N-amino]mers. The first chapter is a bibliographic study on cyclization methods of peptides and pseudopeptides (backbone modified peptides) and their applications. It has been described that the incorporation of potential structural elements, like introduction of changes to peptide backbone, could be facilitating the cyclization of linear oligomers. With this in mind, the use of previous work in our laboratory, discussed in the second chapter, gives access to new phtaloylated 1:1-[a/a-N-amino]mers and also to the first protected cyclo-1:1-[a/a-N-amino]mers. The deprotection of phthalimid group of one of these cyclic compounds opens up new opportunities like functionalization of the deprotected nitrogen atom. The third chapter sums up the results of the structural analyses and principally highlights the original conformations adopted by these different oligomers and the influence of the N-aminoamide bond. The structures were established through a complete study using several spectroscopic techniques (NMR, IR, fluorescence, X-ray crystallography). For example, the X ray studies highlight the formation of nanotubes through an original self-assembling of deprotected cyclotetramers., Ce travail décrit la synthèse et l’étude structurale d’oligomères mixtes linéaires et cycliques, alternant des liens amides et N-aminoamides, nommés 1 :1-[a/a-N-amino]mères. Le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographique des méthodes de cyclisation des peptides et pseudopeptides ainsi qu’à leurs nombreuses applications. Il a été décrit que l’incorporation d’éléments potentiellement structurants, comme l’introduction de modifications du squelette peptidique, pourrait faciliter la cyclisation des oligomères linéaires. Dans cette optique, l’exploitation de travaux antérieurs du laboratoire, exposée dans le deuxième chapitre, a donné accès à de nouveaux 1 :1-[a/a-N-amino]mères phtaloylés, puis aux premiers cyclo-1 :1-[a/a-N-amino]mères protégés. La déprotection du groupement phtalimide d’un de ces composés cycliques ouvre de nouvelles perspectives comme la fonctionnalisation de l’atome d’azote déprotégé. Le troisième chapitre résume les analyses structurales réalisées et met principalement en avant les conformations originales qu’adoptent ces différents oligomères ainsi que l’influence du lien N-aminoamide. Les structures ont été établies grâce à une approche complète associant plusieurs techniques spectroscopiques (RMN, IR, fluorescence et diffraction des rayons X). Par exemple, l’analyse par diffraction des rayons X a permis de mettre en évidence la formation de nanotubes due à un empilement original de cyclotétramères déprotégés.

Rutin and esculin have been polymerized by laccase. Five fractions with between 2127.42 and 8331.85 g/mol for oligorutins, and between 688.12 and 6973 g/mol for oligoesculins, were obtained. Fourier transformed infrared analysis showed that oligorutins were formed through C-C, C-O and C=O linkages, while oligoesculins were obtained through C-C linkages. Oligorutins and oligoesculins show a higher solubility in water and a lower solubility in ethanol compared to their monomers. The oligomerization of rutin decrease its antiradical capacity, while oligoesculin fractions demonstrated a high antiradical activity compared to monomeric esculin. Oligomer fractions showed a better iron chelating power, xanthine oxidase inhibition, copper reducing power (CUPRAC), antigenotoxic activity, and splenocytes stimulator activity compared to their monomers. Oligorutin and oligoesculin exhibited an important anti-inflammatory capacity through the nitric oxide inhibition. Moreover, oligorutin fractions demonstrated an immunostimulatory effect proportional to their degree of oligomerization, while oligoesculin fractions showed an immunostimulatory effect inversely proportional to their degree of oligomerization, L'oligomérisation enzymatique de la rutine et esculine a donné lieu à cinq fractions d'oligomères de masse moléculaire moyenne entre 2127,42 et 8331,85 g/mol pour la rutine et 688,12 et 6973 g/mol pour l'esculine. L'analyse de ces fractions par FTIR montre que les fractions d'oligorutines sont obtenues à travers des liaisons C-C, C-O et C=O. Les fractions d'oligoesculines sont obtenues à travers des liaisons C-C. Une meilleure solubilité des oligorutines et des oligoesculines dans l'eau et une plus faible solubilité de ces oligomères dans l'éthanol comparé à leurs monomères a été mis en évidence. Une diminution de l'activité antiradicalaire vis-à-vis de DPPH., ABTS+. et OH. proportionnelle à la masse moléculaire moyenne des fractions d'oligorutines a été observé, contrairement aux fractions d'oligoesculines qui montrent un important pouvoir chélateur de ces mêmes radicaux comparé à leurs monomère. Une augmentation du pouvoir chélateur de fer, inhibiteur de la xanthine oxydase, réducteur du cuivre (CUPRAC), de l'activité antigénotoxique, ainsi que de l'activité stimulatrice de la prolifération des splénocytes, et des lymphocytes (B et T) proportionnelle au degré d'oligomérisation des oligomères étudiées a été noté. L'effet des fractions d'oligorutines et oligoesculines étudiées sur les macrophages en suivant la production de monoxyde d'azote (NO) montre un pouvoir anti-inflammatoire comparé à leurs monomères. L'étude de l'activité lysosomale induite par les fractions d'oligorutine révèle un pouvoir immunostimulateur proportionnelle à la masse moléculaire moyenne des oligorutines, et inversement proportionnelle à celle-ci pour les oligoesculines

X-linked Adrenoleukodystrophy (X-ALD) is a rare neurodegenerative disease caused by deficiency of the peroxisomal half-transporter ABCD1, implicated in very long chain fatty acids import. Two additional half-transporters are located in the peroxisomal membrane: ABCD2 and ABCD3. Over-expression of ABCD2 is known to compensate for ABCD1 deficiency, making ABCD2 a therapeutic target for X-ALD treatment. In this context, the main objective of my thesis was to investigate the function and the structure of ABCD2, and more broadly, of peroxisomal ABC transporters.Half-transporters must at least dimerize to form a functional transporter. Alternative dimerization could modulate substrate specificity. In order to test this hypothesis, we engineered plasmidic constructs encoding chimeric ABCD dimers, whose functionality has been evaluated by transient transfection in two cell models (human fibroblasts and yeasts). Our results show that, ABCD1 and ABCD2 are functional whatever their dimeric organization. Besides, like other ABC transporters, peroxisomal ABC transporters could oligomerize. By using a multi-technical approach (co-immunoprecipitation, velocity sucrose gradient and native polyacrylamide gel electrophoresis experiments) on stably transfected hepatoma cells expressing ABCD2-EGFP, we demonstrate that ABCD2-EGFP interacts with ABCD1 and ABCD3, and that peroxisomal ABC transporters oligomerize. The perspectives will consist in determining which factors control the oligomerization process and understanding the functional value of these interactions., L’Adrénoleucodystrophie liée à l’X est une maladie neurodégénérative rare due à des mutations dans le gène ABCD1. Ce gène code un demi-transporteur ABC peroxysomal, impliqué dans l’importation d’acides gras à très longue chaîne. Deux autres demi-transporteurs sont localisés dans la membrane peroxysomale : ABCD2 et ABCD3. La surexpression d’ABCD2 permet de compenser la déficience en ABCD1, ouvrant ainsi des perspectives thérapeutiques. Dans cette optique, l’objectif principal de ma thèse était d’étudier la fonction et la structure d’ABCD2, et plus largement des transporteurs ABC peroxysomaux.Les demi-transporteurs doivent au minimum se dimériser pour constituer un transporteur fonctionnel. Leur dimérisation alternative pourrait moduler leur spécificité de substrat. Afin de tester cette hypothèse, nous avons réalisé des constructions plasmidiques codant différents dimères chimériques, dont la fonctionnalité a été vérifiée par transfection transitoire dans deux modèles cellulaires (fibroblastes humains et levures). D’après nos résultats, ABCD1 et ABCD2 seraient fonctionnels quel que soit leur agencement dimérique. De plus, comme d’autres transporteurs ABC, les transporteurs ABC peroxysomaux pourraient s’oligomériser. En utilisant différentes techniques biochimiques (co-immunoprécipitation, sédimentation sur gradient de sucrose et électrophorèse en conditions natives), sur un modèle cellulaire surexprimant ABCD2-EGFP, nous démontrons qu’ABCD2-EGFP interagit avec ABCD1 et ABCD3, et que les transporteurs ABC peroxysomaux sont capables de s’oligomériser. Il reste désormais à déterminer les facteurs qui contrôlent cette oligomérisation et comprendre la valeur fonctionnelle de ces interactions.

This thesis describes the development of new catalytic systems based upon iron complexes and their reactivity toward ethylene. First, we focused our interest on the synthesis of iron(III) precursors chelated by monoanionic ligand. Those complexes were obtained either by reaction of the monoanionic ligand with FeCl3 or through oxidation of the iron(II) complex. The second reaction led to binuclear complexes. Then, another aim of the thesis was to design new well-defined cocatalysts for the activation of iron complexes. The study of the reaction between an alcohol and the trimethylaluminum allowed us to reach this aim. Aluminum complexes adopted either a binuclear framework or a trinuclear one, depending on the nature of alcohol reagent. Besides this work, new iron(II) and nickel(II) complexes chelated by imino-imidazole ligands bearing a pendant donor function L were synthesized. All complexes have been evaluated for the oligomerization of ethylene in the presence of EtAlCl2 or MAO as cocatalyst. Only nickel complexes were active toward ethylene transformation.; Cette thèse décrit le développement de nouveaux systèmes catalytiques à base de fer ainsi que l'étude de leur réactivité vis-à-vis de l'éthylène. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au développement de précurseurs de fer(III) associés à des ligands monoanioniques tridentes. Deux voies de synthèse ont été envisagées. La première décrit la complexation d'un ligand anionique sur le précurseur FeCl3 et la seconde passe par l’oxydation d'un complexe de fer(II) associé à un ligand neutre conduisant à une espèce binucléaire. Activés par le MAO, ces catalyseurs de fer(III) constituent les premiers complexes du genre permettant l’oligomérisation de l'éthylène. L’accent a également été porté sur la recherche de nouveaux activateurs. Des complexes d’aluminium répondant à nos attentes ont été obtenus par réaction entre un alcool et le triméthylaluminium. Selon la nature de l'alcool, la structure des activateurs peut être soit binucléaire ou trinucléaire. Enfin, des complexes de fer et de nickel associés à des ligands imino-imidazoles possédant un bras hémilabile ont été synthétisés. Une fois activés, les systèmes à base de nickel ont montré de bonnes activités en catalyse.

Genome sequencing data has revealed genes encoding uncharacterized protein family UPF0079 which are exclusively found in bacteria; broadly distributed in this kingdom and possess an ATP-binding motif in their sequences. Biochemical characterization and physiological role elucidation of UPF0079 will undoubtedly increase our fundamental biology knowledge, and also remain a prerequisite towards the development of new antimicrobial compounds. Our investigation on YdiB, an archetype of this family in Bacillus subtilis revealed both autophosphorylating and protein phosphotransferase activities. The dual-specificity Ser/Thr and Tyr kinase activity of YdiB seems to require oligomerization is upregulated by basic molecule activators such as natural polyamines or poly-L-lysine. The 10 most conserved residues were studied to gain insights into molecular mechanism of the kinase YdiB. To characterize the function of phosphorylation events linked to YdiB, starting with the B. subtilis ydiA-B-C-D-E operon we showed that YdiB and YdiC function as cognate protein kinase/phosphatase towards two ribosome-related protein substrates YdiD and YdiE. Some co-localization between YdiB and ribosomes were observed. Furthermore, YdiB is capable of phosphorylating both ribosomal 50S and 30S subunits as well as two ribosome-binding GTPases EngA and EngB. We also demonstrated that phosphorylated EngA by YdiB is an in vitro substrate of the phosphatase YdiC. Finally, based on the phosphoproteome pf Bacillus subtilis, peptides mimicking the in vivo phosphorylation sites were used. Some of them were found to be phosphorylated in vitro by YdiB, including two peptides which belongs to the superoxide dismutase SodA. The activity of purified SodA was then shown to be upregulated via phosphorylation by YdiB. We furthermore found that B. subtilis cells lacking ydiB become more sensitive to oxidative stress-causing agents such as paraquat or norfloxacin. We propose that in vivo, YdiB functions as a protein kinase involved in ribosome function in normal condition; and in protecting cells from oxidative stress damage., Les données de séquençage des génomes ont révélé une nouvelle famille de protéines UPF0079, comprenant des protéines de fonction inconnue qui sont exclusivement et largement présentes chez les bactéries et qui possèdent un motif A de Walker dans leur séquence. La caractérisation biochimique et l'élucidation du rôle physiologique de cette famille contribueront à élargir nos connaissances en biologie fondamentale, et sont également un préalable vers le développement de nouveaux composés antimicrobiens. Notre étude sur YdiB, un archétype de cette famille chez Bacillus subtilis a révélé à la fois l‟autophosphorylation de YdiB et son activité de protéine kinase. L‟activité kinase de double spécificité Ser/ Thr et Tyr de YdiB semble nécessiter son oligomérisation et semble être stimulée par des molécules basiques telles que des polyamines naturelles ou la poly-L-lysine. Les 10 résidus les plus conservés chez cette famille ont été étudiés afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire de YdiB. Concernant la caractérisation fonctionnelle de la phosphorylation liée à YdiB, l‟étude de l‟opéron ydiA-B-C-D-E de B. subtilis nous a permis de montrer que YdiB et YdiC fonctionnent comme un couple de protéine kinase/phosphatase de deux protéines substrats dont les fonctions seraient liées aux ribosomes, YdiD et YdiE. Une co-localisation partielle entre YdiB et les ribosomes a été observée. En outre, YdiB est capable de phosphoryler des protéines ribosomiques appartennant aux deux sous-unités 50S et 30S, ainsi que deux GTPases impliquées dans la biogénèse des ribosomes, EngA et EngB. Nous avons également démontré que EngA phosphorylée par YdiB est un substrat in vitro de la phosphatase YdiC. Enfin, basé sur le phosphoprotéome de Bacillus subtilis, des peptides mimant des sites de phosphorylation in vivo ont été utilisés. Certains entre eux sont phosphorylés in vitro par YdiB. Deux de ces peptides appartiennent à la superoxyde dismutase, SodA, dont l'activité in vitro et après purification est régulée positivement via la phosphorylation par YdiB. Nous avons ensuite constaté que les cellules de B. subtilis dépourvues du gène ydiB sont plus sensibles aux agents oxidants tels que le paraquat ou la norfloxacine. Nous proposons que, in vivo, YdiB fonctionne comme une protéine kinase impliquée dans l‟activité et/ou la stabilité des ribosomes dans des conditions physiologiques normales, et YdiB contribuerait à protéger les cellules contre les dommages du stress oxydatif.

This thesis describes the development of new catalytic systems based upon iron complexes and their reactivity toward ethylene. First, we focused our interest on the synthesis of iron(III) precursors chelated by monoanionic ligand. Those complexes were obtained either by reaction of the monoanionic ligand with FeCl3 or through oxidation of the iron(II) complex. The second reaction led to binuclear complexes. Then, another aim of the thesis was to design new well-defined cocatalysts for the activation of iron complexes. The study of the reaction between an alcohol and the trimethylaluminum allowed us to reach this aim. Aluminum complexes adopted either a binuclear framework or a trinuclear one, depending on the nature of alcohol reagent. Besides this work, new iron(II) and nickel(II) complexes chelated by imino-imidazole ligands bearing a pendant donor function L were synthesized. All complexes have been evaluated for the oligomerization of ethylene in the presence of EtAlCl2 or MAO as cocatalyst. Only nickel complexes were active toward ethylene transformation., Cette thèse décrit le développement de nouveaux systèmes catalytiques à base de fer ainsi que l'étude de leur réactivité vis-à-vis de l'éthylène. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au développement de précurseurs de fer(III) associés à des ligands monoanioniques tridentes. Deux voies de synthèse ont été envisagées. La première décrit la complexation d'un ligand anionique sur le précurseur FeCl3 et la seconde passe par l’oxydation d'un complexe de fer(II) associé à un ligand neutre conduisant à une espèce binucléaire. Activés par le MAO, ces catalyseurs de fer(III) constituent les premiers complexes du genre permettant l’oligomérisation de l'éthylène. L’accent a également été porté sur la recherche de nouveaux activateurs. Des complexes d’aluminium répondant à nos attentes ont été obtenus par réaction entre un alcool et le triméthylaluminium. Selon la nature de l'alcool, la structure des activateurs peut être soit binucléaire ou trinucléaire. Enfin, des complexes de fer et de nickel associés à des ligands imino-imidazoles possédant un bras hémilabile ont été synthétisés. Une fois activés, les systèmes à base de nickel ont montré de bonnes activités en catalyse.

Bacteria use a communication mode named quorum sensing to regulate gene expression depending on the population density and thus to control processes such as sporulation, competence or virulence in a multicellular manner. In Gram-positive bacteria, the quorum sensing relies mostly on the production, the secretion and the detection of small signaling peptides. The project focuses on the study of the quorum sensing system NprR/NprX in Bacillus cereus, where NprR is the effector, which recognizes specifically the signaling peptide NprX. NprR is a bi-functional protein. In the absence of peptide, it acts as a sporulation inhibitor while in complex with NprX, it acts as transcription factor implicated in virulence. NprR belongs to a family of quorum sensing effectors named RNPP (for the first identified members: Rap, NprR, PlcR and PrgX) still not well characterized at a structural level. My PhD project consisted to perform the structure/function analysis of the NprR/NprX system. To understand the functional regulation of NprR by NprX, I carried out different studies in solution (SEC-MALS and DLS). These results allowed me to highlight a molecular switch based on a changing of the oligomerisation state of the protein. NprX binding switches NprR from an Apo dimeric conformation to a tetrameric complex. The structural study by crystallography led to the resolution of the tetrameric NprR/NprX complex structure. The analysis of this tetramer suggests the recognition of 2 DNA binding sites. The structural study of the dimeric conformation of Apo NprR by SAXS, allowed me to propose a model similar to that of the Rap dimers (members of RNPP family). This model is supported by a directed mutagenesis study of interface residues. The characterization by ITC of the NprR/NprX interaction with different forms of the peptide, as well as the analysis of the binding pocket in the complex, led to a better understanding of the specificity of the interaction. Two key residues of the effector were highlighted: Asn275, essential to peptide binding and Arg126, essential to the activation of the transcription factor function. These results have contributed to a better understanding of the NprR/NprX quorum sensing system thanks to the elucidation of the molecular switch controlled by NprX but also in a better knowledge of the RNPP effectors family., Les bactéries utilisent un mode de communication appelé quorum sensing pour régulerl’expression des gènes en fonction de la densité de population et contrôler ainsi de façonmulticellulaire des processus tels que la sporulation, la compétence ou la virulence. Chez les bactériesà Gram-positif, le quorum sensing repose principalement sur la production, la sécrétion et la détectionde petits peptides de signalisation.Le projet porte sur l’étude du système quorum sensing: NprR/NprX chez Bacillus cereus, oùNprR est l’effecteur qui reconnait spécifiquement le peptide de signalisation NprX. NprR est uneprotéine bi-fonctionnelle. Seule, elle agit en tant qu’inhibiteur de la sporulation, en complexe avecNprX, elle perd sa fonction initiale au profit d’une activité facteur de transcription impliquée dans lavirulence. NprR appartient à une famille d’effecteurs de quorum sensing appelée RNPP (Rap, NprR,PlcR et PrgX) encore mal caractérisée au niveau structural. Mon projet de thèse a consisté en l’analysestructure-fonction du système NprR/NprX.Pour comprendre la régulation fonctionnelle de NprR par NprX, des études en solution (SECMALSet DLS) ont permis de mettre en évidence un switch moléculaire qui repose sur un changementd’oligomérisation. Ainsi NprX fait basculer NprR d’une conformation Apo dimérique à uneconformation compléxée tétramérique.L’étude structurale par cristallographie a aboutit à la résolution de la structure du complexeNprR/NprX. L’analyse de ce tétramère suggère la reconnaissance de 2 sites distincts sur l’ADN.L’étude structurale par SAXS, a quant à elle, permis de proposer une conformation dimérique de laforme Apo NprR, modèle conforté grâce à une étude par mutagénèse dirigée des résidus d’interface. Ils’agit d’un mode de dimérisation semblable à celui des protéines Rap (membres de la famille RNPP).La caractérisation par ITC de l’interaction NprR/NprX avec différentes formes du peptide,ainsi que l’analyse de la poche de fixation du complexe, ont permis de mieux comprendre la spécificitéd’interaction et de mettre en évidence deux résidus clés de l’effecteur : l’Asn275 essentielle à lafixation du peptide et l’Arg 126 essentielle à l’activation de la fonction facteur de transcription.Ces travaux ont contribué à une meilleure compréhension du système quorum sensingNprR/NprX grâce à l’élucidation du switch moléculaire contrôlé par NprX mais aussi à une meilleureconnaissance de la famille d’effecteurs RNPP.

International audience; G-protein-coupled receptor homo-oligomerization has been increasingly reported. However, little is known regarding the relationship between activation of the receptor and its associa- tion/conformationalstates.Themammalianolfactoryreceptors (ORs) belong to the G protein-coupled receptor superfamily. In this study, the homo-oligomerization status of the human OR1740 receptor and its involvement in receptor activation upon odorant ligand binding were addressed by co-immuno- precipitationandbioluminescenceresonanceenergytransfer approaches using crude membranes or membranes from dif- ferent cellular compartments. For the first time, our data clearly show that mammalian ORs constitutively self-associ- ate into homodimers at the plasma membrane level. This study also demonstrates that ligand binding mediates a con- formational change and promotes an inactive state of the OR dimers at high ligand concentrations. These findings support andvalidateourpreviouslyproposedmodelofORactivation/ inactivation based on the tripartite odorant-binding protein- odorant-OR partnership.

International audience; The Pycnoporus fungi are white-rot basidiomycetes listed as food- and cosmetic-grade microorganisms. Three high redox potential laccases from Pycnoporus coccineus and Pycnoporus sanguineus were tested and compared, with the commercial Suberase® as reference, for their ability to synthesise natural active oligomers from rutin (quercetin-3-rutinoside, one of the best-known naturally occurring flavonoid glycosides). The aim of this work was to develop a process with technical parameters (solvent, temperature, reaction time and raw materials) that were easy to scale up for industrial production and compatible with cosmetic and pharmaceutical formulation guidelines. The aqueous mixture of glycerol/ethanol/buffer described in this study met this requirement and allowed the solubilisation of rutin and its oxidative bioconversion into oligomers. The four flavonoid oligomer mixtures synthesised using laccases as catalysts were analysed by high performance liquid chromatography–diode array detection–negative electrospray ionisation–multistage mass spectrometry. Their chromatographic elution profiles were compared and 16 compounds were characterised and identified as dimers and trimers of rutin. The oligorutins were different in Suberase® and Pycnoporus laccase reaction mixtures. They were evaluated for their antioxidant, anti-inflammatory and anti-ageing activities on specific enzymatic targets such as cyclooxygenase (COX-2) and human matrix metalloproteinase 3 (MMP-3). Expressed in terms of IC50, the flavonoid oligomers displayed a 2.5- to 3-fold higher superoxide scavenging activity than monomeric rutin. Pycnoporus laccase and Suberase® oligorutins led to an inhibition of COX-2 of about 35% and 70%, respectively, while monomeric rutin showed a near-negligible inhibition effect, less than about 10%. The best results on MMP-3 activity were obtained with rutin oligomers from P. sanguineus IMB W006-2 laccase and Suberase® with about 70–75% inhibition

International audience; The development of a highly convenient and efficient protocol for iterative solution-phase synthesis of shorter oligomers of para- and meta-arylopeptoids is described. Peptide coupling methods for accessing longer oligomers were studied: use of the new coupling reagent COMU was found to be the most efficient for creation of the tertiary benzamide bonds. The cis/trans isomerism of arylopeptoid backbones was studied by NMR and was found to be highly dependent on the nature of the side chains. Increasing bulkiness of theside chains favored the cis amide bond conformation; arylopeptoids possessing tert-butyl side chains contained exclusively cis amide bonds

In this work, the synthesis of mixed ligands combining functions with various electronic properties (phosphorus, amine, alkene, amide, iminophosphorane) was approached. Their coordination chemistry was studied and some isolated complexes were used in catalysis (for example in ethylene oligomerization and transfer hydrogenation).; Au cours de ce travail de thèse, la synthèse de nouveaux ligands mixtes combinant des fonctions de propriétés électroniques différentes (phosphores, amines, alcène, amidure, iminophosphorane) a été abordée. Leur chimie de coordination a été étudiée et certains complexes isolés ont été utilisés en catalyse (oligomérisation d'éthylène, hydrogénation par transfert d'hydrure).

In this work, the synthesis of mixed ligands combining functions with various electronic properties (phosphorus, amine, alkene, amide, iminophosphorane) was approached. Their coordination chemistry was studied and some isolated complexes were used in catalysis (for example in ethylene oligomerization and transfer hydrogenation)., Au cours de ce travail de thèse, la synthèse de nouveaux ligands mixtes combinant des fonctions de propriétés électroniques différentes (phosphores, amines, alcène, amidure, iminophosphorane) a été abordée. Leur chimie de coordination a été étudiée et certains complexes isolés ont été utilisés en catalyse (oligomérisation d'éthylène, hydrogénation par transfert d'hydrure).

The plasma membrane is composed of several different lipids and can interact directly with the actin cytoskeleton via specific lipids and linker proteins. Among these is the ERM (Ezrin, Radixin, Moesin) family of proteins, which is involved in the direct linkage of the membrane to the actin cytoskeleton via a phosphatidylinositol (4,5) biphosphate (PIP2) lipid binding site. Our aim is to understand the interactions between these proteins and PIP2 using in vitro simplifed biomimetic systems like giant unilamellar vesicles (GUV) containing PIP2. We showed that a conformational change of ezrin occur when the protein binds to PIP2, this conformational change allowing ezrin to bind to actin filaments. We have characterized quantitatively the incorporation of PIP2 in the membrane of giant vesicles, and showed that the interaction of ezrin with GUV induce a partitioning of the lipid within the membrane as well as ezrin aggregates on the membrane. Likewise, ezrin oligomers were observed only in the presence of PIP2. A better understanding of the interplay between ezrin, PIP2-containing membranes and actin will help to get a better view of the role of ezrin in cellulo., La membrane plasmique de la cellule est composée de lipides et interagit notamment avec le squelette de la cellule (le cytosquelette), par l'intermédiaire de protéines d'ancrages et de lipides clefs qui jouent un rôle spécifique dans certains types d'interactions. Parmi les protéines intervenant dans l'ancrage direct de la membrane plasmique au cytosquelette, des protéines de la famille des ERM (Ezrine, Radixine, Moésine) peuvent interagir spécifiquement avec un lipide, le phosphatidylinositol (4,5) biphosphate (PIP2), d'une part et avec l'actine du cytosquelette d'autre part. Dans le but de comprendre les interactions entre membrane plasmique et cytosquelette, nous avons réalisé des expériences in vitro sur des systèmes comportant un nombre minimal de constituants : des vésicules géantes (GUV) contenant du PIP2, de l'ezrine recombinante et de l'actine purifiée. Nous avons mis en évidence que la liaison au PIP2 induit des changements conformationnels de l'ezrine. L'ezrine est alors capable d'interagir avec les filaments d'actine. Nous avons caractérisé quantitativement l'incorporation de PIP2 dans la membrane de vésicule géantes, et montré que l'interaction de l'ezrine avec les vésicule géante contenant du PIP2, induit un partitionnement du lipide dans la bicouche lipidique et conduit à la formation d'agrégats de PIP2 et d'ezrine sur la membrane. La connaissance des effets de l'ezrine sur les membranes contenant du PIP2 et la connaissance des différents mécanismes se produisant lors des interactions permettra de définir plus précisément le rôle de l'ezrine in cellulo.

This work describes the synthesis and the conformational study of new mixed oligomers. In the first chapter, using previous work on the synthesis of N-aminodipeptids, we were obtained mixed oligomers alternating amid and N-aminoamid bond named [[alpha]/[alpha]-N-amino]mers. The oligomerization of N-aminopeptids in liquid phase was achieved through an acid fluorid coupling from a building block with the protections Boc (N-terminus), Bn (C-terminus) and phtaloyl (N-side). The second chapter presents the results obtained by different conformational spectroscopic methods (NMR, IR and DC) and molecular modeling on the various oligomers synthesized in Chapter 1. This work has allowed to highlight a original repetitive folding by a C8 hydrogen bond involving the carbonyl group of phthalimid and a amid proton, Ce travail décrit la synthèse et l'étude conformationnelle de nouveaux oligomères mixtes. Dans le premier chapitre, en exploitant des travaux antérieurs concernant la synthèse des N-aminodipeptides, nous avons obtenu des oligomères mixtes, alternant des liens amides et N-aminoamides nommés [[allpha]/[alpha]-N-amino]mères. L'oligomérisation des N-aminopeptides en phase liquide est réalisable grâce à un couplage au fluorure d'acide à partir d'une unité de base possédant les protections Boc (extrémité N-terminale), Bn (extrémité C-terminale) et phtaloyle (azote latéral). Le deuxième chapitre présente les résultats obtenus par différentes méthodes spectroscopiques (RMN, IR et DC) et modélisation moléculaire sur les différents oligomères synthétisés dans le chapitre 1. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un repliement répétitif original par une liaison hydrogène de type C8 impliquant un groupement carbonyle du phtalimide et un proton amidique

Iron-bis(imino)pyridine catalysts are highly active in olefins oligo- or polymerization reactions. IFP notably wishes to study these catalysts to transform ethyleneinto linear olefins with specified chain length. However, the precursor activation step (usually with the MAO cocatalyst) generates an activated species in which the precise nature of the iron metal ion remains largely unknown. Our DFT calculations show that the most reactive activated species likely has an oxidation state +III and quartet spin state. The fact that our DFT calculations in combination with a microkinetic model describe accurately the experimental results of the oligomerization of 1-butene, i.e., the principal formation of linear octenes, furnishes additional support for the retained active species. Moreover, using this molecular representation, a powerful relation has been established between the Schulz-Flory coefficient, which informs of experimental oligo- or polymerization degree for a catalyst, and the difference in the Gibbs free activation energy of a typical insertion and termination reaction. This relation has allowed us to study and better understand the particular behaviour of iron-bis(arylimino)pyridine catalysts with respect to substituents changes. Moreover, its strong universal potential has been shown with the extension of its application domain to other catalysts (other ligands, other metals). Finally, the agostic bonds in bis(arylimino)pyridine complexes have been studied by QTAIM calculations, because this bond type is often a prelude to termination reactions in catalytic cycles.; Les catalyseurs bis(imino)pyridine au fer sont hautement actifs en oligo- ou polymérisation des oléfines. L'IFP souhaite étudier ces catalyseurs pour transformer l'éthylène en oléfines linéaires de tailles maîtrisées. Cependant, l'étape d'activation du précurseur (usuellement avec le cocatalyseur MAO) génère une espèce activée dont la nature reste à ce jour inconnue. Nos calculs DFT montrent que l'espèce activée la plus réactive est dans un état d'oxydation +III et de spin quadruplet. Le fait que nos calculs, en combinaison avec un modèle microcinétique, décrivent précisément les résultats expérimentaux d'oligomérisation du butène-1, c'est-à-dire la formation majoritaire d'octènes linéaires, fournit un support additionnel à la pertinence de l'espèce activée retenue. Par ailleurs, l'utilisation de ce modèle moléculaire a permis d'établir une puissante corrélation entre le coefficient Schulz-Flory, qui informe du degré d'oligo- ou de polymérisation expérimental d'un catalyseur, et la différence des enthalpies libres d'activation d'une réaction d'insertion et de terminaison particulières. Cette relation nous a permis d'étudier et de mieux comprendre le comportement des catalyseurs bis(arylimino)pyridine au fer vis-à- vis des changements de substituants. En outre, son fort potentiel universel est montré grâce à l'extension de son domaine d'application vers d'autres catalyseurs (autres ligands, autres métaux). Enfin, les liaisons agostiques dans les complexes bis(arylimino)pyridine ont été étudiées par des calculs QTAIM parce qu'elles sont souvent un prélude aux réactions de terminaison dans les cycles catalytiques.

Iron-bis(imino)pyridine catalysts are highly active in olefins oligo- or polymerization reactions. IFP notably wishes to study these catalysts to transform ethyleneinto linear olefins with specified chain length. However, the precursor activation step (usually with the MAO cocatalyst) generates an activated species in which the precise nature of the iron metal ion remains largely unknown. Our DFT calculations show that the most reactive activated species likely has an oxidation state +III and quartet spin state. The fact that our DFT calculations in combination with a microkinetic model describe accurately the experimental results of the oligomerization of 1-butene, i.e., the principal formation of linear octenes, furnishes additional support for the retained active species. Moreover, using this molecular representation, a powerful relation has been established between the Schulz-Flory coefficient, which informs of experimental oligo- or polymerization degree for a catalyst, and the difference in the Gibbs free activation energy of a typical insertion and termination reaction. This relation has allowed us to study and better understand the particular behaviour of iron-bis(arylimino)pyridine catalysts with respect to substituents changes. Moreover, its strong universal potential has been shown with the extension of its application domain to other catalysts (other ligands, other metals). Finally, the agostic bonds in bis(arylimino)pyridine complexes have been studied by QTAIM calculations, because this bond type is often a prelude to termination reactions in catalytic cycles.; Les catalyseurs bis(imino)pyridine au fer sont hautement actifs en oligo- ou polymérisation des oléfines. L'IFP souhaite étudier ces catalyseurs pour transformer l'éthylène en oléfines linéaires de tailles maîtrisées. Cependant, l'étape d'activation du précurseur (usuellement avec le cocatalyseur MAO) génère une espèce activée dont la nature reste à ce jour inconnue. Nos calculs DFT montrent que l'espèce activée la plus réactive est dans un état d'oxydation +III et de spin quadruplet. Le fait que nos calculs, en combinaison avec un modèle microcinétique, décrivent précisément les résultats expérimentaux d'oligomérisation du butène-1, c'est-à-dire la formation majoritaire d'octènes linéaires, fournit un support additionnel à la pertinence de l'espèce activée retenue. Par ailleurs, l'utilisation de ce modèle moléculaire a permis d'établir une puissante corrélation entre le coefficient Schulz-Flory, qui informe du degré d'oligo- ou de polymérisation expérimental d'un catalyseur, et la différence des enthalpies libres d'activation d'une réaction d'insertion et de terminaison particulières. Cette relation nous a permis d'étudier et de mieux comprendre le comportement des catalyseurs bis(arylimino)pyridine au fer vis-à- vis des changements de substituants. En outre, son fort potentiel universel est montré grâce à l'extension de son domaine d'application vers d'autres catalyseurs (autres ligands, autres métaux). Enfin, les liaisons agostiques dans les complexes bis(arylimino)pyridine ont été étudiées par des calculs QTAIM parce qu'elles sont souvent un prélude aux réactions de terminaison dans les cycles catalytiques.

International audience; To understand the mechanism involved in the apical sorting of glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored proteins (GPI-APs) we fused to the C-terminus of GFP the GPI-anchor-attachment signal of the folate receptor (FR) or of the prion protein (PrP), two native GPI-anchored proteins that are sorted apically or basolaterally, respectively, in MDCK cells. We investigated the behaviour of the resulting fusion proteins GFP-FR and GFP-PrP by analysing three parameters: their association with DRMs, their oligomerisation and their apical sorting. Strikingly, we found that different GPI-attachment signals differently modulate the ability of the resulting GFP-fusion protein to oligomerise and to be apically sorted. This is probably owing to differences in the GPI anchor and/or in the surrounding lipid microenvironment. Accordingly, we show that addition of cholesterol to the cells is necessary and sufficient to drive the oligomerisation and consequent apical sorting of GFP-PrP, which under control conditions does not oligomerise and is basolaterally sorted.

Pseudomonas aeruginosa can cause severe infections in immunocompromised patients, and Yersinia pestis is the causative agent of plague. During acute infections both bacteria rely on numerous virulence factors including a common type III secretion system (T3SS). T3SS is composed of a basal body anchored in the bacterial bilayer membrane and a hollow needle assembled at the cell surface. The effector molecules are directly injected into the target cells via a translocation pore inserted into the host cell membrane. The aim of this study is to determine the interactome of the protective V antigens PcrV in P. aeruginosa and LcrV in Y. pestis. Both are localised at the tip of type III needles being essential for the translocation process. Biochemical studies in vitro showed that V proteins are able to form oligomeric ring like structures which were characterised by size exclusion chromatography, native gel, native mass spectrometry and TEM. Moreover, the multimerization depends on the hydrophobic residues within the α12 C terminal helix. The fact that the strains expressing the mutant proteins incapable to oligomerize are non-cytotoxic toward macrophages supports the idea that oligomerization is required for the proper function of the V antigens.Next, direct interaction between PcrV and the needle forming subunit, PscF, was demonstrated by co-purification in vitro. Moreover, two PscF mutants exhibiting a translocation defect were shown as being incapable to form a stable translocation complex. Last, the fact that the C terminal α helix of PscF can be exchanged by the C terminal α helix of PcrV resulting in an hybrid protein that can polymerise, suggests that this helix may be necessary for the complex formation. Taken together, these studies show that the assembly of the multimeric V proteins as well as their tip location are essential for their functions with the α12 C terminal helix of PcrV playing a major role. These conclusions could be of great importance for the future development of new vaccines and antimicrobials., Pseudomonas aeruginosa et Yersinia pestis sont responsables d'infections graves chez les individus immunodéprimés et de la peste, respectivement. Leur pathogénicité repose sur de nombreux facteurs de virulence dont le système de sécrétion de type III (SST3) qui a une action prépondérante lors d'infections aiguës. Le SST3 est composé d'une base ancrée dans la double membrane bactérienne, d'une aiguille creuse érigée à la surface et d'un pore de translocation inséré dans la membrane de la cellule hôte permettant à la bactérie d'y injecter des toxines. L'objet de cette thèse est l'étude de l'interactome de l'antigène protecteur V, PcrV chez P. aeruginosa et LcrV chez Y. pestis. Celui-ci est situé au sommet de l'aiguille et est nécessaire au processus de translocation des toxines. L'étude des propriétés biochimiques de la protéine in vitro nous a permis de mettre en évidence sa capacité à former des oligomères présentant une structure en forme d'anneaux. Les multimères ont été observés par chromatographie d'exclusion de taille, gel natif, spectrométrie de masse native et MET. Leur formation est dépendante de la présence de l'hélice α12 C terminale de PcrV et de l'intégrité de ses résidus hydrophobes. Le processus d'assemblage de la protéine est nécessaire à sa fonction in vivo : des mutants qui sont incapables d'oligomériser perdent leur cytotoxicité envers les cellules eucaryotes. Puis, l'interaction directe entre PcrV et la sous unité formant l'aiguille, PscF, a été mise en évidence in vitro par co-purification. De plus, deux mutants ponctuels de PscF dont le phénotype présente un défaut de translocation se sont montrés défectueux pour la liaison avec PcrV. Enfin, l'hélice C terminale de PscF est échangeable avec l'hélice α12 C terminale de PcrV comme l'atteste la capacité de polymérisation d'un hybride créé entre ces deux protéines, suggérant un rôle de celle-ci dans la formation du complexe F-V. L'ensemble de ces études montre que l'assemblage multimérique des antigènes V ainsi que leur position au sommet de l'aiguille sont des éléments essentiels à leur fonction, avec un rôle prépondérant de l'hélice α12 C terminale de PcrV. Ces conclusions pourraient permettre de mieux cibler les développements futurs de nouveaux vaccins ou agents antimicrobiens.

We have studied an enzyme of Bacillus subtilis, YdiB, of unknown function. The gene, specifically prokaryote and essential in several species, makes YdiB a good target for the research of new anti-bacterial drugs.We made a full knock-out of ydiB in B. subtilis, and its growth was strongly reduced. YdiB exhibited a low ATPase activity that was specific to the protein because it was abrogated by a mutation of an invariant residue in the active site. Different techniques revealed that YdiB forms oligomers, and similar results were found with YjeE, the E. coli orthologue. The addition of salt displaced the equilibrium towards the monomer, that is more active than the dimeric/multimeric form of the enzyme. The dimeric form was also detected by in vivo cross-linking experiments. Finally, we tried to find cellular partners of YdiB and preliminary results suggest a possible role in a stress response, or an interaction with the ribosome., Nous avons étudié une enzyme de Bacillus subtilis, YdiB, de fonction inconnue. Le gène, spécifiquement procaryote et décrit comme essentiel chez plusieurs espèces, fait de YdiB une cible de choix pour une future recherche d'antibiotiques. Nous avons construit une souche délétée de ydiB dont la croissance est fortement réduite. Une faible activité ATPase a été mesurée, néanmoins spécifique de YdiB puisque la mutation d'un résidu conservé dans son site actif abolit quasiment toute l'activité. Différentes techniques ont révélé que YdiB était capable de former des oligomères, et des résultats similaires ont été observés pour YjeE, son homologue chez E. coli. L'addition de sels favorise le déplacement de l'équilibre vers le monomère, qui est plus actif que les multimères. Les formes dimériques ont été détectées par « cross-link » in vivo. Enfin, une recherche des partenaires cellulaires de YdiB suggère un rôle de la protéine lors d'une réponse à un stress, ou une interaction avec le ribosome.

The aim of this work is the elaboration of rutin and esculin oligomerization process by the laccase from Trametes versicolor. A parallel synthesis process and on-line analysis of reaction media by SEC-UV and MALDI-TOF have been elaborated. The MALDI-TOF analysis has revealed the formation of simple bridges between rutin and esculin units, up to degree of oligomerization of 6 and 9 respectively. An ether bond has been observed by FTIR spectrometry for the rutin oligomers. Finally, the NMR analysis has revealed the formation of C-C and C-O bridges both on phenolic and the sugar parts of the flavonoids. At low pH and temperature, the elongation of the chain is favored, whereas increasing the dielectric constant of the solvent or the temperature favors the production of rutin oligomers. The limitation of oligomers mass is explained by the inhibition of the enzyme, probably due to the highest chelation properties of oligomers. In the case of oligorutin, a decrease of antiradical activity and an increase of xanthine oxidase inhibitory activity have been observed when the oligomers molecular mass increases. In the case of esculin oligomers, these two activities increase with the increase of the oligomers mass. For these two types of oligomers, the water solubility is considerably increased. For the oligorutins, this augmentation has been correlated to a dense network of H-bonds, which has been demonstrated by molecular modeling. Globally, the molecular modeling approach in vacuum and in solvent has allowed to establish structure-activity relationship, Ce travail a pour objectif de mettre au point un procédé d'oligomérisation de rutine et d'esculine par la laccase de Trametes versicolor. Un procédé de synthèse en parallèle et d'analyse en ligne par SEC-UV et par MALDI-TOF a été mis au point. L'analyse par MALDI-TOF a révélé la formation d'un simple pontage, allant jusqu'au degré d'oligomérisation 6 pour la rutine et 9 pour l'esculine. Un pontage par liaison éther a été observé par FTIR dans le cas des oligorutines. L'analyse par RMN a démontré la mise en place de liaisons tant C-C que C-O localisées sur la partie phénolique et la partie sucre des monomères. De faibles pH et températures favorisent l'allongement de la chaîne, alors que l'augmentation de la constante diélectrique du solvant ou de la température augmente la production des oligomères de rutine. La limitation de la masse de ces oligomères serait due à une inhibition de l'enzyme, provoquée par les capacités chélatantes des oligomères. Une diminution du pouvoir antioxydant et une augmentation du pouvoir inhibiteur de la xanthine oxydase ont pu être observées lors de l'accroissement de la masse des oligomères de rutine. Ces deux activités sont améliorées lors de l'accroissement de la masse des oligomères d'esculine. Pour ces deux types d'oligomères, la solubilité dans l'eau est fortement accrue. Dans le cas des oligorutines, cette forte augmentation a été corrélée à la mise en place d'un réseau dense de liaisons hydrogène observé par modélisation moléculaire. Globalement, l'approche par modélisation moléculaire dans le vide et dans le solvant a permis de dégager des relations structure-activité, reliant notamment le nombre de liaisons hydrogène à la solubilité

The aim of this work is the elaboration of rutin and esculin oligomerization process by the laccase from Trametes versicolor. A parallel synthesis process and on-line analysis of reaction media by SEC-UV and MALDI-TOF have been elaborated. The MALDI-TOF analysis has revealed the formation of simple bridges between rutin and esculin units, up to degree of oligomerization of 6 and 9 respectively. An ether bond has been observed by FTIR spectrometry for the rutin oligomers. Finally, the NMR analysis has revealed the formation of C-C and C-O bridges both on phenolic and the sugar parts of the flavonoids. At low pH and temperature, the elongation of the chain is favored, whereas increasing the dielectric constant of the solvent or the temperature favors the production of rutin oligomers. The limitation of oligomers mass is explained by the inhibition of the enzyme, probably due to the highest chelation properties of oligomers. In the case of oligorutin, a decrease of antiradical activity and an increase of xanthine oxidase inhibitory activity have been observed when the oligomers molecular mass increases. In the case of esculin oligomers, these two activities increase with the increase of the oligomers mass. For these two types of oligomers, the water solubility is considerably increased. For the oligorutins, this augmentation has been correlated to a dense network of H-bonds, which has been demonstrated by molecular modeling. Globally, the molecular modeling approach in vacuum and in solvent has allowed to establish structure-activity relationship, Ce travail a pour objectif de mettre au point un procédé d'oligomérisation de rutine et d'esculine par la laccase de Trametes versicolor. Un procédé de synthèse en parallèle et d'analyse en ligne par SEC-UV et par MALDI-TOF a été mis au point. L'analyse par MALDI-TOF a révélé la formation d'un simple pontage, allant jusqu'au degré d'oligomérisation 6 pour la rutine et 9 pour l'esculine. Un pontage par liaison éther a été observé par FTIR dans le cas des oligorutines. L'analyse par RMN a démontré la mise en place de liaisons tant C-C que C-O localisées sur la partie phénolique et la partie sucre des monomères. De faibles pH et températures favorisent l'allongement de la chaîne, alors que l'augmentation de la constante diélectrique du solvant ou de la température augmente la production des oligomères de rutine. La limitation de la masse de ces oligomères serait due à une inhibition de l'enzyme, provoquée par les capacités chélatantes des oligomères. Une diminution du pouvoir antioxydant et une augmentation du pouvoir inhibiteur de la xanthine oxydase ont pu être observées lors de l'accroissement de la masse des oligomères de rutine. Ces deux activités sont améliorées lors de l'accroissement de la masse des oligomères d'esculine. Pour ces deux types d'oligomères, la solubilité dans l'eau est fortement accrue. Dans le cas des oligorutines, cette forte augmentation a été corrélée à la mise en place d'un réseau dense de liaisons hydrogène observé par modélisation moléculaire. Globalement, l'approche par modélisation moléculaire dans le vide et dans le solvant a permis de dégager des relations structure-activité, reliant notamment le nombre de liaisons hydrogène à la solubilité

G protein-coupled receptors (GPCR) are the target of 50% of the drugs on the pharmaceutical market at present. Therefore, understanding their function is essential for the development of new molecules capable of targeting these receptors. This last decade, FRET technologies have enabled the understanding of how GPCR, considered as monomers for a long time, gather together into dimers or larger oligomeric structures. However, the precise characterization of this stœchiometry entails the development of adapted methods. During this work, we developed a time-resolved FRET approach allowing to observe, by using labeled antibodies, GPCR subunit interactions on the surface of living cells. This approach enabled us to reveal the homo- and heterodimerization of this receptor at the cell surface. As cells were permeabilized, oligomerization of GABAB1 subunits retained in the intracellular compartments could be characterized by the same approach.In order to analyse more precisely the organization of the GABAB receptor, we developed a second method to irreversibly label with fluorophores the GABAB1 and GABAB2 subunits present at the cell surface. The combination of this labeling method with a time-resolved FRET analysis allowed the characterization of the oligomeric organization of this receptor. Thus, the GABAB receptor, known as an obligatory heterodimer, seems to be able to form oligomers through the GABAB1 subunit which represents a point of contact between two heterodimers. The impact of such an organization on the function of this receptor remains to determine., Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont les cibles de 50% des médicaments actuellement sur le marché pharmaceutique. La compréhension de leur mode de fonctionnement est donc essentielle au développement de nouvelles molécules capables de cibler spécifiquement ces récepteurs. Ces dix dernières années, les technologies de transfert d'énergie ont permis de révéler la capacité des RCPG, longtemps considérés comme monomériques, à s'organiser en dimères voire en structures oligomériques plus grandes. Toutefois, la caractérisation précise de cette stœchiométrie d'assemblage implique la mise au point de méthodes adaptées. Au cours de ce travail de thèse nous avons développé une approche de FRET en temps résolu permettant de mettre en évidence, à l'aide d'anticorps marqués, des interactions de sous-unités de RCPG à la surface de cellules vivantes. En choisissant le récepteur GABAB comme modèle d'étude, cette approche a permis de révéler l'homo- et l'hétérodimérisation de ce récepteur à la surface cellulaire. De plus, en condition de perméabilisation des cellules, l'oligomérisation de la sous-unité GABAB1 retenue dans les compartiments intracellulaires a pu être caractérisée par cette même approche.Afin d'analyser plus précisément l'organisation du récepteur GABAB, nous avons mis au point une deuxième méthode permettant de marquer irréversiblement à l'aide de fluorophores les sous-unités GABAB1 et GABAB2 présentes à la surface cellulaire. La combinaison de cette méthode de marquage (SNAP-tag) avec une analyse de FRET en temps résolu a permis de caractériser l'organisation oligomérique de ce récepteur. Ainsi, le récepteur GABAB, connu pour être un hétérodimère obligatoire, semble capable de former des oligomères via la sous-unité GABAB1 qui représente un point de contact entre deux hétérodimères. Le rôle d'une telle organisation sur la fonction de ce récepteur reste toutefois indéterminé.

G protein-coupled receptors (GPCR) are the target of 50% of the drugs on the pharmaceutical market at present. Therefore, understanding their function is essential for the development of new molecules capable of targeting these receptors. This last decade, FRET technologies have enabled the understanding of how GPCR, considered as monomers for a long time, gather together into dimers or larger oligomeric structures. However, the precise characterization of this stœchiometry entails the development of adapted methods. During this work, we developed a time-resolved FRET approach allowing to observe, by using labeled antibodies, GPCR subunit interactions on the surface of living cells. This approach enabled us to reveal the homo- and heterodimerization of this receptor at the cell surface. As cells were permeabilized, oligomerization of GABAB1 subunits retained in the intracellular compartments could be characterized by the same approach.In order to analyse more precisely the organization of the GABAB receptor, we developed a second method to irreversibly label with fluorophores the GABAB1 and GABAB2 subunits present at the cell surface. The combination of this labeling method with a time-resolved FRET analysis allowed the characterization of the oligomeric organization of this receptor. Thus, the GABAB receptor, known as an obligatory heterodimer, seems to be able to form oligomers through the GABAB1 subunit which represents a point of contact between two heterodimers. The impact of such an organization on the function of this receptor remains to determine.; Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont les cibles de 50% des médicaments actuellement sur le marché pharmaceutique. La compréhension de leur mode de fonctionnement est donc essentielle au développement de nouvelles molécules capables de cibler spécifiquement ces récepteurs. Ces dix dernières années, les technologies de transfert d'énergie ont permis de révéler la capacité des RCPG, longtemps considérés comme monomériques, à s'organiser en dimères voire en structures oligomériques plus grandes. Toutefois, la caractérisation précise de cette stœchiométrie d'assemblage implique la mise au point de méthodes adaptées. Au cours de ce travail de thèse nous avons développé une approche de FRET en temps résolu permettant de mettre en évidence, à l'aide d'anticorps marqués, des interactions de sous-unités de RCPG à la surface de cellules vivantes. En choisissant le récepteur GABAB comme modèle d'étude, cette approche a permis de révéler l'homo- et l'hétérodimérisation de ce récepteur à la surface cellulaire. De plus, en condition de perméabilisation des cellules, l'oligomérisation de la sous-unité GABAB1 retenue dans les compartiments intracellulaires a pu être caractérisée par cette même approche.Afin d'analyser plus précisément l'organisation du récepteur GABAB, nous avons mis au point une deuxième méthode permettant de marquer irréversiblement à l'aide de fluorophores les sous-unités GABAB1 et GABAB2 présentes à la surface cellulaire. La combinaison de cette méthode de marquage (SNAP-tag) avec une analyse de FRET en temps résolu a permis de caractériser l'organisation oligomérique de ce récepteur. Ainsi, le récepteur GABAB, connu pour être un hétérodimère obligatoire, semble capable de former des oligomères via la sous-unité GABAB1 qui représente un point de contact entre deux hétérodimères. Le rôle d'une telle organisation sur la fonction de ce récepteur reste toutefois indéterminé.

At the moment the achievement of good quality crystals is the bottleneck for the determination of protein structures. To solve this problem, searchers are studying the physical mechanisms of protein crystallization. Consequently, they study exhaustively “model” systems, among which the Bovine Pancreas Trypsin Inhibitor (BPTI). One of the properties of BPTI is the presence in the crystallization domain of a metastable Liquid-Liquid phase separation. The aim of this thesis is to understand the correlations between Liquid-Liquid and Liquid-Solid transitions. Therefore, we analyze by SAXS oligomerization and interactions between the different BPTI oligomers, as a function of physico-chemical parameters such as pH, temperature and the crystallizing agent. We propose an explanation of the crystallization properties of the BPTI.; A l’heure actuelle l’obtention de cristaux de qualité est une étape problématique dans la détermination des structures des protéines. Pour résoudre ce problème, les chercheurs tentent de comprendre les mécanismes physiques de la cristallisation des protéines. Pour cela, ils étudient de manière exhaustive des systèmes dits « modèles », parmi lesquelles l’Inhibiteur de Trypsine du Pancréas de Bovin ou BPTI. L’une des propriétés du BPTI est la présence en zone de cristallisation d’une zone métastable de transition Liquide-Liquide. L’objectif de cette thèse, est de comprendre les interactions entre les transitions Liquide-Liquide et Liquide-Solide. Pour cela, nous analyserons, par DXPA à la fois l’oligomérisation du BPTI et les interactions entre ces différents oligomères, en fonction de divers paramètres physico-chimiques tels que le pH, la température, les agents cristallisants. Nous proposerons une explication des propriétés de cristallisation de cette protéine.

At the moment the achievement of good quality crystals is the bottleneck for the determination of protein structures. To solve this problem, searchers are studying the physical mechanisms of protein crystallization. Consequently, they study exhaustively “model” systems, among which the Bovine Pancreas Trypsin Inhibitor (BPTI). One of the properties of BPTI is the presence in the crystallization domain of a metastable Liquid-Liquid phase separation. The aim of this thesis is to understand the correlations between Liquid-Liquid and Liquid-Solid transitions. Therefore, we analyze by SAXS oligomerization and interactions between the different BPTI oligomers, as a function of physico-chemical parameters such as pH, temperature and the crystallizing agent. We propose an explanation of the crystallization properties of the BPTI.; A l’heure actuelle l’obtention de cristaux de qualité est une étape problématique dans la détermination des structures des protéines. Pour résoudre ce problème, les chercheurs tentent de comprendre les mécanismes physiques de la cristallisation des protéines. Pour cela, ils étudient de manière exhaustive des systèmes dits « modèles », parmi lesquelles l’Inhibiteur de Trypsine du Pancréas de Bovin ou BPTI. L’une des propriétés du BPTI est la présence en zone de cristallisation d’une zone métastable de transition Liquide-Liquide. L’objectif de cette thèse, est de comprendre les interactions entre les transitions Liquide-Liquide et Liquide-Solide. Pour cela, nous analyserons, par DXPA à la fois l’oligomérisation du BPTI et les interactions entre ces différents oligomères, en fonction de divers paramètres physico-chimiques tels que le pH, la température, les agents cristallisants. Nous proposerons une explication des propriétés de cristallisation de cette protéine.

Not available, La chimisorption dissociative du méthane a été étudiée entre la température ambiante et 275c sur des catalyseurs de rhodium et de nickel supportes. L'hydrogénation ulterieure de la couche adsorbée libère des alcanes pouvant compter jusqu'à 9 atomes de carbone. Ces résultats permettent d'étendre au rhodium et au nickel la méthode cyclique d'oligomérisation du méthane précédemment développée pour le platine et le ruthénium et consistant en expositions successives au méthane et à l'hydrogène. Lorsque cette procédure en deux étapes est ditherme, il apparait pour les deux métaux une sélectivité remarquable en faveur du cyclohexane. Des expériences de déplacement des espèces adsorbées par le monoxyde de carbone montrent que, dans l'un et l'autre cas, le précurseur du cyclohexane est le benzène adsorbé. L'adjonction de cuivre au nickel permet de ralentir l'hydrogénolyse dans la seconde étape et l'utilisation de catalyseurs bimétalliques ouvre de nouvelles perspectives à la procédure cyclique d'homologation du méthane, plus particulièrement si l'on vise la production d'hydrocarbures de rang supérieur aux butanes