Le foie est un organe qui exerce un rôle majeur dans le contrôle de l’homéostasie métabolique et énergétique de l’organisme en maintenant la glycémie à un taux constant. LKB1 est une sérine-thréonine kinase qui joue un rôle clef dans la physiologie cellulaire en couplant le contrôle du métabolisme au statut énergétique de la cellule. A l’aide de modèles murins ayant une délétion de LKB1 dans les hépatocytes adultes, nous avons identifié un rôle complexe pour LKB1 au sein de l’homéostasie énergétique. L’objectif de ma thèse était de caractériser ce phénotype et d’en comprendre les bases physiologiques. Nos résultats montrent une hyperglycémie à jeun chez les animaux mutants, associée à une perte de masse maigre (muscle), une accumulation du glycogène à jeun et une activation constitutive de la voie de l’insuline, qui, à long terme, conduit à une cachexie. Nos résultats suggèrent que Lkb1 hépatique exercerait un dialogue complexe avec la signalisation insuline dans le contrôle de la gluconéogenèse avec une dépendance énergétique aux acides aminés. Nous avons aussi montré qu’il existait un dialogue complexe entre LKB1 et la voie Wnt/β-caténine dans le foie. En effet, les carcinomes hépatocellulaires (CHC) mutés CTNNB1 ont des caractéristiques phénotypiques en termes de polarité et de métabolisme (absence de stéatose). Nous avons émis l’hypothèse que ce phénotype pouvait être secondaire à l’activation du gène suppresseur de tumeurs LKB1. Les mutations CTNNB1 sont en effet capable d’induire l’expression protéique de LKB1 dans les lignées hépatomateuses humaines, et les CHC mutés CTNNB1 présentent une expression protéique accrue de LKB1. De plus, dans deux modèles murins d’invalidation hépatospécifique de Lkb1, LKB1 est apparu comme requis pour l’activation du programme transcriptionnel de β-caténine mais de façon dépendante du stade de développement et du contexte nutritionnel. / The liver plays a major role in the control of both metabolic and energetic homeostasis in the body by maintaining glycemia. LKB1 is a serine-threonine kinase that plays a crucial role in cell physiology by controlling cell metabolism and cell energetic status. Using murine model with LKB1 hepatospecific deletion, we identified a complex role for LKB1 in energy homeostasis. The aim of my thesis was to characterize this phenotype and to understand its physiological basis. Our results show a hyperglycemia at fasted state in mutants animals, associated with a loss of dry mass, a glycogen accumulation and a constitutive activation of insulin signaling, which leads to a cachexia at long term. Our results suggest that hepatic Lkb1 is involved in a cross talk with insulin signaling in the control of neoglucogenesis with amino acid dependence. We also showed a cross talk between LKB1 and Wnt/β-catenin signaling in the liver. Indeed, CTNNB1-mutated hepatocellular carcinoma (HCC) have phenotypic features in terms of polarity and metabolism (lack of lipid accumulation). Our hypothesis is that this phenotype would be secondary to the activation of the tumour suppressor gene LKB1. CTNNB1 mutations induce LKB1 proteic expression in human hepatoma cell lines and CTNNB1-mutated HCC show an increased proteic LKB1 expression. In two murine models of Lkb1 hepatospecific invalidation, LKB1 seems to be necessary for the activation of the β-catenin transcriptional program in a way that is dependent on developpemental state and nutritional context.

La phytoremédiation constitue une nouvelle technologie permettant de dépolluer les sols contaminés par l'utilisation de plantes. Parmi les différents aspects possibles de cette méthode, figure la phytoextraction basée sur l'absorption et l'accumulation du polluant dans les parties aériennes. Pour être efficace, il est nécessaire de disposer de plantes présentant une biomasse élevée. L'objectif de ce travail visait à sélectionner des variétés de moutarde indienne (Brassica juncea L.) tolérantes et accumulatrices de cadmium.<br />La première partie du travail a consisté à mettre au point et à optimiser une méthode de régénération in vitro de plantes de moutarde indienne, à partir de couches cellulaires minces transversales (CCMTs) (influence de l'organe utilisé, de AgNO3 et de la benzylaminopurine). La régénération a été réalisée en appliquant une pression de sélection par le cadmium pour modifier la tolérance au métal. <br />La deuxième partie aborde l'effet des traitements par le cadmium : in vitro et en serre, sur le développement des plants. Une analyse des perturbations physiologiques et biochimiques observées a permis d'évaluer la tolérance des plants vis à vis du cadmium et indiquent que les plantes néoformées en présence de cadmium mettent en place un système d'exclusion du métal.<br />Dans la troisième partie, pour compléter l'étude précédente sur des plantes néoformées, l'effet du cadmium a été testé sur des plantes de B. juncea directement issues de semis. Plusieurs paramètres physiologiques et biochimiques, caractéristiques des stress, ont été étudiés (activité gaïacol peroxydase, peroxydation des lipides, pigments, acides aminés libres, proline glucides, polyamines libres et conjuguées). En raison de leurs propriétés anti-oxydantes, une attention particulière a été portée aux polyamines dont l'application exogène permet d'envisager son utilisation pour améliorer la capacité d'accumulation du cadmium par les plantes.

Nous avons développé de nouvelles réactions de formation de liaison carbone-carbone catalysées par les complexes du rhodium utilisant les organotrifluoroborates de potassium. Ces dérivés du bore, facilement synthétisés, constituent une alternative, en terme de réactivité et de stabilité, aux acides boroniques. Les réactions d'additions-1,4, catalysées par le rhodium, d'organotrifluoroborates de potassium sur des substrats alpha,béta-insaturés ont été étendues aux énoates. Aussi, pour la première fois, les esters alpha-aminés ont pu être préparés par addition de Michael sur des alpha-aminoacrylates en présence de ligands chiraux et d'un agent de protonation efficace: le guaiacol. Une voie d'accès très simple aux alcènes trisubstitués à partir d'adduits de Baylis-Hillman a également été décrite et procède par un mécanisme d'addition conjuguée / béta-hydroxyélimination original. Enfin, nous avons abordé la synthèse de la Biphénomycine A: un tripeptide cyclique possédant une activité contre les bactéries à gram positif.

La séparation d'énantiomères suscite un vif intérêt pour les industries pharmaceutiques, chimiques et agroalimentaires. Les dérivés lipophiles de la néamine ont été utilisés en tant que nouveaux ligands en chromatographie chirale par échange de ligands. Ce travail s'est attaché à étudier les propriétés énantiosélectives des dérivés lipophiles de la néamine en CLHP et en EC. Des dérivés de la néamine (néamine 4'-mono C18, néamine 5-mono C18, néamine 6-mono C18, néamine 3',6-di C18, néamine 4',5-di C18, ou néamine 3′,6-di méthylnaphthalène), ont été synthétisés au sein de notre laboratoire et immobilisés de manière non covalente sur des supports chromatographiques de type C18 et graphite poreux et utilisés avec succès en CCEL pour séparer divers couples d'énantiomères d'acides aminés, de nucléosides et de dipeptides. Néanmoins, certaines molécules hydrophobes, comme le tryptophane, sont éluées trop tardivement et par conséquent, ne sont pas détectables. Pour remédier à ce problème, nous avons considéré la propriété de la néamine 4'-mono C18 à former des micelles, et avons envisagé son utilisation en MEKC. Les énantiomères du tryptophane sont séparés en moins de cinq minutes. Les effets de différentes conditions (concentration du sélecteur chiral, addition de méthanol dans le tampon de migration) sur le temps de migration ont été évalués. Cette méthode d'analyse a ensuite été testée avec succès sur d'autres analytes hydrophobes tels que le 1-méthyl-tryptophane, la 3,5-diiodo-tyrosine et la 1-naphtyl-alanine.

Il existe, aujourd'hui, de nombreuses et efficaces méthodes de caractérisation structurale tridimensionnelle de composés biologiques en phase condensée (RMN, diffraction des rayons X ou dichroïsme circulaire). Depuis une dizaine d'années, ce champ d'études s'est étendu à la phase gazeuse. Ce travail s'inscrit dans ce contexte et concerne le rôle structurant de Na+ sur les acides aminés Gly et Pro et sur des oligo-peptides de Gly et Ala, en combinant approches théoriques et expérimentales de spectroscopie infrarouge d'ions gazeux par dissociation multiphotonique (IRMPD) couplée à la spectrométrie de masse. Les spectres IRMPD expérimentaux des complexes sodiés d'acide aminé, nous ont permis d'identifier la présence exclusive de la forme zwitterionique dans le cas de Pro-Na+ et la présence de la forme non-zwitterionique dans le cas de Gly-Na+, conformément aux résultats de chimie quantique. Ainsi nous avons fourni la première démonstration directe de la présence d'un zwitterion d'acide aminé en phase gazeuse. Il s'agissait des premiers spectres infrarouge d'ions biologiques en phase gazeuse. L'étude théorique des complexes Glyn-Na+ et Alan-Na+ a montré que, pour n<=5, les conformères de plus basse énergie maximisent l'interaction électrostatique du métal avec les n groupements carbonyles, avec ou sans l'amine terminale. Ce comportement a été confirmé d'une part, par des expériences de spectroscopie IRMPD pour n=2,3 et d'autre part, par la détermination des énergies de liaison de ces complexes par la méthode cinétique de Cooks (n=2-4). Pour l'étude théorique de Glyn-Na+, 5<=n<=10, nous avons couplé des recherches conformationnelles Monte-Carlo basées sur des calculs de champ de forces AMBER, à des optimisations par calculs de type ri-BLYP utilisant l'approximation "résolution de l'identité". Cette approche a permis d'explorer en détail des sur! faces de potentiel très complexes. On peut distinguer deux classes limites de conformères, celle où le peptide est globulaire et celle où il adopte une conformation en hélice alpha ou 310. Nous avons montré que les structures les plus basses en énergie présentent le plus souvent une complexation tétradentate avec une forte auto-solvatation. Ces structures sont toutes globulaires pour n<10. Dans le cas de Gly10-Na+, le conformère le plus bas en énergie a une structure globulaire autour du sodium et un domaine de cinq résidus en hélice 310.

La voie de l'aspartate a été étudiée chez le maïs au travers de l'expression des gènes ask1, ask2, akh1 et akh2 codant pour des aspartates kinases, le dosage des acides aminés et le suivi isotopique de l'incorporation du 15N, issu de l'asp-15N, dans les acides aminés dérivés. Il apparaît que la voie de l'aspartate diffère entre deux lignées (lente et rapide) de maïs : une vitesse de germination lente serait associée à un effet inhibiteur de l'accumulation de lysine ou à un contenu limité en thréonine et méthionine. L'étude de l'effet de la lysine, par une recherche de QTLs (T50) en présence d'acides aminés, met en évidence un QTL spécifique à la germination en présence de lysine qui co-localise avec un QTL spécifique à la germination en condition de stress « froid ». L'ensemble des résultats obtenus indique que la teneur en lysine du grain serait en partie responsable de la vitesse de germination

Les acides aminés sont des éléments chiraux essentiels de la vie, ils ont des effets biologiques et pharmacologiques très importants. La séparation chirale des énantiomères des acides aminés est indispensable dans de nombreux domaines tels que l'industrie pharmaceutique, l'agroalimentaire, l'archéologie et la médecine légale. La chromatographie liquide haute performance (CLHP) avec l'utilisation d'une phase stationnaire chirale constitue à l'heure actuelle la méthode de choix pour séparer des énantiomères. Ce travail a permis d'étudier les mécanismes d'interactions mis en jeu dans la fixation et la séparation des énantiomères du tryptophane sur des phases stationnaires chirales (PSCs) de type teicoplanine et teicoplanine aglycone (TAG). Une étude thermodynamique comparative entre ces deux PSCs a permis de déterminer le rôle négatif joué par les trois unités saccharidiques de la teicoplanine dans le processus de discrimination chirale du tryptophane. Ainsi, nous avons montré que cet acide aminé interagit considérablement avec la poche aglycone de la teicoplanine. L'utilisation d'une nouvelle PSC de type teicoplanine, immobilisée de manière non-covalente sur des supports chromatographiques de type C8 et C18, a permis de séparer quelques acides aminés aromatiques et d'inverser leur ordre d'élution énantiomérique (L>D) par rapport à celui classiquement obtenu avec une immobilisation covalente sur gel de silice (D>L). Par ailleurs, nous avons développé une nouvelle classe de sélecteurs chiraux à base d'aminoglycosides en chromatographie chirale d'échange de ligands. Plusieurs énantiomères d'acides aminés et de nucléosides ont été séparés avec succès sur ce nouveau type de PSCs.

Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu'à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d'identifier des facteurs clé de l'association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l'approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l'identification de gènes cibles à l'intérieur des voies révélées par l'approche métabolique. A l'aide d'une puce à ADN dédiée au génome du d'A. pisum, les profils d'expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L'analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d'expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L'ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l'enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d'ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l'expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois.

Si l'intérêt nutritionnel des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 dans la prise en charge et la prévention des dysfonctions associées au syndrome métabolique, est bien établi. Les mécanismes d'action spécifiques sous-jacents aux effets bénéfiques de cette famille d'acides gras sont encore en cours d'étude. L'objectif de ces travaux était d'explorer le rôle de l'acide alpha-linolénique ALA ou 18 :3 n-3, dans la modulation des voies affectant l'homéostasie de molécules bioactives dérivant du métabolisme secondaire des acides aminés (le monoxyde d'azote -NO- et le glutathion). L'hypothèse sous-jacente est que ces modulations pourraient expliquer, du moins en partie, le rôle des AGPI n-3 dans le maintien des fonctions biologiques contrôlées par ces métabolites (telles que la fonction endothéliale et le statut oxydant) et impliquées de près dans la physiopathologie du syndrome métabolique. Notre intérêt a porté particulièrement sur la voie de régulation génique via le PPARα et sur son implication dans le contrôle des gènes du métabolisme des acides aminés par l'ALA. Nous avons exploré chez la souris de type sauvage et invalidée pour le PPARα, l'effet de l'apport alimentaire d'ALA dans le cadre de régime normo- ou hyper-lipidiques sur les voies du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. En parallèle nous nous sommes focalisés sur les effets de l'ALA au niveau vasculaire en utilisant un modèle de cellules endothéliales bovines en cultures. De ce travail de thèse s'est dégagé que l'ALA module effectivement le métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. L'apport d'ALA (à hauteur de 11% et 42% de l'apport énergétique) augmente la production de NO sans affecter l'expression hépatique des enzymes contrôlant l'utilisation de l'arginine (NOS et ARG). L'apport d'ALA (11%) augmente le pool hépatique du glutathion, alors que les plus forts apports d'ALA (42%) modulent l'expression des principales enzymes impliquées dans les voies d'utilisation de la cystéine (γGCL et CDO). Le PPARα ne semble pas être directement impliqué dans les effets observés de l'ALA, néanmoins, l'invalidation du PPARα rend le métabolisme secondaire des acides aminés plus sensible à la nature des acides gras alimentaire. Une meilleure biodisponibilité du NO et du glutathion suite à l'apport alimentaire d'ALA serait bénéfique pour la physiopathologie du syndrome métabolique. Il semble donc intéressant, à l'issus de ce travail, d'élaborer des études nutritionnelles validant ces effets de l'ALA chez l'homme dans une perspective de recommandations nutritionnelles.

La nécessité de différencier les molécules biologiques selon leur chiralité est d'un intérêt majeur dans l'industrie pharmaceutique. Un nanotube de carbone chiral placé dans une configuration de résonateur diélectrique gigahertz permet de détecter sélectivement et de façon réversible les énantiomères (gauche et droit) d'acides aminés adsorbés sur le résonateur, via la variation de sa fréquence. la sensibilité du capteur est optimisée quand l'angle chiral du nanotube avoisine 15°. pour améliorer les performances de sélectivité chirale du capteur et de conserver sa réversibilité d'adsorption, une hélice peptidique insérée à l'intérieur du nanotube permet de supprimer le contact direct entre le peptide et la molécule sondée. L'hélice peptidique polaire induit sur le nanotube un champ dipolaire chiral, qui exalte les effets non linéaires de polarisation à la surface du tube et augmente la sélectivité. En fonctions des propriétés électriques de l'hélice et du tube , la sélectivité chirale du capteur fonctionnalisé est augmenté de 50 à 10% par rapport au capteur initial. La chiralité des nanotubes de carbone joue un rôle prépondérant dans la stabilisation des nanotubes doubles parois (DWNTs), notamment si les deux parois sont de la même chiralité. Les modes de vibration du tube sont alors grandement modifiés. Par une étude d'un grand nombre de (DWNTs), des lois simples connectant le rayon, l'angle chiral, la longueur des tubes ont été obtenues pour décrire la discrimination chirale en énergie et l'influence de la chiralité sur les modes de vibration Raman de DWNTs.L'extension de ce travail sera d'utiliser les DWNTs comme détecteurs de structures chirales de plus grande dimension.