Un certain nombre de maladies neurodégénératives, comme la maladie de Creutzfeld-Jacob chez l'homme ou la maladie dite de "la vache folle" chez les bovins, sont dues au mauvais repliement d'une protéine cellulaire dite prion. Plusieurs protéines prions ont été identifiées chez des microorganismes comme Ure2p chez Saccharomyces cerevisiae ou HET-s chez Podospora anserina. Ces protéines sont non pathogènes pour l'homme et se comportent comme le prion de mammifères c'est à dire en s'assemblant également en fibres amyloïdes. Chez S. cerevisiae, la protéine Ure2p est associée au phénotype prion [URE3] et est agrégée dans ce type de cellule. Dans un premier temps, nous avons montré que les agrégats [URE3] obtenu in vivo étaient d'une nature différente des fibres amyloïdes produites in vitro. Dans un second temps, la technicité acquise au cours de l'étude biochimique d'Ure2p m'a permis d'aborder celle d'un orthologue, Ure2p de Saccharomyces paradoxus (Ure2p-Sp), qui n'est pas un prion "in vivo". Après avoir montré que les deux protéines sous forme soluble présentent les mêmes caractéristiques biochimiques, je montre qu'elles possèdent la même propension à former des fibres amyloïdes. Dans le cadre de cette étude nous montrons également que ces fibres sont infectieuses laissant penser qu'in vivo cette incapacité de la protéine Ure2p-Sp à basculer sous forme prion est plutôt due à une défaillance du mécanisme de propagation des prions plutôt qu'à une différence de la structure amyloïde proprement dite. Enfin, nous avons pu montrer qu'il était possible de transformer une protéine amyloïde non toxique en une protéine toxique en ne changeant que quelques acides aminés. En poursuivant cette étude par une étude in vitro, j'ai également pu observer que la protéine toxique s'organisait in vitro en de courtes fibres amyloïdes qui pouvaient mimer les intermédiaires responsables de la toxicité au cours des maladies neurodégénératives. Si dans cette première partie l'apport de la biochimie dans l'étude ciblée de différentes protéines amyloïdes de champignons ascomycètes est évident, l'étude des protéines peut également se faire par une approche biochimique globale sans a priori comme dans l'étude de la réponse protéique d'une plante à un stress environnemental. Grâce au séquençage des génomes, la biochimie post-génomique connait un essor exceptionnel et permet de mettre en évidence de nouvelles protéines dans le cadre d'études fonctionnelles. Dans ce but, j'ai mis en oeuvre une technique de protéomique différentielle : l'électrophorèse bidimensionnelle de type DiGE (Differential in-Gel Electrophoresis) dans le cadre de l'étude du protéome d'une plante invasive, le solidage Solidago canadensis, soumise à un stress d'origine anthropique. Cette étude protéomique vient en complément d'une étude phytosociologique des plantes capables de coloniser un sol très dégradé mais aussi de données de biodiversité, croissance et de mesures de la réponse anti-oxydante de ces végétaux. Cette analyse a révélé que sur des sols pollués, le solidage parvient non seulement à produire l'énergie nécessaire à sa croissance mais il parvient également à synthétiser les intermédiaires de biosynthèse du glutathion et des phytochélatines. Ainsi, le solidage est capable de s'adapter à ce milieu ce qui lui permet d'être tolérant à la pollution. Mes premiers résultats de biochimie post-génomique offrent de nouvelles bases pour la compréhension des mécanismes de tolérance au milieu de certaines plantes permettant le développement de technologies innovantes de phytorémédiation afin de restaurer les sols pollués / A number of neurodegenerative illnesses such as Creutzfeld-Jacob disease in humans or the disease known as mad cow disease in bovine, are due to misfolding of a cellular protein called prion. These proteins are not pathogenic for human and can form amyloid fibers like mammalian prion. They are therefore a useful tool to study molecular events responsible for the emergence and propagation of prions. In S. cerevisiae, the Ure2p protein is associated with [URE3] prion phenotype and is aggregated in this cell. Initially, I developed the conditions to characterize Ure2p amyloid fibers by proteolysis and we showed that [URE3] aggregates obtained in vivo were different than amyloid fibers produced in vitro. In a second phase, the technicity acquired during the biochemical study of Ure2p allowed me to approach the study of an ortholog, Saccharomyces paradoxus Ure2p (Ure2p-Sp), which is not an "in vivo" prion. After showing that soluble forms of the two proteins have the same biochemical characteristics, I show that they have the same propensity to form amyloid fibers. In this study we show that these fibers are infectious in vivo, suggesting that the incapacity of Ure2p-Sp protein to switch into a prion form is rather due to a failure in prion propagation mechanism rather than differences in amyloid structure itself.Then using all technologies that I introduced in the laboratory, I studied the relationship between amyloid structure and toxicity in S. cerevisiae. We showed that it was possible to transform a non-toxic amyloid protein in a toxic form by changing only a few numbers of amino acids. An in vitro study has also shown that the toxic protein was organized into short amyloid fibers that could mimic the intermediates responsible for toxicity in neurodegenerative diseases.The last chapter of this manuscript focuses on research that I developed in the Laboratory of Ecotoxicology Interactions,Biodiversity, Ecosystems, Metz. Within this laboratory, we aim at identifying effects of disturbances and physico-chemical analysis of the mechanisms involved at different scales of observation, from organisms to ecosystems.Progress in genomes sequencing allows an exceptional development in post-genomic biochemistry and can highlight new proteins through functional studies. In order to better understand molecular events responsible for these responses, I introduce a differential technique of proteomics: a DiGE two-dimensional electrophoresis (Differential In-Gel Electrophoresis). I developed this technics in a proteome study of an invasive plant, the goldenrod Solidago canadensis, under metal stress. This proteomic study supplements a phyto-sociological study of plants competent in colonizing a very poor soil but also of biodiversity data, growth and measures of the antioxidant response of these plants. This analysis revealed that in polluted soils, the goldenrod achieves not only to produce energy for its growth but it also achieves to biosynthesize intermediates of glutathion and phytochelatins. Thus, the goldenrod is able to adapt to its environment, which allows it to be tolerant to pollution. My first results of post-genomic biochemistry provide new bases for understanding the molecular mechanisms behind environmental tolerances. These studies may help us to identify the most adapted plants to these environments and why they are. They may help us to understand the effects of these pollutants and allow the development of innovative technologies for phytoremediation to restore polluted soils

Le syndrome CHARGE (CS) est une maladie génétique rare caractérisée par de nombreuses anomalies congénitales, majoritairement causées par des altérations de novo du gène CHD7. Celui-ci code pour une protéine à chromodomaines, impliquée dans le remodelage ATP-dépendant de la chromatine. La grande majorité des altérations de CHD7 consiste en allèles nuls tels que des délétions, des substitutions non-sens ou des décalages du cadre de lecture. Nous avons réalisé le premier diagnostic moléculaire d’un patient Indonésien atteint du CS, en étudiant un panel de gènes (CHD7, EFTUD2, et HOXA1) par NGS (next-generation sequencing). Nous avons identifié une nouvelle mutation non-sens hétérozygote dans l’exon 34 du gène CHD7 (c.7234G>T ou p.Glu2412Ter). Par ailleurs, il n'existe pas d’analyse fonctionnelle qui permettrait de caractériser la pathogénicité des variants de la protéine CHD7 rencontrés chez des patients. C’est pourquoi l’objectif de ce travail est de mettre au point un test fonctionnel de la protéine CHD7, sous forme sauvage ou mutée. Pour cela, nous avons généré par mutagénèse dirigée des vecteurs codant pour trois variants faux-sens de CHD7 et le variant présentant une insertion de cinq acides aminés. Ensuite, les protéines CHD7, sous forme sauvage ou variante, ont été surexprimées dans la lignée HeLa. L’expression des protéines a été mise en évidence par western blot et par immunofluorescence. Pour étudier la fonctionnalité de CHD7, nous avons quantifié par RT-qPCR les transcrits de cinq gènes (l’ADNr 45S, SOX4, SOX10, MYRF, et ID2), dont la transcription est selon le littérature régulée par CHD7. Nous avons observé que l’expression de CHD7 sauvage entraînait une diminution significative et reproductible des quantités de transcrits correspondant à tous les gènes rapporteurs. Par contre, l’expression des quatre allèles variants de CHD7 n’avait aucun impact, ce qui suggère que ces variants ne sont pas fonctionnels. Par ailleurs, nous avons appliqué notre test biologique dans des cellules de la lignée SH-SY5Y, pour lesquelles nous avons introduit une mutation faux-sens dans le génome en utilisant la technique CRISPR/Cas9. Lorsque ce variant était exprimé, les niveaux de transcription des cinq gènes rapporteurs n’étaient pas significativement différents de ceux observés dans les cellules où les deux allèles de CHD7 avaient été invalidés. Par conséquent, les variants étudiés peuvent être répertoriés comme résultant de mutations causales du CS. / CHARGE syndrome (CS) is a rare genetic disease characterized by numerous congenital abnormalities, mainly caused by de novo alterations of the CHD7 gene. It encodes a chromodomain protein, involved in the ATP-dependent remodeling of chromatin. The vast majority of CHD7 alterations consists in null alleles like deletions, non-sense substitutions or frameshift-causing variations. We report the first molecular diagnosis of an Indonesian CS patient by a targeted NGS (next-generation sequencing) gene panel (CHD7, EFTUD2, and HOXA1). We identified a novel heterozygous nonsense mutation in exon 34 of CHD7 (c.7234G>T or p.Glu2412Ter). Functional analyses to confirm the pathogenicity of CHD7 variants are lacking and urgently needed. Therefore, the aim of this study was to establish a functional test for wild-type (WT) or variants of CHD7 protein found in CS patients. Using an expression vector encoding CHD7, three variants harboring an amino acid substitution and one variant with a five-amino acid insertion were generated via site-directed mutagenesis. Then CHD7 proteins, either wild-type (WT) or variants, were overexpressed in HeLa cell line. Protein expression was highlighted by western blot and immunofluorescence. We then used real-time RT-PCR to study CHD7 functionality by evaluating the transcript amounts of five genes whose expression is regulated by CHD7 according to the literature. These reporter genes are 45S rDNA, SOX4, SOX10, ID2, and MYRF. We observed that, upon WT-CHD7 expression, the reporter gene transcriptions were downregulated, whereas the four variant alleles of CHD7 had no impact. This suggests that these alleles are not polymorphisms because the variant proteins appeared non-functional. Furthermore, we applied our biological assay in SH-SY5Y cell line in which endogenous CHD7 gene was mutated using the CRISPR/Cas9 technique. Then, we observed that when a CHD7 missense variant was expressed, the transcription levels of the five reporter genes were non-significantly different, compared with the cells in which both CHD7 alleles were knocked-out. Therefore, the studied variants can be considered as disease-causing of CS.