Ce travail de thèse a porté sur l’étude structurale de peptides urotensinergiques humains par DC, RMN etmodélisation moléculaire. L’hUII (11 aa) et son analogue l’URP (8 aa) sont considérés comme les peptides vasoactifs les plus puissants connus à ce jour et sont impliqués dans divers systèmes biologiques, notamment le système cardiovasculaire et la prolifération des cellules tumorales. Ces deux peptides sont des ligands endogènes d'un RCPG, l’UT. Ils peuvent exercer des actions physiologiques communes mais aussi divergentes. Afin d’apporter des éléments permettant une meilleure compréhension de leurs activités biologiques, nous avons, dans un premier temps, déterminé la structure 3D de trois agonistes (hUII4-11, URP,P5U) et d’un antagoniste (urantide) dans un milieu micellaire mimant les membranes des cellules eucaryotes, le DPC. Dans les quatre peptides, nous avons observé la présence de deux conformations majoritaires du pont disulfure, RHStaple et LHHook, qui sont connues pour être essentielles à l’activité biologique. Nous avons mis en évidence une différence de nature de coude entre les agonistes (coude β de type I) et l’antagoniste (coude β de type II’). Nos analyses ont également permis de montrer l’existence de variations d’orientation des chaînes latérales des résidus F6, Y9 et plus spécialement celle de W7 entre les agonistes etl’antagoniste. Le groupe indole du D-W7 présente ainsi une rotation de 180°. Dans un deuxième temps, nous avons mis en évidence un impact de la concentration sur la conformation de l’hUII qui n’est pas observé pour l’URP. Ce phénomène d’auto-association pourrait avoir une influence sur l’interaction avec le récepteur et être à l’origine des divergences d’activités biologiques entre l’hUII et l’URP. / This work aims to characterize the structure of human urotensinergic peptides by CD, NMR and molecular modelling. hUII (11 aa) and its analogue URP (8 aa) are considered as the most potent vasoactive peptides known so far and are involved in various biological systems, including the cardiovascular system and tumor cell proliferation. These two peptides are endogenous ligands of a GPCR, UT, and exert common but also divergent physiological actions. In order to gain a better understanding of their biological activities, we determined the structures of three agonists (hUII4-11, URP, P5U) and one antagonist (urantide), in DPC micelles, a cellular eukaryotic mimetic membrane. For all peptides, we observed the presence of two major forms of the disulfide bridge, RHStaple and LHHook, which are known to be essential for biological activity. We showed a difference in the turn nature between agonists (type I β turn) and the antagonist (type II’ β turn). Our analyses also revealed that, in agonists and antagonist, the side chain orientations of residues F6, Y9 and more specifically W7 were different. Indeed, the indole group of D-W7 exhibited a 180° rotation. Secondly, we showed that, contrary to URP, the conformation of hUII was dependent on concentration. This selfassembly phenomenon may impact the interaction with the receptor and be responsible for the differential biological activities of hUII and URP.

Les fonctions d'une molécule d'ARN dans les processus cellulaires sont très étroitement liées à sa structure tridimensionnelle. Il est donc essentiel de pouvoir prédire cette structure pour étudier sa fonction. Le repliement de l'ARN peut être vu comme un processus en deux étapes : le repliement en structure secondaire, grâce à des interactions fortes, puis le repliement en structure tridimensionnelle par des interactions tertiaires. Prédire la structure secondaire a donné lieu à de nombreuses avancées depuis plus de trente ans. Toutefois, la prédiction de la structure tridimensionnelle est un problème bien plus difficile. Nous nous intéressons ici au problème de prédiction de la structure 3D d'ARN sous la forme d'un jeu. Nous représentons la structure secondaire de l'ARN comme un graphe : cela correspond à une modélisation à gros grain de cette structure. Cette modélisation permet de réaliser un jeu de repliement dans l'espace. Notre hypothèse consiste à voir la structure 3D comme un équilibre en théorie des jeux. Pour atteindre cet équilibre, nous utiliserons des algorithmes de minimisation de regret. Nous étudierons aussi différentes formalisations du jeu, basées sur des statistiques biologiques. L'objectif de ce travail est de développer une méthode de repliement d'ARN fonctionnant sur tous les types de molécule d'ARN et obtenant des structures similaires aux molécules réelles. Notre méthode, nommée GARN, a atteint les objectifs attendus et nous a permis d'approfondir l'impact de certains paramètres pour la prédiction de structure à gros grain des molécules. / The functions of RNA molecules in cellular processes are related very closely to its three dimensional structure. It is thus essential to predict the structure for understanding RNA functions. This folding can be seen as a two-step process: the formation of a secondary structure and the formation of three-dimensional structure. This first step is the results of strong interactions between nucleotides, and the second one is obtain by the tertiary interactions. Predicting the secondary structure is well-known and results in numerous advances since thirty years. However, predicting the three-dimensional structure is a more difficult problem due to the high number of possibility. To overcome this problem, we decided to see the folding of the RNA structure as a game. The secondary structure of the RNA is represented as a graph: its corresponds to a coarse-grained modeling of this structure. This modeling allows us to fold the RNA molecule in a discrete space. Our hypothesis is to understand the 3D structure like an equilibrium in game theory. To find this equilibrium, we will use regret minimization algorithms. We also study different formalizations of the game, based on biological statistics. The objective of this work is to develop a method of RNA folding which will work on all types of secondary structures and results more accurate than current approaches. Our method, called GARN, reached the expected objectives and allowed us to deepen the interesting factors for coarse-grained structure prediction on molecules.

Le snoRNA U3 contient deux motifs conservés C'/D et de B/C qui permettent de recruter les protéines constitutives de la snoRNP U3. La liaison de la protéine Snu13p/15.5 kD à chacun de ces motifs est un préalable pour le recrutement des 4 autres protéines, à savoir : Nop1p, Nop56p et Nop58p sur le motif C'/D et de Rrp9p, une protéine spécifique du snoRNA U3, sur le motif B/C. Nous avons utilisé la structure 3D connue d'une protéine humaine contenant 7 motifs WD-40 et des méthodes de modélisation moléculaire pour proposer un modèle de structure 3D de Rrp9p. En parallèle, nous avons identifié les déterminants nécessaires à l'association des protéines Snu13p, Nop1p, Nop56p et Nop58p sur le motif C'/D du snoRNA U3, ceci en produisant différents variants du snoRNA U3 et en testant leurs capacités fonctionnelles et leurs stabilités dans la levure. Sur la base d'un modèle 3D d'une snoRNP C/D construit par C. Charron, nous avons ensuite formulé des hypothèses sur les interactions possibles entre le motif C'/D et les acides aminés des protéines Snu13p et Nop58p et confirmé ces hypothèses par mutagénèse dirigée. Les données ont en plus révélé qu'une faible quantité de snoRNA U3 est suffisante pour assurer la croissance des levures. Toujours par mutagénèse dirigée et étude des conséquences in cellulo, j'ai pu montrer quelles sont les contraintes en distance entre les motifs C'/D et B/C. Ce qui nous permet de formuler des hypothèses sur leurs positionnements relatifs dans la snoRNP. Au total mon travail a permis d'apporter des informations importantes sur l'architecture et les contraintes fonctionnelles de la snoRNP U3 de levure / U3 snoRNA contains two conserved pairs of boxes C'/D and B/C needed to bind the stably associated proteins. Binding of protein Snu13p/15.5 kD to each of the conserved motifs is a prerequisite for recruitment of the 4 other U3 snoRNP proteins, namely: Nop1p, Nop56p and Nop58p on the C'/D motif and the Rrp9p U3 specific protein on the B/C motif. We used the known 3D structure of a human G protein containing 7 WD-40 motifs and 3D structure homology modeling methods to build a 3D structure model for Rrp9p. In parallel, by production of variant U3 snoRNAs, and by testing their in vivo stabilities and activities, we identified the C'/D determinants needed for association of proteins Snu13p, Nop1p, Nop56p and Nop58p to U3 snoRNA. Based on a 3D structure model of U3 C/D box RNP built by C Charron, we then formulated hypotheses on the possible interactions between the C'/D motif and amino acids from Snu13p and Nop58p and verified the hypotheses by site-directed mutagenesis of yeast cell components. The data also revealed that very low amounts of U3 snoRNA are sufficient to ensure yeast growth. By site directed mutagenesis, I also studied how the C'/D and B/C motifs should be positioned one relative to the other in order to be functional. Taken together, my work brings important information on the architecture of yeast U3 snoRNP and its functional constraints

La protéine Bcd1 est un facteur nucléaire essentiel à la viabilité cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae. Il est décrit comme requis pour assurer la stabilité des snoRNA à boîtes C/D. Ces petits ARN non codants s’assemblent à un jeu de 4 protéines invariables pour former les snoRNP à boîtes C/D qui sont des acteurs cruciaux de la biogenèse des ribosomes. En effet, quelques-unes de ces particules participent aux mécanismes assurant la maturation du précurseur des ARN ribosomiques et la grande majorité des autres particules sont des catalyseurs de la modification par 2’-O-méthylation des riboses. Bcd1p n’est pas présente au sein des particules matures, mais fait partie de ses facteurs d’assemblage, au même titre que les sous-complexes Rsa1p:Hit1p et R2TP (Rvb1p:Rvb2p:Tah1p:Pih1p). Notre analyse de différents fragments de Bcd1p a dans un premier temps montré que sa région N-terminale (résidus 1 à 96) suffit à lui conférer son caractère essentiel. Cette région comprend un domaine à double doigt à zinc de la famille zf-HIT, également présent chez un autre facteur d’assemblage des snoRNP à boîtes C/D, la protéine Hit1. Nous avons résolu la structure 3D en solution de ces doigts à zinc et montré que ce sont des modules d’interaction avec les protéines Rvb1/2. Dans un second temps nous avons identifié la région C-terminale (résidus 120 à 303) de la protéine Bcd1 comme étant suffisante pour interagir avec la chaperonne d’histone Rtt106p. La structure 3D en solution de ce domaine a été déterminée par RMN. Différentes approches de cinétique d’échange hydrogène/deutérium et d’expériences de cross-link suivies par des analyses par spectrométrie de masse, des expériences de titrage par RMN et de SAXS nous ont permis d’obtenir des informations sur les surfaces d’interaction de chacune de ces deux protéines. Un fragment, défini à partir des données de RMN de Bcd1p libre, nous a permis d'obtenir des cristaux du complexe Bcd1p:Rtt106p ouvrant la perspective de résoudre sa structure 3D par diffraction aux rayons X. De plus, des études fonctionnelles ont débuté visant à déterminer l’importance de la formation de ce complexe sur la biogenèse des snoRNP à boîtes C/D et l’impact de Bcd1p sur l’interaction entre Rtt106p et les nucléosomes / The protein Bcd1 is a nuclear factor essential for the cellular viability of the yeast Saccharomyces cerevisiae. It is described as required to ensure box C/D snoRNA stability. These small non-coding RNAs associate with an invariable set of 4 proteins to form the box C/D snoRNPs that are crucial players in ribosome biogenesis. Indeed, some of these particles participate in mechanisms for the maturation of the ribosomal RNA precursor (prerRNA) and the vast majority of the other particles are catalysts of 2’-O-methylation of riboses. Bcd1p is not present in mature particles, but is one of the assembly factors in addition to the Rsa1p:Hit1p and R2TP (Rvb1p:Rvb2p:Tah1p:Pih1p) sub-complexes. Our analysis of the different Bcd1p fragments has firstly shown that the essential function of Bcd1p relies on its N-terminal region (residues 1 to 96). It comprises a double zinc finger domain from the zf-HIT family, also present in another box C/D snoRNP assembly factor, the protein Hit1. We solved the 3D solution structure of these two zinc fingers and showed that these are modules for the interaction of Bcd1p with the Rvb1/2 proteins. Secondly, we identified the C-terminal region (residues 120 to 303) of Bcd1p as being sufficient to interact with the histone chaperone Rtt106p. The 3D solution structure of this domain of Bcd1p was determined by NMR. Different approaches of hydrogen/deuterium kinetic exchange and cross-link experiments followed by mass spectrometry analysis, NMR titration, and SAXS allowed us to obtain information about the interaction surfaces on each of the two proteins. A fragment defined from NMR data on the free Bcd1p allowed us to obtain crystals of the Bcd1p:Rtt106p complex, opening the perspective to solve its 3D structure by X-ray diffraction. Furthermore, functional studies started in order to determine the importance of this complex formation in box C/D snoRNP biogenesis and the impact of Bcd1p on the interaction of Rtt106p with nucleosomes

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de nombreuses maladies nosocomiales chez les patients immunodéprimés ainsi que d'infections graves chez les patients atteints de la mucoviscidose (CF). La colonisation des voies respiratoires des patients CF est souvent mortelle car une fois installée, cette bactérie est difficile à éradiquer et provoque le déclin des fonctions respiratoires des patients. L'antibiothérapie devient inefficace face au développement de souches multi-résistantes et sa capacité à former un biofilm. L'étape cruciale initiant l'infection ou la formation du biofilm est l'adhésion durant laquelle des interactions spécifiques lectines/oligosaccharides permettent la fixation de la bactérie à la surface de la cellule hôte. Bloquer l'adhésion serait un moyen de lutter contre l'infection. Dans l'approche d'une thérapie anti-adhésive, plusieurs lectines impliquées dans l'adhésion et l'élaboration du biofilm sont prises comme cibles. Dans un premier temps, des lectines fimbriales putatives identifiées récemment, CupB6 et CupE6, ont fait l'objet d'une étude. Des essais d'expression, de purification et de cristallisation ont été réalisés dans l'objectif de résoudre leur structure cristallographique. Une étude visant à identifier le ligand naturel de CupB6 a également été entreprise. Puis une étude a été menée pour caractériser le potentiel d'inhibition de plusieurs molécules dérivées du galactose sur la lectine soluble, PA-IL. Certaines de ces molécules pourraient être utilisées comme glycomimétiques offrant une alternative aux antibiotiques. Une étude par microcalorimétrie et cristallographie aux rayons X a permis d'étudier la spécificité d'une lectine de légumineuse, PELa. / P. aeruginosa is an opportunistic pathogenic bacterium responsible for numerous nosocomial infections in immunosuppressed patients. It is the first mortal pathogen in cystic fibrosis (CF) patients. The invasion of the respiratory tract of CF patients by the bacterium is often lethal because it is hard to eradicate and it rapidly impairs the respiratory functions of the patients. None of the current antibiotherapy procedures are efficient against multiresistant, biofilm forming P. aeruginosa. The first step leading to infection or biofilm formation involves the initial adhesion of bacterial cells to the host pulmonary cells via specific lectin/oligosaccharid interactions. Blocking the adhesion would be a way to fight against the infection. The anti-adhesion therapy targets several bacterial lectins involved in adhesiveness and biofilm formation. In this work, the recently identified putative fimbrial lectins CupB6 and CupE6 have been studied. Expression and purification tests followed by crystallization trials have been performed. In parallel, attempts to identify the natural ligand of CupB6 were also carried out. This work also presents a systematic characterization of the inhibitory effects of various galactose-derived molecules on the PA-IL lectin. Some of these molecules could be used as glycomimetic drugs thus offering an interesting alternative to standard antibiotics. Finally, the combination of microcalorimetry together with X-ray crystallography enabled us to gain insights into the ligand specificity of PELa, a legume lectin.

Au cours des dernières années, de nouvelles évidences semblent indiquer que, tout autant que sa séquence, l’organisation d’un génome dans l’espace et le temps est importante pour comprendre la fonction de celui-ci. Une des avancées fonda- mentales sur le sujet a été de présenter à l’échelle du génome la carte des inter- actions ADN-ADN. Ces interactions sont essentiellement de 2 types, soit entre chromosomes ou entre régions du même chromosome. Par la suite, la modélisa- tion a permis de visualiser et appréhender la structure tridimensionnelle (3D) du génome à partir des données 3C, ou d’une modélisation purement théorique. Une question importante et centrale demeure, soit de résoudre les mécanismes res- ponsables de l’organisation spatiale et fonctionnelle du génome. Notamment, une question est de savoir comment des processus nucléaires tels que la transcription affectent la structure du génome. Cependant, l’idée selon laquelle les données de types 3C capturent cette information dans la levure est remise en question par le fait que les modèles théoriques du génome récapitulent les caractéristiques mar- quantes soulignées par 3C. Pour répondre à cette question, nous avons conçu une approche qui, pour évaluer l’importance d’une interaction, se base sur la distri- bution d’interactions entre les 2 régions d’ADN mises en contacts. Nos résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les éléments fonctionnels et propres aux données expérimentales de la structure 3D du génome se forment d’une manière spécifique à l’échelle de l’interaction et au type d’interactions. Par ailleurs, nos résultats indiquent qu’un grand nombre de facteurs de transcription induisent la proximité spatiale des gènes dont ils régulent l’expression. / Over the last decade, accumulating empirical evidence suggest that, as much as its sequence, a genome spatiotemporal organization is essential to understand it’s biological function. One of the major breakthroughs has been chromosome conformation capture (3C) experiments presenting DNA-DNA contact for whole genomes at unprecedented resolution (5-10kb). Along with genome-wide maps of DNA contacts came genome 3D modelling from experimental 3C data, and even from purely theoretical and biophysical basis. However, the mechanisms underlying the regulation of the genome spatial functional organization are still not well understood. Among other questions, how the regulation and event of nuclear processes such as transcription modulate genome structure or how genome structure affect these in turn is still not fully resolved. Moreover, computational models of S.cerevisae genome have recapitulated the hallmarks at larger scale of its 3D features. In order to contrast genome structural features arising from the event of biochemical and molecular activity, we have develop a method assessing the significance of structural features. The underlying principle is to consider for a given interaction, the two DNA regions put in contact and the distribution of existing interactions between these before assigning significance to the selected interaction. Using this method, we demonstrate that structural features resulting from potential biochemically active processes occur at precise scale on the genome. Our results also highlight that exact nature of the interaction (between vs across chromosomes) is crucial to such events. Finally, we have also found that a large portion of transcription factors have their targeted genes in spatial proximity.

Die für die Vermehrung der Paramyxoviren notwendige Freisetzung des Virusgenoms in die Wirtszelle findet nach einer Verschmelzung der Virushülle mit der Zellmembran statt. Die Membranfusion wird durch eine Konformationsänderung des membranständigen Fusionsproteins (F-Protein) der Paramyxoviren vermittelt. Der Auslöser der Strukturumwandlung des F-Proteins ist bislang unbekannt. Man nimmt an, daß eine Wechselwirkung mit dem zweiten membranständigen Protein der Hämagglutinin-Neuraminidase (HN-Protein) die Strukturumwandlung des F-Proteins induziert. Das F-Protein kann jedoch auch in Abwesenheit des HN-Proteins eine Membranfusion vermitteln. Für das Verständnis des Mechanismus der F-proteinvermittelten Fusion ist die Kenntnis der dreidimensionalen Struktur des F-Proteins notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurden die F-Proteine der Paramyxoviren, Sendaivirus und Simianvirus 5, in fusionskompetenter Form isoliert und in kleine Lipidvesikel rekonstituiert, um deren Struktur mittels Kryoelektronenmikroskopie und Einzelpartikelanalyse aufzuklären. Die 3D-Struktur des Sendaivirus-F-Proteins konnte mit einer Auflösung von 16 Angström aufgeklärt werden. Es ist die erste 3D-Struktur des F-Proteins eines Paramyxovirus in der fusionskompetenten Form. Um geeignete Bedingungen herauszufinden, die das Auslösen der Konformationsänderung der F-Proteine bzw. das "Einfangen" von Strukturintermediaten während der Fusion ermöglichen, wurde das Fusionsverhalten von Sendaivirus und Simianvirus 5 bei unterschiedlichen Temperatur- und pH-Werten sowie in Anwesenheit von Lysolipiden mittels Fluoreszenzdequenchingassays untersucht. Ein signifikanter Anstieg der Fusionsaktivität der untersuchten Viren konnte durch eine Erhöhung der Temperatur erreicht werden. Mittels ESR-Spektroskopie unter Einsatz von spinmarkierten Lysolipiden konnte gezeigt werden, daß Lysolipide die proteinvermittelte Fusion von Hüllviren in einem späten lipidabhängigen Schritt hemmen. Diese Untersuchungen bilden damit eine Grundlage zur Aufklärung der 3D-Struktur des F-Proteins im fusionsaktiven Zustand. Desweiteren wurde die Rolle der transmembranalen und zytoplasmatischen Domäne des F-Proteins bei der Membranfusion und der Wechselwirkung mit dem HN-Protein mittels Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Die Befunde der 3D-Strukturaufklärung und der fluoreszenzmikroskopischen Studien wurden unter anderem in Hinblick auf die Bedeutung der Wechselwirkung zwischen den F- und HN-Proteinen für die Fusion diskutiert. / Paramyxoviruses infect their host cells by fusion of the viral envelope with the cell membrane. The membrane fusion is mediated by a confomational change of a viral envelope glycoprotein called the fusion (F) protein. The trigger of the F protein conformational change is still unknown. It is suggested, that an interaction of the F protein with the second envelope glycoprotein hemagglutinin-neuraminase (HN) induces its conformational change. However the F protein can mediate membrane fusion in absense of HN. The knowledge of the three dimensional structure of the F protein is reqiured to understand the F mediated membrane fusion. In the present work the fusion competent form of the fusion proteins of the paramyxoviruses Sendai virus and Simian virus 5 were isolated and incorporated each of them into small lipid vesicles. The 3D-structure of the entire ectodomain of the Sendai virus F protein has been determined in fusion potential conformation by cryo electron microscopy of single molecules and 3D-reconstruction at a resolution of 16 Angström. To detect usefull conditions for triggering the conformational change of F, the fusion of Sendai virus and Simian virus 5 have been studied at different temperature and pH, respectively, using a fluorescence dequenching assay. A significant increase of virus fusion activity has been found due to temperature enhancement. Using ESR-spectroscopy and spin-labeled lysolipids it has been shown that lysolipids inhibit the protein mediated fusion of enveloped viruses at a late lipid-dependent intermediate. Thus lysolipids are capable to freeze a conformational intermediate of the F protein during fusion. Furthermore the role of the transmembrane and the cytoplasmic domain of the Sendai virus F protein for membrane fusion was investigated using fluorescence microscopy. The results of the fluorescence microscopy study and the detection of the 3D-structure have been discussed in view of the relevance of F-HN-interaction for membrane fusion.

Die Fusionsreaktion des Coronavirus MHV wird vom S-Protein vermittelt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Eintrittsweg von MHV-A59 in Mauszellen untersucht. Die Infektivität kann durch lysosomotrope Substanzen und Inhibitoren der Clathrin-abhängigen Endozytose gehemmt werden. Der Eintritt von MHV-A59 in Mauszellen erfolgt über die Clathrin-abhängige Endozytose und setzt die anschließende Fusion der viralen und zellulären Membran bei niedrigem pH-Wert voraus. Fluoreszenzmikroskopische Studien zur Interaktion fluoreszenzmarkierter MHV-A59 Partikel mit Mauszellen bestätigen, dass MHV-A59 über Endozytose aufgenommen wird. Nach Bindung der Viren an die Zellen und anschließende Erniedrigung des pH-Wertes kommt es zur Färbung der Plasmamembran. Die Erniedrigung des pH-Wertes in Abwesenheit des Rezeptors führt zu einer irreversiblen Konformationsumwandlung im viralen Fusionsprotein, die die Inaktivierung der Fusionsaktivität und den Verlust der Infektivität zur Folge hat. Die Ergebnisse deuten auf die Beteiligung des endozytotischen Weges für den viralen Eintritt von MHV-A59 hin. Ein niedriger pH-Wert eines zellulären endosomalen Kompartiments induziert vermutlich die Konformationsänderung im S-Protein und löst die Fusionsreaktion aus. Ein vorläufiges 3D-Modell des S-Proteins von MHV-A59 konnte erstellt werden. Darüber hinaus wurde die Struktur und Fusionsfähigkeit des S-Proteins von SARS-CoV analysiert. Ein Zell-Zell-Fusionsassay konnte nachweisen, dass die Fusion zwischen S-Protein und ACE2-exprimierenden Zellen sowohl abhängig vom pH-Wert als auch von der proteolytischen Spaltung in S1- und S2-Untereinheit ist und durch Erniedrigung des pH-Wertes zusätzlich verstärkt werden kann. Im abschließenden Teil der Arbeit wurde auf Basis theoretischer Untersuchungen eine Vorhersage des mutmaßlichen Fusionspeptids des S-Proteins von MHV-A59, welches alle wesentlichen Merkmale eines internen Fusionspeptids aufweist, vorgenommen. Es liegt nahe der "Heptad-Repeat" (HR) Domäne HR1. / Fusion of the Coronavirus MHV-A59 is mediated by the viral S-protein. The entry pathway of MHV-A59 into murine cells was studied in this work. Infection was strongly inhibited by lysosomotropic compounds and substances interfering with clathrin-dependent endocytosis, suggesting that MHV-A59 is taken up via endocytosis and delivered to acidic compartments. Fluorescence microscopy of labeled MHV-A59 confirmed that the virus is taken up via endocytosis. When the virus was bound to cells and the pH was lowered to 5.0, we observed a strong labeling of the plasma membrane. Electron microscopy revealed low pH triggered conformational alterations of the S-ectodomain. These alterations are likely to be irreversible because low pH-treatment of viruses caused an irreversible loss of fusion activity. The results imply that endocytosis plays a major role in MHV-A59 infection and that the acidic pH of the endosomal compartment triggers a conformational change of the S-protein mediating fusion. Furthermore the conformation of the trimeric spike protein of the murine hepatitis virus A59 was characterized by cryoelectron microscopy. A preliminary 3D-reconsruction of the native structure could be accomplished. Besides we studied the structure and fusion capability of the spike protein expressed by SARS-CoV. The cell-based fusion assay revealed that fusion of spike protein and ACE2-receptor expressing cells was strongly dependent on low pH and on proteolytic cleavage of the S-protein into S1 and S2 subunit. Additionally fusion could be significantly increased by lowering of the pH. The theoretical part of the thesis allowed the identification of the putative fusion peptide, which showed main characteristics of internal fusion peptides. It allows the heptad regions of the spike protein to assemble in the six-helix bundle structure (6HB). This structure is of great importance to initiate the approximation of viral and cellular membrane and thus to induce fusion.

Les flavan-3-ols et leurs polymères, les proanthocyanidines, appartiennent à une famille de flavonoïdes appelée les tannins condensés. Ces composés polyphénoliques jouent un rôle essentiel dans la qualité phytosanitaire des baies de raisin ainsi que dans les propriétés organoleptiques du vin (flaveur, astringence et couleur). La connaissance des mécanismes qui régissent leur biosynthèse est donc primordiale afin de mieux comprendre la mise en place de la typicité d’un vin. Ce mémoire est consacré à l’étude de l’une des enzymes responsables de la synthèse des flavan-3-ols : la leucoanthocyanidine réductase 1 de Vitis vinifera (VvLAR1). Dans une première partie, nous décrivons les conditions d’expression, de purification et de stabilité de l’enzyme recombinante. L’activité enzymatique est démontrée et la configuration 2R,3S des produits réactionnels caractérisée. La seconde partie de ce manuscrit décrit l’étude structurale de l’enzyme. Des monocristaux d’apoenzyme, de complexes binaires (VvLAR1 / NADPH) et d’un complexe ternaire (VvLAR1 / NADPH / (+)-catéchine) ont été obtenus. Les différentes structures permettent de décrire les modifications structurales associées à la fixation du coenzyme puis du produit. Un mécanisme catalytique basé sur les interactions intermoléculaires observées au sein du complexe ternaire est proposé. La troisième partie de ce mémoire est consacrée à la recherche de conditions expérimentales permettant la production et la stabilisation de la leucocyanidine en solution, un des substrats naturels de l’enzyme. Les résultats obtenus permettent une première approche de l’étude des propriétés cinétiques de la VvLAR1. / Flavan-3-ols and their polymerisation products, proanthocyanidins, belong to a flavonoid family named condensed tannins. These polyphenolic compounds play a major role in the protection of grape berries to intruders and in the organoleptic properties of wine (flavour, astringency and colour). Knowledge of the mechanisms which govern their biosynthesis is thus essential to better understand wine typical composition. The present thesis is devoted to the investigation of one of the two enzymes which catalyse the flavan-3-ols formation: leucoanthocyanidin reductase 1 from Vitis vinifera (VvLAR1). In the first part of the manuscript, we describe the expression, purification and stability conditions of the recombinant enzyme. The enzyme activity is demonstrated and the reaction product 2R,3S configuration is characterised. The second part of this report describes the structural studies of the enzyme. Monocrystals of the apoenzyme and of binaries (VvLAR1 / NADPH) and a ternary (VvLAR1 / NADPH / (+)-catechin) complexes were obtained. These different structures allow the description of the structural changes associated with the coenzyme and then the substrate binding. A catalytic mechanism, based on the intermolecular interactions within the ternary complex, is proposed. The last part of the work is devoted to the investigation of the experimental conditions leading to the stability of leucocyanidin in solution, one of the natural substrates of the enzyme. The results obtained allow a first study of the VvLAR1 kinetic properties.

A prototype 3-dimensional (3D) anode, based on multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), for Li-ion batteries (LIBs), with potential use in Electric Vehicles (EVs) was investigated. The unique 3D design of the anode allowed much higher areal mass density of MWCNTs as active materials, resulting in more amount of Li+ ion intake, compared to that of a conventional 2D counterpart. Furthermore, 3D amorphous Si/MWCNTs hybrid structure offered enhancement in electrochemical response (specific capacity 549 mAhg-1). Also, an anode stack was fabricated to further increase the areal or volumetric mass density of MWCNTs. An areal mass density of the anode stack 34.9 mg/cm2 was attained, which is 1,342% higher than the value for a single layer 2.6 mg/cm2. Furthermore, the binder-assisted and hot-pressed anode stack yielded the average reversible, stable gravimetric and volumetric specific capacities of 213 mAhg-1 and 265 mAh/cm3, respectively (at 0.5C). Moreover, a large-scale patterned novel flexible 3D MWCNTs-graphene-polyethylene terephthalate (PET) anode structure was prepared. It generated a reversible specific capacity of 153 mAhg-1 at 0.17C and cycling stability of 130 mAhg-1 up to 50 cycles at 1.7C.