Les prions sont des agrégats amyloïdes infectieux. Le prion [Het-s] de Podospora anserina est un des prions le mieux caractérisé. Le prion [Het-s] est impliqué dans l’incompatibilité végétative – un processus biologique qui a lieu au cours des anastomoses entre des souches génétiquement différentes. Quand une souche [Het-s] fusionne avec une souche exprimant l’allèle alternatif du gène het-s – l’allèle het-S – une réaction de mort cellulaire programmée est déclenchée. Les deux protéines diffèrent de 13 acides aminés et partagent une architecture en deux domaines ; un domaine globulaire en N-terminal nommé HeLo et un domaine PFD (Prion Forming Domain) en C-terminal. Il a été établi qu’en présence des fibres amyloïdes de [Het-s], la protéine HET-S agit en ‘pore-forming’ toxine : la transconformation du PFD de HET-S par les fibres amyloïdes du [Het-s] active le domaine HeLo de HET-S et entraîne la mort cellulaire. Afin de mieux caractériser les propriétés du repliement β-solénoïde du prion [Het-s], nous avons entrepris l’exploration in vivo des relations structure-fonction de ce repliement par une approche d’alanine scanning. Au cours de nos recherches pour des homologues de HET-S/s, nous avons identifié un partenaire fonctionnel de HET-S – une protéine appelée NWD2. NWD2 est une protéine STAND et partage une séquence homologue (3-23) au PFD de HET-S/s. Les protéines STAND, après la reconnaissance d’un ligand, forment des plateformes oligomériques pour transduire le signal. Des analyses génomiques in silico réalisées dans plusieurs génomes fongiques nous ont amené à proposer que la transduction du signal via une protéine STAND à repliement amyloïde est un mécanisme ancien et conservé chez les champignons. Dans ce contexte nous avons identifié deux nouveaux motifs PFD putatifs – σ et PP. En soumettant à l’épreuve notre hypothèse, nous avons d’abord démontré que NWD2 interagit avec HET-S/s en fonction d’un ligand spécifique in vivo et l’interaction est dépendante de la séquence NWD2(3-23) homologue au PFD de HET-S/s. Nous avons ensuite exploré le motif PP associé à un domaine HeLo-like (HELL) dans le génome de Chaetomium globosum. En démontrant la nature amyloïde et prion-like du motif PP ainsi que l’analogie fonctionnelle entre ce motif et le PFD de HET-S/s in vivo nous avons apporté des arguments supplémentaires en faveur de l’implication des repliements amyloïdes dans la transduction du signal chez les champignons filamenteux. / Prions are infectious amyloid aggregates. Podospora anserina’s [Het-s] is one of the best characterized fungal prions with a remarkably high prevalence in wild populations. [Het-s] functions in vegetative incompatibility - a biological process occurring during anastomosis between two genetically incompatible strains. When an [Het-s] prion infected strain fuses with a strain expressing the alternative allelic variant of the het-s locus – het-S – a cell death reaction of the heterokaryon occurs. Differing by 13 amino acids both proteins shares two domain architecture; a globular N-terminal domain called HeLo and a C-terminal Prion Forming Domain (PFD). It has been demonstrated that in presence of [Het-s] amyloid fibers HET-S turns into a pore-forming toxin: transconformation of the HET-S PFD by [Het-s] fibers triggers the refolding of the HET-S HeLo domain, inducing the cell death reaction. In an attempt to better characterize the conserved features of the [Het-s] β-solenoid fold we have used a mutational alanine scanning approach and explored in vivo the existing relations between structure and prion functions of [Het-s]. During our quest for new distant homologues of HET-S/s, we have identified a functional partner of HET-S toxin called NWD2. NWD2 is a STAND protein and shares a homology sequence (3-23) in the HET-S/s PFD. STAND proteins form signal transducing hubs through oligomerization upon ligand recognition. Several in silico analysis in various fungal genomes led us to propose that signal transduction via a STAND protein using an amyloid prion-like fold is a general widespread mechanism in fungi. In that context, we have proposed two novel putative PFD motifs called σ and PP. Testing experimentally our hypothesis, we have first demonstrated that NWD2 interacts with HET-S/s upon ligand recognition in vivo and the interaction is dependant of the NWD2(3-23) region. We have then explored the newly identified putative prion domain PP, associated to a Helo-like domain (termed HELL) from the filamentous fungus Chaetomium globosum. By demonstrating the amyloid, prion-like nature of the PP motif and the functional analogy between PP and HET-S/s PFD domain in vivo, we expose further evidences supporting the implication of amyloid folds in signal transduction in filamentous fungi.

Ce mémoire rapporte les études de protéines amyloïdes en interaction avec des membranes modèle afin d’établir une relation structure toxicité. Nous avons choisi différents modèles membranaires (monocouches, bicouches) de composition lipidique et charges différentes et utilisé différentes méthodes physico-chimiques afin de caractériser les interactions des protéines amyloïdes avec les membranes.Nous avons montré l’importance de la contribution électrostatique dans les interactions de la protéine amyloïde HET-s (218-289) et ses mutants avec les membranes modèles.L’ellipsométrie a démontré que les mutants toxiques de HET-s (218-289) (M8, WT.Y1Y2V2) perturbentfortement les monocouches lipidiques à l’interface air-eau. La structure riche en feuillets β antiparallèles des protéines àl’interface air-eau et dans l’interaction avec les monocouches de lipides a été démontrée par la spectroscopie PMIRRAS (Polarization Modulation – Infrared Reflection Absorption Spectroscopy). Nous avons établie que l’interface air-eau peut modifier l’agrégation des protéines amyloïdes. A l’aide de la spectroscopie de fluorescence, la spectroscopie PWR (Plasmon-Waveguided Resonance) et la spectroscopie ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection – Fourier Transform Infrared), nous avons mis en évidence que la protéine toxique M8 adopte une structure riche en feuillets β antiparallèles en altérant fortement l’intégrité des bicouches lipidiques. Au contraire, la protéine non toxique WT se structure en feuillets β parallèles dans ces interactions et elle ne perturbe pas l’homogénéité des membranes. La toxicité de la protéine M8 semble liée à son organisation différente et à sa capacité à réorganiser les membranes.Nos résultats confortent également l’hypothèse de la toxicité des oligomères amyloïdes.Une étude sur la fabrication d’une cellule microfluidique pour la séparation de différents types d’autoassemblage afin de les détecter et de les étudier en interaction avec des liposomes par spectroscopie infrarouge est présentée. Une cellule microfluidique de CaF2 de 8 μm d’épaisseur de canaux est obtenue et est utilisée pour la détection d’une protéine de test. / This manuscript reports the studies of amyloid proteins in interaction with membrane models in order to establish their structure-toxicity relationship.Membrane models (monolayer, bilayer) of different charge and lipid composition were used. We used various physico chemical methods to characterize the interaction of these amyloid proteins with membranes.We showed the importance of the electrostatic contribution in the interactions of the amyloid protein HET-s(218-289) and its mutants with model membranes.Ellipsometry showed that the toxic mutants of HET-s (218-289) (M8, WT.Y1Y2V2) strongly disturbed thelipid monolayers at the air-water interface. The structure rich in antiparallel β sheets of auto-assembled proteins at theair-water interface and in interaction with lipid monolayers at the air-water interface has been demonstrated by the PMIRRAS spectroscopy (Polarization Modulation - Infrared Reflection Absorption Spectroscopy). We established that theair-water interface can change the aggregation properties of amyloid proteins.By using fluorescence spectroscopy, PWR spectroscopy (Plasmon Resonance-Waveguided spectroscopy) and ATR-FTIR spectroscopy (Attenuated Total Reflection - Fourier Transform Infrared spectroscopy), we found that thetoxic protein (M8) adopted a structure rich in antiparallel β sheets greatly altered the integrity of lipid bilayers. Incontrast, the protein non-toxic (WT) organized in a structure rich in parallel β sheets in these interactions and it did notdisturb the homogeneity of the membranes. The toxicity of the protein M8 appears to be related to its differentorganization and its ability to rearrange membranes.Our results also support the hypothesis of the toxicity of amyloid oligomers.A study on the fabrication of a microfluidic cell for the separation of different aggregation states of amyloidproteins in order to detect these assemblies and to study their interaction with liposomes by infrared spectroscopy is presented. A CaF2 microfluidic cell with channels of 8 μm of thickness was obtained and was used for the detection of atested protein.