A l'heure actuelle la recherche de nouvelles ressources énergétiques est un domaine en plein développement. Dans ce cadre, l'hydrogène moléculaire y a toute sa place et sera un vecteur énergétique majeur du XXIème siècle en permettant le stockage des énergies renouvelables. Cependant son utilisation est pour l'instant limitée à cause du coût élevé de sa production, industriellement basée sur le platine comme catalyseur. Un des enjeux majeurs de ce siècle est donc de trouver de nouveaux catalyseurs performants pour la production d'hydrogène et dont le coût soit suffisamment faible pour permettre un développement industriel. Les hydrogénases sont des enzymes catalysant la réduction de protons en hydrogène avec une grande efficacité et en conditions douces. Leurs sites actifs sont basés sur des métaux abondants comme le nickel ou le fer et ont des activités similaires au platine dans certaines conditions. Cependant quelques inconvénients, comme leur inactivation par l'oxygène ou encore le fait qu'il soit assez difficile de les produire sous forme active, limitent leur utilisation technologique. Dans ce contexte, la chimie bio-inspirée et la chimie biomimétique sont particulièrement prometteuses : prenant exemple sur la nature et plus particulièrement sur les sites actifs enzymatiques, elles permettent de développer de nouvelles familles de catalyseurs. On a pu ainsi développer des complexes dinucléaire nickel-fer ou encore des complexes de cobalt ayant une activité dans la catalyse de réduction de protons. Certains complexes de cobalt, les cobaloximes et les complexes diimine dioxime de cobalt ont ainsi montré de bonnes activités dans la réduction de protons en milieux organiques ou mixtes organiques/eau. Jusqu'alors cependant peu d'études ont été effectuées en milieux complétement aqueux. Nous pouvons aller plus loin dans cette démarche via une approche dite biosynthétique, qui vise à incorporer des catalyseurs inorganiques dans des enveloppes protéiques. Ces enveloppes protéiques peuvent, par différentes interactions, potentiellement améliorer la solubilité et la stabilité dans l'eau des catalyseurs inorganiques. La thèse qui suit se concentre sur cette approche et plus particulièrement sur la production, la caractérisation et l'étude de nouveaux hybrides entre différentes hémoprotéines (myoglobine et hème oxygénase en particulier) et différents complexes de cobalt (cobaloximes et complexe diimine dioxime de cobalt). Après avoir mis au point un protocole pour la production et la purification de la myoglobine de cachalot sans son cofacteur héminique, nous nous sommes intéressés à préparer et caractériser différents hybrides. Nous avons pu montrer par ce travail que les hémoprotéines dépourvues de leur cofacteur biologique ont une affinité particulière pour les complexes de cobalt et que la coordination de ces complexes inorganiques se fait via une seule histidine de la protéine hôte. Les hybrides ainsi obtenus ont montré une grande stabilité en solution. En plus de l'ajout d'un ligand histidine en axial du cobalt, l'enveloppe protéique permet de moduler la seconde sphère de coordination. Nous avons pu montrer au cours de ce projet que la nature de la protéine hôte module les caractéristiques spectroscopiques et électrochimiques du complexe de cobalt. Enfin ces hybrides ont montré d'une manière générale une activité catalytique pour la production et la photoproduction d'hydrogène dans l'eau, là encore avec une nette influence de la protéine hôte sur l'activité du complexe. Nous avons donc au cours de cette thèse préparé et caractérisé des systèmes hybrides pouvant être qualifiés d'hydrogénases artificielles.

La prolifération, la migration et l'invasion sont des processus cellulaires biologiques fondamentaux qui sont régulés par une multitude de signaux extracellulaires. L'intégration de ces stimuli au niveau de différentes voies de signalisation intracellulaires permet d'adapter les capacités des cellules à exercer ces fonctions aux conditions du milieu extérieur. Outre des évènements génétiques tels que les mutations ou les translocations chromosomiques, des dérégulations des capacités de prolifération, de migration et d'invasion des cellules sont retrouvées lors de la mise en place d'un processus tumoral. La protéine nucléophosmine (NPM1) est un acteur important dans le contrôle de la balance prolifération/apoptose. Initialement décrite pour son rôle dans la biogénèse des ribosomes, NPM1 participe à de multiples processus cellulaires comme la duplication des centrosomes, la progression du cycle cellulaire et la transcription génique. NPM1 est ainsi fréquemment surexprimée dans les tumeurs solides d'origines histologiques variées, parmi lesquelles les cancers du colon, du poumon ou encore les tumeurs ovariennes. Les travaux antérieurs de l'équipe ont mis également en évidence que la protéine NPM1 est surexprimée dans les tissus de carcinomes prostatiques en comparaison avec le tissu adjacent sain. Mon travail de thèse avait pour objectif d'étudier l'impact d'une surexpression de NPM1 dans la progression des cancers de la prostate. Nous avons dans un premier temps analysé, in vitro et in vivo, les capacités invasives de cellules caractéristiques d'un stade avancé de cancers de la prostate en fonction du niveau d'accumulation de NPM1. Les résultats obtenus suggèrent que la protéine NPM1 intervient dans le processus tumoral en activant des mécanismes prolifératifs, migratoires et invasifs des cellules tumorales de prostate. Dans un second temps, nous avons cherché à déterminer la nature des gènes dont la transcription était susceptible d'être affectée par l'expression de NPM1. L'analyse en qPCR array met en évidence que l'expression du facteur de croissance EGF est diminuée dans un contexte d'inhibition de NPM1, ainsi que l'activation de la voie de prolifération en aval ERK1/2. Enfin, l'activation constitutive de cette voie révèle que le rôle de NPM1 se situe en aval du récepteur EGFR et en amont de l'effecteur MEKK1, activateur de la voie ERK1/2. Ces données indiquent que NPM1 pourrait conférer un avantage prolifératif et invasif aux cellules tumorales de prostate. En revanche, cette protéine ne serait pas un initiateur de la tumorigénèse mais un potentialisateur de la progression des cancers de la prostate suite à des évènements génétiques initiateurs. Dans ce contexte et sur la base de nos travaux, nous proposons comme perspective que l'inhibition de l'accumulation de NPM1, protéine qui active la voie de survie ERK1/2 et qui agit parallèlement sur la disponibilité de contrôleurs du cycle cellulaire et de l'apoptose (e.g. P53), puisse potentialiser l'action d'agents thérapeutiques déjà utilisés comme des inhibiteurs de tyrosines kinases (gefitinib®).

Les Benzo[e]pyridoindoles sont identifiés comme inhibiteurs des kinases Aurora. La molécule la plus active, C1, inhibe efficacement à la fois Aurora B et CHK2. Nous avons donc exploité cette potentialité dans des applications de traitements combinés en se basant sur la spécificité restreinte mais multiple de cet inhibiteur. Nous avons mis en place le traitement combiné (Etoposide et C1) sur des lignées cellulaires et des effets additifs pour H358 et synergiques pour U2OS et HL60 sont notés. Ce traitement empêche efficacement la croissance des sphéroides et l'expansion des xénogreffes cellulaires. Un des avantages majeur de cette combinaison est la diminution des doses d'agents de dommages à l'ADN. C1 ouvre une piste pharmacologique basée sur l'altération simultanée de la mitose et de la réparation. La famille des benzo[e]pyridoindoles possède une forme penta-hétérocyclique avec 3 chaines latérales dont les variations peuvent influencer l'activité inhibitrice. Nous avons donc mesuré l'activité antimitotique de différents benzo[e]pyridoindoles. Cette étude structure/fonction permet de définir la contribution des chaînes latérales dans l'activité inhibitrice et d'orienter les futures synthèses. Nous nous sommes également intéressés au composé C4 qui avait un profil atypique d'inhibition de phosphorylation de l'histone H3. Il inhibe cette phosphorylation uniquement en entrée de mitose. Nous avons ainsi pu montrer que la phosphorylation de l'histone H3 n'est pas nécessaire à l'assemblage des chromosomes. Enfin, nous avons caractérisé l'efficacité de la molécule C21, un composé à forte activité anti-proliférative, sur différents modèles cellulaires et animaux. Ce travail révèle les potentialités multiples des benzo[e]pyridoindoles comme nouvelles molécules anti-prolifératives

Dans la recherche de thérapie antitumorale de plus en plus innovante, nous avons évalué un traitement local basé sur l'utilisation de plasma froid. Le plasma froid (dans ce cas, <40°C) est un gaz ionisé par un apport d'énergie. Il contient des charges (électrons, ions), des radicaux libres et des molécules excitées. Il peut être généré à l'extrémité de cathéter permettant un traitement locorégional comme le traitement de dysplasie ou encore de tumeurs non résécables. Une activité antitumorale importante du plasma a été mise en évidence in vitro sur diverses lignées tumorales (colorectale, pulmonaire, pancréatique et cérébrale). Par ailleurs les cellules tumorales sont plus sensibles au plasma que les cellules normales. Les ROS générés sont à l'origine des principaux mécanismes d'action du plasma. Ils induisent de nombreux dommages à l'ADN, suivi d'un arrêt du cycle cellulaire conduisant à l'apoptose des cellules. Les études de tolérance ont mis en évidence l'innocuité de faibles doses de plasma sur le tissu traité permettant de définir les doses de plasmas utilisable dans le cadre de traitements antitumoraux. En utilisant des tumeurs xénogreffées en sous cutané et l'imagerie de bioluminescence, une activité antitumorale du plasma froid a été mise en évidence pour la première fois in vivo avec une augmentation de la survie des souris traitées d'environ 60%. Le traitement induit un arrêt de la prolifération tumoral avec une induction d'apoptose dans l'ensemble de la tumeur sans augmenter la surface de nécrose. L'effet antitumoral a également été démontré en utilisant le plasma gun sur un modèle de tumeurs colique et pancréatique en situation orthotopique chez la souris avec une augmentation de la survie (115%) accompagné d'une diminution de la métastasie. Ces résultats obtenues dans une démarche de recherche translationnelle montrent l'intérêt potentiel du plasma comme nouvel agent antitumoral.

Dans le contexte énergétique actuel où le développement de carburant alternatif devient un enjeu majeur pour la recherche, ce travail se propose de développer un modèle cinétique prédictif de l'hydrolyse enzymatique de la cellulose qui représente une des étapes limitantes du procédés de production d'éthanol à partir de biomasse par voie biochimique. Pour mieux comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu, une approche expérimentale a été choisi, avec d'une part la caractérisation cinétique des enzymes impliquées dans la réaction d'hydrolyse et d'autres part le suivi de l'évolution des propriétés structurales et de la réactivité du substrat. L'étude de la réactivité des enzymes pures et en mélange a permis de montrer que le cocktail réel sécrété par Trichoderma reesei peut être représenté par un mélange de quatre enzymes majoritaires. Puis, la caractérisation multi-échelle de substrats partiellement hydrolysés a permis de mettre en évidence le mécanisme d'érosion des particules par les enzymes. Le modèle cinétique développé, prenant en compte la réactivité des enzymes pures, les phénomènes de synergies et une description du substrat a permis d'expliquer les résultats obtenus en cinétique initiale. Cependant, l'introduction des phénomènes de perte de réactivité du substrat et de désactivation des enzymes ont dus être introduit pour améliorer la prédiction du modèle en cinétique globale.

Le travail présenté dans se manuscrit s'inscrit dans le domaine de la chimie et physico-chimie des polysaccharides. Une étude des propriétés physico-chimiques du xyloglucane en fonction de différentes conditions est d'abords réalisée, elle montre la difficulté d'obtenir des solutions stables à l'échelle moléculaire ainsi que la possibilité d'obtenir des nanoparticules à base de xyloglucanes. Le suivi de l'hydrolyse enzymatique du xyloglucane en solution par la diffusion de la lumière a mis en évidence l'agrégation des produits obtenus en solution. L'imagerie par la microscopie à force atomique a révélé l'importance de la surface dans le phénomène de dégradation. Enfin des dérivés de xyloglucane ont été obtenus par oxydation par le système TEMPO/NaOCl/NaBr, et des essais de préparation de conjugués xyloglucane-cytarabine ont été effectués.

Les résultats du criblage siRNA destiné à identifier de nouveaux acteurs de la NER, sont en court d'exploitation mais nous mettons déjà en évidence le rôle de certains gènes impliqués dans la biochimie des ARNm comme ceux empêchant la formation des hybrides ARN/ADN dans l'efficacité de réparation des lésions UV. En étudiant le rôle de la methyltransférase DOT1L, nous avons montré que son absence dans des fibroblastes embryonnaires de souris (MEFDOT1L) conduit à une sensibilité de ces cellules aux irradiations UV alors que la réparation des lésions produites par cette irradiation est intacte. L'absence de DOT1L conduit en réalité à une inhibition de l'initiation de la transcription des gènes après irradiation. Au niveau mécanistique, des expériences de STRIP-FRAP ont établit que DOT1L assurait l'association de l'ARN polymérase II à la chromatine après irradiation UV. Dans une analyse plus détaillée, nous avons montré que DOT1L favorisait la formation du complexe de pré-initiation au niveau du promoteur des gènes de ménage ainsi que l'apparition de marques d'euchromatine transcriptionnellement actives. Bien que l'expression des gène de ménage soit inhibée, une analyse transcriptomique montre que les gènes pro-apoptotiques sont fortement transactivés chez les MEFDOT1L après irradiation. Le traitement à la trichostatine A, qui relaxe la chromatine, diminue la transactivation des gènes apoptotiques et restore l'initiation de la transcription et la survie aux UV. Sur la base de ces données, nous proposons que DOT1L garde structure de la chromatine ouverte après UV.

Ce travail de thèse concerne l'élaboration de nouveaux copolymères à faible bande interdite de type " push-pull ", constitués par une unité donneuse d'électrons (push) et une unité acceptrice d'électrons (pull) en modulant les relations structures-propriétés par stratégie de synthèse. Des copolymères constitués par des unités acceptrices d'électrons (dérivées du benzothiadiazole ou du thienopyrrolodione) et donneuses d'électrons (3,6-carbazole, 2,7-carbazole, dialkoxybezodithiophène) ont été obtenus par différentes méthodes de couplage carbone carbone (C-C). Des études physico-chimiques par des techniques de spectroscopie (UV-visible), d'électrochimie (voltampérométrie cyclique), de diffraction de rayon X et d'analyses thermogravimétriques ont été utilisées pour élucider les propriétés fondamentales des copolymères pour des applications dans le domaine du photovoltaïque organique. Des études de RPE sous éclairement couplées avec de la simulation théorique ont permis l'étude des différents transferts électroniques dans les copolymères push-pull en mélange avec deux types de matériaux accepteurs d'électrons (le PCBM et les nanocristaux de CuInS2). Des calculs de DFT ont mis en évidence une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Des tests préliminaires en hétérojonctions volumiques sur les (co)polymères ont étés réalisés mettant en évidence les facteurs clés limitant les performances des dispositifs de photovoltaïques organiques.

La théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) est une méthode basée sur la densité pour calculer les états excités. Bien que la TDDFT soit une théorie exacte, on doit en pratique partir d'une approximation de la fonctionnelle d'échange-corrélation, qui reste inconnue. L'approximation adiabatique est l'approximation de la fonctionnelle la plus courante. Cette approximation donne de très bons résultats pour les propriétés spectroscopiques, mais elle est inexacte pour les simulations en photochimie. Dans cette thèse, on montre que l'origine du problème réside dans l'approximation de la fonctionnelle de corrélation. Le résultat principal de la thèse consiste en un noyau de corrélation, qui peut être utilisé dans la formulation de la réponse linéaire, noyau dérivée à partir de la théorie des perturbations à plusieurs corps. Le noyau inclut de façon générale les excitations doubles qui donnent l'effet principal à la corrélation dans les états excités. La comparaison de ce noyau avec la fonctionnelle adiabatique nous a permis d'identifier les termes manquants à ce dernier. Nous avons testé la possibilité d'ajouter ces termes comme une correction à l'approximation adiabatique. Le noyau pourrait potentiellement être appliqué à des systèmes de grosse taille.

Les prévalences de l'obésité et du diabète de type 2 sont en nette augmentation et ces deux pathologies sont étroitement liées. Le diabète de type 2 est caractérisé par une incapacité des cellules b du pancréas à sécréter de l'insuline et par un défaut de transport du glucose en réponse à l'insuline dans les tissus insulino-sensibles (ou insulino-résistance, IR) : le muscle squelettique, le cœur et le tissu adipeux. L'utilisation d'un traceur du transport du glucose marqué à l'iode radioactif, le 6DIG, permet d'évaluer l'IR de façon non-invasive dans le cœur et le muscle squelettique. L'objectif de ce travail était d'étudier le développement éventuel de l'IR chez des animaux rendus obèses par des régimes enrichis en lipides et/ou en glucides. Aucune IR n'a été mise en évidence au cours des trois mois d'expérience dans le modèle animal d'obésité induite par régime alimentaire. Des études visant à optimiser le traitement des données obtenues avec le 6DIG ont également été réalisées. Celles-ci nous ont permis de montrer : 1- une amélioration de la reproductibilité de la méthode de mesure de l'IR cardiaque par utilisation de l'analyse factorielle, 2- la faisabilité d'une diminution de la durée des acquisitions de la radioactivité pour la mesure de l'IR musculaire, 3- la nécessité de réaliser des prélèvements sanguins pour l'utilisation de la modélisation mathématique afin de traiter les données.