Le principal objectif de cette thèse a été d'exploiter des isoxazolidin-5-ones α-substituées aisément accessibles comme plateformes originales pour la synthèse d'acides β2,2-aminés énantiomériquement enrichis. Pour cela, nous avons montré que la catalyse par transfert de phase, avec l'utilisation de faibles quantités (2-3 mol%) d'un sel d'ammonium quaternaire énantiopur dédié, était l'outil adéquate pour la fonctionnalisation énantiosélective de la position α des isoxazolidin-5-ones et ainsi générer un centre quaternaire stéréogène. Cette stratégie organocatalytique a été appliquée à la création de liaison Carbone-Soufre, Carbone-Carbone et Carbone-Azote avec des excès énantiomériques de bons à excellents. Des réactions d'hydrogénolyse de la liaison N-O ou bien des réactions d'ouvertures via l'attaque de nucléophiles ont conduit à la formation des acides β2,2-aminés correspondants énantiomériquement enrichis. Enfin, de nouveaux sels d'ammonium quaternaires chiraux de type tropos, faciles d'accès, ont été conçus et évalués dans les réactions d'α-sulfanylation et d'addition conjuguée énantiosélectives dans les conditions de catalyse par transfert de phase mises en place. / The main purpose of this thesis was to use readily available α-substituted isoxazolidin-5-ones as original building blocks for the synthesis of enantioenriched β2,2-amino acids. Phase-transfer catalysis approach, with low loading of an appropriate quaternary ammonium salt, was found to be the most efficient tool for the enantioselective functionalization of the α-position of isoxazolidin-5-ones, allowed thereby to generate a stereogenic quaternary center. This organocatalytic strategy was applied to C-S, C-C and C-N bond formation with good to excellent enantiomeric excess. Hydrogenolysis reactions of the N-O bond or ring-opening reactions via nucleophilic addition reaction led to the corresponding enantioenriched β2,2-amino acids formation. Finally, new easily available chiral quaternary tropos-ammonium salts were designed and evaluated for both the enantioselective α-sulfanylation and conjuguated addition reactions.

L’intérêt des composés organiques fluorés est de nos jours de plus en plus important en raison de leur large domaine d’application (agrochimie, nucléaire, matériaux, chimie médicinale…). Par exemple, en chimie médicinale, la présence d’un ou plusieurs atomes de fluor au sein de biomolécules conduit très souvent à une amélioration de leur profil thérapeutique. Par ailleurs, le cyclopropane, le plus petit et le plus tendu des cycloalcanes, permet également de modifier les caractéristiques pharmacologiques de composés biologiques de par sa géométrie inhabituelle. En effet, la rigidification structurale apportée par ce motif influe sur la biodisponibilité d’une biomolécule en améliorant sa sélectivité et son affinité pour un récepteur biologique. Dans ce contexte, nous avons choisi d’associer les propriétés remarquables de l’atome de fluor à la contrainte structurale du cyclopropane dans le but d’élaborer deux nouvelles classes de fluoropeptidomimétiques.Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la modification de la chaîne latérale d’acides aminés naturels en développant la synthèse des analogues cyclopropaniques fluorés de la méthionine, de la leucine, de la lysine et de l’arginine. Nous avons ensuite appliqué l’un de nos acides aminés cyclopropaniques fluorés à la synthèse totale de l’analogue fluoré d’un inhibiteur de la sérineprotéase NS3/4A, le TMC 435.Enfin, dans le but de proposer une voie de synthèse générale permettant l’accès aux pseudopeptides fluorés comportant un monofluorocyclopropane à la place du lien peptidique, nous avons développé une nouvelle stratégie basée sur une étape d‘addition nucléophile de réactifs organométalliques sur des N-(tert-butanesulfinyl)-α-fluoroimines chirales. / Fluoroorganic compounds are increasingly popular owing to their wide range of applications. For instance, in the field of medicinal chemistry, fluorinated molecules often lead to an improvement of the therapeutic profile compared to non-fluorinated derivatives. Besides, with its unique bonding properties, the cyclopropane ring provides unusual physical and pharmacological properties to structures that incorporate it. Indeed, the structural constraint provided by the cyclopropane ring clearly alters the selectivity and the affinity for a binding site. In this context, we decided to combine the cyclopropane and the fluorine atom to develop two new classes of peptidomimetics. First, we focused on the modification of the side chain of natural aminoacids (methionine, leucine,lysine and arginine) and the synthesis of fluorinated cyclopropyl analogues was achieved. Then, we applied our strategy to the synthesis of the fluorinated analogue of the TMC 435, a NS3/4A serine protease inhibitor involved in the replication cycle of Hepatitis C virus. Finally, in our project aiming at proposing a general method to access pseudopeptides featuring a fluorinated cyclopropane moiety as the peptide bond isostere, we develop a new strategy based on the nucleophilic addition of organometallic reagents to N-(tert-butanesulfinyl)-α-fluoroimines. This methodology allows us to control the asymmetric center on the N-terminal side of the peptide.

La crépidule (Crepidula fornicata) est une espèce invasive des côtes européennes. Hermaphrodite protandre, cette espèce grégaire forme des chaines d’individus qui s’accumulent en forte densité sur les fonds. Longtemps considérée comme un envahisseur néfaste, la crépidule est aussi un ingénieur de l’écosystème, modifiant physiquement et biologiquement son habitat. Elle constitue un modèle biologique pour étudier comment les espèces invasives et ingénieurs peuvent structurer et modifier l’écosystème qu’elles colonisent. Dans le cadre de cette thèse, ces effets ont été examinés à travers le fonctionnement trophique des habitats à crépidules, en lien notamment avec la production primaire benthique. Il a été mis en évidence expérimentalement une stimulation du microphytobenthos (MPB) subtidal grâce à l’activité biologique de la crépidule. La niche trophique de C. fornicata a été redéfinie suite à la découverte de la présence de sphérules de carbonates dans ses tissus, surestimant la contribution du MPB dans son régime alimentaire. L’utilisation de différents marqueurs trophiques (pigments, acides gras, isotopes) a révélé que les jeunes individus mobiles étaient susceptibles de brouter le MPB associé au biofilm présent sur les coquilles. Les adultes sessiles, sont des filtreurs opportunistes, où la matière détritique mais aussi du MPB contribuent à leur régime alimentaire. L’analyse de différents suspensivores inféodés à cet habitat, a démontré que la crépidule n’était pas un compétiteur trophique pour des espèces commercialement importantes (pétoncle noir et huître plate) dû à leurs mécanismes de sélection trophique. À l’échelle du réseau trophique, la crépidule en très forte densité peut conduire à une homogénéisation du réseau trophique global dû à l’enrichissement en matière organique. Au contraire, un banc mort de crépidules montre une complexité trophique similaire à celle d’un banc de maërl, écosystème à forte biodiversité. Cette thèse, en plus d’avoir caractérisé le fonctionnement trophique des bancs de crépidules, montre qu’une espèce invasive, en facilitant certains compartiments biologiques (MPB, suspensivores), peut contribuer à la richesse d’un écosystème comme celui la rade de Brest. / The slipper limpet (Crepidula fornicata) is an invasive species of European coasts. Protandric hermaphrodite, this gregarious species forms individuals' stacks which accumulate in high density on bottom. For a long time considered as a detrimental invader, the slipper limpet is also an ecosystem engineer, modifying its habitat both physically and biologically. It is model to study how invasive and engineer species can structure and modify the ecosystem that they colonize. In this Ph.D. thesis, these effects have been examined through the trophic functioning of habitats colonized by the slipper limpet, with a special reference to the primary benthic production. Experimental stimulation of subtidal microphytobenthos (MPB) has been demonstrated by the biological activity of the slipper limpet.The trophic niche of C. fornicata has been redefined following the discovery of the presence of carbonate spherules in its tissues, overestimating the contribution of MPB in its diet. Several trophic markers use (pigments, fatty acids, isotopes)revealed that young motile individuals were likely to graze the MPB associated to shell biofilm. Sessile adults, were likely opportunistic filter-feeders, where detritus but also MPB contribute to their trophic diet. The analysis of several filter-feeders inhabiting Crepidula beds has demonstrated that the slipper limpet was not a trophic competitor for commercially important species (black scallop and flat oyster) due to their trophic sorting mechanisms. At the food web scale, the high density of slipper limpet can lead to a homogenization of the global food web due to organic matter enrichment. Dead Crepidula bed showed trophic complexity similar to maerl bed, which is a high biodiverse ecosystem. This thesis, in addition to characterize the trophic functioning of Crepidula beds, shows that an invasive species, in facilitating different biological compartments (MPB, filter-feeders), can contribute to the ecosystem richness such as the Bay of Brest.

Le méthane (CH4) est un puissant gaz à effet de serre produit lors de la fermentation microbienne anaérobie des aliments dans le rumen. L’un des enjeux majeurs pour le secteur de l’élevage est de trouver des stratégies (alimentaires, génétique) pour réduire les émissions de CH4 tout en maintenant les performances animales. Les techniques de mesure de ces émissions sont coûteuses et difficilement utilisables à grande échelle sur le terrain, d’où la nécessité de trouver des alternatives de mesure ou biomarqueurs pour prédire ces émissions. Les acides gras (AG) du lait ont déjà été identifiés comme indicateurs intéressants de la méthanogenèse chez la vache laitière, mais il convient d’améliorer la précision des équations de prédiction du CH4 existantes ainsi que d'élargir leur domaine d'application à tous types de rations. L'objectif de mon travail de thèse a été de confirmer la pertinence des AG du lait comme indicateurs périphériques de la méthanogénèse chez la vache laitière avec diverses conditions nutritionnelles. Deux bases de données regroupant des données individuelles (issues d’une collaboration scientifique internationale) et moyennes (issues de la littérature) de CH4, de composition en AG du lait et d’autres performances et caractéristiques de l’animal, ainsi que des données de composition chimique des rations, ont été créées. Parallèlement, l’acquisition in vivo de données en conditions expérimentales contrôlées pour des rations mal connues ont permis d’incrémenter la base de données individuelles. Des équations de prédiction des émissions de CH4 [en g/jour, g/kg de matière sèche ingérée (MSI), et g/kg de lait] ont été développées à partir de certains AG du lait, utilisés seuls ou combinés à d’autres variables d’ingestion et de performances laitières, représentant alors des modèles complexes. Des relations entre les émissions de CH4 et la teneur de différents AG du lait (C10:0, iso C17:0 + trans-9 C16:1, iso C16:0, cis-11 C18:1, cis-15 C18:1, cis-9,cis-12 C18:2, et trans-11,cis-15 C18 :2) ont été mises en évidence, confirmant des voies métaboliques communes dans le rumen entre méthanogenèse et métabolisme lipidique. Les équations sont également liées aux types de régimes à partir desquels elles ont été développées. Les équations simples (AG du lait uniquement) sont moins précises que les complexes (erreurs résiduelles de prédiction, respectivement, de 58.6 g/jour, 2.8 g/kg MSI et 3.7 g/kg lait vs. 42.8 g/jour, 2.5 g/kg MSI et 3.3 g/kg lait). Une différence minimum de 16% de CH4 entre stratégies de réduction pourra être mise en évidence par la meilleure équation de prédiction développée. Des équations basées sur des AG bien déterminés par les méthodes infrarouges devront être testées pour évaluer, en routine et à grande échelle, de nouvelles stratégies de réduction des émissions de CH4 entérique chez la vache laitière. / Methane (CH4) is a potent greenhouse gas coming from the anaerobic microbial fermentation of the diet in the rumen. One of the main current challenge for the dairy sector is to find CH4 mitigation strategies (diets or genetics) without altering animal performance. Enteric methane measurement methods are costly and very difficult to apply on a large scale on field. Thus, there is a need to develop alternative measurement methods, such as equations based on proxies to predict CH4 emissions. Milk fatty acids (FA) have been identified as potential predictors of the methanogenesis in dairy cattle, but the prediction ability of extant published CH4 equations must be improved, and their domain of applicability must be enlarged to a wide range of diets. The objective of this PhD thesis was to confirm the potential of milk FA as proxies to predict enteric CH4 emissions in dairy cows fed a wide range of diets. Two databases (based on individual and mean data, respectively) were built thanks to an international collaboration, and gathered data on CH4, milk FA composition, dairy performances, diet and animal characteristics. Two in vivo experiments were conducted with the aim to study the effect of dietary strategies poorly documented, on methanogenesis and milk FA. The data from these experiments were included in the created database. Firstly, simple CH4 prediction equations were developed [g/d, g/kg of DMI (DMI), and g/kg of milk] based only on milk FA, and secondly other variables related to cow intake or characteristics, and dairy performance were added and constituted complex equations. Relationships between CH4 and several milk FA (C10:0, iso C17:0 + trans-9 C16:1, iso C16:0, cis-11 C18:1, cis-15 C18:1, cis-9,cis-12 C18:2, and trans-11,cis-15 C18 :2) were found, confirming common rumen metabolic pathways between methanogenesis and lipid metabolism. Equations were also closely related to the diets included in the database used for their development. Simple equations were less accurate than complex ones (prediction error of 58.6 g/d, 2.8 g/kg DMI and 3.7 g/kg milk vs 42.8 g/d, 2.5 g/kg DMI and 3.3 g/kg milk, respectively). A minimum difference of 16% in CH4 emissions between mitigating strategies can be evidenced with the best prediction equation developed in this PhD. Methane prediction equations based on milk FA well determined by infrared spectrometry methods need to be developed in order to be used on a routine basis and on a large scale. These prediction equations would allow studying the effect of novel mitigation strategies of enteric CH4 emissions in dairy cows.

Une des questions cruciales dans le débat écologique actuel est de déterminer si la plasticité phénotypique pourra permettre aux espèces de répondre au rythme rapide des changements environnementaux en cours. L’objectif général de cette thèse était d’étudier les effets d’un appauvrissement en acide gras polyinsaturés du type n-3 (AGLPI) sur la plasticité de deux espèces, le bar européen (Dicentrarchus labrax) et le bar rayé (Morone saxatilis). L’effet combiné d’une augmentation de la température et d’une réduction en disponibilité des AGLPI n-3 nutritionnels chez les juvéniles de bar européen a entrainé une modification importante des acides gras neutres musculaires ainsi qu’un taux de croissance et une masse hépatique plus faibles. À température élevée, une croissance accrue a été observée avec les deux régimes, suggérant une absence de carence. En revanche, l’aliment n’a pas eu d’effets sur les facteurs transcriptionnels hépatiques liés à la régulation de la bioconversion des AG. Les juvéniles nourris avec le régime appauvri en AGLPI n-3 présentaient une vitesse critique de nage accrue en présence de contraintes hypoxiques et hypoosmotiques. Chez le bar rayé, le régime alimentaire modifie les profils en AG du muscle (fraction neutre) et du foie. Le régime pauvre en AGLPI n-3 a été associé à une augmentation de la masse cardiaque, sans effet sur la croissance en eau froide. Un niveau de stress plus élevé associé à des mortalités a été observé en eau douce. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension de l’impact des changements globaux sur les organismes aquatiques et ouvrent la voie à de nouvelles perspectives de recherche. / One of the major questions in the current ecological debate about global change is whether phenotypic plasticity will enable species to respond to the rapid pace of ongoing environmental change. The general objective of this thesis was to study the effects of n-3 polyunsaturated fatty acid (n-3 PUFA) depletion on the plasticity of two species, the European bar (Dicentrarchus labrax) and the striped bass (Moronesaxatilis). In juvenile European bass, the combined effect of an increase in temperature and of a reduction in availability of n-3 nutritional PUFA resulted in marked modifications of the profile in neutral muscular fatty acids and a smaller liver mass.At high temperature, growth was increased with the two diets which suggests an absence of nutritional deficiency.Conversely, diet did not affect the hepatic transcriptional factors involved in regulation of FA bioconversion. Juveniles fed the low AGLPI n-3 diet had a higher critical swimming speed in presence of hypoxic or hypoosmotic constraints. In striped bass juveniles, AGLPI n-3nutritional availability brought modifications of lipid profile both in muscle (neutral fraction) and in liver. Diet with low AGLPI n-3 was associated with a larger cardiac mass, but had no effect on growth in cold water. A higher stress level was observed in FW which was associated to higher mortality.These results contribute to a better understanding of the impact of global changes on marine organisms and pave the way for new research perspectives.

La réduction du CO₂ est considérée comme une des approches les plus intéressantes pour convertir ce gaz en produits chimique d’intérêt tels que les acides carboxyliques. Le marché de ces composés devrait augmenter considérablement au cours des prochaines années, d'où la nécessité de trouver des méthodes de production durables et respectueuses de l'environnement. Les complexes de samarium divalents sont reconnus pour leur fort pouvoir réducteur monoélectronique, ce qui en fait des réactifs de choix pour la réduction de certains groupes fonctionnels difficiles à réduire tels que le CO₂. Cependant, dans la littérature, bien que ce réactif ait été utilisé en association avec le CO₂, prouvant ainsi que la réduction du CO₂ est possible, mais jamais à notre connaissance pour des applications synthétiques. Nous rapportons ici l'activation du CO₂ initiée par le samarium bivalent électrogénéré. Grâce à notre méthode, récemment mise au point, pour la production électrochimique in situ d’espèces divalentes de samarium, la synthèse de dérivés de l’acide benzoïque a été réalisée avec succès. De plus, les conditions d'activation électrocatalytique du CO₂ ont été établies dans ce travail et appliquées non seulement à la préparation des acides phénylacétiques à partir de dérivés du chlorure de benzyle, mais également à l'hydrocarboxylation régiosélective des analogues du styrène et du phénylacétylène. Ce protocole à base de Sm (II) électrogénéré offre la prochaine génération de systèmes durables pour la transformation du CO₂ en molécules de haute valeur sous des conditions douces et sans l'ajout de co-réducteurs. / CO₂ activation is considered one of the most attractive tools to convert this cheap, abundant and non-toxic gas into valuable chemical feedstocks such as carboxylic acids. The market value of these compounds is expecting a significant increase in the next few years, thus the urgent need for sustainable and eco-friendly production pathways. Divalent samarium complexes are known for their strong monoelectronic reductive power that made them the perfect choice for the reduction of some challenging functional groups. Indeed, in the literature, this reagent has been used in combination with CO₂ but only to achieve the reductive disproportionation of CO₂ while no example reported C-C bond formation via CO₂ activation using the Sm(II) complexes. Herein, we report the CO₂ activation initiated by electrogenerated divalent samarium. Taking advantage of our recently developed method for the in situ generation of Sm(II) species, the synthesis of benzoic acid derivatives was successfully achieved. Furthermore, electrocatalytic CO₂ activation conditions were established in this work and applied not only for the preparation of phenylacetic acids from benzyl chloride derivatives but also for the regioselective hydrocarboxylation of styrene and phenylacetylene analogs. This electrochemical Sm(II)-based protocol offers the next generation of sustainable system to transform CO₂ into highly valued molecules under mild conditions and without the addition of co-reductants.

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses à Gram positif que l’on retrouve dans les couches superficielles du sol. La souche modèle S. coelicolor M145 est capable de produire des antibiotiques et accumuler de faibles quantités de triacylglycérol lorsqu’elle est mise en culture avec le glucose ou le glycérol comme source de carbone. La souche produit de l’actinorhodine seulement en culture avec le glycérol comme source de carbone, et nous assistons à une accumulation d’acides gras, notamment sous forme d’esters d’acide oléique avec l’une ou l’autre source de carbone. Ces accumulations d’acides gras ne durent que pendant une certaine période de temps, à l’issu de laquelle l’accumulation s’arrête, et on assiste à la production de métabolites secondaires qui peut s’accompagner de la consommation des acides gras précédemment accumulés. Ces observations suggèrent d’une part que la source de carbone est un effecteur différentiel dans la production de métabolites secondaire, et que d’autre part le métabolisme des lipides est lié au métabolisme secondaire. Ce travail de thèse va tenter d’établir les liens entre le métabolisme primaire et le métabolisme secondaire chez S.coelicolor via le métabolisme des lipides. Pour se faire, nous avons dans un premier temps défini un milieu synthètique, ainsi que des stratégies d’alimentation de type fed-batch en bioréacteur, pour permettre d’obtenir d’une part une phase de croissance exponentielle, et d’autre part une phase de croissance non exponentielle et imposée par une limitation en azote. Cette limitation nutritionnelle est classiquement utilisée à la fois lors des études de l’accumulation de lipides chez les microorganismes oléagineux tels que Yarrowia lipilytica ou Rhodotorula glutinis, et aussi dans le cas d’études de la production d’antibiotiques par les Streptomyces. L’étude du métabolome couplée à l’étude du protéome nous a permis d’établir la direction générale des flux globaux de carbone, d’énergie et de pouvoir réducteur lors des différentes phases de croissances. Ces travaux démontrent une hétérogénéité métabolique dans la population bactérienne totale, avec la présence de 2 à 3 sous-populations différentes pouvant coexister. Les évolutions temporelles du protéome et notamment des régulateurs transcritptomiques montrent des réactions tardives, très certainement dues à la présence d’effecteurs intracellulaires accumulés, ainsi qu’au dynamisme de la culture. / Streptomyces are filamentous Gram positive bacteria found in the soil upper layers. The model strain S. coelicolor M145 can produce antiobiotics and accumulate low levels of triacylglycerol when cultivated with glucose or glycerol as carbon source. This strain produces actinorhodin only when glycerol is used as carbone source, but the fatty acids accumulation as esterified oleic acid occurs with both carbon sources. However, the fatty acids accumulation only last for a short period of time, and afterward, a production of secondary metabolites is observed and the previously accumulated fatty acids are consummed. Those results suggest that the carbon source act as an effector for the production of secondary metabolites and the lipids metabolism is some ways linked to the secondary metabolism. With this work, we will try to establish the links between the primary and secondary metabolism via the lipids metabolism with S. coelicolor. First, in order to obtain cultures with an exponential growth phase and a non-exponential growth phase under a nitrogen limitation, a synthetic media and fed-batch feeding strategies have been designed. The nitrogen limitation is usually used to study lipids accumulation with oleaginous microorganisms such as Yarrowia lipilytica or Rhodotorula glutinis, and also during studies of antibiotics production with Streptomyces. The metabolomics study paired with the proteomics study made possible to establish the global directions of carbon, energy and reduced power fluxes during all the obtained growth phases. This work also showed that the microbial population is heterogeneous and 2 to 3 subpopulations can coexist with both carbon sources. The proteomics temporal changes and in particular of transciptional regulators show some late reactions to the nitrogen limitation especially when glycerol is used, probably because of the intracellular accumulation of effector compounds over time, and because of growth kinetics.

L’acide 3-hydroxypropionique (3-HP) est une molécule plate-forme, particulièrement visée pour ses dérivés acrylés et les polyesters. Sa production par voie biotechnologique fait l’objet de nombreuses études, afin de les obtenir de manière biosourcée. Cependant, dans ces procédés, le 3-HP est dilué dans des milieux de fermentation contenant de nombreuses impuretés. De plus, l’accumulation de l’acide dans les milieux crée une forte inhibition sur les microorganismes producteurs. Nous proposons alors un procédé visant à extraire sélectivement le 3-HP du milieu de fermentation en même temps qu’il est produit afin de limiter son accumulation et de le purifier en continu. Les propriétés du 3-HP ainsi que les meilleures conditions de fermentation actuelles ont permis d’identifier l’extraction liquide-liquide réactive en contacteur membranaire comme une technique de choix. Nous avons tout d’abord élucidé le mécanisme réactionnel impliqué dans le système puis modélisé les équilibres associés afin de pouvoir prédire les rendements d’extraction en fonction de paramètres opératoires. Plusieurs méthodes de désextraction ont été testées, ce qui a permis de coupler les étapes d’extraction et de désextraction dans un procédé semi-continu mimant une production fermentaire. La modélisation dynamique de ce mode de fonctionnement a permis de prédire précisément les résultats expérimentaux. Les milieux ont alors été complexifiés afin de mieux représenter la réalité d’un milieu biologique en identifiant l’impact de chaque constituant. / 3-hydroxypropionic acid (3-HP) is a platform molecule targeted for its acrylated derivatives and polyesters. Its production through biological pathways is widely studied in order to make them bio-based. However, in such processes, 3-HP is diluted in fermentation broths containing many impurities. Moreover, the accumulation of the acid in the broths generates a strong inhibition towards the producing microorganisms. We suggest here a process aiming at extracting 3-HP selectively as soon as it is produced in order to reduce its accumulation and have it purified continuously. 3-HP properties as well as the current best fermentation conditions made us identify reactive liquid-liquide extraction in membrane contactors as promising technique. First, we elucidated the reaction mechanism of extraction in our system and then modeled the associated thermodynamic equilibria as a function of operating paramaters. Several back-extraction methods were tested and it allowed the coupling of the extraction and back-extraction steps in a semi-continuous process mimicking a biological production. The dynamic modeling of this operating mode made possible the accurate prediction of experimental results. The aqueous phase were then made more and more complex in order to better describe an actual fermentation broth and identify the influence of each component on the process efficiency in terms of yield, kynetics and selectivty.

Les premier et second transferts de brin sont deux étapes essentielles de la transcription inverse du génome du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). De nombreuses études in vitro suggèrent que les transferts nécessitent l’action de la protéine de nucléocapside du VIH-1 (NC). Le premier transfert, se produisant de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ de l’ARN génomique du VIH-1, repose en grande partie sur un appariement ADN-ARN impliquant la région r de l’ADN strong-stop (ADNss) et la région R située à l’extrémité 3’ de l’ARN viral (ARN 3’UTR). Les structures, interactions et dynamiques qui gouvernent cet appariement sont mal connues. Jusqu’à notre étude, la formation de l’hybride ADN-ARN n’avait été étudiée in vitro qu’avec des courts acides nucléiques qui ne reflètent que partiellement les structures formées par l’ADNss et l’ARN 3’UTR dans le virus en cours de réplication. L’objectif principal de ma thèse a été de caractériser in vitro les mécanismes moléculaires qui gouvernent l’hybridation de l’ADNss avec l’ARN 3’UTR. Pour atteindre cet objectif, j’ai utilisé des méthodes de la biologie moléculaire et j’ai analysé la structure secondaire de l’ADNss entier avec trois sondes de structure (DNase I, mung bean nuclease et permanganate de potassium) : i) en l’absence de NC ; ii) en présence de NC ; iii) en présence de l’ARN 3’UTR.Les résultats obtenus nous ont permis d’être les premiers à déterminer in vitro la structure secondaire de l’ADNss entier du VIH-1 et à identifier dans celui-ci quatre sites sur lesquels se fixe préférentiellement la NC. A notre connaissance, les structures secondaires des ADNss d’autres rétrovirus n’ont pas été déterminées. Nos données structurales sont en faveur d’une structure secondaire de l’ADNss du VIH-1 constituée de trois tiges-boucles (u5, cpoly(A) et cTAR) et trois régions simple-brin en l’absence ou présence de NC. Notre analyse phylogénétique suggère que la structure secondaire de l’ADNss et les sites forts NC sont conservés parmi les différents groupes du VIH-1. Nos résultats suggèrent aussi qu’une partie de la région u5 de l’ADNss établit des interactions très faibles et probablement transitoires avec une partie de la région U3 de l’ARN 3’UTR en l’absence de NC. En réalisant des cinétiques d’hybridation et en utilisant deux ADNss mutés, nous avons montré que l’hybridation ADNss-ARN 3’UTR nécessite l’activité de la NC et que ce processus ne repose pas sur une seule voie d’initiation. Nos résultats supportent un modèle dans lequel la première étape est la fixation de la NC au niveau des quatre sites, ce qui va déclencher l’ouverture de la structure tridimensionnelle de l’ADNss et favoriser ainsi l’accessibilité de la région r ; la seconde étape étant la déstabilisation par la NC des structures secondaires ; la troisième étape étant l’appariement par la NC des régions complémentaires r et R. L’ensemble des résultats obtenus permet à mon équipe d’accueil d’initier de nouvelles études in vitro et ex vivo. / An essential step of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) reverse transcription is the first trand transfer that requires base pairing of the R region at the 3’- end of the genomic RNA with the complementary r region at the 3’-end of minus strand strong-stop DNA (ssDNA). HIV-1 nucleocapsid protein (NC) facilitates this annealing process. Determination of the ssDNA structure is needed to understand the molecular basis of NC-mediated genomic RNA-ssDNA annealing. For this purpose, we investigated ssDNA using structural probes (nucleases and potassium permanganate). This study is the first to determine the secondary structure of the fulllength HIV-1 ssDNA in the absence or presence of NC.Our probing data obtained in the absence of NC, suggest weak contacts between the u5 region of ssDNA and the U3 region the genomic RNA. The probing data and phylogenetic analysis support the folding of ssDNA into three stem-loop structures and the presence of four high-affinity binding sites for NC. Using the gel retardation assay, we analyzed the interaction of NC with each site. Taken together, our results support a model for the NC-mediated annealing process in which the preferential binding of NC to four sites triggers unfolding of the threedimensional structure of ssDNA, thus facilitating interaction of the r sequence of ssDNA with the R sequence of the genomic RNA. In addition, using gel retardation assays and ssDNA mutants, we show that the annealing of ssDNA to the 3’- end of the genomic RNA requires NC activity and does not rely on a single pathway (zipper intermediate or kissing complex).

Le développement folliculaire est un processus finement régulé au cours duquel d'innombrables interactions se produisent. Cette régulation fine permet la production d'un ovocyte de qualité, précurseur d'un embryon apte à poursuivre les différentes étapes du développement embryonnaire. La production de cet ovocyte est dépendante des interactions avec son environnement, avec les cellules du cumulus, les cellules de la granulosa et de la thèque qui constituent le follicule ovarien. Ces cellules somatiques agissent comme régulateurs du développement ovocytaire et comme médiateurs de l'environnement maternel. Parmi les facteurs qui influencent la folliculogenèse, l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH), deux principales hormones clés agissent de manière synergique et complémentaire pour assurer la croissance et l'ovulation. En plus de ces signaux hormonaux, le follicule est également sensible au métabolisme maternel qui, via différents métabolites et leurs précurseurs, influence le développement folliculaire. Dans un premier temps cette thèse s'intéresse à la caractérisation des principaux réseaux de signalisation qui sont impliqués dans la stimulation des cellules de la granulosa humaine en culture par les deux principales hormones ; la FSH et la LH. L'objectif étant d'utiliser des outils de génomique tels le séquençage à haut débit pour produire une image globale des différentes voies géniques qui répondent à l'activation des réseaux de signalisation de la protéine kinase A, de la protéine kinase C et de la protéine kinase B, trois voies de signalisation importantes dans la médiation des effets de la FSH et de la LH dans la granulosa. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse également à un autre aspect de l'environnement maternel qui, tout comme les signaux hormonaux, influence le développement folliculaire ; le métabolisme. Le deuxième volet de la thèse a donc comme objectif de décrire à l'aide des mêmes outils de génomique, l'impact des acides gras libres et de l'insuline sur les réseaux de signalisation des cellules de la granulosa humaine. L'utilisation d'un modèle cellulaire in vitro unique nous permettant l'étude des réseaux de signalisation dans un système stable et à un stade folliculaire autrement inaccessible chez la femme, a permis de mettre en évidence un rôle clair de la protéine kinase C dans la médiation des effets de la LH sur les cellules de la granulosa lors de la différenciation et maturation finale du follicule. L'étude plus en profondeur de ces réseaux de signalisation, incluant celui de la protéine kinase B au troisième chapitre, suggère que la protéine kinase A dirigerait majoritairement la différenciation folliculaire précoce alors que la protéine kinase C entrainerait une différenciation terminale impliquant des changements reliés aux processus inflammatoires et à l'ovulation. La protéine kinase B serait quant à elle une voie à caractère permissif agissant sur la survie cellulaire et qui supporterait les deux premières dans leurs actions. La thèse révèle également une certaine sensibilité des cellules de la granulosa au métabolisme maternel. Ainsi dans un contexte de maladie métabolique maternelle et d'exposition à de plus grandes quantités d'acides gras libres et d'insuline, plusieurs voies géniques reliées entre autres à la stéroïdogenèse, au métabolisme, à l'inflammation et au stress seraient perturbées dans la granulosa affectant ainsi le cours du développement folliculaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un aperçu global de l'action de certains des principaux réseaux signalétiques en action au cours de la folliculogenèse au niveau de la granulosa. Les données présentées dans cette thèse révèlent également un premier aperçu de la réponse génomique de ce tissu à certains défis métaboliques dont la prévalence est en augmentation dans la population. En plus de suggérer de nouveaux marqueurs potentiels et de générer de nouvelles hypothèses, les différentes études présentées dans cette thèse permettent l'amélioration de notre connaissance de la signature transcriptomique des cellules de la granulosa humaine en réponse aux gonadotrophines et à l'environnement métabolique maternel contribuant ainsi indirectement à l'amélioration des techniques de procréation assistée. / Folliculogenesis is a finely coordinated process that involves countless interactions which will influence the oocyte's quality and its ability to produce an embryo that will be capable of resuming the different steps of further embryonic development. Production of a good quality oocyte depends intrinsically on the interactions between the different cell types of the follicle and the exchanges with its direct environment. Granulosa cells act as the main coordinator for the follicular development and act as one of the principal mediators between the maternal environment and the oocyte. Among the many factors and hormones that influence folliculogenesis processes, the follicle-stimulating hormone (FSH) and the luteinizing hormone (LH) are both key hormones that regulate growth and ovulation in a complementary fashion. Besides these two hormones, the follicle is also sensitive to several components of the maternal metabolism such as hormones and metabolites that impact follicular development. First, the objective of this thesis was to characterize important signaling pathways involved in human granulosa cells stimulation by both FSH and LH. Using genomic technologies such as high-throughput sequencing, we were able to provide a global picture and a first insight of the three main signaling pathways activated in response to both hormones, namely the protein kinase A, the protein kinase B and the protein kinase C signaling pathways. Then, the thesis work also aims to describe, using the same technologies and the same in vitro model, the impact of maternal metabolism, more precisely of fatty acids and insulin on genomic answer in human granulosa cells. Using an in vitro cellular model allowing the study of the different signaling pathways in a very stable context and the study of a follicular stage otherwise not accessible in women, the work completed in this thesis allowed us to highlight and to specify the role of the protein kinase C as a major mediator of the LH signaling action on granulosa cells differentiation and final follicular maturation. In depth study of the main signaling pathways involved in FSH and LH signaling, including the protein kinase B, suggested that PKA signaling may drive the early differentiation of granulosa cells while PKC is thought to potentially control the "advanced" granulosa cell differentiation, mediating pathways related to inflammation and ovulatory processes. The PKB pathway should be looked at as a permissive signaling pathway that supports cell survival as well as PKA and PKC signaling but that is certainly of no less importance. The results of chapter 4 also revealed the direct sensitivity of granulosa cells to the metabolic context of the female during late folliculogenesis. Globally, when exposed to metabolic challenges such as high concentrations of fat and insulin, human granulosa cells seemed to respond through the modulation of numerous genes and pathways related to mitochondrial biofunctions, energy metabolism, and steroidogenesis and to activate as well a gene expression program linked to the immune response and to inflammatory processes. Ultimately, this thesis presents a first insight of the action of the main kinases involved in the response to gonadotrophin stimulation in human granulosa cells and an overview of the genomic reorganization in these cells triggered by metabolic challenges that are increasing in prevalence in the current population. Providing a great amount of data to potentially target new developmental or quality makers, this work also generates lots of new hypotheses on mechanisms involved in human folliculogenesis contributing to the improvement of our knowledge of human granulosa cells transcriptomic signatures and indirectly to the improvement of medically assisted reproduction techniques.